2021 年10 月2—7 日山西省连阴雨天气分析及对农业生产的影响

韩 普 薄燕青 申李文 班胜林

（1.山西省气象台，山西 太原 030006；2.山西省气候中心，山西 太原 030006）

0 引言

联合国政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）第五次评估报告指出，受气候变化的影响，全球范围内极端天气引起的气象灾害已成为人类面临的最为复杂的挑战之一。在农业气象灾害中，洪涝（含暴雨、连阴雨）灾害是影响我国粮食生产的第二大自然灾害。顾西辉等研究发现，在我国中部、中西部及西北部，由极端降水引发的洪涝灾害发生率呈显著上升趋势，西部及北部地区粮食灾损率和灾损量显著提升。

山西省地处中纬度地带的内陆，属温带大陆性季风气候。由于太阳辐射、季风环流和地理因素影响，山西省具有四季分明、雨热同步、光照充足、南北气候差异显著、冬夏气温悬殊、昼夜温差大等气候特点。连阴雨是一种持续时间长、影响范围广的降水现象，是山西省主要的灾害性天气之一，对农业生产危害较大。通过对连阴雨天气过程的分析，探讨其对农业生产的影响，便于进一步提高气象为农服务水平，对于保障粮食安全意义重大。

1 天气过程概况及特征

受高空槽和副热带高压的共同影响，2021 年10 月2—7 日山西省出现大范围持续性降水天气过程，降水从2 日夜间开始，7 日凌晨结束。2 日20:00 至7 日08:00，山西省降水量为15.4 ～273.3 mm，其中13 个国家站降水量≥200 mm，50 个国家站降水量为100 ～200 mm，27 个国家站降水量为50 ～100 mm。

2021 年10 月2 日，山西省中南部大部及北部局部有72 个国家站出现降水，2 站暴雨；3 日降水范围扩大至山西省大部107 个国家站，2 站暴雨；4-6 日山西全省范围（109 个国家站）均出现降水，其中4 日山西省中部等地有38 个国家站为暴雨，5 日山西省中部等地有1 站（榆社）大暴雨、37 站暴雨，6 日降水量明显减少。

此次降水过程是典型的连阴雨过程，不仅持续时间长，而且累计雨量大，影响范围广，造成了严重的洪涝灾害。在此次降水过程中，山西省有63 个国家站累计降水量超过历史同期极值。10 月2—3 日降水过程伴有强对流，主要集中在山西中南部，出现雷电、风雹和短时强降水，其中有2 站（河津，3 日02:00；大宁，3 日07:00）出现冰雹天气，最大雨强达到44.4 mm/h；10 月4—6 日以稳定性降水为主。

2 环流分析

2.1 高空形势分析

2021 年10 月上旬，副热带高压异常偏强。2 日20:00（见图1a），500 hPa 亚欧大陆中高位呈“两脊两槽”环流型，中纬度环流较为平直，贝加尔湖西部为切断低涡，中心高度低至530 dagpm，配合有-40 ℃的冷中心；低涡南部不断有冷空气南下，短波槽东移，影响山西省；低纬度副热带高压偏强，控制华南大部分地区。3 日20:00（见图1b），中高纬环流形势维持稳定，乌拉尔山至贝加尔湖西部存在阻塞高压和切断低压，切断低压强度略微减弱，副高北抬西升加强，588线北界位于河南省至山东省一带。4 日20:00（见图1c）以后，贝加尔湖附近的高压脊和其东部低压槽减弱东移。5—7 日欧亚中高纬环流形势调整为“一脊一槽”型，中纬度地区仍有短波槽活动和东移；5 日20:00（见图1d）至6 日白天，短波槽加深发展，东移至河套地区，受槽前西南气流输送水汽和正涡度平流，山西省降水持续；6 日夜间低槽东移、副高东退南撤，山西省降水趋于结束。

图1 2021 年10 月2—5 日20:00 500 hPa 高空形势场

2.2 地面形势分析

海平面气压场显示，2 日20:00（见图2a），山西省处于高压后部，低压前部偏南风气流控制；3 日白天，地面冷锋逐渐南压，冷锋加强，山西省仍受倒槽影响。3 日20:00（见图2b），地面冷高压中心由贝加尔湖西南侧自西向东缓慢移动，山西省受冷高压底部偏东气流影响。4 日20:00（见图2c），地面冷高压南压，锋面过境。5日20:00（见图2d），冷高压主体继续东移，冷高压中心东移至东北地区，山西省逐渐转受高压底后部影响；6 日20:00，随着高空槽过境，山西省受地面高压环流控制，降水趋于结束。

图2 2021 年10 月2—5 日20:00 海平面气压场

2.3 云图资料分析

降水过程前期，受低空急流和切变线影响，以对流性降水为主。3 日07:00 红外卫星云图（见图3a）上，在山西省中南部上空有切变线云系发展，临汾—晋中一带云顶亮温在240 K 以下，云顶发展高度较高，对流较强。4 日12:00 红外卫星云图（见图3b）上，降水云系以高空槽云系为主，云顶较低，主要为中低层云系；4—5 日，高空短波槽多次东移，长时间影响山西省，降水持续时间较长，累加降水量较大。

