1951—2018年衢州市椪柑采摘期連陰雨天氣變化特征

汪晨 毛程燕 龔理卿 王健疆

(衢州市氣象局，浙江 衢州324000)

引言

衢州市是中國椪柑之鄉(xiāng)，也浙江省最大的椪柑產(chǎn)區(qū)。2012年獲“衢州椪柑國家地理標(biāo)志產(chǎn)品保護(hù)示范區(qū)”稱號，2019年“衢州椪柑”獲批由國家商標(biāo)總局頒布的地理標(biāo)志證明商標(biāo)。衢州椪柑根系發(fā)達(dá)，樹形高大，果實外形端正、風(fēng)味濃郁，且有藥用功能。椪柑生長既要求熱量豐富，又喜濕潤，衢州的氣候和土壤條件能滿足椪柑整個生育期的要求。但隨著全球氣候異常變化，近年來氣象災(zāi)害頻發(fā)，椪柑受到氣象災(zāi)害的不利影響愈發(fā)嚴(yán)重，如春季遇陰雨導(dǎo)致椪柑光合作用差，花器和幼果發(fā)育受阻，加重生理落果；夏季高溫?zé)岷κ谷~片和枝干易受樹脂病的侵害；秋季干旱影響果實膨大和抑制秋梢生長，嚴(yán)重時甚至植株枯死；冬季低溫凍害發(fā)生后椪柑炭疽病、沙皮病加重發(fā)生。而秋季連陰雨不僅影響果實轉(zhuǎn)色及花芽分化，雨后采摘的椪柑貯藏期腐爛率也會劇增，對椪柑品質(zhì)產(chǎn)生不利影響[1－5]。據(jù)徐三勤等[6]研究，雨后采摘的椪柑在貯藏過程中病害發(fā)生情況明顯多于雨前采摘的椪柑，雨后采摘加重了椪柑貯藏期的發(fā)病率。

諸多學(xué)者從不同尺度和角度討論連陰雨及其氣候成因。朱玉周和廖榮偉[7]用相關(guān)分析法找出中高緯度影響河南省連陰雨降水的關(guān)鍵區(qū)，從基本氣流和擾動氣流之間的相互作用出發(fā)，分析連陰雨關(guān)鍵區(qū)的大氣環(huán)流異常機(jī)制；郭莉等[8]診斷分析發(fā)現(xiàn)了2018/2019年冬季中國江南地區(qū)發(fā)生的超長連陰雨天氣的主要原因為中部型El Ni?o導(dǎo)致的江南地區(qū)異常低空水汽輻合和東亞冬季風(fēng)次季節(jié)變化異?；钴S；陳懿妮等[9]從大氣環(huán)流異常、水汽熱力條件和遠(yuǎn)距離臺風(fēng)影響等方面對2016年10月浙江省出現(xiàn)的罕見秋季陰雨寡照天氣進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)了新環(huán)流類型連陰雨形成機(jī)理。目前普遍認(rèn)為，在多個天氣系統(tǒng)的互相牽制和共同作用下，長波、超長波停滯，冷暖氣流于某處長時間交匯，是形成秋季連陰雨的直接原因[10]。衢州作為椪柑主產(chǎn)區(qū)和連陰雨高發(fā)地區(qū)之一，椪柑采摘期連陰雨天氣基本特征、變化規(guī)律和氣候成因都值得進(jìn)一步研究，以便在今后的農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)中具有針對性的指導(dǎo)橘農(nóng)科學(xué)進(jìn)行采摘工作，降低椪柑貯藏期果實腐爛率，為有效提高廣大橘農(nóng)的收入提供參考。

1 資料與方法

1.1 資料來源

所用氣象資料來源于衢州市基本氣象觀測站1951—2018年11月10—25日逐日降水量、雨日、日照時數(shù)、相對濕度資料；椪柑采摘期數(shù)據(jù)來源于市農(nóng)業(yè)部門。大氣環(huán)流信息來源于美國國家環(huán)境預(yù)報中心NCEP/NCAR(National Centers for Environment Prediction)提供的1981—2018年2.5°×2.5°水平分辨率逐日再分析資料。

1.2 研究方法

1.2.1 連陰雨頻次

根據(jù)浙江省天氣預(yù)報手冊和地面氣象觀測規(guī)范[11]，定義衢州9—11月秋季連陰雨:連續(xù)雨日≥4 d，第5 d起可以有1 d陰天(全天日照＜2 h)，第11 d起可以有2 d陰天。

