徐憶菲, 徐 敏, 李 特, 譚 玲

(1.江蘇省氣候中心,南京 210018; 2.江蘇省氣象臺(tái),南京 210018; 3.南京農(nóng)業(yè)大學(xué),南京 210095)

引 言

江蘇省四季分明,光溫資源豐富,地處溫帶和亞熱帶的過渡地區(qū),是我國冬小麥主要種植區(qū)域之一[1-2],近年來冬小麥種植面積維持在230萬公頃左右。江蘇省氣象災(zāi)害種類多且發(fā)生頻繁[3],干旱[4]、雨澇[5]、連陰雨[6-7]和凍害[8]等氣象災(zāi)害是造成冬小麥產(chǎn)量波動(dòng)的主要原因[9-11],其中,春季連陰雨災(zāi)害對小麥成熟、收獲期有重要影響[12]。

連陰雨天氣過程特點(diǎn)是日照少,空氣濕度大,有時(shí)還伴有漬澇和病害發(fā)生。冬小麥灌漿成熟期對外界環(huán)境較為敏感[13],需要適宜的溫濕度和光照,陰雨天氣造成光照嚴(yán)重不足,不利于有機(jī)物合成積累,導(dǎo)致冬小麥粒重降低,影響冬小麥產(chǎn)量。尤其麥?zhǔn)掌陂g田間高溫高濕會(huì)造成小麥穗上發(fā)芽、籽粒霉變,易誘發(fā)赤霉病、銹病等病害,嚴(yán)重影響糧食品質(zhì)[14]。歷史統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,江蘇省不同強(qiáng)度的春季連陰雨造成夏糧氣象產(chǎn)量發(fā)生減產(chǎn)的概率達(dá)30%～60%[15]。

江蘇省春季連陰主要集中在3、4月,5月發(fā)生連陰雨的頻率相對較少[15-16]。然而,5月正值小麥成熟灌漿期,連陰雨天氣對小麥產(chǎn)量有較大不利影響。例如,2002年5月下旬江蘇省出現(xiàn)連陰雨天氣,誘發(fā)三麥赤霉病大流行,導(dǎo)致夏糧大幅減產(chǎn),單產(chǎn)降低8.2%[9]。因此,加強(qiáng)對麥?zhǔn)掌谶B陰雨的監(jiān)測預(yù)警是降低其對冬小麥產(chǎn)量影響的有效途徑[17-18]。

2023年江蘇省遭遇了夏糧播種以來持續(xù)時(shí)間最長的一次連陰雨天氣,其間伴隨強(qiáng)降水和階段性高溫,對作物生長和收獲產(chǎn)生了不利影響。本文擬利用2023年麥?zhǔn)掌陂g氣象資料和ERA5再分析資料,結(jié)合2008-2022年冬小麥生育期數(shù)據(jù),分析2023年江蘇省麥?zhǔn)掌陂g連陰雨天氣過程、大尺度環(huán)流背景,并分析其對冬小麥生長的影響。為天氣變化對江蘇省作物生長影響分析和產(chǎn)量預(yù)報(bào)提供參考,同時(shí)也為農(nóng)業(yè)氣象不利條件的及時(shí)預(yù)報(bào)預(yù)警積累經(jīng)驗(yàn)。

1 數(shù)據(jù)來源

所用的數(shù)據(jù)資料包括:(1)2023年5月26日-6月6日江蘇省自動(dòng)站逐小時(shí)觀測資料,來源于中國氣象局氣象信息中心。(2)2022-2023年徐州市冬小麥產(chǎn)量結(jié)構(gòu)三要素來源于徐州市農(nóng)業(yè)氣象站,2023年江蘇省冬小麥?zhǔn)斋@進(jìn)度資料來源于江蘇省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳,1961-2023年江蘇省降水日數(shù)、累計(jì)降水量、最高氣溫、日照時(shí)數(shù)觀測資料、2008-2023年江蘇省冬小麥生育期數(shù)據(jù)、2023年5月26-31日土壤墑情資料,來源于江蘇省氣象信息中心。(3)大氣環(huán)流資料(500 hPa、750 hPa、800 hPa位勢高度場、風(fēng)場(m/s)、水汽通量(kg/(m·s))、散度(kg/(m2·s))來源于歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心再分析數(shù)據(jù)(ECMWF Reanalysis v5, ERA5),網(wǎng)址:https://cds.climate.copernicus.eu/cdsapp#!/dataset/reanalysis-era5-pressure-levels?tab=overview,水平分辨率0.25°×0.25°,時(shí)間間隔1 h。

