基于云模型的黃河故道碭山酥梨氣候適宜性分析*

李 德，周文麟，孫 義，孫惠合（.安徽省宿州市氣象局, 宿州 34000；.安徽省合肥市氣象局, 合肥3600）

基于云模型的黃河故道碭山酥梨氣候適宜性分析*

李 德11，周文麟2，孫 義1，孫惠合1
（1.安徽省宿州市氣象局, 宿州 234000；2.安徽省合肥市氣象局, 合肥236001）

選取黃河故道碭山酥梨代表性產地碭山縣為樣點，利用梨樹物候期長期定位觀測資料和氣象監測數據，基于云模型理論建立了光、溫、水氣候適宜度。采用加權綜合法和幾何平均法，確定不同物候期和年際氣候適宜度。結果表明，日照適宜度可由左半云，氣溫與降水適宜度可由梯形云來刻畫。綜合氣候適宜度與梨果實際單產、氣候產量和單株產量的相關系數分別為0.4452（P＜0.05）、0.3734和0.5620（P＜0.01）。1961-2015年，碭山酥梨氣候適宜度變化趨勢不明顯，但1961-1989年和1990-2010年分別為氣候適宜度偏高與偏低時段，1987年為氣候適宜度累計距平最大年份。研究期間，氣溫適宜度呈極顯著增加趨勢，每10a約增加0.0274。日照與降水適宜度無明顯變化趨勢，降水適宜度平均值比日照和氣溫適宜度低，且變異系數是日照和氣溫適宜度變異系數的4倍。各物候期氣候適宜度未呈現趨勢性變化，但萌芽期和花期的氣候適宜度偏低，在0.50～0.53，且變異系數較大，在45.0～57.0。其它物候期氣候適宜度和變異系數相對偏小。在氣候變化背景下，氣溫升高對梨果生長有利，碭山酥梨生產中應加強萌芽-花期的管理，以增強梨樹的氣候適宜性。

云模型；梯形云；左半云；光、溫、水氣候適宜度；碭山酥梨

碭山酥梨（Pyrus bretshneideri Rehd cv.Dangshansu pear）原產安徽省北部碭山縣，已有500多年栽培歷史。目前，僅碭山縣境內栽培面積已達50000hm2，為世界最大的連片果園，是中國栽培面積最大的梨品種和重要的梨樹資源之一，在世界水果市場中占據重要地位[1-2]。然而，在全球氣候變化背景下，植物生長環境及其發育已受到氣候變化的影響[3]，碭山酥梨生長環境的天氣氣候條件亦呈現明顯變化，尤其是近年來花期低溫霜凍、果實膨大期的大風、冰雹災害等呈多發態勢，對碭山酥梨產量和品質造成較嚴重影響與危害[4]。在中國梨樹氣候區劃中，碭山縣屬碭山酥梨適宜和較適宜栽培區[5]，是黃河故道栽培碭山酥梨的典型樣區，開展氣候條件對碭山酥梨生長發育的影響評價研究，對區域氣候資源開發利用、梨園小氣候調控等具有重要意義。

采用特定時段氣候要素值對比分析和基于模糊隸屬函數建立氣候適宜度再構建評價模型，是評價氣候條件對作物生長發育影響的2種傳統方法[6-7]。前一方法為定性、靜態評價，常用于定性評價農業氣候資源的優劣。后一方法，自20世紀80年開始，已被許多學者應用于農業氣候資源[8-9]、作物產量預報[10-11]、生育期預測[12]以及水稻[13]、小麥[14-15]、玉米[16]等主要農作物氣候適宜度的定量評估。但是其存有明顯不足：一是模糊隸屬函數法建立的氣候隸屬度難以刻畫氣候條件對作物生長發育影響的隨機性。二是模糊隸屬函數一旦建立，其模糊性就被強行納入精確計算之中，氣候適宜度原本要刻畫的氣候條件對植物影響的模糊性亦隨即消失[17]。近年，基于解決不確定問題提出的云模型理論[17-18]建立的氣候適宜度，能同時刻畫氣候條件對作物生長影響的隨機性與模糊性，已在麥田噴藥氣象適宜度和冬小麥氣候適宜度等上進行了應用[19-20]。為此，選取黃河故道酥梨代表性產地碭山縣為樣點，利用碭山酥梨生長發育及其同步氣象要素的長期定位觀測數據，結合碭山酥梨生理生態及其經驗氣象指標，基于云模型理論，在建立碭山酥梨單個氣候因子和綜合氣候適宜度評估模型的基礎上，定量分析了碭山酥梨氣候適宜度變化特征及其對氣候變化的響應，以期為碭山酥梨生產應對或適應氣候變化等提供參考依據。

