幼蟲期氣象因子對馬尾松毛蟲影響及在預測預報中的應用

摘要：通過潛山市數(shù)據(jù)實證分析表明，馬尾松毛蟲的發(fā)生與1～2齡幼蟲氣溫、降雨不具有線性相關性，但具有較高的非線性相關性。利用其非線性相關性，采用神經(jīng)網(wǎng)絡建模，對潛山市2015年～2018年發(fā)生數(shù)據(jù)進行驗證，預測精度均大于90%。

關鍵詞：馬尾松毛蟲;幼蟲期;氣溫;降雨;神經(jīng)網(wǎng)絡;非線性

中圖分類號： S763.421 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： ?A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI編號： ? 10.14025/j.cnki.jlny.2019.14.061

馬尾松毛蟲（Dendrolimus punctatus Walker）是潛山市的主要歷史性森林害蟲，呈周期性發(fā)生。大發(fā)生年份，除了對松林造成嚴重危害之外，還嚴重威脅人畜健康，誘發(fā)松毛蟲病。

1 數(shù)據(jù)來源與建模工具選擇

馬尾松毛蟲發(fā)生防治面積數(shù)據(jù)來源于安徽省潛山市1983年～2014年監(jiān)測數(shù)據(jù)，氣象數(shù)據(jù)來源于國家氣象信息中心《中國地面國際交換站氣候資料日值數(shù)據(jù)》，如表1所示。

建模工具選擇MathWorks公司的MATLAB R2016年。由于潛山市屬于2～3代馬尾松毛蟲發(fā)生區(qū)，以幼蟲越冬，越冬代即為上一年的第二代，為了便于建模分析，對潛山市馬尾松毛蟲監(jiān)測數(shù)據(jù)進行適當變換，將第二代發(fā)生面積與翌年越冬代發(fā)生面積合并，氣象數(shù)據(jù)也作相應的合并，如表1。

2 線性相關性分析

基于余燕等學者研究，馬尾松毛蟲的發(fā)生與1～2齡幼蟲氣溫、降雨有較高的相關性。選取第1、第2齡極低氣溫（℃），第1、第2齡平均氣溫（℃），第1、第2齡積溫（日度），第1、第2齡降雨量（mm）作為分析建模氣象因子，如表1。對表1數(shù)據(jù)進行線性相關性分析，如表2所示。從表2可以看出，馬尾松毛蟲發(fā)生面積與第1、第2齡極低氣溫（℃），第1、第2齡平均氣溫（℃），第1、第2齡積溫（日度），第1、第2齡降雨量（mm）存在一定的相關性，但線性相關性不明顯。

3 非線性相關性分析

采用神經(jīng)網(wǎng)絡建模，對表2數(shù)據(jù)進行分析，神經(jīng)網(wǎng)絡建模參數(shù)為：

% Map Minimum and Maximum Input Processing Function

function y = mapminmax_apply（x，settings）

y = bsxfun（@minus，x，settings.xoffset）;

y = bsxfun（@times，y，settings.gain）;

y = bsxfun（@plus，y，settings.ymin）;

end

% Sigmoid Symmetric Transfer Function

function a = tansig_apply（n，～）

a = 2 ./ （1 + exp（-2*n）） - 1;

end

% Map Minimum and Maximum Output Reverse-Processing ? ? ? ? Function

function x = mapminmax_reverse（y，settings）

x = bsxfun（@minus，y，settings.ymin）;

x = bsxfun（@rdivide，x，settings.gain）;

x = bsxfun（@plus，x，settings.xoffset）

分析結果如圖1所示。從圖1可以看出，馬尾松毛蟲發(fā)生面積與第1、第2齡極低氣溫（℃），第1、第2齡平均氣溫（℃），第1、第2齡積溫（日度），第1、第2齡降雨量（mm）存在較高的非線性相關性，其模型的訓練、驗證、測試、綜合4個指標的R分別為0.96389、0.84157、0.90799、0.94358，該模型具有較高的可靠性，可以作為馬尾松毛蟲短期預報使用。

4 模型驗證

將2015年～2018年的第1、第2齡極低氣溫（℃），第1、第2齡平均氣溫（℃），第1、第2齡積溫（日度），第1、第2齡降雨量（mm）導入上述模型，得到預測數(shù)據(jù)，并將與實際發(fā)生數(shù)據(jù)進行對比，如表3、圖2所示。

表3、圖2數(shù)據(jù)表明，利用該模型對潛山市2015年～2018年馬尾松毛蟲發(fā)生面積進行預報，預測精度均大于90%。因此，利用神經(jīng)網(wǎng)絡建模進行馬尾松毛蟲短期預報，具有較高的精度和可行性。

5 討論

利用現(xiàn)有的監(jiān)測數(shù)據(jù)，選擇合適的建模方法，開展林業(yè)有害生物災害精細化預報，確定林業(yè)有害生物防治關鍵期并進行防治，可以更好地預防林業(yè)有害生物暴發(fā)成災，降低防治成本。

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作者簡介：葛王送，大專學歷，工程師，研究方向：林業(yè)有害生物防治。