2 連陰雨天氣特征概況

2023年江蘇省冬小麥5月22日收獲開始至6月15日麥?zhǔn)栈窘Y(jié)束,其間共經(jīng)歷了兩次連陰雨天氣過程,分別為5月26-31日、6月4-6日。其中,5月26-31日的連陰雨是2023年夏糧生長過程中降水持續(xù)時(shí)間最長、范圍最廣的一次連陰雨過程。此次連陰雨天氣過程期間,淮北大部、江淮之間南部、蘇南大部分地區(qū)累計(jì)雨日達(dá)4～6天(圖1a), 全省降水日數(shù)較常年同期偏多4成,16個(gè)站點(diǎn)雨日數(shù)突破1961年以來歷史同期值,31個(gè)站點(diǎn)達(dá)歷史同期前3位(占全省44%)?；幢贝蟛俊⑻K南局部地區(qū)降水量約為51～160 mm,其他地區(qū)的約為11～47 mm(圖1b)。降水量與常年同期相比,淮北偏多3～4倍,蘇南、江淮之間中部偏多2～3倍。尤其5月28-29日淮北地區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)降水過程,局部暴雨,過程累計(jì)降水量超160 mm,并伴有短時(shí)強(qiáng)降水和雷暴大風(fēng)等強(qiáng)對流天氣過程。

圖1 2023年江蘇省5月26—31日降水日數(shù)(a)、降水量(b)、最高氣溫(c)及日照時(shí)數(shù)(d)分布圖降水量單位:mm,氣溫單位:℃,日照時(shí)數(shù)單位:h

此次連陰雨期間還伴有明顯高溫天氣出現(xiàn)。5月26-31日連陰雨期間,淮河以南地區(qū)極端最高氣溫為32～37 ℃(圖1c),24個(gè)站點(diǎn)最高氣溫突破1961年以來歷史同期值,42個(gè)站點(diǎn)達(dá)歷史同期前3位(占全省60%)。連陰雨期間,全省日照時(shí)數(shù)普遍偏少,淮北、江淮之間地區(qū)日照時(shí)數(shù)不足10 h,蘇南地區(qū)約20～29 h(圖1d),與常年同期相比,淮北、江淮之間偏少50%～80%,蘇南地區(qū)偏少20%～40%。可見5月下旬連陰雨過程有降水日數(shù)多,范圍廣,雨量大,短時(shí)強(qiáng)降水特征明顯,伴有高溫天氣及日照偏少等特點(diǎn)。

3 環(huán)流形勢與天氣過程

2023年5月下旬連陰雨天氣期間500 hPa位勢高度場上,貝加爾湖附近存在低渦系統(tǒng),低壓槽延伸至我國華北地區(qū),槽后偏北氣流引導(dǎo)冷空氣南下,從而影響江蘇北部地區(qū)(圖2)。同時(shí),隨著臺(tái)風(fēng)“瑪娃”北上,25-30日副熱帶高壓邊緣5880位勢高度線由25°N逐漸北抬至30°N附近,江蘇地區(qū)位于副熱帶高壓邊緣,暖濕空氣沿副熱帶高壓外圍西南氣流北上,冷暖空氣在華北和江蘇省淮北地區(qū)上空交匯,為連陰雨過程提供了穩(wěn)定環(huán)流形勢。