1 資料與方法

1.1 研究區概況

安徽省碭山縣位于蘇魯豫皖4省7縣交界處，百里黃河故道橫臥其間，果園土壤多系近代黃泛沉積物發育而成的潮土，土層深厚，通透性好，pH值8.2左右，呈弱堿性。碭山縣經緯度為 116o09′-116o38′E，34o16′N-34o29′，境內年平均氣溫14.4℃，年日照時數2120.0h，年降水量746.7mm，全年≥10℃有效積溫 4864.4℃·d，十分適宜碭山酥梨栽培。但是碭山縣及其周邊碭山酥梨栽培地區，屬南暖溫帶與北亞熱帶的氣候過渡帶，年際間氣候波動大，特別是在近年，碭山酥梨生長期間霜凍、大風等氣象災害多有發生，一定程度上影響了梨果產量和品質。

1.2 數據來源

1961-2015年碭山縣逐年光、溫、水等逐日氣象要素監測數據，1996-2015年酥梨生長發育的定位觀測數據，來源于安徽省碭山縣國家氣象觀測站。

碭山酥梨觀測地段與觀測植株的選擇標準、物候期觀測方法和產量因素（平均單果重、單株果實重、單位面積產量等）的監測方法，均按照《農業氣象觀測規范（下卷）》[21]執行。觀測地段位于碭山縣氣象觀測場東南方向，距氣象觀測場2.5km，果園土壤肥力中等。觀測植株1966年定植，種植密度為241株·hm-2。統計 1996-2015年物候期觀測資料，得到碭山縣碭山酥梨各主要物候期的日期，作為碭山酥梨各物候期的常年平均日期（表1）。

表1 1996-2015年碭山酥梨主要物候期平均日期（月.日）Table 1 The average date of main phenophases of Dangshansu pear in Dangshan county in 1996-2015 (mm.dd)

1.3 研究方法

1.3.1 單一氣候要素的適宜度模型

云模型是解決不確定性中的隨機性和模糊性的數學理論[17-18]。其定義為，設Ω是一個精確數值表示的定量論域，C是Ω上的定性概念，對于任意一個論域中的元素x，都存在一個有穩定傾向的隨機數μ(x)∈[0,1]，稱之為x對C的隸屬度，則x在論域Ω上的分布稱為云模型（cloud model），簡稱為云（cloud），每個[x，μ(x)]稱為一個云滴，并由云模型的數字特征（Ex, En, He）確定，即

式中，期望值（Ex）標定了云對象在論域中的位置。熵（En）是概念模糊度的度量，即亦此亦彼性的裕度。超熵（He），也稱為熵的熵，是熵（En）的不確定性度量，反映了隸屬度的不確定性。其中)，即以En為期望、He2為方差的正態隨機數。

正態云模型是在正態分布和鐘形隸屬函數的基礎上發展起來的具有普適性的模型[22]。以正態云模型為基礎可以進行各種云運算，并得到左、右半云、梯形云等。如當Ex是一個區間[L,M]，即當Ex1= L、Ex2=M時，μ(x)=1，則云模型轉化為梯形云模型。當Ex有右邊界K，即當xi≥Ex= K時，μ(x)=1，此時云模型轉化為左半云。

云模型理論給出了正態云圖生成算法，可由云參數（Ex，En，He）進行計算機仿真實現，具體步驟為：（1）生成以En為期望值、He2為方差的正態隨機數；（2）生成以Ex為期望值、為方差的正態隨機數 xi，即；（3）由式（1）得到云滴。（4）重復上述步驟N次，即生成由N個云滴構成的云圖。本文參考文獻[20]方法，分別建立光照、氣溫、降水三個要素對酥梨不同物候期生長發育影響的左半云和梯形云模型。

