淺談暴雨天氣氣候特征及對(duì)農(nóng)業(yè)的影響
——以內(nèi)蒙古烏審旗為例

徐曉宇 ，禤曉瑩

（1.內(nèi)蒙古自治區(qū)烏審旗氣象局，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017300；2.柳州市柳江區(qū)氣象局，廣西 柳州 545100）

強(qiáng)降雨是一種經(jīng)常出現(xiàn)的自然災(zāi)害。一般來(lái)說(shuō)，天氣出現(xiàn)了強(qiáng)降雨就可以稱之為大雨，不過因?yàn)椴煌貐^(qū)的多雨程度不一樣，所以各地對(duì)于大雨的定義也不同[1-2]。在此，規(guī)定24 h 內(nèi)降雨量超過25 mm 的降雨為大雨。普遍來(lái)講，超過20 mm的降雨也被稱為大雨。只有連續(xù)3 h～4 h 的降雨量低于20 mm，才不算大雨。暴雨是一種極其危險(xiǎn)的天氣現(xiàn)象，該天氣現(xiàn)象發(fā)生時(shí)還時(shí)常伴隨有泥石流、山體滑坡等次生災(zāi)害，由此對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的危害相當(dāng)嚴(yán)峻[3-5]。為盡可能減少暴雨對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響，本文重點(diǎn)探討了烏審旗國(guó)家氣象觀測(cè)站的暴雨天氣氣候特征，并針對(duì)暴雨對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響提出幾點(diǎn)科學(xué)、有效的防御建議，對(duì)于掌握烏審旗國(guó)家氣象觀測(cè)站暴雨發(fā)生發(fā)展規(guī)律，確保農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)等意義重大。

1 地理概況及氣候特點(diǎn)

1.1 地理概況

烏審旗位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市的西北部，毗鄰毛烏素沙漠，地理位置在東經(jīng)108.29°～109.67°，北緯37.37°～39.40°之間。境內(nèi)有無(wú)定河、納林河、海流圖河等主要河流。該地區(qū)地勢(shì)平坦，屬于溫和的大陸性季風(fēng)氣候。耕地總面積為11 465 km2，草地為70.3 km2，有效草地面積為49.5 km2。農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)是當(dāng)?shù)氐膬纱笾饕a(chǎn)業(yè)。

1.2 氣候特點(diǎn)

烏審旗屬于溫帶大陸性氣候，冬春季受干冷氣流影響，降水很少；夏季則受太平洋暖濕氣流影響，降水集中。春季干燥多風(fēng)，有時(shí)會(huì)有沙塵暴；夏季降雨較多，偶有冰雹；秋季溫度較低；冬季干旱嚴(yán)寒。季節(jié)差異明顯，具有良好的日照和蒸發(fā)能力。

烏審旗全年平均溫度為7.9 ℃，全年最高溫度為37.9 ℃，最低溫度為-28.0 ℃，年平均降水量為333.9 mm。年平均相對(duì)濕度為51%，全年無(wú)霜期為153 天。年均光照時(shí)間為2 902.4 h，年平均風(fēng)速為2.4 m/s，以北風(fēng)為主，年最大風(fēng)速為19 m/s。

2 烏審旗暴雨天氣特征的分析

基于這些資料，運(yùn)用Excel 統(tǒng)計(jì)學(xué)和多元線性回歸等方法對(duì)1961—2020 年烏審旗國(guó)家氣象觀測(cè)站站點(diǎn)的降水過程進(jìn)行了研究，分析了近年來(lái)的降水情況。從時(shí)間分布特征、空間分布特征、周期分布特征以及季節(jié)和年際變化四個(gè)方面對(duì)這些資料進(jìn)行了具體的論述和分析。

2.1 資料與方法

利用烏審旗國(guó)家氣象觀測(cè)站1961—2020 年的連續(xù)多年降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行分析。將20：00 至第二天20：00的連續(xù)降水量或大于50 mm 的降水量定義為一場(chǎng)強(qiáng)降雨。以日為量化指標(biāo)，建立了汛期（4—9月）、非汛期（10—3 月）、早汛期（4—6 月）、晚汛期（7—9 月）的氣候變化序列。此外，選擇前期洪水期間作為調(diào)查對(duì)象。平均雨強(qiáng)是指一場(chǎng)大雨過后的降雨總量與該場(chǎng)大雨天數(shù)的比值。使用曼肯達(dá)爾法進(jìn)行了突變檢測(cè)，并使用復(fù)式莫雷特小波對(duì)其進(jìn)行了周期性研究。采用Excel 和多元線性回歸等方法對(duì)烏審旗國(guó)家氣象觀測(cè)站60 多年來(lái)降水的時(shí)空分布特征進(jìn)行了研究。

