隴縣煙草的自然降水條件及其災害評估

趙 亮，王 哲

(隴縣氣象局，陜西隴縣 721200)

煙草對環境條件有廣泛的適應性，但其對環境條件的變化又十分敏感。環境變化不僅能影響煙草的生長形態，還能直接影響煙葉的化學成分和品質。土壤、溫度、水分和光照是影響煙草生長發育和質量的重要生態因素。就煙草生長所需的水分條件而言，煙草比較耐旱，但為盡可能提高其產量和質量，煙草適宜種植在降水量充足而且分布較均勻的地區。不同生長期煙草生長耗水量不同，其中旺長期耗水量最大，但雨量過多又會影響煙葉的正常發育，特別是多雨寡照天氣，對煙葉質量的不良影響更大[1]。這不僅表現在對煙株營養生長的影響[2-3]，還對煙葉主要化學成分有影響[4]，并最終影響烤煙的感官評吸質量[5]。此外，降水量與煙區病害的發生有明顯關系，一般煙區內發病情況隨降雨量的增加而加重[6]，而干旱期內降水減少，造成土壤、空氣中的相對濕度低，遏制了病害發生和蔓延程度[7]。

隴縣是寶雞市烤煙生產帶的重點建設地區。近年來，隴縣積極創新烤煙種植制度，調整產業結構，使烤煙業發展成為隴縣支柱產業之一，成為現階段農民增收的重要途徑。因此有必要針對隴縣烤煙的降水條件及災害進行精細化分析研究，為今后建立煙草氣象災害防御指標庫提供一定參考。

1 資料和方法

1.1 資料

氣象數據來自隴縣國家氣象站1980—2016年日降水、日照、氣溫等常規觀測資料，其中0.0 mm降水按無降水處理。

1.2 方法

使用距平計算、功率譜分析、Morlet小波變換降水周期信號進行分析。參考操筠[8]針對煙草與氣象條件關系研究設計的有效降雨量(Ri)及相對降水效應(Re)分析隴縣煙草的自然降水條件。其中，相對降水效應描述降水對煙草生長的影響，煙草在實際降水條件下生長一天所完成的生育進度與煙草在最適降水條件下生長一天所完成的生育進度的比值為相對降水效應，取值0～1。由于降水不僅在當日對植株有影響，也會在隨后幾日有持續影響。因此以每日有效降水量表示降水的多少，降水的持續影響時間為7 d，并對逐日降水賦予不同權重，最終累加得到有效降水量

(1)

Ri表示當年第i天的有效降雨量(如，平年5月15日i=135，5月16日i=136；閏年5月15日i=136，5月16日i=137；以此類推)，ri-j表示第i-j天實際降雨量，ai-j表示第i-j天實際降雨量的權重參數，根據隴縣當地煙草種植的實際狀況，并咨詢煙草種植專家分別對ai-6，ai-5，…，ai賦值為0.020、0.044、0.073、0.109、0.156、0.228、0.370。相對降水效應Re計算公式為

(2)

Rs為降水敏感參數，Rs越大，表示煙草對降水的適宜范圍越大，對降水越不敏感；r0表示最適宜降雨量。由于還苗期一般持續時間較短(7～10 d)，因此將還苗期與大田伸根期合并為團棵期進行分析。參考操筠[8]的分析方法，并結合隴縣實際狀況，將團棵期、旺長期、成熟期的Rs分別賦值為-0.523、-0.457、-0.502。團棵期、旺長期、成熟期最適宜降雨量分別為100 mm/月、200 mm/月、100 mm/月。

暴雨指標T：大田期日降水量>50 mm的累計降雨量。連陰雨指標C：大田期連陰雨累計日數。連續5 d或5 d以上日降水量>1 mm且日照時數<2 h的天氣過程記為一次連陰雨。

