2020年湖南双季晚稻抽穗扬花期寒露风及大气环流异常特征

罗菁　罗潇　朱明辉　黄雁　颜晟

摘要 利用湖南省97个台站降水、气温资料、NCEP逐日再分析资料，分析了2020年9月湖南严重寒露风天气的时空分布及其同期大气环流的异常特征。结果表明：寒露风始于9月14日，28日基本结束;从发生范围、持续时间、低温强度等特征比较，2020年寒露风略轻于1997年，但强于2002年。西太平洋副热带高压偏强、西伸脊点明显偏西、脊线偏南，850 hPa湖南上空偏南暖湿气流输送较常年异常偏强、盛行上升运动是引起严重寒露风的直接原因。从南海到长江流域有一明显的水汽辐合区，这种水汽输送形势有利于湖南阴雨天气的持续发展，进而造成严重寒露风灾害事件的发生。

关键词 寒露风;大气环流;水汽输送;异常

中图分类号：S511.33 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2022）04–0065–04

晚稻抽穗扬花期正值湖南初秋时节，当强冷空气入侵时常造成剧烈降温，当气温降低至抽穗扬花的生物学零点温度时，会造成抽穗扬花受阻，无法正常进行授粉和受精，空壳率增加，从而造成晚稻大幅减产，这种双季晚稻抽穗扬花期的低温（低温阴雨）危害，即所谓的寒露风。例如，1997年9月中旬湖南省出现了有气象记录以来持续时间最长、危害最严重的寒露风天气，从9月中旬开始至月末，全省大部分地区持续了10～15 d的寒露风天气，导致当年的晚稻产量减产达5%～10%，个别稻田出现绝收现象。2010年9月下旬，湖南发生了较为严重的寒露风天气，晚稻减产明显。2020年9月中下旬正值湖南双季晚稻抽穗扬花之际，湖南大部分地区出现了持续低温阴雨天气过程， 遭受了大范围寒露风的影响。由于连续低温阴雨，使得抽穗扬花受阻，导致空秕粒增加，给湖南粮食生产和人们生活带来了严重影响，造成很大的经济损失。可见，低温（低温阴雨）冷害是制约晚稻高产的关键气象因子之一。

针对双季晚稻抽穗扬花期的低温冷害（亦称寒露风）时空演变及其对产量的影响与对策，国内气象工作者已进行了研究。黄晚华等[1]根据寒露风对水稻受灾影响机理，并考虑发生寒露风的低温程度和时段等因素，建立了寒露风综合气象风险指数，并应用GIS和定量评估技术得到湖南省寒露风综合气象风险区划。刘文英等[2]对江西省近50年寒露风的发生情况、演变趋势以及寒露风出现日数与空壳率的关系进行了分析，发现江西省寒露风有提前出现的趋势，且寒露风日数每增加1 d，可造成空壳率增加0.4%～3.0%。王庆国等[3]对南宁市近40年寒露风的时空分布特征进行了研究，发现晚稻空秕率与寒露风日数呈明显的正相关。谢晖[4]对广西2002年出现的寒露风天气对晚稻的影响进行了分析评价，结果表明：寒露风可使晚稻结实率下降20%左右，严重时可造成晚稻大幅度减产。杨乐清等[5]统计分析了益阳市各县（市、区） 1961—2010年“寒露风”天气的气候概况，结果表明：虽然随着全球气候的变暖，“寒露风”出现频次在逐步减少，但一旦出现重度寒露风天气时，将双季晚稻造成严重影响。例如，2008年9月25—30日和2010年9月22—30日分别出现了连续6 d和9 d的重度寒露风天气，导致全市范围内有8%左右的双季晚稻受到影响，结实率下降20%左右，双季晚稻产量受到严重影响。其他研究[6-8]结果也表明，寒露风常造成晚稻减产或失收，对晚稻的危害较大。

目前，规避寒露风危害的主要方法一是根据寒露风不同安全保证率发生初日的多年平均时间安排晚稻的抽穗扬花期，二是在寒露风出现时采取灌水和喷施谷粒饱、九二○等农业技术措施。从天气预报的角度来看，科学的避灾减灾方法首先是在晚稻播种时根据当年秋季寒露风来临的早晚选择适当的品种和插秧期，使晚稻的抽穗扬花期避开寒露风出现的时段。其次是中短期天气预报，当预报将出现寒露风时，及时采取有关农业技术措施。拟对2020年9月发生在湖南地区严重寒露风灾害天气事件及其环流特征进行研究，进一步探究湖南地区寒露风天气发生的成因，从而为准确地预报寒露风天气提供科学依据。

1 资料

使用的资料包括1981—2020年9月NCEP逐日大气环流资料，经纬度分辨率为2.5°×2.5°，湖南省97个气象台站同期逐日降水和气温资料。其中，采用1981—2010年的平均值作为气候平均态。

