1951—2018年衢州市椪柑采摘期连阴雨天气变化特征

汪晨 毛程燕 龚理卿 王健疆

(衢州市气象局，浙江 衢州324000)

引言

衢州市是中国椪柑之乡，也浙江省最大的椪柑产区。2012年获“衢州椪柑国家地理标志产品保护示范区”称号，2019年“衢州椪柑”获批由国家商标总局颁布的地理标志证明商标。衢州椪柑根系发达，树形高大，果实外形端正、风味浓郁，且有药用功能。椪柑生长既要求热量丰富，又喜湿润，衢州的气候和土壤条件能满足椪柑整个生育期的要求。但随着全球气候异常变化，近年来气象灾害频发，椪柑受到气象灾害的不利影响愈发严重，如春季遇阴雨导致椪柑光合作用差，花器和幼果发育受阻，加重生理落果；夏季高温热害使叶片和枝干易受树脂病的侵害；秋季干旱影响果实膨大和抑制秋梢生长，严重时甚至植株枯死；冬季低温冻害发生后椪柑炭疽病、沙皮病加重发生。而秋季连阴雨不仅影响果实转色及花芽分化，雨后采摘的椪柑贮藏期腐烂率也会剧增，对椪柑品质产生不利影响[1－5]。据徐三勤等[6]研究，雨后采摘的椪柑在贮藏过程中病害发生情况明显多于雨前采摘的椪柑，雨后采摘加重了椪柑贮藏期的发病率。

诸多学者从不同尺度和角度讨论连阴雨及其气候成因。朱玉周和廖荣伟[7]用相关分析法找出中高纬度影响河南省连阴雨降水的关键区，从基本气流和扰动气流之间的相互作用出发，分析连阴雨关键区的大气环流异常机制；郭莉等[8]诊断分析发现了2018/2019年冬季中国江南地区发生的超长连阴雨天气的主要原因为中部型El Niño导致的江南地区异常低空水汽辐合和东亚冬季风次季节变化异常活跃；陈懿妮等[9]从大气环流异常、水汽热力条件和远距离台风影响等方面对2016年10月浙江省出现的罕见秋季阴雨寡照天气进行分析，发现了新环流类型连阴雨形成机理。目前普遍认为，在多个天气系统的互相牵制和共同作用下，长波、超长波停滞，冷暖气流于某处长时间交汇，是形成秋季连阴雨的直接原因[10]。衢州作为椪柑主产区和连阴雨高发地区之一，椪柑采摘期连阴雨天气基本特征、变化规律和气候成因都值得进一步研究，以便在今后的农业气象服务中具有针对性的指导橘农科学进行采摘工作，降低椪柑贮藏期果实腐烂率，为有效提高广大橘农的收入提供参考。

1 资料与方法

1.1 资料来源

所用气象资料来源于衢州市基本气象观测站1951—2018年11月10—25日逐日降水量、雨日、日照时数、相对湿度资料；椪柑采摘期数据来源于市农业部门。大气环流信息来源于美国国家环境预报中心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资料。

1.2 研究方法

1.2.1 连阴雨频次

根据浙江省天气预报手册和地面气象观测规范[11]，定义衢州9—11月秋季连阴雨:连续雨日≥4 d，第5 d起可以有1 d阴天(全天日照＜2 h)，第11 d起可以有2 d阴天。

式(1)中，F为1951—2018年衢州市椪柑采摘期连阴雨发生频次；Vi为发生连阴雨的次数。

1.2.2 连阴雨强度

连阴雨强度即连阴雨过程降水量与过程日数之比。

式(2)中，K为连阴雨强度；Ai为日降水量；n为连阴雨过程日数。

1.2.3 3 d滑动平均无雨日

经主产区调研和总结生产实践发现，雨后采摘的椪柑果实表皮沾雨带水，不耐贮存，烂果率明显增加，连续3 d无雨后采摘的椪柑在贮藏期发病率明显降低，对椪柑采摘期3 d滑动平均无雨日进行统计。

1.2.4 小波分析

小波分析是一种用于时间尺度分析和多分辨分析的新技术，被广泛用于时间序列的周期分析研究中。本文采用Morlet小波分析方法对衢州椪柑采摘期3 d滑动平均无雨次数展开研究，通过调整尺度因子获取信号的低频或高频信息，可以分析衢州椪柑采摘期气候变化的概貌和细节特征，也可进一步分析其中的多种变化周期。