表1 不同氣象災害的分級指標

2 大田期降水變化特征

2.1 年變化特征

1980—2016年隴縣煙草大田期多年平均降水量360 mm左右，能基本滿足烤煙的正常生長，但降水具有多尺度演變特征，階段性分布不均。從大田期多年降水距平來看(圖略)，20世紀80年代、2003—2013年為明顯的多雨期，20世紀90年代至2002年為明顯的少雨期。這種降水信號的強弱變化表明，大田期降水可能存在周期振蕩特征。為獲得多年大田期降水序列可能存在的振蕩周期，對其進行功率譜分析(圖1)，取最大滯后長度為12 a。由圖1可見，周期=2.40 a時通過了95%置信檢驗，同時周期為8 a時連續功率譜雖未通過95%置信上限，但也出現了明顯的峰值。這說明，1980—2016年隴縣煙草大田期降水序列存在顯著的2～3 a周期振蕩，同時存在較弱的準8 a周期振蕩。

圖1 1980—2016年大田期降水量功率譜

2.2 日降水變化特征

為獲得隴縣煙草大田期逐日降水的季節內及以下尺度的周期振蕩特征，同時避免大田期降水豐枯變化對逐日降水振蕩的可能影響，使用接近多年平均值的2007年數據進行逐日降水周期分析。

對2007年隴縣煙草大田期逐日降水進行功率譜分析(圖2)，取最大滯后長度為40 d。由圖2可見，2007年大田期逐日降水未出現通過95%置信上限的振蕩周期，但周期為2.2、2.5、2.8、4.4、8.9、16.0 d時，連續功率譜雖未通過95%置信檢驗，也有較明顯的峰值，說明2007年隴縣煙草大田期逐日降水存在5 d及以下天氣尺度振蕩、準單周振蕩和準雙周振蕩特征。

對2007年大田期逐日降水進行Morlet小波變換，分析其小波變換系數分布(圖3)。由圖3可見，團棵期至成熟期前中期小波系數強弱振蕩明顯，表明2007年大田期降水主要發生在團棵期至成熟期中前期。進一步分析發現連續強弱振蕩信號主要出現在團棵期12～16 d尺度、旺長期8 d尺度左右、旺長期至成熟期前期18 d尺度左右、團棵期至成熟期中期65 d尺度左右；同時，以上信號也在小波方差分布中表現為方差極大值的帶狀分布。此外，在5 d及以下尺度也存在連續強弱變化信號，但維持時間較短。以上信號在功率譜分析中也有所體現。

圖2 2007年大田期逐日降水量功率譜

圖3 2007年大田期逐日降水序列小波變換系數實數部

綜上所述，2007年大田期逐日降水雖在整個分析時段內不存在穩定振蕩周期，但表現出階段性振蕩特征。其中，團棵期主要表現為周期14 d雙周振蕩，旺長期表現為8 d準單周振蕩，旺長期至成熟期前期表現為16～19 d準雙周振蕩。此外，團棵期至成熟期中期也存在60～70 d季節內振蕩。

3 相對降水效應Re分析

3.1 典型年Re對比分析

分析1980—2016年大田期相對降水效應可見，各年大田期日平均Re介于0.568 0～0.735 8，多年均值為0.647 8，表明隴縣自然降水并不能為煙草生長持續提供最適宜的供水條件。

取日平均Re最高(低)年1987(1996)年為典型年，對比分析煙株自然供水的異常特征。由圖4可見，1987年逐日Re在大田期大部分時段內均明顯高于1996年，其中，1987年團棵期至成熟期中期自然降水條件明顯優于1996年，成熟期中后期兩典型年自然降水條件互有優劣，但此時降水條件的變化對煙草產量和質量影響不大。可見，1987年自然降水條件更有利于煙草產量與質量的提高。

圖4 1987與1996年大田期逐日Re差值

由1987、1996年及多年平均大田生長期逐日Re在不同區間的概率分布(表2)可見：[0.0，0.1)區間，1996年Re出現概率明顯高于多年平均，為1987年的5倍；[0.5，0.8)區間，兩典型年及多年平均Re出現概率介于41.17%～44.56%，相差不大；而[0.9，1.0]區間，1987年較多年平均及1996年分別偏高46%和80%。