2 2020年湖南双季晚稻抽穗扬花期寒露风特征

2.1 低温特征

2020年9月受南下冷空气和西南暖湿气流的共同影响，湖南省降水异常偏多，日照异常偏少，气温异常偏低。经统计，2020年9月湖南全省平均气温22.3℃，较常年同期偏低1.5℃，位居1961年以来历史同期第3低位。各县（市）平均气温在19.6℃（保靖）～24.8℃（道县）之间。与往年相比，除郴州的资兴、桂东气温略偏高外，全省其他地区气温均偏低，其中，湘西州、怀化、张家界大部地区气温偏低2℃以上，保靖偏低超过3℃（图1）。从2020年9月逐日平均气溫演变图（图2）可见，除9月上旬部分时间段气温较常年同期略偏高外，月内大部分时段逐日平均气温均较常年偏低，尤其是9月18—28日逐日平均气温较常年偏低显著。

2.2 寒露风时空分布与强度特征

2020年秋季寒露风发生时间早。9月14日开始，湘北和湘中部分地区出现寒露风天气，9月17日向湘东、湘中及湘南北部大范围扩展，其中，湘中一带平均气温普遍降至20℃以下;9月21日湘北气温降至20℃以下，23日扩展至湘南南部;9月27日全省双季稻区均出现中到重度寒露风[9]，重度寒露风影响范围达到最广，益阳南部、娄底、邵阳、湘潭中西部、衡阳北部及永州、郴州等24个县（市）达到重度寒露风（图3）。9月28—30日气温自湘南、湘东至湘北缓慢升温，寒露风结束。

从寒露风持续时间统计结果看。2020年9月，寒露风在湘中及以北大部分地区持续时间达13～17 d，其中，日平均气温≤20℃的持续天数在湘中一带达10～12 d，湘南达5 d，湘北为3～5 d;过程平均气温为19℃～20℃、最低气温为16℃～17℃。与1997年、2002年类似，但从发生范围、持续时间、低温强度等特征来看，2020年寒露风略轻于1997年（持续时间达14～18 d、平均气温18.3℃），但强于2002年（持续时间11～14 d、平均气温19.8℃）。因寒露风天气发生时间早、持续时间长，由此造成湖南双季晚稻严重减产。

3 2020年湖南严重寒露风天气成因

异常大气环流形势有利于持续低温阴雨发展和长期维持，2020年秋季湖南出现严重寒露风天气事件，势必与同期的大气环流形势持续异常有关。

3.1 500 hPa高度场异常特征

图4是2020年9月14—30日500 hPa位势高度场及距平场。由图4可知，欧亚中纬度为两槽两脊环流型，东亚从低纬到高纬呈“+ - +”距平空间分布型，该环流型有利于引导地面冷空气达到长江以南。与此同时，与常年相比，西太平洋副热带高压偏强、西伸脊点明显偏西、脊线偏南，并且华南沿海至南海有一副高中心，使得其西北侧向我国长江及以南的水汽输送明显增强，有利于冷暖空气在江南上空持续交汇，导致明显的降温降雨天气，致使湖南出现严重的寒露風天气。

3.2 850 hPa风场特征

2020年9月14—30日湖南地区气流主要来自印度洋偏西气流经南海与中国台湾南部西太平洋偏东气流合并，并转向向北流经华南、江南西部（图5a），在距平图上（图5b）上，菲律宾及其以东上空有一异常的反气旋环流，印度洋—中南半岛—华南江南一带较常年有异常的西南气流，湖南大部处于异常西南风控制之下。从经向风距平场（图6）亦可见，湖南大部分地区上空出现异常南风，最大值达4.0 m/s，说明到达湖南的暖湿气流输送较常年异常偏强。综合以上分析，2020年9月14—30日低层环流形势有利于输送由南向北的暖湿空气，与常年相比，这种环流形势有利于冷暖空气在湖南地区相遇，而且水汽输送也异常偏强，致使湖南省内降水较常年异常偏多。

红实线表示副热带高压气候平均位置，阴影区表示距平。单位：gpm

3.3 850 hPa垂直运动和水汽特征

比较分析9月14—30日850 hPa多年平均垂直速度场和2020年9月14—30日垂直速度距平场（图7），发现9月常年受青藏高原大地形及热力影响，青藏高原及西南大部为上升运动区，湖南省内为微弱的下沉运动，而2020年9月14—30日垂直速度距平图上，在湖南地区至广西、贵州为负距平区域，表明湖南地区盛行上升运动，或上升运动较常年偏强，尤其是湖南西部地区，这有利于低温阴雨持续和发展，是湖南大部地区低温阴雨持续异常的原因之一。

