浅谈暴雨天气气候特征及对农业的影响——以内蒙古乌审旗为例

徐晓宇 ，禤晓莹

（1.内蒙古自治区乌审旗气象局，内蒙古 鄂尔多斯 017300；2.柳州市柳江区气象局，广西 柳州 545100）

强降雨是一种经常出现的自然灾害。一般来说，天气出现了强降雨就可以称之为大雨，不过因为不同地区的多雨程度不一样，所以各地对于大雨的定义也不同[1-2]。在此，规定24 h 内降雨量超过25 mm 的降雨为大雨。普遍来讲，超过20 mm的降雨也被称为大雨。只有连续3 h～4 h 的降雨量低于20 mm，才不算大雨。暴雨是一种极其危险的天气现象，该天气现象发生时还时常伴随有泥石流、山体滑坡等次生灾害，由此对农业生产的危害相当严峻[3-5]。为尽可能减少暴雨对农业生产的影响，本文重点探讨了乌审旗国家气象观测站的暴雨天气气候特征，并针对暴雨对农业生产的影响提出几点科学、有效的防御建议，对于掌握乌审旗国家气象观测站暴雨发生发展规律，确保农业安全生产等意义重大。

1 地理概况及气候特点

1.1 地理概况

乌审旗位于内蒙古自治区鄂尔多斯市的西北部，毗邻毛乌素沙漠，地理位置在东经108.29°～109.67°，北纬37.37°～39.40°之间。境内有无定河、纳林河、海流图河等主要河流。该地区地势平坦，属于温和的大陆性季风气候。耕地总面积为11 465 km2，草地为70.3 km2，有效草地面积为49.5 km2。农业和畜牧业是当地的两大主要产业。

1.2 气候特点

乌审旗属于温带大陆性气候，冬春季受干冷气流影响，降水很少；夏季则受太平洋暖湿气流影响，降水集中。春季干燥多风，有时会有沙尘暴；夏季降雨较多，偶有冰雹；秋季温度较低；冬季干旱严寒。季节差异明显，具有良好的日照和蒸发能力。

乌审旗全年平均温度为7.9 ℃，全年最高温度为37.9 ℃，最低温度为-28.0 ℃，年平均降水量为333.9 mm。年平均相对湿度为51%，全年无霜期为153 天。年均光照时间为2 902.4 h，年平均风速为2.4 m/s，以北风为主，年最大风速为19 m/s。

2 乌审旗暴雨天气特征的分析

基于这些资料，运用Excel 统计学和多元线性回归等方法对1961—2020 年乌审旗国家气象观测站站点的降水过程进行了研究，分析了近年来的降水情况。从时间分布特征、空间分布特征、周期分布特征以及季节和年际变化四个方面对这些资料进行了具体的论述和分析。

2.1 资料与方法

利用乌审旗国家气象观测站1961—2020 年的连续多年降水数据进行分析。将20：00 至第二天20：00的连续降水量或大于50 mm 的降水量定义为一场强降雨。以日为量化指标，建立了汛期（4—9月）、非汛期（10—3 月）、早汛期（4—6 月）、晚汛期（7—9 月）的气候变化序列。此外，选择前期洪水期间作为调查对象。平均雨强是指一场大雨过后的降雨总量与该场大雨天数的比值。使用曼肯达尔法进行了突变检测，并使用复式莫雷特小波对其进行了周期性研究。采用Excel 和多元线性回归等方法对乌审旗国家气象观测站60 多年来降水的时空分布特征进行了研究。

2.2 乌审旗暴雨气候分析

乌审旗是全国降水最多、降水最长、发生季节最长、暴雨强度最大的地区之一。乌审旗国家气象观测站的大雨倾盆的原因很多。前汛期在乌审旗多以锋型降雨为主，这种降雨持续时间长，影响范围广，常常引起较大的洪灾，例如“59.6”“68.6”“94.6”等特大洪灾，这些都是由于前汛期出现了大范围持续降雨而引发的。因此，深入分析和探讨乌审旗国家气象观测站前汛期强降水过程具有十分重要的意义。

2.2.1 时间分布特征

图1 显示了乌审旗国家气象观测站多年来大雨倾盆天数的季节性分布，表明乌审旗多在4—9 月发生洪涝灾害，其中6 月为大雨倾盆的高峰期。乌审旗国家气象观测站全年平均大雨倾量为6.8 个工作日，而4—6 月的前洪峰期有2.9 个工作日，约占全部大雨倾量的43%，表明这段时间是乌审旗大雨倾盆的高发期。通过对各观测站的统计，得出各观测站的平均降雨天数，但与各观测站的观测值相比略有偏差。