1.3.2 各要素氣候適宜度云模型參數的確定

采用文獻[20]的方法確定各云參數。即對于有確定度（即有約束性）的問題，Ex即取其約束性的描述值或界限值[8]。En按照“3En”法則，取Ex距離上限（a）或下限（b）值的1/3來表示，即當影響關系為左半云時，En=(Ex-a)/3；為右半云時，En=( b-Ex)/3。He，一般根據變量的波動情況和經驗確定。

1.3.3 酥梨生長的氣候適宜度模型

酥梨生長發育過程中，某物候期光照適宜度μ(S)、溫度適宜度μ(T)和降水適宜度μ?相互作用決定一個物候期的氣候適宜度，本文采用幾何平均法確定各物候期氣候適宜度，即

式中，μj(S,T,R)為酥梨第 j個物候期的氣候適宜度，μj(S)、μj(T)、μj?分別為第j個物候期的日照適宜度、溫度適宜度、降水適宜度。

1.3.4 酥梨全生育期氣候適宜度

酥梨各物候期生理生態特征不同，對氣候條件的需求也不同。同時，各物候期氣候因子對酥梨生長發育及產量形成的影響程度亦有差異。因此，為客觀反映不同時期氣候因子對酥梨生長發育的影響強度，計算一個年度內（自休眠到成熟采摘）的氣候適宜度，必須為各物候期氣候適宜度設定權重。本文采用加權法[15,20]確定酥梨全生育期的氣候適宜度。權重系數采用一元積分回歸法確定，即分別計算逐物候期日照時數、氣溫和降水量對酥梨產量的積分效應系數（asj、atj、arj），每個物候期積分效應系數的絕對值除以所有物候期的積分效應系數絕對值的總和，作為每個物候期日照時數、氣溫和降水量適宜度的權重系數。以各要素逐物候期的隸屬度乘以對應的權重系數，然后相加，得到酥梨一個年度內日照時數、氣溫和降水量的適宜度。即

式中，bsj、btj、brj分別為第j個物候期日照時數、氣溫和降水量隸屬度的權重系數， Sm()、 Tm()、(R)m分別為酥梨一個年度內的日照時數、氣溫和降水量適宜度。

再采用幾何平均法，得到酥梨一個年度內的氣候適宜度。即

1.4 模型檢驗

為檢驗本文建立的酥梨氣候適宜度能否客觀反映氣候條件對酥梨生長發育的影響，將 1996-2015年安徽省碭山縣酥梨各年度單產資料，先分解為趨勢產量和氣候產量，前者的變化主要是由社會經濟因子造成，后者則主要取決于氣候因子。采用 3次多項式擬合法得到趨勢產量，與實際產量對比，得到 1996-2015年酥梨氣候產量。經檢驗，分解得到的碭山酥梨氣候產量符合正態分布。再利用1996-2015年碭山酥梨氣候適宜度，與對應的碭山酥梨氣候產量、單株果實產量進行相關分析，檢驗所建立的氣候適宜度對碭山酥梨產量的解釋能力。

2 結果與分析

2.1 單一要素氣候適宜度云模型

2.1.1 日照時數適宜度云模型

日照時數由少到多的變化，對碭山酥梨生長發育的影響表現為由“不適宜”到“適宜”。“適宜”時的日照時數稱為日照臨界值。植物在一個地域的長期栽培、選育，促使其對當地日照條件形成很強的生態適應性[16-17]，而該地域日照時數的氣候平均值，反映了一定時期當地日照條件的平均狀態。碭山酥梨在黃河故道地區已有500a栽培歷史，已對當地生態環境和日照條件形成很強的適應性。為此，結合專家經驗，取碭山酥梨各物候期日照時數氣候平均值，作為日照時數適宜度最大時的臨界值，也即Ex（表2）。依據表2中的云參數，采用逆向云生成算法[7]和MATLAB編程，取500個云滴，通過計算機仿真，即生成各物候期日照時數適宜度[μj(S)]的云模型（圖1）。

