湖南省油菜生长期连阴雨气象灾害发生强度的时空特征

韩沁哲，罗伯良，周 伟，黄晚华，陆魁东

（1.湖南省气象科学研究所，湖南 长沙 410119；2.株洲市醴陵市气象局，湖南 株洲 412005）

油菜是我国第一大油料作物，油菜籽油是居民食用油主要来源之一。近几年来，随着我国植物食用油消费急剧增长和国际油料价格上涨，大力发展冬种油菜，有效缓解我国植物食用油的供求矛盾，保障我国油料安全已经刻不容缓。湖南是全国重要油菜产区，近年来总产量占全国油菜总产量的10%以上，位居全国前5位[1]。湖南省油菜近几年种植面积稳定在100万hm2以上，是我省第一大油料作物，也是仅次于水稻的第二大农作物。随着冬闲田开发力度加大和油菜产业化的发展，油菜市场需求量不断增长，油菜的发展潜力巨大。

湖南种植冬油菜一般是9月中下旬开始播种，翌年5月上中旬成熟收获，整个油菜生育期跨越秋冬春3季，长达200～230 d。油菜在生长期内，播种出苗期较多秋季阴雨，越冬期“烂冬”很普遍，开花期春雨连绵，结荚成熟期湖南进入了汛期，降水更加频繁。因此，连阴雨是湖南油菜生育期最常见的农业气象灾害[2]。例如，2009年2月15日～3月4日，湘中以北大部分地方出现了连续15 d以上的持续阴雨天气，特别是2月25日～3月4日出现7 d以上气温维持5℃左右或以下的低温，影响油菜开花授粉，油菜结实率降低；2012年1月上旬～3月中旬，油菜越冬期和蕾苔期遭遇历史罕见的持续阴雨灾害，造成油菜生育期明显偏迟，对油菜产量影响较大。一般连阴雨天气易造成光照不足，空气湿度大，使油菜生长发育明显放缓，甚至停滞，开花结荚不良，单株角果数减少，菌核病等油菜病虫害流行，严重影响油菜产量[3-4]。

近几年，部分学者对油菜渍涝灾害指标、生长适宜性指标及油菜产量影响气象因子开展了一系列研究[5-8]，许孟会等[3]对春季连阴雨进行了初步研究，发现春季连阴雨对油菜生长影响较大，但系统地研究油菜连阴雨的较少。文章从多年生产实践出发，基于连阴雨对油菜影响机理，建立油菜不同生育期连阴雨指标，研究湖南连阴雨空间分布特征及对年际变化特征和油菜生产的影响。为制定合理的油菜种植制度、科学调整优质高产的油菜生产布局、提高油菜经济效益提供科学依据。

1 资料与分析指标

1.1 资料来源

湖南省96个气象站1961～2010年日照时数、气温、降水量等基本气象资料，来源于湖南省气候中心；湖南省农气站1991～2010年观测资料，包括油菜生育期、产量结构等。

1.2 油菜生长期连阴雨分析指标

根据湖南油菜生产实践，结合湖南省农业气候特点，油菜生育期的连阴雨主要有播种出苗期秋季连阴雨、开花期春季连阴雨和结荚成熟期连阴雨。湖南农业生产实践中，将作物生长季（3月～10月）任意一次连续7 d或以上阴雨天气过程，且日降水量≥0.1 mm，日平均日照时数≤1.0 h的连续降水过程称为连阴雨[9]。实际上，不同季节连阴雨对不同生育期的油菜影响机理不一样，因此针对油菜不同生长期制定连阴雨指标。

1.2.1 油菜不同生长期连阴雨影响机理及因子连阴雨致灾机理主要是长时间阴雨寡照，主要特点是连续降水、日照少，因此，受连阴雨影响的主要气象要素是降水和日照，但不同季节的连阴雨针对不同作物的生长发育期影响机理差异较大[9]。根据农气站多年观测和实践，依据前人对连阴雨对油菜及其他作物影响的研究成果[10-13]，得到如下油菜主要生育期的连阴雨影响因子：