从2020年9月14—30日整层（1 000 ～300 hPa）积分水汽输送及辐合辐散场距平图（图8）可以看出，湖南上空出现了较强的西南向水汽输送，从南海到长江流域有一明显的水汽辐合区，表明与常年相比，来自南方的水汽输送明显增强，从而造成湖南降水的水汽输送供应大大增强，这种水汽输送形势对湖南持续阴雨提供了源源不断的水汽条件。

4 结论

2020年9月湖南地区发生的严重寒露风灾害天气与同期的东亚大气环流持续异常都有着很大的关系。

（1）作为影响湖南秋季天气主要的大气活动中心，500 hPa高度场上的西太平洋副热带高压的强度、范围及位置变化很大程度上决定着南方暖湿气流和北方冷空气交绥的位置和方式，2020年9月西太平洋副热带高压偏强、西伸脊点明显偏西、脊线偏南，华南沿海至南海有一副高中心，使得其西北侧向我国南方的水汽输送明显增强，有利于冷暖空气在江南上空持续交绥，导致一次次明显的降温降雨天气，它无疑是造成这次持续低温阴雨天气最直接的原因。

（2）持续低温阴雨同期的850 hPa风场，菲律宾及以东上空有一异常的反气旋环流，湖南大部处于异常西南风控制之下，到达湖南的暖湿气流输送较常年异常偏强，对2020年9月湖南持续低温阴雨提供了良好的水汽条件。

（3）850 hPa垂直速度场上，持续低温阴雨期间湖南地区盛行上升运动，尤其是湖南西部地区，这有利于低温阴雨持续和发展，是湖南大部阴雨持续异常的原因之一。

（4）2020年9月从南海到长江流域有一明显的水汽辐合区，来自南方的水汽输送明显增强，从而造成湖南降水的水汽输送供应大大增强，这种水汽输送形势有利于湖南持续阴雨的形成与发展。

此处仅对同期大气环流特征进行了初步分析，针对湖南秋季严重寒露风气候学特征，以及其他异常环流因子与湖南寒露风的可能联系有待进一步深入研究，同时将进一步分析研究具有预报意义的物理因子，以此提高湖南秋季寒露风预测预报业务水平。

参考文献

[1] 黄晚华，黄仁和，袁晓华，等.湖南省寒露风发生特征及气象风险区划[J].湖南农业科学，2011（15）：48-52.

[2] 刘文英，张显真，简海燕.江西近50年寒露风演变趋势及其对双季晚稻的影响[J].气象与减灾研究，2009，32（4）：67-71.

[3] 王庆国，黄增俊，黄归兰，等.南宁市近40年寒露风演变趋势及对晚稻的影响[J].南方农业学报，2013，44（3）：431-436.

[4] 谢晖.广西2002 年寒露风天气对晚稻的影响与防御对策分析[J].广西气象， 2003，24（1）：37-39.

[5] 杨乐清，刘敬收，郭玲，等.寒露风对益阳地区双季晚稻的影响及对策[J].安徽农学通报，2012，18（1）：148-149.

[6] 陈蔚.寒露风对晚稻的危害及其防御对策[J].现代农业科技，2012（16）：281.

[7] 李克勤.湖南粮油作物生产与气象[M].长沙：湖南科学技术出版社，2005.

[8] 朱寿燕，郭小弟.秋季低温对杂交稻结实率的影响[J].中国农业气象，1999，20（3）：31-32.

[9] 陆魁东，帅细强，李文华，等.气象灾害术语和分级 DB43/T 234—2004[S].长沙：湖南省质量技术监督局，2004.

责任编辑：黄艳飞

Characteristics of Cold Dew Wind and Atmospheric Cir-culation Anomalies During the Heading and Flowering Stage of Double-cropping Late Rice in Hunan in 2020

LUO Jing et al（Hunan Climate Center Changsha， Changsha， Hunan 410118）

Abstract Using precipitation， temperature data and NCEP daily reanalysis data from 97 stations in Hunan province， the temporal and spatial distribution of severe cold dew winds in Hunan in September 2020 and the anomalous characteristics of atmospheric circulation during the same period were analyzed. The results showed that the cold dew wind started on September 14 and basically ended on September 28; from the comparison of the occurrence range， duration， low temperature intensity and other characteristics， the cold dew wind in 2020 was slightly lighter than that in 1997 but stronger than that in 2002. The western Pacific subtropical high was stronger， the westward extension ridge point was obviously westward， the ridge line was southward， and the 850 hPa southward warm and humid airflow over Hunan was abnormally stronger than normal， and the prevailing upward movement was the direct cause of the severe cold dew wind. From the South China Sea to the Yangtze River Basin， there was an obvious water vapor convergence area. This water vapor transport situation was conducive to the continuous development of the rainy weather in Hunan， which would lead to the occurrence of severe cold dew wind disasters.

Key words Cold dew wind; Atmospheric circulation; Water vapor transport; Abnormally