從圖 1可見，各物候期日照適宜度云模型均呈“S”型，符合日照條件對植物生長發育影響的基本規律[9,23-24]，即日照時數在臨界日照時數及以上，對酥梨生長發育的適宜度最大。比臨界值越小，日照適宜度越小，且呈非線性衰減。同時，臨界值以下的同一日照條件，對酥梨生長發育的影響也不盡相同，即適宜度是不確定的，表現為“云霧狀”，且不確定性越大，“云霧狀”越明顯，尤其是開花期和幼果期這種特征最為明顯（圖 1c、d），說明碭山酥梨開花、幼果期的日照時數低于臨界值造成的影響顯著大于其它物候期。

表2 1996-2015年碭山縣酥梨不同物候期日照時數氣候平均值和云模型參數Table 2 The climatic mean sunshine hours of Dangshansu pear and cloud model parameters at different phenophases in Dangshan county in 1996-2015

根據式（1），當已知某物候期的日照時數（si），驅動各自云模型可得到一組云滴（μj(S)）值，求取云滴的期望值或算術平均值，即可作為該物候期的日照時數適宜度。本文在計算 1961-2015年酥梨逐物候期日照適宜度時，以 5個云滴的算術平均值，作為某物候期日照時數適宜度，即

圖1 碭山酥梨不同物候期日照時數適宜度云模型Fig. 1 Cloud models for the sunshine hours suitability of Dangshansu pear in different phenophases in Dangshan county

式中，i = 1, 2, …, 5，即云滴（x, μ(s)）的個數。

2.1.2 氣溫適宜度云模型

氣溫的高低變化直接影響碭山酥梨能否正常開花、坐果以及新梢的正常生長、梨果品質的優劣及其產量的高低。在休眠期，需要一定的低溫和需冷量[1-2]，但當氣溫低于-10℃時，枝條與根系會受凍而死亡，危害安全越冬。春季開花期間，當氣溫低于7℃時，梨花就會遭受危害，遇5℃以下低溫，花粉管即受冷害[4]。果實成熟期間，若晝夜溫差大，利于同化物積累、果實著色和糖分增加。但若平均氣溫 30℃（或日最高氣溫35℃）以上時，會發生日灼病，導致爛果率增加，并抑制新梢生長和花芽分化，影響來年產量與品質等。為此，綜合利用前人研究成果，并結合多年氣象服務經驗，得到各物候期最低溫度、最高溫度和最適宜溫度指標（表 3）。各物候期溫度適宜度的云模型參數如表4。利用表4中云模型參數，采用逆向云生成算法，取500個云滴，由MATLAB語言編程，通過計算機仿真，即生成酥梨各物候期氣溫適宜度（μj(T)）云模型（圖2）。

從圖2可以看出，氣溫處于適宜指標范圍之內時，各物候期氣溫適宜度最大，低于適宜溫度指標下限或高于上限時，氣溫適宜度減小。偏離適宜溫度指標越遠，氣溫適宜度越小，且呈現出“云霧狀”。表明偏離適宜指標的溫度條件，對酥梨生長發育的影響具有顯著的不確定性，且6個物候期具有相似特征。

表3 碭山酥梨不同物候期溫度指標（℃）Tabel 3 The temperature indices of Dangshansu pear in different phenophases in Dangshan county（℃）

表4 碭山酥梨不同物候期溫度適宜度云模型參數Tabel 4 The cloud model parameters for the temperature suitability of Dangshansu pear in different phenophases

圖2 碭山酥梨不同物候期氣溫適宜度云模型Fig. 2 The cloud models for temperature suitability of Dangshansu pear in different phenophases in Dangshan county

同理，按照式（6），取 5個云滴平均值，作為某物候期的氣溫適宜度。

2.1.3 降水適宜度云模型

在年降水量 600～900mm的地區，梨樹生長與結實良好。但久旱、久雨對梨樹生長發育均不利，特別是果實膨大期久旱遇大雨，可導致裂果，嚴重影響果實產量與品質等。一般，碭山酥梨生長發育對降水量的需求有一個適宜范圍。在適宜降水量范圍之內，降水適宜度最大。當降水量低于適宜降水量下限或超過上限時，降水適宜度會隨之減小。因此，降水量適宜度可由梯形云來刻畫。對于基本不采取補水的碭山雨養酥梨，不同物候期的降水量指標，可以通過不同時期酥梨需水量來確定。