2.2 烏審旗暴雨氣候分析

烏審旗是全國(guó)降水最多、降水最長(zhǎng)、發(fā)生季節(jié)最長(zhǎng)、暴雨強(qiáng)度最大的地區(qū)之一。烏審旗國(guó)家氣象觀測(cè)站的大雨傾盆的原因很多。前汛期在烏審旗多以鋒型降雨為主，這種降雨持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，影響范圍廣，常常引起較大的洪災(zāi)，例如“59.6”“68.6”“94.6”等特大洪災(zāi)，這些都是由于前汛期出現(xiàn)了大范圍持續(xù)降雨而引發(fā)的。因此，深入分析和探討烏審旗國(guó)家氣象觀測(cè)站前汛期強(qiáng)降水過程具有十分重要的意義。

2.2.1 時(shí)間分布特征

圖1 顯示了烏審旗國(guó)家氣象觀測(cè)站多年來(lái)大雨傾盆天數(shù)的季節(jié)性分布，表明烏審旗多在4—9 月發(fā)生洪澇災(zāi)害，其中6 月為大雨傾盆的高峰期。烏審旗國(guó)家氣象觀測(cè)站全年平均大雨傾量為6.8 個(gè)工作日，而4—6 月的前洪峰期有2.9 個(gè)工作日，約占全部大雨傾量的43%，表明這段時(shí)間是烏審旗大雨傾盆的高發(fā)期。通過對(duì)各觀測(cè)站的統(tǒng)計(jì)，得出各觀測(cè)站的平均降雨天數(shù)，但與各觀測(cè)站的觀測(cè)值相比略有偏差。

通過對(duì)1961—2020 年烏審旗氣象站站點(diǎn)的降雨過程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，反映了烏審旗降雨過程中降雨量的變化特征。圖2 顯示了3—8 月的各年平均旬降水隨季節(jié)變化的特征。結(jié)果表明：烏審旗氣象站的旬降水量從春天到夏天呈遞增狀態(tài)，3 月份的旬降水量都在5 mm 以下。4 月份隨著前汛期的啟動(dòng)，降雨強(qiáng)度逐漸增加，主要集中在南海高背北緣的南支流場(chǎng)和北緣向西的強(qiáng)降雨。5 月初，夏季降水增多，7 月下旬降水最多；隨后，副高上升，雨帶向長(zhǎng)江盆地移動(dòng)，烏審旗氣象站降水逐漸減弱。

2.2.2 空間分布特征

烏審旗國(guó)家氣象觀測(cè)站在前汛期降水較多，但受到地形和天氣系統(tǒng)等因素影響，其降水的時(shí)空變化不甚均衡。本文以該氣象臺(tái)為例，從暴雨日數(shù)、暴雨降水量、暴雨百分比、暴雨集中度四個(gè)方面研究了其前期暴雨的時(shí)空變化規(guī)律。圖3 展示了1961—2020 年該氣象站前汛期間的暴雨日數(shù)和年最大降水量的時(shí)空變化情況。從暴雨日數(shù)與最大降水量來(lái)看，站點(diǎn)整體趨勢(shì)表現(xiàn)一致，暴雨日數(shù)整體呈現(xiàn)一個(gè)線性下降趨勢(shì)，最大降水量同樣表現(xiàn)為下降趨勢(shì)，但降水量變化趨勢(shì)顯著較緩，這就是暴雨日數(shù)減少，但年降水量變化不大的一個(gè)原因。

圖3 烏審旗1961—2020年暴雨日數(shù)及年最大降水量演變

烏審旗國(guó)家氣象觀測(cè)站前汛期最大降雨量為661 mm，最大過程強(qiáng)降雨為230 mm，占當(dāng)年總降雨量的35%。4—6 月份降雨量占總降雨量的40%，7—9 月份降雨量占總降雨量的40%，剩余時(shí)間降雨量占總降雨量的20%。

2.2.3 周期分布特征

為了研究烏審旗國(guó)家氣象觀測(cè)站前汛期大雨季的季節(jié)變化規(guī)律，對(duì)4—6 月份的大雨季中的大雨日進(jìn)行了Morlet 小波分析。結(jié)果顯示，烏審旗國(guó)家氣象觀測(cè)站前汛期的大雨傾盆天數(shù)呈現(xiàn)年際波動(dòng)，主要在24 個(gè)月之間。20 世紀(jì)60 年代后期到70 年代后期，4—6 月中大雨傾盆第一次出現(xiàn)后，下一次出現(xiàn)間隔為2～3 個(gè)月，即出現(xiàn)于6—9 月中，再下一次出現(xiàn)間隔為6～7 個(gè)月，再下一次出現(xiàn)間隔則為4 個(gè)月，再下一次出現(xiàn)間隔為1 個(gè)月。此外，在整體暴雨事件中，烏審旗國(guó)家氣象觀測(cè)站的降水周期變化規(guī)律也呈現(xiàn)相似的情況。

