陇县烟草的自然降水条件及其灾害评估

赵 亮，王 哲

(陇县气象局，陕西陇县 721200)

烟草对环境条件有广泛的适应性，但其对环境条件的变化又十分敏感。环境变化不仅能影响烟草的生长形态，还能直接影响烟叶的化学成分和品质。土壤、温度、水分和光照是影响烟草生长发育和质量的重要生态因素。就烟草生长所需的水分条件而言，烟草比较耐旱，但为尽可能提高其产量和质量，烟草适宜种植在降水量充足而且分布较均匀的地区。不同生长期烟草生长耗水量不同，其中旺长期耗水量最大，但雨量过多又会影响烟叶的正常发育，特别是多雨寡照天气，对烟叶质量的不良影响更大[1]。这不仅表现在对烟株营养生长的影响[2-3]，还对烟叶主要化学成分有影响[4]，并最终影响烤烟的感官评吸质量[5]。此外，降水量与烟区病害的发生有明显关系，一般烟区内发病情况随降雨量的增加而加重[6]，而干旱期内降水减少，造成土壤、空气中的相对湿度低，遏制了病害发生和蔓延程度[7]。

陇县是宝鸡市烤烟生产带的重点建设地区。近年来，陇县积极创新烤烟种植制度，调整产业结构，使烤烟业发展成为陇县支柱产业之一，成为现阶段农民增收的重要途径。因此有必要针对陇县烤烟的降水条件及灾害进行精细化分析研究，为今后建立烟草气象灾害防御指标库提供一定参考。

1 资料和方法

1.1 资料

气象数据来自陇县国家气象站1980—2016年日降水、日照、气温等常规观测资料，其中0.0 mm降水按无降水处理。

1.2 方法

使用距平计算、功率谱分析、Morlet小波变换降水周期信号进行分析。参考操筠[8]针对烟草与气象条件关系研究设计的有效降雨量(Ri)及相对降水效应(Re)分析陇县烟草的自然降水条件。其中，相对降水效应描述降水对烟草生长的影响，烟草在实际降水条件下生长一天所完成的生育进度与烟草在最适降水条件下生长一天所完成的生育进度的比值为相对降水效应，取值0～1。由于降水不仅在当日对植株有影响，也会在随后几日有持续影响。因此以每日有效降水量表示降水的多少，降水的持续影响时间为7 d，并对逐日降水赋予不同权重，最终累加得到有效降水量

(1)

Ri表示当年第i天的有效降雨量(如，平年5月15日i=135，5月16日i=136；闰年5月15日i=136，5月16日i=137；以此类推)，ri-j表示第i-j天实际降雨量，ai-j表示第i-j天实际降雨量的权重参数，根据陇县当地烟草种植的实际状况，并咨询烟草种植专家分别对ai-6，ai-5，…，ai赋值为0.020、0.044、0.073、0.109、0.156、0.228、0.370。相对降水效应Re计算公式为

(2)

Rs为降水敏感参数，Rs越大，表示烟草对降水的适宜范围越大，对降水越不敏感；r0表示最适宜降雨量。由于还苗期一般持续时间较短(7～10 d)，因此将还苗期与大田伸根期合并为团棵期进行分析。参考操筠[8]的分析方法，并结合陇县实际状况，将团棵期、旺长期、成熟期的Rs分别赋值为-0.523、-0.457、-0.502。团棵期、旺长期、成熟期最适宜降雨量分别为100 mm/月、200 mm/月、100 mm/月。

暴雨指标T：大田期日降水量>50 mm的累计降雨量。连阴雨指标C：大田期连阴雨累计日数。连续5 d或5 d以上日降水量>1 mm且日照时数<2 h的天气过程记为一次连阴雨。

表1 不同气象灾害的分级指标

2 大田期降水变化特征

2.1 年变化特征

1980—2016年陇县烟草大田期多年平均降水量360 mm左右，能基本满足烤烟的正常生长，但降水具有多尺度演变特征，阶段性分布不均。从大田期多年降水距平来看(图略)，20世纪80年代、2003—2013年为明显的多雨期，20世纪90年代至2002年为明显的少雨期。这种降水信号的强弱变化表明，大田期降水可能存在周期振荡特征。为获得多年大田期降水序列可能存在的振荡周期，对其进行功率谱分析(图1)，取最大滞后长度为12 a。由图1可见，周期=2.40 a时通过了95%置信检验，同时周期为8 a时连续功率谱虽未通过95%置信上限，但也出现了明显的峰值。这说明，1980—2016年陇县烟草大田期降水序列存在显著的2～3 a周期振荡，同时存在较弱的准8 a周期振荡。

图1 1980—2016年大田期降水量功率谱

2.2 日降水变化特征

为获得陇县烟草大田期逐日降水的季节内及以下尺度的周期振荡特征，同时避免大田期降水丰枯变化对逐日降水振荡的可能影响，使用接近多年平均值的2007年数据进行逐日降水周期分析。

对2007年陇县烟草大田期逐日降水进行功率谱分析(图2)，取最大滞后长度为40 d。由图2可见，2007年大田期逐日降水未出现通过95%置信上限的振荡周期，但周期为2.2、2.5、2.8、4.4、8.9、16.0 d时，连续功率谱虽未通过95%置信检验，也有较明显的峰值，说明2007年陇县烟草大田期逐日降水存在5 d及以下天气尺度振荡、准单周振荡和准双周振荡特征。