按照侯英雨等[16]方法，即作物某一物候期（或階段）的需水量（ETp）是指在最適宜的土壤水分和肥力條件下，在田間正常發育、無病害并達到高產水平的特定作物的農田蒸散量。其計算式為

式中，ET0為計算時段內的參考作物蒸散量，采用聯合國糧農組織（FAO）推薦的Penman-Monteith模型（1998版）計算[19]。其中，Kc為相應時段的作物系數，綜合文獻[25-27]獲得（表5）。

表5 碭山酥梨各物候期的作物系數（Kc）Table 5 Crop coefficients of Dangshansu pear in different phenophases（Kc）

根據黃河故道碭山縣氣候生態條件和碭山酥梨各物候期需水特點，確定休眠期-花期和幼果期-成熟采摘期需水量的下限指標分別為 0.75ETp、0.85ETp。休眠期-幼果期、果實成熟（采摘）期和果實膨大期需水量的上限指標分別1.20ETp和1.60ETp。將降水量為0.0和1961-2015年降水量的最大值，分別作為降水量發生可能量值的限定指標（表 6）。同理，依據1.3.2節方法，得到酥梨不同物候期降水適宜度的云模型參數（表7）。利用MATLAB語言，根據表 7中各云參數，采用逆向云生成算法，取 500個云滴，通過計算機仿真，生成各物候期降水量對酥梨生長發育的適宜度（μj(R)）云模型（圖3）。

表6 碭山酥梨不同物候期的降水量指標（mm）Table 6 Precipitation indices of Dangshansu pear in different phenophases (mm)

表7 碭山酥梨不同物候期降水量適宜度云模型參數Table 7 Cloud model parameters for the precipitation suitability of Dangshansu pear in different phenophases in Dangshan county

圖3 碭山酥梨不同物候期降水適宜度云模型Fig. 3 Cloud models for precipitation suitability of Dangshansu pear in different phenophases in Dangshan county

從圖 3可見，各物候期降水適宜度云模型較好地刻畫了降水對碭山酥梨生長發育的影響，即降水量在適宜范圍內時，適宜度最大。小于降水量指標下限或超過上限值時，降水適宜度衰減。同時，由圖3b、圖3c可以看出，在酥梨萌芽期、花期，出現小于或多于適宜降水量指標時，降水適宜度不確定性呈現明顯的“云霧狀”，而其它物候期云霧狀相對較弱。另外，由圖3d發現，梯形云的右邊較左邊明顯陡，表明在幼果期，過多降水量較降水不足對酥梨的不利影響明顯偏大。

按照式（6），取 5個云滴的平均值，作為某物候期的降水適宜度。

2.1.4 氣候適宜度云模型檢驗

經相關分析，1996-2015年酥梨氣候適宜度與實際單產、氣候產量和單株產量的相關系數分別為0.4452（P＜0.05）、0.3734（P＜0.10）和0.5620（P ＜0.01）。可見本文所建立的氣候適宜度對酥梨產量有較強的解釋能力，基本反映了氣候適宜度大，則產量高。反之，氣候適宜度小，則酥梨產量低的規律。

2.2 黃河故道酥梨光溫水氣候適宜度變化特征

2.2.1 單一氣候因子適宜度

由圖4可見，1961-2015年降水氣候適宜度波動較大，其最小值為 0.16（2000年）、最大值為 0.98 （1980年），日照時數和氣溫的氣候適宜度波動相對較小。統計 3個要素氣候適宜度的平均值和變異系數顯示，日照、氣溫、降水適宜度的平均值分別為0.95、0.85和0.59，相應的變異系數分別為5.24、9.75 和33.96。可見，降水適宜度較日照與氣溫適宜度偏小，且變異系數大，說明碭山酥梨生長發育的日照條件優于溫度和降水，其中降水條件最差。