圖2 2023年5月25-30日(a-f)逐日08時(shí)500 hPa環(huán)流形式場等值線為位勢高度(單位:gpm),箭頭表示風(fēng)場

850 hPa環(huán)流形勢場上,副熱帶高壓邊緣的西南氣流與臺(tái)風(fēng)系統(tǒng)為華北和江蘇地區(qū)提供了較好的水汽輸送條件。25-26日受副熱帶高壓邊緣西南暖濕氣流控制,我國西南地區(qū)有一東北-西南向較強(qiáng)水汽通量帶影響江蘇地區(qū)(圖3a、b),水汽通量最大值為20 g/(s·hPa·cm)。27-29日該水汽通量大值區(qū)北抬,但受臺(tái)風(fēng)影響,來自海洋的暖濕氣流又為江蘇地區(qū)補(bǔ)充了水汽,為本次連陰雨過程提供了有利的水汽條件。此外,27-28日貝加爾湖以東地區(qū)的低渦引導(dǎo)冷空氣南下,副熱帶高壓外圍西南暖濕氣流在華北東部和江蘇淮北地區(qū)產(chǎn)生明顯東北-西南向切變線,使連陰雨期間有強(qiáng)降水過程(圖3c、d)。

圖3 2023年5月25-30日(a-f)逐日08時(shí)850 hPa環(huán)流形式場等值線為位勢高度(單位:gpm),箭頭表示風(fēng)場,彩色陰影為水汽通量(單位:g/(s·hPa·cm))

在本次連陰雨過程中,江蘇省位于副熱帶高壓邊緣和東北冷渦延伸出的槽底位置,主要受低層的切變影響。26日在蘇南地區(qū)850 hPa有切變生成,疊加大尺度環(huán)流場的水汽輸送,使該過程期間蘇南地區(qū)產(chǎn)生降水,長江以南地區(qū)24 h累計(jì)降水量在20～55 mm(圖4a)。27日蘇南地區(qū)切變系統(tǒng)減弱,雨勢漸止,同時(shí)江蘇北部地區(qū)有低層切變線南壓,全省地面空氣相對濕度在80%以上(圖5b)。伴隨27-30日江蘇北部切變緩慢南移,江蘇省自北向南出現(xiàn)降水過程,淮河以北地區(qū)24 h雨量普遍在50 mm以上(圖4b-d)。本次降水過程后,5月31日-6月1日江蘇省受副高控制,氣溫迅速達(dá)到30 ℃以上,省內(nèi)大部分地區(qū)相對濕度大于70%(圖5f),蘇南地區(qū)在6月2日出現(xiàn)35 ℃以上高溫。

圖4 2023年5月26日-6月1日(a-f)逐日24 h累計(jì)降水量單位:mm

圖5 2023年5月26日-6月1日(a-f)逐日24 h平均地面相對濕度量單位:%

與歷史同期平均態(tài)相比,此次連陰雨過程中烏拉爾山脈附近高壓脊較強(qiáng),貝加爾湖附近低槽強(qiáng)度較大,均相較歷史同期偏強(qiáng)約40～60 gpm(圖6)。同時(shí),此次天氣過程中副熱帶高壓偏強(qiáng),500 hPa副高邊緣位置偏北約5個(gè)緯度,偏西約10個(gè)經(jīng)度。上述天氣系統(tǒng)強(qiáng)度與位置差異為江蘇地區(qū)麥?zhǔn)掌陂g創(chuàng)造良好的水汽條件,伴隨臺(tái)風(fēng)系統(tǒng)的北上,環(huán)流系統(tǒng)有利于降水維持,從而導(dǎo)致了這次持續(xù)較長時(shí)間的連陰雨過程。先前研究表明,連陰雨與貝加爾湖低槽強(qiáng)度大、副高偏北有較好相關(guān)性[19]。因此,在小麥?zhǔn)斋@期應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以上天氣環(huán)流形勢,提前預(yù)警連陰雨天氣對于麥?zhǔn)盏牟焕绊憽?/p>

圖6 2008-2022年5月25-31日500 hPa位勢高度平均態(tài)(a)與2023年同期(b)對比圖彩色陰影表示2023年5月25-31日500 hPa位勢高度較2008-2022年同期距平