式(1)中，F(xiàn)為1951—2018年衢州市椪柑采摘期連陰雨發(fā)生頻次；Vi為發(fā)生連陰雨的次數(shù)。

1.2.2 連陰雨強(qiáng)度

連陰雨強(qiáng)度即連陰雨過程降水量與過程日數(shù)之比。

式(2)中，K為連陰雨強(qiáng)度；Ai為日降水量；n為連陰雨過程日數(shù)。

1.2.3 3 d滑動平均無雨日

經(jīng)主產(chǎn)區(qū)調(diào)研和總結(jié)生產(chǎn)實踐發(fā)現(xiàn)，雨后采摘的椪柑果實表皮沾雨帶水，不耐貯存，爛果率明顯增加，連續(xù)3 d無雨后采摘的椪柑在貯藏期發(fā)病率明顯降低，對椪柑采摘期3 d滑動平均無雨日進(jìn)行統(tǒng)計。

1.2.4 小波分析

小波分析是一種用于時間尺度分析和多分辨分析的新技術(shù)，被廣泛用于時間序列的周期分析研究中。本文采用Morlet小波分析方法對衢州椪柑采摘期3 d滑動平均無雨次數(shù)展開研究，通過調(diào)整尺度因子獲取信號的低頻或高頻信息，可以分析衢州椪柑采摘期氣候變化的概貌和細(xì)節(jié)特征，也可進(jìn)一步分析其中的多種變化周期。

2 結(jié)果分析

2.1 椪柑采摘期連陰雨變化

2.1.1 連陰雨頻次變化

1951—2018年衢州市椪柑采摘期(11月10—25日)連陰雨共出現(xiàn)25次，概率為36.8%(圖1)。連陰雨天數(shù)≥7 d出現(xiàn)5次，持續(xù)10 d以上的長連陰雨出現(xiàn)3次。持續(xù)7 d以上的連陰雨均出現(xiàn)在2000年以后。2017年11月10—22日出現(xiàn)長達(dá)13 d的連陰雨。1969年和2016年各出現(xiàn)2次連陰雨天氣過程，為歷史最高紀(jì)錄。

1951—2018年衢州市椪柑采摘期連陰雨變化特征明顯。20世紀(jì)50年代，未出現(xiàn)連陰雨；60—80年代連陰雨發(fā)生次數(shù)明顯較多；90年代，連陰雨發(fā)生頻次減少；進(jìn)入21世紀(jì)后，連陰雨發(fā)生頻率逐年增加。近70 a間，衢州椪柑采摘期連陰雨頻次基本呈微增加趨勢，線性趨勢系數(shù)為0.0046，即每10 a平均增加0.0460次。

圖1 1951—2018年衢州市椪柑采摘期連陰雨次數(shù)Fig.1 The numbers of consecutive rains during the picking period of ponkan in Quzhou from 1951 to 2018

2.1.2 連陰雨強(qiáng)度

1951—2018年衢州市椪柑采摘期連陰雨強(qiáng)度平均為2.76(圖2)，由圖2可知，統(tǒng)計時間內(nèi)有45 a未出現(xiàn)連陰雨，強(qiáng)度為0；1997年連陰雨強(qiáng)度值最大，為21.27。20世紀(jì)60—80年代，連陰雨發(fā)生次數(shù)較多，但強(qiáng)度一般，為6—12。90年代連陰雨發(fā)生次數(shù)較少，但強(qiáng)度較強(qiáng)，歷史最高值出現(xiàn)在此時期內(nèi)。2000年后，連陰雨持續(xù)時間較長且強(qiáng)度呈波動上升趨勢。近70 a衢州椪柑采摘期連陰雨強(qiáng)度呈增強(qiáng)趨勢，線性趨勢系數(shù)為0.0326，即每10 a平均增加0.3。

圖2 1951—2018年衢州市椪柑采摘期連陰雨強(qiáng)度Fig.2 The intensity of consecutive rains during the picking period of ponkan in Quzhou from 1951 to 2018

2.1.3 雨日數(shù)和3 d滑動平均無雨次數(shù)

1951—2018年衢州椪柑采摘期平均雨日數(shù)近6 d(圖3)，2017年最多，雨日數(shù)為13 d，1964年、1973年和2001年最少，均無雨日；3 d滑動平均無雨次數(shù)為6次，1964年、1973年和2001年最多為14次，1951年、1963年、1987年、1997年和2006年最少為0次。1951—2018年衢州椪柑采摘期連陰雨日數(shù)總體有增加的趨勢，線性趨勢系數(shù)為0.0401，即每10 a平均增加0.4 d；3 d滑動平均無雨次數(shù)為減少趨勢，線性趨勢系數(shù)為－0.019，即每10 a平均減少0.2次。