從時間上看，1961-2015年，日照與降水適宜度的線性變化趨勢均不明顯，但氣溫適宜度呈極顯著增大趨勢，上升速率為每10a增加0.0274（P＜0.01），說明隨著氣候變暖，氣溫條件對碭山酥梨生長發育的適宜程度在提高。

2.2.2 綜合氣候適宜度

（1）年際、年代際變化

表8為1961-2015年碭山酥梨各年代綜合氣候適宜度，由表可見，綜合氣候適宜度為 0.77，其中1961-1989年與 2010年以來為高值期，平均 0.76～0.82。1990-2009年為低值期，平均值為0.73。2010-2015年氣候適宜度相對偏高，為0.80。

圖5為1961-2015年碭山酥梨綜合氣候適宜度累積距平變化，由圖可見，1973年之前適宜度為負值期，其后氣候適宜度累積距平轉為正值，且逐年增加。至1987年，累積距平達最大值（0.69）后開始減小，至2000年轉為負值，并持續至2013年，表明2000-2010年氣候條件對酥梨生產不利，分析認為這段時間正是本地花期凍害、膨大期風災、雹災等氣象災害多發期。

圖4 1961-2015年酥梨逐年日照、氣溫和降水適宜度Fig. 4 Annual variations of climatic suiabilities of annual sunshine hours, temperature and precipitation during Dangshansu pear growth period in Dangshan county in 1961-2015

表8 不同年代碭山酥梨氣候適宜度Table 8 The climate suitability of Dangshansu pear in different period

圖5 1961-2015年碭山酥梨綜合氣候適宜度累積距平Fig. 5 The accumulated anomaly of integrated climate suitability for Dangshansu pear in 1961-2015

（2）各物候期變化

1961-2015年各物候期綜合氣候適宜度未呈現明顯趨勢性變化，但各物候期變異系數差異較大。其中萌芽期和花期變異系數較大，分別為 46.75和57.34。休眠期、幼果期和成熟期相對偏小，在30.0～34.0。果實膨大期最小，為 21.36。可見，果實膨大期氣候條件較適合碭山酥梨的生長。

55a間，各物候期綜合氣候適宜度平均值（圖6）以幼果期、膨大期、成熟期和休眠期為高，在 0.70以上，其中膨大期最大，為 0.81。萌芽期與花期偏低，在0.55以下，其中花期最小，為0.50。

從年際間看，各物候期綜合氣候適宜度隨年代呈現波動性變化。萌芽期綜合氣候適宜度隨年代呈現由高到低再波動升高的趨勢。20世紀90年代之前，花期綜合氣候適宜度隨年代推進而上升，之后突然減小。休眠期、幼果期、果實膨大期和成熟期的綜合氣候適宜度隨年代變化趨勢相似，呈由高到低增加的趨勢，4個物候期均表現為進入20世紀10年代以來呈增加趨勢，以果實膨大期綜合氣候適宜度最高，為0.89。

綜合分析認為，碭山酥梨以萌芽期、花期氣候條件較差，其它物候期相對偏好，以果實膨大期氣候條件最優。

圖6 不同年代碭山酥梨各物候期平均氣候適宜度Fig. 6 The climate suitability in different phenological periods for Dangshansu pear in different decade

2.3 黃河故道酥梨氣候適宜度評價

氣候條件對果樹生長發育的適宜程度是一個相對的量化指標。不同區域、不同品種的氣候適宜度評價指標不同[27]。采用樣本序列百分位法[16]，結合酥梨生長特性，對 1961-2015 年的氣候適宜度由低到高進行排序，得到氣候適宜度序列，即 N1、N2、…、N55，其中，N代表氣候適宜度，數字 1、2、…、55 代表由低到高的排序位置。分別將歷年氣候適宜度序列中的前20%，即N11（第11位），中值即N23（第28位），后20%，即N44（第44位）分別作為“不適宜”、“適宜”、“最適宜”的評價指標，相應的氣候適宜度指標值分別＜0.67、[0.67,0.87]、≥0.87。