4 連陰雨對江蘇省冬小麥影響及討論

圖7為基于衛(wèi)星遙感提取的江蘇省冬小麥種植分布圖。從圖7可以看出,江蘇省小麥主要種植區(qū)集中在淮北、江淮之間地區(qū),與本次連陰雨期間主要降水區(qū)域相吻合(圖4)。5月下旬江蘇小麥處于灌漿至成熟收獲期,持續(xù)陰雨寡照不利于冬小麥光合作用進(jìn)行,影響有機(jī)物積累,不利于籽粒灌漿成熟。徐州市冬小麥產(chǎn)量結(jié)構(gòu)三要素?cái)?shù)據(jù)表明,2023年冬小麥千粒重較2022年的減少3.94g。此外,分期播種試驗(yàn)結(jié)果表明,播期越遲的地塊冬小麥千粒重越低。結(jié)合農(nóng)業(yè)部門調(diào)查數(shù)據(jù)和生育期統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn),受此次連陰雨過程影響,淮北部分地區(qū)小麥成熟期偏晚,靠近安徽、河南的江蘇西北部個(gè)別田塊穗芽麥在20%～30%,其他地區(qū)小麥質(zhì)量基本正常?？梢钥闯?淮北地區(qū)冬小麥因?yàn)樵谶B陰雨前后完成蠟熟而未收割導(dǎo)致小麥穗發(fā)芽,還處在乳熟后期的小麥基本沒有穗發(fā)芽情況出現(xiàn)。同時(shí),淮北地區(qū)多種植白皮半冬性品種小麥,具有分蘗期長、幼穗分化期長、灌漿期短、不抗穗發(fā)芽的特性,在連陰雨天氣的影響下,易發(fā)生“爛麥場”“穗發(fā)芽”等現(xiàn)象,而蘇南地區(qū)多種植紅皮春性品種,抗穗發(fā)芽能力相對較強(qiáng)。因此,淮北地區(qū)冬小麥質(zhì)量受到連陰雨天氣影響更大。

圖7 2023年江蘇省基于衛(wèi)星遙感提取的冬小麥種植分布圖

同時(shí),持續(xù)陰雨天氣導(dǎo)致土壤過濕。據(jù)統(tǒng)計(jì),此次連陰雨期間全省大部分地區(qū)土壤濕度偏大,尤其5月30-31日,約39個(gè)站點(diǎn)10 cm深度土壤相對濕度超過85%(占全省49%),淮北和東部沿海部分地區(qū)10 cm深度土壤相對濕度超90%以上,基本達(dá)到飽和,不利于收割機(jī)械下田作業(yè),影響小麥?zhǔn)斋@進(jìn)度。表1為2023年冬小麥?zhǔn)斋@進(jìn)度和2008-2023年近16年的對比情況。由表1可看出,2023年淮北冬小麥?zhǔn)斋@期較歷史平均收獲期推遲3天,蘇中、蘇南小麥?zhǔn)斋@期推遲2天,小麥?zhǔn)斋@進(jìn)度約推遲1～2天,淮北地區(qū)冬小麥?zhǔn)斋@進(jìn)度受到的影響大于蘇南地區(qū)受到的影響。通過對比2008-2023年麥?zhǔn)掌谔鞖馇闆r及其對冬小麥后期生長的影響,發(fā)現(xiàn)江蘇省受連陰雨影響的年份有2010、2013、2016、2019和2023年,表明近16年來江蘇省麥?zhǔn)掌骄苓B陰雨影響的頻次為3.2年/次。從影響結(jié)果來看,除2016年和2023年淮北局部地區(qū)有穗發(fā)芽現(xiàn)象外,其他年份連陰雨天氣對冬小麥的影響主要表現(xiàn)為小麥成熟收獲進(jìn)度延遲。