1951—2018年11月10—25日衢州市3 d滑動平均雨次數(shù)小波分析見圖4。由圖4可知，20世紀(jì)50—60年代3 d滑動平均無雨次數(shù)存在明顯的15 a左右的年代際周期變化，60—70年代中期具有7 a左右的年際周期變化，70年代中期至90年代具有5 a左右的年際周期變化，21世紀(jì)后有10 a左右的年代際周期變化。20世紀(jì)80年代前，7 a左右的年際周期變化呈縮短趨勢，90年代前，15 a左右的年代際周期變化呈縮短趨勢，21世紀(jì)之前5 a左右的年際周期變化呈縮短趨勢，進(jìn)入21世紀(jì)后，10 a左右的年代際周期變化呈縮短趨勢。小波分析結(jié)果與連陰雨日數(shù)和3 d滑動平均無雨次數(shù)統(tǒng)計結(jié)果一致。

2.2 椪柑采摘期連陰雨較強(qiáng)年環(huán)流特征

2.2.1 椪柑采摘期連陰雨較強(qiáng)年氣候特征

圖3 1951—2018年衢州市椪柑采摘期連陰雨日數(shù)和3 d滑動平均無雨次數(shù)Fig.3 The numbers of consecutive rainy days and rainless days in the 3-day sliding average during the picking period of ponkan in Quzhou from 1951 to 2018

圖4 1951—2018年11月10—25日衢州市3 d滑動平均無雨次數(shù)Morlet時頻和Coef時頻分布立體圖(a)、Morlet時頻分布(b)、Morlet小波方差(c)Fig.4 Morlet time-frequency and Coef time-frequency distribution stereogram(a)，Morlet time-frequency distribution(b)，Morlet wavelet variance(c)of the number of rainless days in the 3-day sliding average in Quzhou during November 10 to 25 from 1951 to 2018

1951—2018年衢州市椪柑采摘期連陰雨較強(qiáng)年主要出現(xiàn)在1997年、2009年、2017年和2018年，關(guān)鍵氣象因子數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析見表1。雨日均破歷史同期最多紀(jì)錄；雨量1997年破歷史最多紀(jì)錄，2009年、2018年分別位列歷史第7位、10位；日照時數(shù)2017年、2018年、2009年分別位列歷史排位的后4位、5位、11位；平均相對濕度均大于常年同期值。顯而易見，在采摘期連陰雨較強(qiáng)年中，均出現(xiàn)氣候異?；驑O端氣候事件。

表1 1951—2018年衢州市椪柑采摘期連陰雨較強(qiáng)年主要?dú)庀笠蜃痈艣rTable 1 An overview of the main meteorological factors during the ponkan picking period in strong continuous rainy years in Quzhou from 1951 to 2018

2.2.2 椪柑采摘期連陰雨較強(qiáng)年的大氣環(huán)流背景

極端天氣和氣候異常的原因很復(fù)雜，但目前普遍認(rèn)同大氣環(huán)流異常是造成極端天氣和氣候異常的最直接原因，其中，主要指對流層500 hPa位勢高度場環(huán)流異常。針對椪柑采摘期連陰雨較強(qiáng)年1997年、2009年、2017年和2018年，基于NCEP/NCAR 2.5°×2.5°的500 hPa資料，從平均高度場和高度距平場的分布分別進(jìn)行詳細(xì)分析。

圖5 1997年11月12—17日(a)、2009年11月15—22日(b)、2017年11月10—22日(c)和2018年11月10—21日(d)500 hPa平均高度場Fig.5 The 500 hPa average height fields on November 12-17 in 1997(a)，November 15-22 in 2009(b)，November 10-22 in 2017(c)，and November 10-21 in 2018(d)

1997年11月12—17日、2009年11月15—22日、2017年11月10—22日、2018年11月10—21日500 hPa平均高度場分布如圖5所示，亞歐大陸環(huán)流為徑向型，呈兩高一低分布，在烏拉爾山處維持著較強(qiáng)冷高壓，冷空氣沿脊前頻繁下滑。日本 海同樣有高壓存在，阻礙冷空氣東移的速度。而貝加爾湖北部有一強(qiáng)冷渦存在，冷渦和歐亞大陸冷高壓之間等高線密集，梯度較大，而南支槽波動較弱，在湖南到廣東一線。對椪柑采摘期連陰雨較強(qiáng)年500 hPa高度場進(jìn)行平均后發(fā)現(xiàn)(圖6)，亞歐地區(qū)呈兩高一低的徑向型環(huán)流，強(qiáng)冷空氣東移緩慢，并且南下活動較頻繁。由此可以初步判定椪柑采摘期亞歐地區(qū)呈兩高一低的徑向型大氣環(huán)流形勢時易出現(xiàn)連陰雨天氣。

