金衢盆地“倒春寒”时空演变特征及对双季早稻的影响

汪晨 陈江锋 毛程燕 潘欣

（衢州市气象局，浙江 衢州 324000；第一作者：758988324@qq.com）

自古以来，金衢盆地就是浙江省重要的农产品基地，素有“浙江聚宝盆”之称。“倒春寒”气象灾害在金衢盆地并不鲜见，历史上多次发生因“倒春寒”造成早稻大面积烂种烂秧的现象。自1975年以来，国内学者对我国“倒春寒”的时空分布特征、大气成因和对农业、林业、畜牧业造成的影响等方面进行了多方位研究[1-10]。金衢盆地作为浙江省传统单双季籼稻主产区和“倒春寒”高发地区，该地区“倒春寒”灾害的时空演变特征、气候成因及对双季早稻的影响等均有必要进一步研究，以便更好开展具有针对性的“倒春寒”气象灾害预报预警、灾害评估和防御等方面的工作。

1 资料与方法

1.1 资料来源

气象资料来源于位于金衢盆地的衢州市、金华市、东阳市、义乌市、兰溪市和龙游县基准、基本气象站1981—2020年春季逐日气象观测数据；早稻生育期观测数据来源于龙游县国家一级农业试验站；衢州市统计年鉴资料来源于衢州市统计局；水稻灾情资料来源于各地农业农村局和新闻通讯等；大气环流信息来源于美国国家环境预报中心提供的1981—2018年2.5°×2.5°水平分辨率逐日再分析资料。

1.2 方法与标准

1.2.1 “倒春寒”气象标准

根据GB/T 34816-2017“倒春寒”气象指标，定义“倒春寒”为每年春季3—5月出现的前期暖后期冷，且后期气温明显低于常年平均气温的现象。计算公式：K＝δT1/4－δT2/2＋L/10。式中，K为“倒春寒”气象指标；δT1为春季某段时间的气温较常年偏低时，此前10 d的平均气温距平（δT1≥0）；δT2为春季某段时间平均气温较常年同期偏低，期间偏低程度最大的连续10 d的平均气温距平（δT2＜0）；L为倒春寒持续的天数（L＞3）。

1.2.2 “倒春寒”等级标准

对农业部门和气象部门“倒春寒”历史灾情程度资料进行统计和等级划分，用“倒春寒”气象指标K的值表示“倒春寒”气象等级，K≤3为轻度“倒春寒”，3＜K＜5为中度“倒春寒”，K≥5为重度“倒春寒”。

2 结果与分析

2.1 金衢盆地“倒春寒”的变化特征

2.1.1 “倒春寒”历史发生概况

统计整理1981—2020年金衢盆地主要城市“倒春寒”灾害发生的次数，并绘制年际分布图（图1）。根据“倒春寒”气象指标计算公式，计算得到每次“倒春寒”的气象指标K值，统计轻度、中度和重度“倒春寒”发生的次数（表1）。结果表明，近40 a金衢盆地几乎每年都会发生“倒春寒”，但以轻度“倒春寒”为主，占“倒春寒”发生总次数的69%~88%，中度“倒春寒”占12%~16%，除兰溪外其他各市重度“倒春寒”发生频次较少，占“倒春寒”总发生次数的1%以下。20世纪80年代后期至90年代“倒春寒”灾害发生频次较多；进入21世纪后，由于全球气温变暖，“倒春寒”灾害发生频率降低，但个别年份发生次数较多。

图1 1981—2020年金衢盆地主要城市各年“倒春寒”发生次数年际分布

表1 1981—2020年金衢盆地“倒春寒”等级统计结果

2.1.2 “倒春寒”频次和K值变化

在金衢盆地各主要城市中选择衢州市为代表，采用Morlet小波分析方法对1981—2020年4月10日至5月20日衢州“倒春寒”次数和气象指标K展开进一步分析研究。通过调整尺度因子获取低频或高频信息，分析其概貌特征、揭示隐藏其中的多种变化周期。

由图2可以看出，衢州“倒春寒”次数存在明显的19 a左右的年代际周期变化和7 a左右的年际周期变化，7 a左右的年际周期变化呈现先延长后缩短的趋势，2000年以后具有3 a左右的年际周期变化且强度逐渐增强；近40 a衢州“倒春寒”气象指标K存在明显的20 a左右的年代际周期变化，20世纪90年代后期至21世纪10年代前期存在8 a左右的年际周期变化且呈现缩短趋势，1981年以来4 a左右的年际周期变化呈现先增强后减弱再增强的趋势。

图2 1981（a）—2020年（b）“倒春寒”次数和气象指标K的Morlet时频Coef时频分布等高线图（1）、Morlet时频Coef时频分布立体图（2）和Morlet小波方差图（3）

2.1.3 “倒春寒”气象指标K区域分布历史变化特征

图3是金衢盆地1981—1990年（图3 a）、1991—2000年（图3 b）、2001—2010年（图3 c）和2011—2020年（图3 d）的“倒春寒”气象指标K时间阈值10 a平均区划图。

