湖南省油菜生長期連陰雨氣象災害發生強度的時空特征

韓沁哲，羅伯良，周 偉，黃晚華，陸魁東

（1.湖南省氣象科學研究所，湖南 長沙 410119；2.株洲市醴陵市氣象局，湖南 株洲 412005）

油菜是我國第一大油料作物，油菜籽油是居民食用油主要來源之一。近幾年來，隨著我國植物食用油消費急劇增長和國際油料價格上漲，大力發展冬種油菜，有效緩解我國植物食用油的供求矛盾，保障我國油料安全已經刻不容緩。湖南是全國重要油菜產區，近年來總產量占全國油菜總產量的10%以上，位居全國前5位[1]。湖南省油菜近幾年種植面積穩定在100萬hm2以上，是我省第一大油料作物，也是僅次于水稻的第二大農作物。隨著冬閑田開發力度加大和油菜產業化的發展，油菜市場需求量不斷增長，油菜的發展潛力巨大。

湖南種植冬油菜一般是9月中下旬開始播種，翌年5月上中旬成熟收獲，整個油菜生育期跨越秋冬春3季，長達200～230 d。油菜在生長期內，播種出苗期較多秋季陰雨，越冬期“爛冬”很普遍，開花期春雨連綿，結莢成熟期湖南進入了汛期，降水更加頻繁。因此，連陰雨是湖南油菜生育期最常見的農業氣象災害[2]。例如，2009年2月15日～3月4日，湘中以北大部分地方出現了連續15 d以上的持續陰雨天氣，特別是2月25日～3月4日出現7 d以上氣溫維持5℃左右或以下的低溫，影響油菜開花授粉，油菜結實率降低；2012年1月上旬～3月中旬，油菜越冬期和蕾苔期遭遇歷史罕見的持續陰雨災害，造成油菜生育期明顯偏遲，對油菜產量影響較大。一般連陰雨天氣易造成光照不足，空氣濕度大，使油菜生長發育明顯放緩，甚至停滯，開花結莢不良，單株角果數減少，菌核病等油菜病蟲害流行，嚴重影響油菜產量[3-4]。

近幾年，部分學者對油菜漬澇災害指標、生長適宜性指標及油菜產量影響氣象因子開展了一系列研究[5-8]，許孟會等[3]對春季連陰雨進行了初步研究，發現春季連陰雨對油菜生長影響較大，但系統地研究油菜連陰雨的較少。文章從多年生產實踐出發，基于連陰雨對油菜影響機理，建立油菜不同生育期連陰雨指標，研究湖南連陰雨空間分布特征及對年際變化特征和油菜生產的影響。為制定合理的油菜種植制度、科學調整優質高產的油菜生產布局、提高油菜經濟效益提供科學依據。

1 資料與分析指標

1.1 資料來源

湖南省96個氣象站1961～2010年日照時數、氣溫、降水量等基本氣象資料，來源于湖南省氣候中心；湖南省農氣站1991～2010年觀測資料，包括油菜生育期、產量結構等。

1.2 油菜生長期連陰雨分析指標

根據湖南油菜生產實踐，結合湖南省農業氣候特點，油菜生育期的連陰雨主要有播種出苗期秋季連陰雨、開花期春季連陰雨和結莢成熟期連陰雨。湖南農業生產實踐中，將作物生長季（3月～10月）任意一次連續7 d或以上陰雨天氣過程，且日降水量≥0.1 mm，日平均日照時數≤1.0 h的連續降水過程稱為連陰雨[9]。實際上，不同季節連陰雨對不同生育期的油菜影響機理不一樣，因此針對油菜不同生長期制定連陰雨指標。

1.2.1 油菜不同生長期連陰雨影響機理及因子連陰雨致災機理主要是長時間陰雨寡照，主要特點是連續降水、日照少，因此，受連陰雨影響的主要氣象要素是降水和日照，但不同季節的連陰雨針對不同作物的生長發育期影響機理差異較大[9]。根據農氣站多年觀測和實踐，依據前人對連陰雨對油菜及其他作物影響的研究成果[10-13]，得到如下油菜主要生育期的連陰雨影響因子：