從500 hPa平均高度距平場也可以看出(圖7)，烏拉爾山地區(qū)和日本海有較強(qiáng)的正距平中心存在，而貝加爾湖地區(qū)為較強(qiáng)的負(fù)距平中心，進(jìn)一步表明11月連陰雨期間烏拉爾山冷高壓和日本海高壓強(qiáng)度強(qiáng)，貝加爾湖地區(qū)低渦強(qiáng)度深厚，且冷空氣活動強(qiáng)，利于高緯地區(qū)的冷空氣連續(xù)、快速向南爆發(fā)。南下冷空氣強(qiáng)并不斷侵入長江中下游地區(qū)，并和北上的較強(qiáng)偏南暖濕氣流交匯于長江中下游地區(qū)，導(dǎo)致陰雨天氣的維持。

圖6 1997年、2009年、2017年和2018年11月10—25日500 hPa平均高度場Fig.6 The 500 hPa average height fields on November 10-25 in 1997，2009，2017 and 2018

綜上所述，11月椪柑采摘期間出現(xiàn)連陰雨天氣時，亞歐地區(qū)呈兩高一低的徑向型環(huán)流，強(qiáng)冷空氣東移緩慢，并且南下活動較頻繁，偏南暖濕氣流活躍，致使冷暖空氣在長江中下游地區(qū)長時間交匯，導(dǎo)致連陰雨天氣。

圖7 1997年11月12—17日(a)、2009年11月15—22日(b)、2017年11月10—22日(c)和2018年11月10—21日(d)500 hPa平均高度距平Fig.7 The 500 hPa average height anomalies on November 12-17 in 1997(a)，November 15-22 in 2009(b)，November 10-22 in 2017(c)，and November 10-21 in 2018(d)

3 結(jié)論與討論

(1)1951—2018年衢州椪柑采摘期連陰雨頻次呈增加趨勢，近10 a尤為明顯，將在一定程度上提高椪柑采摘期遭受連陰雨影響的機(jī)率，對衢州椪柑品質(zhì)有不利影響；衢州椪柑采摘期連陰雨強(qiáng)度呈增強(qiáng)趨勢，進(jìn)入21世紀(jì)后連陰雨持續(xù)時間較長且強(qiáng)度呈波動上升趨勢，表明椪柑采摘期遭受連陰雨影響的程度越來越重；衢州椪柑采摘期連陰雨日數(shù)呈增加趨勢，3 d滑動平均無雨次數(shù)呈減少趨勢，會造成在椪柑實際生產(chǎn)中采摘困難及貯藏期發(fā)病率顯著提高的情況。

(2)從1951—2018年11月10—25日衢州椪柑采摘期3 d滑動平均無雨次數(shù)小波分析來看，衢州椪柑采摘期3 d滑動平均無雨次數(shù)存在明顯的5 a、7 a和15 a左右的年際和年代際周期變化規(guī)律，并且均呈現(xiàn)縮短趨勢。利用已知的周期性規(guī)律，結(jié)合預(yù)報產(chǎn)品，在生產(chǎn)過程中對橘農(nóng)進(jìn)行科學(xué)指導(dǎo)、適期采摘，確保椪柑生產(chǎn)安全。

(3)通過對椪柑采摘期連陰雨較強(qiáng)年的大氣環(huán)流背景分析，發(fā)現(xiàn)11月椪柑采摘期出現(xiàn)連陰雨天氣時均出現(xiàn)氣候異常，亞歐地區(qū)呈兩高一低的徑向型大氣環(huán)流形勢時易出現(xiàn)連陰雨天氣。而椪柑采摘期遭遇陰雨天氣一方面影響果農(nóng)正常開展采摘活動和上市時間，另一方面，果實表皮沾雨帶水，造成果實不耐貯存，爛果率明顯增加。因此，建議在椪柑實際生產(chǎn)中密切關(guān)注天氣預(yù)報，陰雨天氣來臨前積極搶摘，如采前雨日多、雨量大，應(yīng)盡量選擇雨停3天以后再進(jìn)行采摘，可以有效降低椪柑的發(fā)病率，減少因貯藏期間果實變質(zhì)而導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失。

(4)目前，針對連陰雨氣候特征和環(huán)流背景及對農(nóng)作物生長的影響和應(yīng)對措施已有諸多探討和研究[12－16]。為了減輕連陰雨天氣對椪柑生產(chǎn)的影響，不僅僅需要定性的討論大氣環(huán)流形勢，還需深入分析研究其前兆信號。如何應(yīng)用數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品定量預(yù)測椪柑采摘期連陰雨天氣是未來研究的一個重要方向。同時，如何根據(jù)氣象條件科學(xué)指導(dǎo)果農(nóng)進(jìn)行栽培管理，減輕氣象因素對椪柑品質(zhì)和產(chǎn)量的影響等還需進(jìn)一步深入研究。