按照上述等級指標，將 1961-2015年逐年氣候適宜度進行歸類統計，結果見圖7。

由圖7可以發現，“最適宜”指標值在0.86～0.94區間，波動相對較小，平均0.89。“適宜”指標值在0.67～0.86區間，平均0.77。“不適宜”指標值在0.50～0.67區間，平均0.62。“適宜”與“不適宜”指標波動范圍較大。

統計發現，研究期內氣候適宜度為“最適宜”的年份有12a，占22%；“適宜”的年份有33a，占60%；“不適宜”的年份有10a，占18%。

年際間不同等級氣候適宜度出現頻率表明（圖8），各年代“不適宜”等級出現頻率均較低，除21世紀00年代為40%外，其它年代發生頻率均在25%以下，其中20世紀80年代未出現“不適宜”等級。“適宜”與“最適宜”等級合計出現頻率，除21世紀00年代為60%外，其它年代出現頻率平均在 80%以上，特別是進入 21世紀 10年以來，出現頻率高達 83.3%。表明碭山縣 80%以上年份的氣候條件對碭山酥梨生產是適宜的。這與碭山縣作為碭山酥梨原產地，被稱為“優梨之冠”盛產地的實際相一致[1-2,4]。

圖7 1961-2015年碭山酥梨氣候適宜度不同等級出現年數Fig. 7 The number of years in different grades of climate suitability for Dangshansu pear in 1961-2015

圖8 各年代碭山酥梨不同等級氣候適宜度出現頻率Fig. 8 The rate of recurrence in different grades of climate suitability for Dangshansu pear in 1961-2015

3 結論與討論

3.1 討論

（1）將氣候要素對作物生長發育的適宜程度看成是模糊性的，并由值域為[0,1]的模糊子集的不同隸屬函數來描述，是以往研究作物氣候適宜度的理論基礎[7-8,14-15]。其中如何選配符合客觀實際的隸屬度函數是其技術關鍵[7]，但至今對所選用的隸屬函數的具體意義都未作明確說明，且一旦隸屬函數確定后，其后的相關運算、推理等過程均失去了原本所假定的氣候要素對作物生長發育影響的模糊性，氣候要素與隸屬度之間就成為描述“一對一”的確定關系的固定的曲線。雖然選配的光照隸屬函數能反映高于臨界條件的日照適宜度是一集合子集，但是由溫度與降水的隸屬函數反演其最大適宜度時所對應的溫度與降水條件不是一個區間而為一個固定值，顯然與生物學規律相悖[23-24]。基于自然界普遍規律的正態分布和鐘形隸屬函數發展起來的云模型理論[17-18]，能較好地解決隸屬函數法建立的氣候適宜度不能將隨機性和模糊性統一起來的不足[18,20]，該研究將其應用到碭山酥梨氣候適宜性評價，根據日照、氣溫和降水對酥梨生長發育的影響特性，分別采用左半云和梯形云來表達，并由Ex、En、He三個數字特征來確定云圖。在計算機仿真時，既不是一個確定的概率密度函數，也不是一條明晰的隸屬曲線，一個氣候要素值對應的是一組云滴即隸屬云，較好地表達了氣候要素對梨樹生長發育影響的不確定性。這是落葉果樹氣候適宜性評價方法上的一種改進。

（2）光、溫、水要素指標是構建碭山酥梨氣候適宜度云模型的基礎。本文多是從已有文獻并結合多年氣象服務經驗確定。其中臨界日照時數是依據作物在一個地區長期栽培、選育后對其環境具有較強適應性[13,23-24]的生態學原理確定的。同時，在確定各物候期的降水量指標時，利用FAO推薦的P-M公式由參考作物蒸散量與作物系數Kc進行推算，其中Kc是根據相關文獻估算的結果。同時，權重系數雖然間接考慮了不同物候期需水特性，但未能考慮降水的后效性和有效性[16]問題，為所建模型不足，這是以后研究中需加以改進的。