通过对1961—2020 年乌审旗气象站站点的降雨过程进行统计，反映了乌审旗降雨过程中降雨量的变化特征。图2 显示了3—8 月的各年平均旬降水随季节变化的特征。结果表明：乌审旗气象站的旬降水量从春天到夏天呈递增状态，3 月份的旬降水量都在5 mm 以下。4 月份随着前汛期的启动，降雨强度逐渐增加，主要集中在南海高背北缘的南支流场和北缘向西的强降雨。5 月初，夏季降水增多，7 月下旬降水最多；随后，副高上升，雨带向长江盆地移动，乌审旗气象站降水逐渐减弱。

2.2.2 空间分布特征

乌审旗国家气象观测站在前汛期降水较多，但受到地形和天气系统等因素影响，其降水的时空变化不甚均衡。本文以该气象台为例，从暴雨日数、暴雨降水量、暴雨百分比、暴雨集中度四个方面研究了其前期暴雨的时空变化规律。图3 展示了1961—2020 年该气象站前汛期间的暴雨日数和年最大降水量的时空变化情况。从暴雨日数与最大降水量来看，站点整体趋势表现一致，暴雨日数整体呈现一个线性下降趋势，最大降水量同样表现为下降趋势，但降水量变化趋势显著较缓，这就是暴雨日数减少，但年降水量变化不大的一个原因。

图3 乌审旗1961—2020年暴雨日数及年最大降水量演变

乌审旗国家气象观测站前汛期最大降雨量为661 mm，最大过程强降雨为230 mm，占当年总降雨量的35%。4—6 月份降雨量占总降雨量的40%，7—9 月份降雨量占总降雨量的40%，剩余时间降雨量占总降雨量的20%。

2.2.3 周期分布特征

为了研究乌审旗国家气象观测站前汛期大雨季的季节变化规律，对4—6 月份的大雨季中的大雨日进行了Morlet 小波分析。结果显示，乌审旗国家气象观测站前汛期的大雨倾盆天数呈现年际波动，主要在24 个月之间。20 世纪60 年代后期到70 年代后期，4—6 月中大雨倾盆第一次出现后，下一次出现间隔为2～3 个月，即出现于6—9 月中，再下一次出现间隔为6～7 个月，再下一次出现间隔则为4 个月，再下一次出现间隔为1 个月。此外，在整体暴雨事件中，乌审旗国家气象观测站的降水周期变化规律也呈现相似的情况。

2.2.4 季节、年际变化

乌审旗国家气象观测站两个汛期的双峰现象是为人熟知的。表1 显示，乌审旗国家气象观测站的暴雨雨量差和暴雨频率差在4—9 月最为集中，并且呈现出显著的双峰分布，其中，6 月是主峰，8 月是次峰，说明乌审旗国家气象观测站的降雨主要发生在汛期。乌审旗的降水频率偏差季节分布规律与降水偏差时间分布规律一致。虽然多年降水强度年均值有很大的变化，但总体上呈现出单峰特征，最高值常出现在6月份。

表1 乌审旗多年平均暴雨降水量距平和暴雨频次距平的季节变化

3 暴雨天气对农业生产的影响

现如今，随着全球气候变化异常，各地区暴雨灾害发生频率居高不下，乌审旗国家气象观测站也不例外，由此对农业生产的影响及危害相当严峻[6]，主要包括以下几点。

3.1 拍打危害

暴雨天气往往具有降雨强度大、来势迅猛、持续时间长等特点，虽然未形成暴雨洪涝灾害，但是一旦暴雨发生在农作物开花时期，必将直接破坏农作物花药花粉，即出现“暴雨洗花”现象，使农作物仅抽穗开花，却不会结果实。而且，还会明显增加农作物空壳率，使农作物产量显著下降。此外，暴雨拍打还会加剧土壤表面板结现象，使土壤透气性能明显下降，对农作物后期的正常生长发育非常不利[7]。