（1）出苗期連陰雨：油菜幼苗期需要充足的光照，否則生長瘦弱，易形成“高腳苗”。如果播種出苗期陰雨寡照，會造成出苗緩慢，嚴重的會造成爛苗、死苗。因此將油菜播種出苗期（9月下旬和10月上旬）出現連續5 d或以上陰雨天氣過程定義為連陰雨。定義陰雨日條件：（a）日降水量≥10mm；（b）日降水量≥5 mm，且日照時數＜5.0 h；（c）日降水量≥1 mm，且日照時數＜2.0 h；（d）日降水量≥0.1 mm，且日照時數＜1 h；（e）日照時數≤0.1 h。陰雨災害發生初期第 1～3 d 的降水條件需要滿足（a）～（c）中陰雨日條件，以后的持續陰雨日則只需滿足（a）～（e）中任何一個條件即可。

（2）開花期連陰雨：花期陰雨受連陰雨與低溫綜合影響，因此開花期連陰雨需考慮低溫因素。若遇0℃以下的低溫或冰天雪地油菜可受凍致死，甚至整個花序、花蕾枯萎脫落。如果期間內出現3 d或以上連陰雨過程，其中有1 d（或以上）日最低氣溫≤5℃，將對油菜開花造成明顯影響。

（3）結莢期連陰雨：在油菜籽粒充實期，相對比較耐漬，日照要素影響比降水大，因此更多考慮日照影響。

1.2.2 油菜不同生長期連陰雨指標 根據以上油菜連陰雨影響機理，參考前人對陰雨、低溫、寒害等的研究結果[14-16]，采取指標要素指數構成法，得到如下連陰雨指標：

（1）播種出苗期連陰雨指數：

式（1）中，D為陰雨持續時間，即天數；S為日均日照時數；R為日均降水量；D、S和R都采取了指數化，K1代表連陰雨指數，按不同輕重程度分別定義為 1（輕度）、2（中度）、3級（重度），當 D≥5 d、S≤3 h、R≥1mm時為輕度連陰雨，簡稱連陰雨。

（2）開花期連陰雨指數：

根據以上影響原理，定義油菜開花期低溫連陰雨是在油菜開花期（3月上旬至3月下旬）出現3 d或以上連陰雨過程，其中有1 d（或以上）日最低氣溫≤5℃。連陰雨指數為：

式（2）中，Dm為低溫持續天數，Tm為過程極端最低氣溫，Tv為過程平均氣溫，Dc為過程連陰雨天數。當 Dm≥1 d、Tm≤5℃、Tv≤7℃、Dc≥3 d 天分別定義輕度開花期連陰雨。

（3）結莢成熟期連陰雨指數：

結莢成熟期（4月）春季連陰雨指數與苗期秋季連陰雨類似，但日照影響比重大。定義成熟期連陰雨指數為：

式（3）中，D0為陰雨持續天數，S0為日均日照時數，P0為累計降水量。這與苗期連陰雨類似，但權重系數和分級有差異，當 D0≥5 d、S0≤2 h、P0≥20 mm時定義為成熟期輕度連陰雨。

通過統計分析逐年苗期、開花期、結莢成熟期的連陰雨強度，這里引入災害發生頻率、災害發生站次比、災害強度等進行分析[17-20]。

2 結果與分析

2.1 連陰雨空間分布特征

2.1.1 油菜出苗期連陰雨發生頻率 由圖1（a）可見，出苗期連陰雨發生頻率在4%～40%。呈現山區大于平原、北部大于南部的分布規律，以湘西北山區最多，湘中地區次之，湘南最少。湘南個別地方年次機率在10%（10 a一遇）以下，湘西北部分地區在33%（3 a一遇）以上。其他大部分地方都在10%～20%。從產量影響來看，這個時期湖南氣候以秋旱少雨為主，所以連陰雨對油菜高產率影響有限。