（1）出苗期连阴雨：油菜幼苗期需要充足的光照，否则生长瘦弱，易形成“高脚苗”。如果播种出苗期阴雨寡照，会造成出苗缓慢，严重的会造成烂苗、死苗。因此将油菜播种出苗期（9月下旬和10月上旬）出现连续5 d或以上阴雨天气过程定义为连阴雨。定义阴雨日条件：（a）日降水量≥10mm；（b）日降水量≥5 mm，且日照时数＜5.0 h；（c）日降水量≥1 mm，且日照时数＜2.0 h；（d）日降水量≥0.1 mm，且日照时数＜1 h；（e）日照时数≤0.1 h。阴雨灾害发生初期第 1～3 d 的降水条件需要满足（a）～（c）中阴雨日条件，以后的持续阴雨日则只需满足（a）～（e）中任何一个条件即可。

（2）开花期连阴雨：花期阴雨受连阴雨与低温综合影响，因此开花期连阴雨需考虑低温因素。若遇0℃以下的低温或冰天雪地油菜可受冻致死，甚至整个花序、花蕾枯萎脱落。如果期间内出现3 d或以上连阴雨过程，其中有1 d（或以上）日最低气温≤5℃，将对油菜开花造成明显影响。

（3）结荚期连阴雨：在油菜籽粒充实期，相对比较耐渍，日照要素影响比降水大，因此更多考虑日照影响。

1.2.2 油菜不同生长期连阴雨指标 根据以上油菜连阴雨影响机理，参考前人对阴雨、低温、寒害等的研究结果[14-16]，采取指标要素指数构成法，得到如下连阴雨指标：

（1）播种出苗期连阴雨指数：

式（1）中，D为阴雨持续时间，即天数；S为日均日照时数；R为日均降水量；D、S和R都采取了指数化，K1代表连阴雨指数，按不同轻重程度分别定义为 1（轻度）、2（中度）、3级（重度），当 D≥5 d、S≤3 h、R≥1mm时为轻度连阴雨，简称连阴雨。

（2）开花期连阴雨指数：

根据以上影响原理，定义油菜开花期低温连阴雨是在油菜开花期（3月上旬至3月下旬）出现3 d或以上连阴雨过程，其中有1 d（或以上）日最低气温≤5℃。连阴雨指数为：

式（2）中，Dm为低温持续天数，Tm为过程极端最低气温，Tv为过程平均气温，Dc为过程连阴雨天数。当 Dm≥1 d、Tm≤5℃、Tv≤7℃、Dc≥3 d 天分别定义轻度开花期连阴雨。

（3）结荚成熟期连阴雨指数：

结荚成熟期（4月）春季连阴雨指数与苗期秋季连阴雨类似，但日照影响比重大。定义成熟期连阴雨指数为：

式（3）中，D0为阴雨持续天数，S0为日均日照时数，P0为累计降水量。这与苗期连阴雨类似，但权重系数和分级有差异，当 D0≥5 d、S0≤2 h、P0≥20 mm时定义为成熟期轻度连阴雨。

通过统计分析逐年苗期、开花期、结荚成熟期的连阴雨强度，这里引入灾害发生频率、灾害发生站次比、灾害强度等进行分析[17-20]。

2 结果与分析

2.1 连阴雨空间分布特征

2.1.1 油菜出苗期连阴雨发生频率 由图1（a）可见，出苗期连阴雨发生频率在4%～40%。呈现山区大于平原、北部大于南部的分布规律，以湘西北山区最多，湘中地区次之，湘南最少。湘南个别地方年次机率在10%（10 a一遇）以下，湘西北部分地区在33%（3 a一遇）以上。其他大部分地方都在10%～20%。从产量影响来看，这个时期湖南气候以秋旱少雨为主，所以连阴雨对油菜高产率影响有限。