2 结果分析

2.1 椪柑采摘期连阴雨变化

2.1.1 连阴雨频次变化

1951—2018年衢州市椪柑采摘期(11月10—25日)连阴雨共出现25次，概率为36.8%(图1)。连阴雨天数≥7 d出现5次，持续10 d以上的长连阴雨出现3次。持续7 d以上的连阴雨均出现在2000年以后。2017年11月10—22日出现长达13 d的连阴雨。1969年和2016年各出现2次连阴雨天气过程，为历史最高纪录。

1951—2018年衢州市椪柑采摘期连阴雨变化特征明显。20世纪50年代，未出现连阴雨；60—80年代连阴雨发生次数明显较多；90年代，连阴雨发生频次减少；进入21世纪后，连阴雨发生频率逐年增加。近70 a间，衢州椪柑采摘期连阴雨频次基本呈微增加趋势，线性趋势系数为0.0046，即每10 a平均增加0.0460次。

图1 1951—2018年衢州市椪柑采摘期连阴雨次数Fig.1 The numbers of consecutive rains during the picking period of ponkan in Quzhou from 1951 to 2018

2.1.2 连阴雨强度

1951—2018年衢州市椪柑采摘期连阴雨强度平均为2.76(图2)，由图2可知，统计时间内有45 a未出现连阴雨，强度为0；1997年连阴雨强度值最大，为21.27。20世纪60—80年代，连阴雨发生次数较多，但强度一般，为6—12。90年代连阴雨发生次数较少，但强度较强，历史最高值出现在此时期内。2000年后，连阴雨持续时间较长且强度呈波动上升趋势。近70 a衢州椪柑采摘期连阴雨强度呈增强趋势，线性趋势系数为0.0326，即每10 a平均增加0.3。

图2 1951—2018年衢州市椪柑采摘期连阴雨强度Fig.2 The intensity of consecutive rains during the picking period of ponkan in Quzhou from 1951 to 2018

2.1.3 雨日数和3 d滑动平均无雨次数

1951—2018年衢州椪柑采摘期平均雨日数近6 d(图3)，2017年最多，雨日数为13 d，1964年、1973年和2001年最少，均无雨日；3 d滑动平均无雨次数为6次，1964年、1973年和2001年最多为14次，1951年、1963年、1987年、1997年和2006年最少为0次。1951—2018年衢州椪柑采摘期连阴雨日数总体有增加的趋势，线性趋势系数为0.0401，即每10 a平均增加0.4 d；3 d滑动平均无雨次数为减少趋势，线性趋势系数为－0.019，即每10 a平均减少0.2次。

1951—2018年11月10—25日衢州市3 d滑动平均雨次数小波分析见图4。由图4可知，20世纪50—60年代3 d滑动平均无雨次数存在明显的15 a左右的年代际周期变化，60—70年代中期具有7 a左右的年际周期变化，70年代中期至90年代具有5 a左右的年际周期变化，21世纪后有10 a左右的年代际周期变化。20世纪80年代前，7 a左右的年际周期变化呈缩短趋势，90年代前，15 a左右的年代际周期变化呈缩短趋势，21世纪之前5 a左右的年际周期变化呈缩短趋势，进入21世纪后，10 a左右的年代际周期变化呈缩短趋势。小波分析结果与连阴雨日数和3 d滑动平均无雨次数统计结果一致。

2.2 椪柑采摘期连阴雨较强年环流特征

2.2.1 椪柑采摘期连阴雨较强年气候特征

图3 1951—2018年衢州市椪柑采摘期连阴雨日数和3 d滑动平均无雨次数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

图4 1951—2018年11月10—25日衢州市3 d滑动平均无雨次数Morlet时频和Coef时频分布立体图(a)、Morlet时频分布(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连阴雨较强年主要出现在1997年、2009年、2017年和2018年，关键气象因子数据统计分析见表1。雨日均破历史同期最多纪录；雨量1997年破历史最多纪录，2009年、2018年分别位列历史第7位、10位；日照时数2017年、2018年、2009年分别位列历史排位的后4位、5位、11位；平均相对湿度均大于常年同期值。显而易见，在采摘期连阴雨较强年中，均出现气候异常或极端气候事件。

表1 1951—2018年衢州市椪柑采摘期连阴雨较强年主要气象因子概况Table 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 椪柑采摘期连阴雨较强年的大气环流背景