3.2 渍涝危害

水分是农作物生长发育过程的重要气象条件之一，不同农作物位于不同生长发育期对水分的需求也存在着一定程度的差异。适宜的水分有利于农作物正常生长发育，而一旦水分不足或过多必将直接影响到农作物的正常生长。乌审旗特殊的地形地貌与气候为玉米、小麦、水稻等农作物的生长发育创造了有利条件。但由于暴雨强度大，一旦农田多余的水分无法及时排出易导致田间积水成涝，若田间渍水时间较长且深度较深，则极易导致农作物根系出现缺氧现象，不仅会抑制根系正常生理活动，产生一定量的有毒物质，还会导致农作物大幅减产歉收。特别是夏季暴雨天气发生频次较高，此时大气温度相对较高，一旦出现持续性的暴雨天气现象，必将导致蔬菜、瓜果等农作物出现烂根死亡现象，对农作物的优质高产极为不利[8]。

3.3 洪涝灾害

高强度、持续性的暴雨天气还极易引发洪涝灾害，在淹没农作物后，会导致农作物无法正常开展新陈代谢，最终导致各种灾害滋生。受涝时间长短不同、水层深浅不同等，洪涝灾害对农作物的影响也存在着一定的差异。另外，随着水温的增加，水质不断浑浊，农作物受害程度增强。特别是对于特大暴雨灾害而言，由于降雨强度大，极易引发江河、湖泊水位暴涨现象，同时低洼地区渍涝灾害多发，不仅会加剧水土流失现象，严重时甚至还会引发山洪灾害，由此产生的影响更加严峻[9-10]。

4 暴雨灾害的防御措施

1）气象机构应充分利用现代观测工具，如卫星、雷达、气象飞艇、气象飞机和自动气象站等，加强对暴风雨的监测，提高预报的准确度和精确度，做好暴雨洪涝等灾害性天气的预防工作。建立一条“绿色通道”，将实时、全方位、精准、及时、全面、无缝隙的预警信息发送给公众，使其成为一棵“消息树”，以减少暴雨带来的破坏。

2）利用现代物联网、大数据、云计算、人工智能、通信等技术，建立从预测—预警—报警—监控的完整过程。提高“内蒙古智慧农情服务”和“内蒙古综合服务”的智能化和精细化程度，适应农业活动和行政机关的需要。确保及时、准确、有效地发布天气风险预警信号和预测信息，加强灾害预警信号的“及时性、有效性、一致性”；加强气象工作人员的技能培训，提高其对灾害性天气的监测、预报和预测能力；做好气象灾害的防范工作，健全气象服务机制，促进农业和畜牧业的可持续发展。对城市、街道、社区、农村牧区等的气象灾害信息发送渠道进行规划和建立，发挥基层社区、村委会和气象信息员在暴雨洪涝预警、灾情统计等方面的作用，确保公众及时收到灾害信息。在此基础上，建立以政府为主导，部门联动，社会参与的综合防灾减灾系统。

3）加强应对突发事件的紧急救援能力。增加救援人员和设备的投入，并建立完善的雨灾和次生灾害统计报告体系；加强对暴雨防灾减灾知识的推广，提高民众在面对暴雨灾害时的自救和互救能力，最大限度地减少暴雨天气给人们带来的伤害。

4）通过整合各方资源，利用气象与科研机构、高校等协同发展的优势，继续加大对新技术和新方法的研发力度，提高我国强降水的预报精度，为防灾减灾工作提供科学、技术支持。人工增雨和人工消雹是重要的气象防灾减灾措施，要充分利用空气中的水资源，掌握最佳时机，带动人工增雨和人工消雹，从而增加干旱区域的有效降雨量，减少水资源短缺的情况。这将减轻干旱和冰雹对粮食生产和特色农牧业造成的危害，从而真正保障粮食安全和农畜产品的有效供应，同时促进水资源安全和生态环境建设工作。为了实现“生态优先、绿色发展”的目标，实践“以生态优先、以绿色发展为主导”的绿色发展新路径，提供高水平服务，必须不断提高人为天气作业的科学性、准确性和安全性。

5 总结

1）乌审旗1961—2020 年的年降水呈现整体涨跌和递增的趋势，10 年的年降水均值的线性变化趋势为9.839。降水变化形式为增—减—增。

2）乌审旗全年的降水季节变化表现为春、夏、秋、冬四季均有增加的趋势。其中夏季降水最多，秋季其次。

3）乌审旗降水量主要集中在5—9 月，占全年降水量的83.1%，12 月、1 月、2 月、3 月这4 个月的降水量仅为4.2 mm，占全年降水量的1.2%。