2.1.2 油菜开花期低温连阴雨发生频率 由图1（b）可见，开花期低温连阴雨发生频率在24%～70%，呈现平原大于山区的分布规律，以湘中、湘东北最多，年次机率在50%（2 a一遇）以上，部分地区年次机率在60%（5 a三遇）以上。湘西北及永州地区最少，年次概率在33%以下。从产量影响来看，3月份为湖南多雨季节，雨日多且降雨量大，随雨量的增多可造成油菜开花期延长，根据油菜生长习性，开花盛期一般在每天上午9～11点，此时降雨对油菜开花授粉不利，同时油菜对低温特别敏感，当春季气温骤降至5℃油菜将停止开花。所以开花期连阴雨对油菜高产率影响最为明显。

2.1.3 油菜结荚成熟期连阴雨发生频率 由图1（c）可见，结荚成熟期连阴雨发生频率在36%～88%，呈现南部大于北部的分布规律，以湘中以南地区最多，年次机率在67%（3 a两遇）以上，常宁、新田、桂阳、汝城等地达到80%（5 a四遇）以上。湘北最少，年次概率在50%以下。从产量影响来看，结荚成熟期连阴雨强度总体比较高，说明湖南省此时段多阴雨，且等级高。油菜结荚成熟期如果遭遇连阴雨，会造成光合不足，影响油菜灌浆成熟，造成千粒重下降。

图1 湖南省油菜生长期连阴雨年次频率空间分布

2.2 连阴雨强度年际变化规律

分别统计1961～2010年各站发生连阴雨时的站次比和强度历年变化值，结果如图2。

由图2（a）可见，出苗期连阴雨强度年际变化波动幅度较大，在0～3.38之间，近50 a来总体呈减小的趋势，1974年秋连阴雨强度指数最高，且连阴雨发生区域集中在湘北及湘西北地区；90年代为频发期，有8 a高于平均值；2001年以来转为低发期，有6 a未出现连阴雨灾害。从站次比来看，在0%～92%之间波动，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未出现连阴雨，1965年、1984年、1994年、1997年、2010年共5 a站次比达到50%以上，其中极大值出现在2010年，有88个站次发生连阴雨灾害。从站次比整体发展趋势看，变化幅度较小。

由图2（b）可见，开花期连阴雨强度变化波动幅度极小，在0～2.51之间平缓波动，80年代后期和90年代前期为频发期，1988年连阴雨强度指数最高，为历年最严重的一年。从站次比来看，在0%～100%之间波动，仅2008年未出现连阴雨，有22 a站次比达到50%以上，其中1985年、1992年、2010年全省所有站次都出现连阴雨灾害。从站次比整体发展趋势看，变化幅度较小。

由图2（c）可见，结荚成熟期连阴雨强度变化波动幅度较小，在1.45～3.71之间较平缓的波动，频发期与低发期区分亦不明显，1964年秋连阴雨强度指数最高，为历年最严重的一年，2004年强度最低。从站次比来看，在8%～100%之间波动，有39 a站次比达到50%以上，其中1981年、1983年为发生范围最大年，所有站次都出现连阴雨灾害。站次比整体发展范围呈现减小的趋势。

图2 油菜生长期连阴雨强度的年际变化

3 结论

（1）根据4个农业气象试验站油菜产量结构资料与同期气象资料分析，确定了影响油菜生产的主要连阴雨为出苗期连阴雨、开花期连阴雨、结荚成熟期连阴雨，并确定了定量评价指标。

（2）连阴雨年次频率空间区域分布规律：油菜出苗期为湘西北大于湘中，湘南最低；开花期为湘中、湘东北地区最高，湘西北及永州最低；成熟期为湘中以南最高，湘北最低。因此，湘西南地区为连阴雨灾害较轻地区，可作为油菜适宜生长区域，而湘南部分地区为连阴雨灾害频发区，可种植其他抗涝耐渍作物。

（3）湖南省连阴雨年际变化趋势为：油菜出苗期连阴雨发生强度呈下降趋势，90年代为频发期，2001年以来转为低发期。开花期、成熟期连阴雨发生强度变化较小。从站次比来，2010年为出苗期连阴雨发生站次最多的一年，1985年、1992年、2010年为开花期连阴雨发生站次最多的一年，1981年、1983年为成熟期连阴雨发生站次最多的一年。

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