2.2.4 季節(jié)、年際變化

烏審旗國(guó)家氣象觀測(cè)站兩個(gè)汛期的雙峰現(xiàn)象是為人熟知的。表1 顯示，烏審旗國(guó)家氣象觀測(cè)站的暴雨雨量差和暴雨頻率差在4—9 月最為集中，并且呈現(xiàn)出顯著的雙峰分布，其中，6 月是主峰，8 月是次峰，說(shuō)明烏審旗國(guó)家氣象觀測(cè)站的降雨主要發(fā)生在汛期。烏審旗的降水頻率偏差季節(jié)分布規(guī)律與降水偏差時(shí)間分布規(guī)律一致。雖然多年降水強(qiáng)度年均值有很大的變化，但總體上呈現(xiàn)出單峰特征，最高值常出現(xiàn)在6月份。

表1 烏審旗多年平均暴雨降水量距平和暴雨頻次距平的季節(jié)變化

3 暴雨天氣對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響

現(xiàn)如今，隨著全球氣候變化異常，各地區(qū)暴雨災(zāi)害發(fā)生頻率居高不下，烏審旗國(guó)家氣象觀測(cè)站也不例外，由此對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響及危害相當(dāng)嚴(yán)峻[6]，主要包括以下幾點(diǎn)。

3.1 拍打危害

暴雨天氣往往具有降雨強(qiáng)度大、來(lái)勢(shì)迅猛、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，雖然未形成暴雨洪澇災(zāi)害，但是一旦暴雨發(fā)生在農(nóng)作物開花時(shí)期，必將直接破壞農(nóng)作物花藥花粉，即出現(xiàn)“暴雨洗花”現(xiàn)象，使農(nóng)作物僅抽穗開花，卻不會(huì)結(jié)果實(shí)。而且，還會(huì)明顯增加農(nóng)作物空殼率，使農(nóng)作物產(chǎn)量顯著下降。此外，暴雨拍打還會(huì)加劇土壤表面板結(jié)現(xiàn)象，使土壤透氣性能明顯下降，對(duì)農(nóng)作物后期的正常生長(zhǎng)發(fā)育非常不利[7]。

3.2 漬澇危害

水分是農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育過程的重要?dú)庀髼l件之一，不同農(nóng)作物位于不同生長(zhǎng)發(fā)育期對(duì)水分的需求也存在著一定程度的差異。適宜的水分有利于農(nóng)作物正常生長(zhǎng)發(fā)育，而一旦水分不足或過多必將直接影響到農(nóng)作物的正常生長(zhǎng)。烏審旗特殊的地形地貌與氣候?yàn)橛衩住⑿←湣⑺镜绒r(nóng)作物的生長(zhǎng)發(fā)育創(chuàng)造了有利條件。但由于暴雨強(qiáng)度大，一旦農(nóng)田多余的水分無(wú)法及時(shí)排出易導(dǎo)致田間積水成澇，若田間漬水時(shí)間較長(zhǎng)且深度較深，則極易導(dǎo)致農(nóng)作物根系出現(xiàn)缺氧現(xiàn)象，不僅會(huì)抑制根系正常生理活動(dòng)，產(chǎn)生一定量的有毒物質(zhì)，還會(huì)導(dǎo)致農(nóng)作物大幅減產(chǎn)歉收。特別是夏季暴雨天氣發(fā)生頻次較高，此時(shí)大氣溫度相對(duì)較高，一旦出現(xiàn)持續(xù)性的暴雨天氣現(xiàn)象，必將導(dǎo)致蔬菜、瓜果等農(nóng)作物出現(xiàn)爛根死亡現(xiàn)象，對(duì)農(nóng)作物的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)極為不利[8]。

3.3 洪澇災(zāi)害

高強(qiáng)度、持續(xù)性的暴雨天氣還極易引發(fā)洪澇災(zāi)害，在淹沒農(nóng)作物后，會(huì)導(dǎo)致農(nóng)作物無(wú)法正常開展新陳代謝，最終導(dǎo)致各種災(zāi)害滋生。受澇時(shí)間長(zhǎng)短不同、水層深淺不同等，洪澇災(zāi)害對(duì)農(nóng)作物的影響也存在著一定的差異。另外，隨著水溫的增加，水質(zhì)不斷渾濁，農(nóng)作物受害程度增強(qiáng)。特別是對(duì)于特大暴雨災(zāi)害而言，由于降雨強(qiáng)度大，極易引發(fā)江河、湖泊水位暴漲現(xiàn)象，同時(shí)低洼地區(qū)漬澇災(zāi)害多發(fā)，不僅會(huì)加劇水土流失現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)甚至還會(huì)引發(fā)山洪災(zāi)害，由此產(chǎn)生的影響更加嚴(yán)峻[9-10]。