表2 1987、1996年及多年平均大田生長期逐日Re在不同區間的概率分布 %

3.2 Re對不適宜供水條件的判定

由公式(2)可見，有效降水量Ri越偏離最適宜降水量，相對降水效應Re越低。但由于Ri理論值域為非負有理數集，當Ri為0時(連續無降水或干旱)，Re取值為Rs+1；當Ri>r0+r0(-1/Rs)1/2時(降水偏多)，Re取值為0。即Re取值為0僅由降水偏多造成，這顯然是不合理的。可見，Re對不適宜供水條件(Re=0)判定不足，僅反映漬澇而不反映干旱。

4 暴雨及連陰雨災害評估

由于煙草耐旱不耐澇，且在實地調研中發現5—9月隴縣煙區降水充沛，干旱并非該地區煙草種植的主要氣象災害。因此僅對暴雨和連陰雨災害進行評估。

對2007—2016年暴雨及連陰雨災害進行評估(表3)發現，近十年隴縣煙草受暴雨災害影響概率及強度均高于連陰雨災害，其中暴雨災害出現概率40%，連陰雨災害為10%；暴雨災害以輕度災害為主，但仍有低概率出現中度災害。可見，隴縣煙區較易受暴雨災害影響，且主要表現為輕度災害；而連陰雨災害不易出現。這可能與5—9月影響隴縣煙區的主要天氣系統活動規律有關。5—9月造成隴縣降水的主要天氣系統為西太平洋副熱帶高壓系統外圍的不穩定暖濕氣流，而連陰雨天氣需要相對穩定的大氣環流配置的支撐，因此，不易出現連陰雨災害。

表3 2007—2016年暴雨及連陰雨災害的指標和分級

5 結論與討論

(1)1980—2016年隴縣煙草大田期降水存在顯著的2～3 a周期振蕩，也表現出較弱的8 a周期振蕩現象。

(2)2007年隴縣煙草大田期逐日降水不存在穩定振蕩周期，但不同階段表現出不同特征。團棵期主要表現為周期14 d的雙周振蕩，旺長期表現為8 d準單周振蕩，旺長期至成熟期前期表現為16～19 d準雙周振蕩。此外，團棵期至成熟期中期也存在60～70 d季節內振蕩。

(3)隴縣自然降水不能為煙草生長持續提供最適宜供水條件，年際供水條件差異較大。自然降水條件較好年份，高Re適宜供水條件占比偏高；而自然降水條件較差的年份，低Re不適宜供水條件占比則偏高。

(4)就煙草自然降水條件而言，隴縣煙區較易受暴雨災害影響，且主要表現為輕度災害，而連陰雨災害不易出現。

(5)隴縣自然降水存在年際周期振蕩和階段性多尺度振蕩特征，且煙草易受暴雨及連陰雨災害影響。可見，利用降水數據提取中長期降水預測信號，或從天氣尺度系統演變精準預測暴雨及連陰雨災害，可能是科學提供煙草氣象服務的一種新方法。

參考文獻：

[1] 張振平.適宜烤煙區劃理論與實踐[M].西安:陜西科學技術出版社,2007.

[2] 李新,孔銀亮,李俊營,等.平頂山市煙草移栽與氣候條件分析[J].氣象與環境科學,2009, 32(s1):162-164.

[3] 扈英磊,常保強,嚴玉彬,等.氣候條件對煙草生長的影響分析[J].現代農業科技,2009(4):204-204.

[4] 周翔,梁洪波,董建新,等.山東煙區降水對煙葉主要化學成分的影響[J].中國煙草科學,2008, 29(2):37-41.

[5] 周翔,董建新,張教俠,等.降水與烤煙感官評吸質量的關系[J].中國煙草科學,2009,30(2):53-56.

[6] 劉洋,陳慶園,姜于蘭,等.興義市降雨量變化對煙草生長及病害發生的影響[J].貴州農業科學,2012, 40(6):93-95.

[7] 林勇, 徐茜, 陳志厚,等. 烤煙青枯病田間發生動態及其與氣象因素的相關性[J].中國煙草科學, 2016, 37(3):57-61.

[8] 操筠.恩施煙草與氣象條件的關系及氣象災害風險評估[D].武漢:華中農業大學,2014.

[9] 胡雪瓊,朱勇,張茂松,等.云南省烤煙農業氣象災害監測指標的研究[J].中國農業大學學報,2009, 14(1):90-94.