图3 1981—2020年各年代金衢盆地“倒春寒”气象指标K历史变化分布图

20世纪80年代和90年代相似，兰溪地区“倒春寒”气象指标为近40 a最高，K为8.157，金衢盆地东西两侧地区气象指标K值较低，大部地区为2.500~3.500。21世纪00年代和10年代，金衢盆地“倒春寒”发生次数和强度明显下降，00年代金衢盆地“倒春寒”气象指标整体呈现东部低、中西部高的布局，兰溪仍为金衢盆地“倒春寒”气象指标最高地区，但K值明显下降至2.650；10年代金衢盆地“倒春寒”气象指标整体与00年代相反，呈现东部高、西部低的布局，“倒春寒”气象指标最高地区为义乌，K值为2.602。

2.2 “倒春寒”发生前期环流特征分析

2.2.1 “倒春寒”个例年气候特征

整理分析1981年—2020年金衢盆地“倒春寒”灾害发生的时间、地点和影响程度，针对“倒春寒”灾害较强年进行气象要素统计分析（表2）。从表2可见，1996年3月17日至4月22日金华市出现持续37 d的重度“倒春寒”。据统计，3月7日至16日平均温度为10.5℃，比常年同期偏高0.5℃。3月17日至26日平均温度为6.5℃，比常年同期异常偏低4.6℃。据调查，受此次“倒春寒”灾害影响地区不仅是金华地区，衢州、丽水、温州等地也大范围受低温阴雨影响，出现大面积早稻秧苗生长缓慢及烂秧死苗情况。

表2 金衢盆地倒春寒灾害较强年主要气象因子概况

2020年3月28日至4月7日衢州出现持续11 d的中度“倒春寒”。据统计，3月18日至27日平均温度为18.7℃，比常年同期偏高6.9℃。3月28日至4月6日平均温度为10.9℃，比常年同期偏低3.2℃。调查显示，受此次“倒春寒”灾害影响，衢州市多处水稻秧苗出现生长缓慢、根系发育不良等现象，部分苗床还出现低温冷害，发生水稻秧苗立枯病。

2.2.2 “倒春寒”较强年大气环流背景分析

利用NCEP/NCAR 2.5°×2.5°水平分辨率逐日再分析资料，绘制1996年3月17日和2020年3月28日“倒春寒”灾害发生前2 d、前1 d和当天的500 hPa平均高度场和温度场（图4），对“倒春寒”发生过程的前期形势进行进一步详细分析。

图4 1996年3月17日（a）和2020年3月28日（b）倒春寒发生前2 d（1）、前1 d（2）和当天（3）500 hPa平均高度场和温度场

从图4可知，1996年3月15日金衢盆地上空为500 hPa高空槽底平直的偏西气流，等温线与等高线几乎平行，冷中心位于贝加尔湖以东，中心值低于-40℃，非常有利于强寒潮天气的暴发；16日南支西风槽东移，金衢盆地处于弱的槽前；17日东北冷涡东移加深，冷涡中心强度为512 dgpm，强冷空气范围开始扩大，长江中下游为纬向环流为主，天气状况较好，夜间辐射降温明显。

2020年3月26日金衢盆地上空为500 hPa高空槽前，东北冷涡位于内蒙东部，等温线和等压线夹角较大，冷平流明显，槽后冷平流不断渗透，而此时华南到江南一带均受西南暖湿气流影响，气温较高；27日南支槽继续东移，浙江省仍处于高空槽前，但东北冷涡中心已移出东北地区，后部冷平流逐渐影响江南地区；28日500 hPa南支槽已过境，金衢盆地处于槽后脊前冷空气下摆影响，地面最低气温降至5.6℃。

3 结论与讨论

经统计分析发现，1981—2020年金衢盆地“倒春寒”发生概率较高，但以轻度为主，约占“倒春寒”发生次数的83%左右；进入21世纪，全球气候变暖，“倒春寒”发生频率降低，但个别年份发生的次数较多、强度较大。从1981—2020年衢州市“倒春寒”次数和气象指标K的小波分析来看，存在明显的3 a、7 a、19 a和4 a、8 a、20 a的年际和年代际周期变化规律，可充分利用已知周期规律进行“倒春寒”灾害气象服务。

20世纪80年代到21世纪10年代，从金衢盆地“倒春寒”气象指标K历史变化分布图可以看出，“倒春寒”气象指标K整体呈现减弱趋势，20世纪后20年和21世纪前20年差异较明显，强度中心由金衢盆地的中部地区向东部地区移动，在今后的农业气象服务中高风险地区需进一步加强对“倒春寒”灾害的预测预警能力。

对“倒春寒”较强年的前期大气环流形势进行分析，发现贝加尔湖附近强冷空气东移南下，槽后冷平流不断渗透影响江南地区，导致金衢盆地气温异常下降，容易发生较严重“倒春寒”气象灾害。“倒春寒”的发生，不仅会造成早稻出苗参差不齐、烂秧、死苗，还会因秧苗不足而影响全年水稻生产部署。因此，建议在早稻实际生产中密切关注中长期天气预报，如遇“倒春寒”天气，应尽量抓住“倒春寒”过后的“冷尾暖头”有利天气进行移栽和播种，减轻或避免因低温阴雨而导致的经济损失。

目前针对“倒春寒”气候特征和环流背景及对农业生产的影响和应对措施已有诸多探讨和研究[11-15]。为了减轻“倒春寒”气象灾害对农作物生长的影响，不仅仅需要定性的讨论大气环流形势，还需进一步提高EC等预报产品的预报时效和准确性，科学指导农民合理利用农业气候资源，根据气象要素进行科学防护，降低生产成本，提高产量和品质。同时，如何减轻气象因素对农业生产的不利影响等方面仍需进一步探讨和研究。