4 暴雨災(zāi)害的防御措施

1）氣象機(jī)構(gòu)應(yīng)充分利用現(xiàn)代觀測(cè)工具，如衛(wèi)星、雷達(dá)、氣象飛艇、氣象飛機(jī)和自動(dòng)氣象站等，加強(qiáng)對(duì)暴風(fēng)雨的監(jiān)測(cè)，提高預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確度和精確度，做好暴雨洪澇等災(zāi)害性天氣的預(yù)防工作。建立一條“綠色通道”，將實(shí)時(shí)、全方位、精準(zhǔn)、及時(shí)、全面、無(wú)縫隙的預(yù)警信息發(fā)送給公眾，使其成為一棵“消息樹”，以減少暴雨帶來(lái)的破壞。

2）利用現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能、通信等技術(shù)，建立從預(yù)測(cè)—預(yù)警—報(bào)警—監(jiān)控的完整過程。提高“內(nèi)蒙古智慧農(nóng)情服務(wù)”和“內(nèi)蒙古綜合服務(wù)”的智能化和精細(xì)化程度，適應(yīng)農(nóng)業(yè)活動(dòng)和行政機(jī)關(guān)的需要。確保及時(shí)、準(zhǔn)確、有效地發(fā)布天氣風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警信號(hào)和預(yù)測(cè)信息，加強(qiáng)災(zāi)害預(yù)警信號(hào)的“及時(shí)性、有效性、一致性”；加強(qiáng)氣象工作人員的技能培訓(xùn)，提高其對(duì)災(zāi)害性天氣的監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)和預(yù)測(cè)能力；做好氣象災(zāi)害的防范工作，健全氣象服務(wù)機(jī)制，促進(jìn)農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。對(duì)城市、街道、社區(qū)、農(nóng)村牧區(qū)等的氣象災(zāi)害信息發(fā)送渠道進(jìn)行規(guī)劃和建立，發(fā)揮基層社區(qū)、村委會(huì)和氣象信息員在暴雨洪澇預(yù)警、災(zāi)情統(tǒng)計(jì)等方面的作用，確保公眾及時(shí)收到災(zāi)害信息。在此基礎(chǔ)上，建立以政府為主導(dǎo)，部門聯(lián)動(dòng)，社會(huì)參與的綜合防災(zāi)減災(zāi)系統(tǒng)。

3）加強(qiáng)應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的緊急救援能力。增加救援人員和設(shè)備的投入，并建立完善的雨災(zāi)和次生災(zāi)害統(tǒng)計(jì)報(bào)告體系；加強(qiáng)對(duì)暴雨防災(zāi)減災(zāi)知識(shí)的推廣，提高民眾在面對(duì)暴雨災(zāi)害時(shí)的自救和互救能力，最大限度地減少暴雨天氣給人們帶來(lái)的傷害。

4）通過整合各方資源，利用氣象與科研機(jī)構(gòu)、高校等協(xié)同發(fā)展的優(yōu)勢(shì)，繼續(xù)加大對(duì)新技術(shù)和新方法的研發(fā)力度，提高我國(guó)強(qiáng)降水的預(yù)報(bào)精度，為防災(zāi)減災(zāi)工作提供科學(xué)、技術(shù)支持。人工增雨和人工消雹是重要的氣象防災(zāi)減災(zāi)措施，要充分利用空氣中的水資源，掌握最佳時(shí)機(jī)，帶動(dòng)人工增雨和人工消雹，從而增加干旱區(qū)域的有效降雨量，減少水資源短缺的情況。這將減輕干旱和冰雹對(duì)糧食生產(chǎn)和特色農(nóng)牧業(yè)造成的危害，從而真正保障糧食安全和農(nóng)畜產(chǎn)品的有效供應(yīng)，同時(shí)促進(jìn)水資源安全和生態(tài)環(huán)境建設(shè)工作。為了實(shí)現(xiàn)“生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展”的目標(biāo)，實(shí)踐“以生態(tài)優(yōu)先、以綠色發(fā)展為主導(dǎo)”的綠色發(fā)展新路徑，提供高水平服務(wù)，必須不斷提高人為天氣作業(yè)的科學(xué)性、準(zhǔn)確性和安全性。

5 總結(jié)

1）烏審旗1961—2020 年的年降水呈現(xiàn)整體漲跌和遞增的趨勢(shì)，10 年的年降水均值的線性變化趨勢(shì)為9.839。降水變化形式為增—減—增。

2）烏審旗全年的降水季節(jié)變化表現(xiàn)為春、夏、秋、冬四季均有增加的趨勢(shì)。其中夏季降水最多，秋季其次。

3）烏審旗降水量主要集中在5—9 月，占全年降水量的83.1%，12 月、1 月、2 月、3 月這4 個(gè)月的降水量?jī)H為4.2 mm，占全年降水量的1.2%。