（3）落葉果樹休眠是下一年正常開花結果必需的一個過程[2,28]。休眠期間枝條、芽及其它器官內部仍進行著一系列復雜的生理生化活動，同樣受到環境氣象條件的影響。從休眠到開花結果再到果實成熟是酥梨完整的生產周期，對其全過程氣候適宜性進行評價，才能全面揭示氣候條件對酥梨生產的影響。因此，本文在氣候適宜度評價模型中增加了休眠期，這是對現有落葉果樹氣候適宜性評價研究不足[29-30]的一個完善。

（4）1961-2015年，碭山酥梨綜合氣候適宜度變化趨勢不明顯，但1961-1989年和1990-2010年的綜合氣候適宜度分別為偏高和偏低期。萌芽期與花期氣候適宜度在0.50以下，其它物候期高于0.70。研究期內日照條件的適宜性最高，氣溫次之，降水條件對梨果生長的適宜性最低。55a間，降水與日照適宜度的變化趨勢不明顯，但氣溫適宜度呈極顯著增加趨勢，每10a約增加0.0274。這與溫度升高整體上對梨和桃的生產起正向效應[31]的研究結論相似。

3.2 結論

基于云模型建立的碭山酥梨氣候適宜度模型，可用于定量評價氣候條件對酥梨生長發育的適應性。碭山縣 80%以上年份的氣候條件對酥梨生長的適宜性較高，且氣溫升高氣候適宜性增大。生產上應重視萌芽-開花期的管理，以增強梨樹生產的氣候適應性。

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Climatic Suitability Assessment of Dangshansu Pear in the Area along the Abandoned Channel of the Yellow River Based on Cloud Model

LI De1, ZHOU Wen-lin2, SUN Yi1, SUN Hui-he1
（1. Suzhou Meteorological Bureau in Anhui Province, Suzhou 234000, China; 2. Hefei Meteorological Bureau in Anhui Province, Hefei 236001）

The impact of climate conditions on the growth and development of Dangshansu pear is evaluated. It is great significance in coping with climate change, regional climate resources development and utilization. In this paper, the representative origin named Dangshan County of Dangshansu pear in the area along the abandoned channel of the Yellow River is selected as the sampling point. Based on the cloud model theory, the climatic suitability of light, temperature and water were established by using long-term observation data and meteorological monitoring data in the phenophase of Dangshansu pear. The climatic suitability of different phenological periods and interannual ages were determined by weighted combination method and geometric mean method. The results showed that the sunshine suitability could be described by the left half cloud model and the temperature and precipitation suitability could be described by trapezoidal cloud. The correlation coefficients of integrated climatic suitability with actual yield, climate yield and yield per plant were 0.4452 (P＜0.05), 0.3734 and 0.5620 (P＜0.01), respectively. From 1961 to 2015, the variation trend of climate suitability of Dangshansu pear is not obvious, but in 1961-1989 and 1990-2010, it is the higher and lower period of climate suitability respectively. In 1987, the accumulated anomaly of climate suitability is the largest. During the study period, the temperature suitabilityincreased remarkably, increasing by 0.0274·10y-1. The suitability of sunshine and precipitation has no obvious variation trend. The average of precipitation suitability is lower than that of sunshine and temperature, and the coefficient of variation is four times of that of sunshine and temperature suitability. The climatic suitability of each phenological period did not show a trend change, but the climatic suitability of sprouting stage and flowering stage was low (between 0.50 and 0.53), and the coefficient of variation was large (between 45.0 and 57.0).The climatic suitability and coefficient of variation of other phenological periods were relatively small. In the background of climate change, the increase of temperature is beneficial to the growth of pear. The management of germination and flowering period should be strengthened in the production of Dangshansu pear to enhance the climate suitability of pear trees.

Cloud model; Trapezium cloud; Left half cloud; Sunshine; Temperature and precipitation climate suitability; Dangshansu pear

10.3969/j.issn.1000-6362.2017.05.005

李德,周文麟,孫義,等.基于云模型的黃河故道碭山酥梨氣候適宜性分析[J].中國農業氣象,2017,38(5):308-320

2016-09-08

安徽省氣象科技發展基金項目（KM201607；KM201605）

李德（1964-），高級工程師，主要從事農業氣象服務與科研工作。E-mail：szlide@sohu.com