表1 2023年江蘇省冬小麥?zhǔn)斋@期與2008-2022年平均收獲日期對比

總體來說,麥?zhǔn)掌陂g連陰雨天氣對江蘇省小麥的影響主要和生育期、作物品種、連陰雨強(qiáng)度有關(guān)。隨著全球變暖溫度升高[20-22],未來極端降水強(qiáng)度和頻次都有增加趨勢[23-24],麥?zhǔn)掌诮邓o冬小麥帶來的負(fù)面影響可能會(huì)越來越大,持續(xù)時(shí)間長的降水還會(huì)造成冬小麥澇害[14, 25],造成小麥千粒重下降。因此,在育種方面,除了要培育高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的小麥品種外,可以突出培育早熟或抗穗發(fā)芽的品種[26-27],適時(shí)早播或在收獲期適時(shí)提前收割,以盡量避免連陰雨災(zāi)害影響,減少或避免糧食損失。在農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)方面,針對麥?zhǔn)掌陂g連陰雨應(yīng)提升災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警的時(shí)間提前量和空間精準(zhǔn)度。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面,提前加強(qiáng)冬小麥后期田間管理和合理肥水調(diào)控,改善田間通透條件,避免連陰雨前冬小麥灌漿期澆水量過大[23, 28]及肥料施用時(shí)間過遲、施用量過多等[29],造成作物貪青晚熟。同時(shí),不斷提高減災(zāi)抗災(zāi)能力[11, 30],降低麥?zhǔn)掌陂g連陰雨天氣對小麥產(chǎn)量和質(zhì)量帶來的不利影響。

5 結(jié) 論

本文針對2023年江蘇省麥?zhǔn)掌陂g的連陰雨過程,從天氣形勢、小麥生長期和連陰雨對麥?zhǔn)沼绊懙确矫孢M(jìn)行分析,為未來提前預(yù)報(bào)預(yù)警連陰雨對小麥造成的不利影響積累經(jīng)驗(yàn),主要結(jié)論如下。

(1)2023年5月下旬的連陰雨是2023年江蘇省夏糧播種以來降水持續(xù)時(shí)間最長、范圍最廣的一次連陰雨過程。本次連陰雨期間全省31個(gè)站點(diǎn)(占全省44%)降水日數(shù)、42個(gè)站點(diǎn)(占全省60%)極端最高氣溫達(dá)1961年以來歷史同期前3位,具有降水日數(shù)多、范圍廣、雨量大、短時(shí)強(qiáng)降水特征明顯、伴有高溫天氣出現(xiàn)及日照時(shí)數(shù)少等特點(diǎn)。連陰雨過程造成淮北地區(qū)個(gè)別田塊穗芽麥在20%～30%。徐州市農(nóng)氣站大田冬小麥產(chǎn)量結(jié)構(gòu)三要素結(jié)果表明,2023年冬小麥千粒重較2022年的減少3.94 g?；幢倍←?zhǔn)斋@期較2008-2022年的推遲3天,蘇中、蘇南小麥?zhǔn)斋@期推遲2天,小麥?zhǔn)斋@進(jìn)度約推遲1～2天?；幢钡貐^(qū)冬小麥質(zhì)量和收獲期受到的影響大于蘇南地區(qū)受到的影響。

(2)此次連陰雨過程中500 hPa位勢高度場上,烏拉爾山脈附近高壓和貝加爾湖附近低槽強(qiáng)度偏強(qiáng)40～60 gpm,副熱帶高壓偏北約5個(gè)緯度,為連陰雨過程提供了穩(wěn)定環(huán)流形勢;850 hPa環(huán)流場上,副熱帶高壓邊緣的西南氣流與臺(tái)風(fēng)“瑪娃”系統(tǒng)為江蘇地區(qū)提供了有利的水汽輸送條件,多系統(tǒng)共同作用下形成了這次較長時(shí)間的連陰雨過程。小麥?zhǔn)斋@期應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注貝加爾湖低槽和副高等天氣環(huán)流形勢,提前預(yù)報(bào)預(yù)警連陰雨天氣對于麥?zhǔn)盏牟焕绊憽?/p>

(3)麥?zhǔn)掌陂g連陰雨天氣對江蘇省小麥的影響主要與生育期、作物品種、連陰雨強(qiáng)度有關(guān)。近16年來江蘇省麥?zhǔn)掌骄苓B陰雨影響的頻次為3.2年/次,在播種方面應(yīng)推廣早熟或抗穗發(fā)芽的小麥品種,適時(shí)早播或在成熟收獲期可以適時(shí)提前收割,可以避免麥?zhǔn)掌陂g連陰雨災(zāi)害影響,減少或避免糧食損失。