2.1.2 油菜開花期低溫連陰雨發生頻率 由圖1（b）可見，開花期低溫連陰雨發生頻率在24%～70%，呈現平原大于山區的分布規律，以湘中、湘東北最多，年次機率在50%（2 a一遇）以上，部分地區年次機率在60%（5 a三遇）以上。湘西北及永州地區最少，年次概率在33%以下。從產量影響來看，3月份為湖南多雨季節，雨日多且降雨量大，隨雨量的增多可造成油菜開花期延長，根據油菜生長習性，開花盛期一般在每天上午9～11點，此時降雨對油菜開花授粉不利，同時油菜對低溫特別敏感，當春季氣溫驟降至5℃油菜將停止開花。所以開花期連陰雨對油菜高產率影響最為明顯。

2.1.3 油菜結莢成熟期連陰雨發生頻率 由圖1（c）可見，結莢成熟期連陰雨發生頻率在36%～88%，呈現南部大于北部的分布規律，以湘中以南地區最多，年次機率在67%（3 a兩遇）以上，常寧、新田、桂陽、汝城等地達到80%（5 a四遇）以上。湘北最少，年次概率在50%以下。從產量影響來看，結莢成熟期連陰雨強度總體比較高，說明湖南省此時段多陰雨，且等級高。油菜結莢成熟期如果遭遇連陰雨，會造成光合不足，影響油菜灌漿成熟，造成千粒重下降。

圖1 湖南省油菜生長期連陰雨年次頻率空間分布

2.2 連陰雨強度年際變化規律

分別統計1961～2010年各站發生連陰雨時的站次比和強度歷年變化值，結果如圖2。

由圖2（a）可見，出苗期連陰雨強度年際變化波動幅度較大，在0～3.38之間，近50 a來總體呈減小的趨勢，1974年秋連陰雨強度指數最高，且連陰雨發生區域集中在湘北及湘西北地區；90年代為頻發期，有8 a高于平均值；2001年以來轉為低發期，有6 a未出現連陰雨災害。從站次比來看，在0%～92%之間波動，1969年、1975年、1979年、1982年、1986年、1989年、1991年、1999年、2002年、2004～2007年、2009年共13 a未出現連陰雨，1965年、1984年、1994年、1997年、2010年共5 a站次比達到50%以上，其中極大值出現在2010年，有88個站次發生連陰雨災害。從站次比整體發展趨勢看，變化幅度較小。

由圖2（b）可見，開花期連陰雨強度變化波動幅度極小，在0～2.51之間平緩波動，80年代后期和90年代前期為頻發期，1988年連陰雨強度指數最高，為歷年最嚴重的一年。從站次比來看，在0%～100%之間波動，僅2008年未出現連陰雨，有22 a站次比達到50%以上，其中1985年、1992年、2010年全省所有站次都出現連陰雨災害。從站次比整體發展趨勢看，變化幅度較小。

由圖2（c）可見，結莢成熟期連陰雨強度變化波動幅度較小，在1.45～3.71之間較平緩的波動，頻發期與低發期區分亦不明顯，1964年秋連陰雨強度指數最高，為歷年最嚴重的一年，2004年強度最低。從站次比來看，在8%～100%之間波動，有39 a站次比達到50%以上，其中1981年、1983年為發生范圍最大年，所有站次都出現連陰雨災害。站次比整體發展范圍呈現減小的趨勢。

圖2 油菜生長期連陰雨強度的年際變化

3 結論

（1）根據4個農業氣象試驗站油菜產量結構資料與同期氣象資料分析，確定了影響油菜生產的主要連陰雨為出苗期連陰雨、開花期連陰雨、結莢成熟期連陰雨，并確定了定量評價指標。

（2）連陰雨年次頻率空間區域分布規律：油菜出苗期為湘西北大于湘中，湘南最低；開花期為湘中、湘東北地區最高，湘西北及永州最低；成熟期為湘中以南最高，湘北最低。因此，湘西南地區為連陰雨災害較輕地區，可作為油菜適宜生長區域，而湘南部分地區為連陰雨災害頻發區，可種植其他抗澇耐漬作物。

（3）湖南省連陰雨年際變化趨勢為：油菜出苗期連陰雨發生強度呈下降趨勢，90年代為頻發期，2001年以來轉為低發期。開花期、成熟期連陰雨發生強度變化較小。從站次比來，2010年為出苗期連陰雨發生站次最多的一年，1985年、1992年、2010年為開花期連陰雨發生站次最多的一年，1981年、1983年為成熟期連陰雨發生站次最多的一年。

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