对2007年大田期逐日降水进行Morlet小波变换，分析其小波变换系数分布(图3)。由图3可见，团棵期至成熟期前中期小波系数强弱振荡明显，表明2007年大田期降水主要发生在团棵期至成熟期中前期。进一步分析发现连续强弱振荡信号主要出现在团棵期12～16 d尺度、旺长期8 d尺度左右、旺长期至成熟期前期18 d尺度左右、团棵期至成熟期中期65 d尺度左右；同时，以上信号也在小波方差分布中表现为方差极大值的带状分布。此外，在5 d及以下尺度也存在连续强弱变化信号，但维持时间较短。以上信号在功率谱分析中也有所体现。

图2 2007年大田期逐日降水量功率谱

图3 2007年大田期逐日降水序列小波变换系数实数部

综上所述，2007年大田期逐日降水虽在整个分析时段内不存在稳定振荡周期，但表现出阶段性振荡特征。其中，团棵期主要表现为周期14 d双周振荡，旺长期表现为8 d准单周振荡，旺长期至成熟期前期表现为16～19 d准双周振荡。此外，团棵期至成熟期中期也存在60～70 d季节内振荡。

3 相对降水效应Re分析

3.1 典型年Re对比分析

分析1980—2016年大田期相对降水效应可见，各年大田期日平均Re介于0.568 0～0.735 8，多年均值为0.647 8，表明陇县自然降水并不能为烟草生长持续提供最适宜的供水条件。

取日平均Re最高(低)年1987(1996)年为典型年，对比分析烟株自然供水的异常特征。由图4可见，1987年逐日Re在大田期大部分时段内均明显高于1996年，其中，1987年团棵期至成熟期中期自然降水条件明显优于1996年，成熟期中后期两典型年自然降水条件互有优劣，但此时降水条件的变化对烟草产量和质量影响不大。可见，1987年自然降水条件更有利于烟草产量与质量的提高。

图4 1987与1996年大田期逐日Re差值

由1987、1996年及多年平均大田生长期逐日Re在不同区间的概率分布(表2)可见：[0.0，0.1)区间，1996年Re出现概率明显高于多年平均，为1987年的5倍；[0.5，0.8)区间，两典型年及多年平均Re出现概率介于41.17%～44.56%，相差不大；而[0.9，1.0]区间，1987年较多年平均及1996年分别偏高46%和80%。

表2 1987、1996年及多年平均大田生长期逐日Re在不同区间的概率分布 %

3.2 Re对不适宜供水条件的判定

由公式(2)可见，有效降水量Ri越偏离最适宜降水量，相对降水效应Re越低。但由于Ri理论值域为非负有理数集，当Ri为0时(连续无降水或干旱)，Re取值为Rs+1；当Ri>r0+r0(-1/Rs)1/2时(降水偏多)，Re取值为0。即Re取值为0仅由降水偏多造成，这显然是不合理的。可见，Re对不适宜供水条件(Re=0)判定不足，仅反映渍涝而不反映干旱。

4 暴雨及连阴雨灾害评估

由于烟草耐旱不耐涝，且在实地调研中发现5—9月陇县烟区降水充沛，干旱并非该地区烟草种植的主要气象灾害。因此仅对暴雨和连阴雨灾害进行评估。

对2007—2016年暴雨及连阴雨灾害进行评估(表3)发现，近十年陇县烟草受暴雨灾害影响概率及强度均高于连阴雨灾害，其中暴雨灾害出现概率40%，连阴雨灾害为10%；暴雨灾害以轻度灾害为主，但仍有低概率出现中度灾害。可见，陇县烟区较易受暴雨灾害影响，且主要表现为轻度灾害；而连阴雨灾害不易出现。这可能与5—9月影响陇县烟区的主要天气系统活动规律有关。5—9月造成陇县降水的主要天气系统为西太平洋副热带高压系统外围的不稳定暖湿气流，而连阴雨天气需要相对稳定的大气环流配置的支撑，因此，不易出现连阴雨灾害。

表3 2007—2016年暴雨及连阴雨灾害的指标和分级

5 结论与讨论

(1)1980—2016年陇县烟草大田期降水存在显著的2～3 a周期振荡，也表现出较弱的8 a周期振荡现象。

(2)2007年陇县烟草大田期逐日降水不存在稳定振荡周期，但不同阶段表现出不同特征。团棵期主要表现为周期14 d的双周振荡，旺长期表现为8 d准单周振荡，旺长期至成熟期前期表现为16～19 d准双周振荡。此外，团棵期至成熟期中期也存在60～70 d季节内振荡。

(3)陇县自然降水不能为烟草生长持续提供最适宜供水条件，年际供水条件差异较大。自然降水条件较好年份，高Re适宜供水条件占比偏高；而自然降水条件较差的年份，低Re不适宜供水条件占比则偏高。

(4)就烟草自然降水条件而言，陇县烟区较易受暴雨灾害影响，且主要表现为轻度灾害，而连阴雨灾害不易出现。

(5)陇县自然降水存在年际周期振荡和阶段性多尺度振荡特征，且烟草易受暴雨及连阴雨灾害影响。可见，利用降水数据提取中长期降水预测信号，或从天气尺度系统演变精准预测暴雨及连阴雨灾害，可能是科学提供烟草气象服务的一种新方法。

参考文献：

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