极端天气和气候异常的原因很复杂，但目前普遍认同大气环流异常是造成极端天气和气候异常的最直接原因，其中，主要指对流层500 hPa位势高度场环流异常。针对椪柑采摘期连阴雨较强年1997年、2009年、2017年和2018年，基于NCEP/NCAR 2.5°×2.5°的500 hPa资料，从平均高度场和高度距平场的分布分别进行详细分析。

图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平均高度场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平均高度场分布如图5所示，亚欧大陆环流为径向型，呈两高一低分布，在乌拉尔山处维持着较强冷高压，冷空气沿脊前频繁下滑。日本 海同样有高压存在，阻碍冷空气东移的速度。而贝加尔湖北部有一强冷涡存在，冷涡和欧亚大陆冷高压之间等高线密集，梯度较大，而南支槽波动较弱，在湖南到广东一线。对椪柑采摘期连阴雨较强年500 hPa高度场进行平均后发现(图6)，亚欧地区呈两高一低的径向型环流，强冷空气东移缓慢，并且南下活动较频繁。由此可以初步判定椪柑采摘期亚欧地区呈两高一低的径向型大气环流形势时易出现连阴雨天气。

从500 hPa平均高度距平场也可以看出(图7)，乌拉尔山地区和日本海有较强的正距平中心存在，而贝加尔湖地区为较强的负距平中心，进一步表明11月连阴雨期间乌拉尔山冷高压和日本海高压强度强，贝加尔湖地区低涡强度深厚，且冷空气活动强，利于高纬地区的冷空气连续、快速向南爆发。南下冷空气强并不断侵入长江中下游地区，并和北上的较强偏南暖湿气流交汇于长江中下游地区，导致阴雨天气的维持。

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

综上所述，11月椪柑采摘期间出现连阴雨天气时，亚欧地区呈两高一低的径向型环流，强冷空气东移缓慢，并且南下活动较频繁，偏南暖湿气流活跃，致使冷暖空气在长江中下游地区长时间交汇，导致连阴雨天气。

图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 结论与讨论

(1)1951—2018年衢州椪柑采摘期连阴雨频次呈增加趋势，近10 a尤为明显，将在一定程度上提高椪柑采摘期遭受连阴雨影响的机率，对衢州椪柑品质有不利影响；衢州椪柑采摘期连阴雨强度呈增强趋势，进入21世纪后连阴雨持续时间较长且强度呈波动上升趋势，表明椪柑采摘期遭受连阴雨影响的程度越来越重；衢州椪柑采摘期连阴雨日数呈增加趋势，3 d滑动平均无雨次数呈减少趋势，会造成在椪柑实际生产中采摘困难及贮藏期发病率显著提高的情况。

(2)从1951—2018年11月10—25日衢州椪柑采摘期3 d滑动平均无雨次数小波分析来看，衢州椪柑采摘期3 d滑动平均无雨次数存在明显的5 a、7 a和15 a左右的年际和年代际周期变化规律，并且均呈现缩短趋势。利用已知的周期性规律，结合预报产品，在生产过程中对橘农进行科学指导、适期采摘，确保椪柑生产安全。

(3)通过对椪柑采摘期连阴雨较强年的大气环流背景分析，发现11月椪柑采摘期出现连阴雨天气时均出现气候异常，亚欧地区呈两高一低的径向型大气环流形势时易出现连阴雨天气。而椪柑采摘期遭遇阴雨天气一方面影响果农正常开展采摘活动和上市时间，另一方面，果实表皮沾雨带水，造成果实不耐贮存，烂果率明显增加。因此，建议在椪柑实际生产中密切关注天气预报，阴雨天气来临前积极抢摘，如采前雨日多、雨量大，应尽量选择雨停3天以后再进行采摘，可以有效降低椪柑的发病率，减少因贮藏期间果实变质而导致的经济损失。

(4)目前，针对连阴雨气候特征和环流背景及对农作物生长的影响和应对措施已有诸多探讨和研究[12－16]。为了减轻连阴雨天气对椪柑生产的影响，不仅仅需要定性的讨论大气环流形势，还需深入分析研究其前兆信号。如何应用数值预报产品定量预测椪柑采摘期连阴雨天气是未来研究的一个重要方向。同时，如何根据气象条件科学指导果农进行栽培管理，减轻气象因素对椪柑品质和产量的影响等还需进一步深入研究。