图3 2021 年10 月3 日07:00、4 日12:00 红外卫星云图

3 动力分析

从太原站垂直剖面图（见图4）可以看出，2—7日低层辐合，有上升运动存在；3 日夜间高空辐散增大，低层辐合增强，垂直上升运动发展，并持续到6 日，有利于强降水的出现。2 日20:00 至4 日08:00，对流行降水阶段，上升运动剧烈，垂直速度达-1.5 Pa/s；之后上升运动有所减弱，但仍然达到-0.9 Pa/s。

图4 2021 年10 月2—7 日太原垂直速度（等值线，单位10-1 Pa/s）和散度（阴影，单位10-5/s）的时间—高度垂直剖面图

4 日08:00（图略），位于高空急流南侧的区域（110°～114°E、36°～40°N），存在明显的高空辐散和低层辐合，有明显的上升运动发展；4 日20:00至5日08:00，高空辐散、低层辐合的强度较前期减弱；5 日20:00，高空辐散、低层辐合的强度再次增强。

4 极端性分析

对10 月2—6 日08:00 500 hPa 平均位势高度与近10 a 平均的高度场做距平（见图5）看到，乌拉尔山切断低涡异常偏强，比常年同期偏低1σ（1 倍标准差）以上，有利于冷空气向下游扩散。同时，副高异常偏强偏北，比常年同期偏高2σ 以上，与冷空气相遇，有利于在山西省产生极端性天气。

图5 2021 年10 月2—6 日08:00 500 hPa 平均位势高度（等值线）及距平场（阴影）

就水汽通量（见图6）来看，700 hPa 上异常偏强的西南风将孟加拉湾的水汽向山西省输送，山西省中南部大部在2σ 以上；850 hPa 上异常偏强的偏南风将南海的水汽向山西省输送，山西省中南部部分地区达2σ。异常偏强的水汽输送为山西省降水提供源源不断的水汽，有利于在山西省产生极端性降水。

图6 2021 年10 月2—6 日08:00 平均水汽通量（箭头）及距平场（阴影）

5 连阴雨天气对农业生产的影响分析和防范措施

2021 年10 月2—7 日的连阴雨造成山西省多地土壤持续过湿。由2021 年10 月7 日山西省土壤相对湿度分布图（见图7）可以看出，山西省南部大部、阳泉及晋中大部、吕梁南部和西北部、大同和忻州东部、太原局部0 ～20 cm 土壤持续过湿，山西省中南部大部、忻州中部和东部、大同东部、朔州局部20 ～50 cm 土壤持续过湿。

图7 2021 年10 月7 日0 ～20 cm、20 ～50 cm 土壤相对湿度分布图

连阴雨天气会造成作物因土壤湿度和空气湿度加大而发育不良和易感染病害，会导致种子和果实发芽、霉变，进而导致农作物产量和品质受到影响。秋季连阴雨持续时间较长，对农作物的影响范围广，且大多在秋收秋种关键期出现，对玉米等秋作物的生长发育和成熟收获造成了不同程度的影响，降低了农作物的产量和品质。山西省临汾市南部和运城市复播区部分夏玉米因连阴雨天气不能正常成熟收获。

山西省此次出现的连阴雨天气导致部分农田出现明显积水（主要在汾河和黄河沿岸低洼地块），导致收获机械无法进地，影响秋收进度；同时，汾河沿线部分区域出现河道决口、农田被淹现象，个别地块无法播种。秋季连阴雨还阻碍了秋播秋种工作的顺利开展，临汾市南部和运城市复播区冬小麦播期较往年有所推迟。往年山西省秋收秋种从9 月下旬开始，10 月上中旬进入高峰期。据山西省农业农村厅统计，2021 年10 月中旬后期山西省秋收进度才开始加快，10 月下旬秋种进度才开始略有加快，11 月11 日全省秋收完成；南部运城粮食主产区冬小麦在10 月末到11 月初集中大面积播种，11 月20 日全省秋种完成。

对此，一方面需要加强气象服务，尤其是秋收秋种关键期需要及时发布连阴雨天气预报预警信息，提高气象服务水平，使农民提前采取防范措施；另一方面，农民需要合理采取防范措施。例如，降水偏多地区应清理沟渠，确保能及时排出田间积水，以防农作物受淹倒伏；抓住晴好天气或降水间隙及时收获晾晒，并注意通风贮存，防止霉变。对于土壤过湿或仍有积水的麦播区，采取开沟排水、深耕沥水等有效措施散墒降渍，以便尽早播种；晚播麦田要注意加大播种量，以密补晚，同时加强播后查苗和田间管理，及时查苗补苗，及时追肥，保证苗全苗齐，促进麦苗茁壮生长，增强麦苗抵抗力，保障小麦安全越冬。

6 结语

2021 年10 月2—7 日，山西省出现了一次典型的连阴雨天气，具有累计雨量大、持续时间长、极端性突出等特点。前期降水伴有雷电，并出现风雹和短时强降水等强对流天气，后期为稳定性降水；有63 个国家站累计降水量超过历史同期极值。

此次连阴雨天气过程乌拉尔山切断低涡异常偏强，有利于冷空气向下游扩散，同时副高异常偏强偏北，与冷空气相遇，有利于在山西省产生极端降水天气。由于副高异常偏北，与低层切变线相互作用，形成的西南低空急流持续向山西省输送水汽，为强降水的产生提供了有利的条件。

此次降水过程造成山西省多地土壤持续过湿，导致部分作物不能正常成熟收获，影响了山西省的秋收秋种进度。对此，在秋收秋种关键期，要及时发布天气预报预警信息，提高气象服务水平，使农民提前采取防范措施，更好地为山西省农业生产服务。