金川縣雪梨始花期預(yù)報(bào)模型研究

朱海云,陳志立

(1.四川省阿壩藏族羌族自治州氣象局，四川 馬爾康 624000；2.四川省金川縣氣象局，四川 金川 624100)

0 引言

享有“中國(guó)雪梨之鄉(xiāng)”美譽(yù)的金川縣是集邊遠(yuǎn)山區(qū)、貧困地區(qū)為一體的高原藏區(qū)縣,河谷兩岸，千畝之地，千樹萬樹梨花構(gòu)成了一個(gè)龐大的梨園群。春夏之際，滿園梨花競(jìng)相盛開，銀裝素裹，迎來四方游客駐住停留，“梨花+旅游”成為這里重要經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。

借力梨園盛景，金川縣從2014年起舉辦梨花節(jié)吸引大批游客前來觀賞梨花，但由于每年冬季和早春氣候差異，雪梨始花期存在明顯的波動(dòng)，當(dāng)?shù)卣吐糜尾块T都迫切需要提供準(zhǔn)確的花期預(yù)報(bào)以科學(xué)調(diào)整節(jié)慶計(jì)劃，充分利用資源，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)影響[1]。

影響梨樹始花期的因素繁多，與品種、土壤、氣象因子等密切相關(guān)，其中氣象因子對(duì)梨樹花期早晚起到最直接的作用[2]，花前氣候條件的積累可以反映開花的早遲。目前，我國(guó)關(guān)于植物始花期與氣候條件關(guān)系及花期預(yù)報(bào)已有一些報(bào)道，如周美燕等[3]研究了春季氣象條件對(duì)鴨梨始花期的影響，對(duì)花前29種氣象要素進(jìn)行回歸篩選，建立了鴨梨初花期預(yù)報(bào)模型；毛明策等[4]對(duì)長(zhǎng)武縣蘋果物候觀測(cè)數(shù)據(jù)和相應(yīng)氣象資料進(jìn)行分析，建立了當(dāng)日平均氣溫為10 ℃左右時(shí)蘋果進(jìn)入初花期的重要?dú)庀笾笜?biāo)；尚雷等[5]分析了百里杜鵑始花期與氣溫的關(guān)系，建立了杜鵑始花期預(yù)測(cè)模型；還有多位學(xué)者對(duì)梨樹、紫丁香、油菜花、桃花、牡丹等系列植物的花期預(yù)報(bào)也做了一些研究[6-11]。

但是，針對(duì)金川縣雪梨始花期的預(yù)報(bào)研究尚屬首次，而隨著旅游業(yè)的快速發(fā)展，雪梨花期的預(yù)報(bào)對(duì)金川縣旅游觀光又有著積極作用。因此，本文對(duì)金川縣雪梨始花期與氣象因子進(jìn)行相關(guān)分析，旨在建立始花期預(yù)報(bào)模型，以期為金川縣雪梨始花期氣象預(yù)報(bào)服務(wù)提供依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料

2008—2020年雪梨始花期物候資料由金川縣科技局提供；氣象資料采用金川縣氣象局2007—2020年上年12月—當(dāng)年2月氣溫、降水、日照逐日資料。

1.2 方法

1.2.1 始花期日期采用JuLian日換算方法，將雪梨始花期出現(xiàn)日期轉(zhuǎn)換為距離1月1日的實(shí)際日數(shù)，得到雪梨始花期的時(shí)間序列。

1.2.2 積溫的界限溫度采用5 d滑動(dòng)平均法求得。

1.2.3 應(yīng)用SPSS軟件采用逐步回歸分析法建立雪梨始花期預(yù)測(cè)模型。

2 結(jié)果與分析

2.1 雪梨始花期與氣象條件的關(guān)系

氣象因子光照、氣溫等對(duì)植物物候早晚有重要的影響，據(jù)前人研究，落葉果樹進(jìn)入休眠后，需要<7.2 ℃條件下200～1 500 h的低溫積累，即需冷量來解除芽的自然休眠，恢復(fù)果樹的生長(zhǎng)發(fā)育[12-14]；同時(shí)果樹開花前需要一定的光溫積累才能萌芽開花，即需熱量，氣溫穩(wěn)定在10 ℃以上，梨花開放，14 ℃時(shí)開花增快，15 ℃以上連續(xù)3～5 d即完成開花[15]。據(jù)物候觀測(cè)，金川雪梨花期常年在3月12日—4月2日間，通常16 d左右，最長(zhǎng)年份達(dá)27 d。雪梨平均始花期為3月13日，最早3月9日，最晚3月16日，變幅長(zhǎng)達(dá)7 d。

2.1.1 雪梨始花期與越冬期≥10 ℃積溫呈顯著負(fù)相關(guān)。雪梨始花期與≥10 ℃積溫的相關(guān)系數(shù)為-0.934，并通過了0.01的顯著性水平檢驗(yàn)，說明≥10 ℃積溫對(duì)雪梨始花期具有顯著影響，表明越冬期10 ℃以上溫度積累越多，則春季雪梨開花就越早，反之，開花相對(duì)較晚。雪梨始花期與積溫≥3 ℃、≥5 ℃、≥7 ℃的相關(guān)系數(shù)分別為-0.061、-0.161、-0.424，說明積溫≥3 ℃、≥5 ℃、≥7 ℃對(duì)雪梨始花期的影響不明顯。

2.1.2 雪梨始花期與越冬期2月氣溫≥10 ℃天數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)。據(jù)研究梨樹開花需要10 ℃以上的氣溫，氣溫高，光照充足，開花就早[16]。雪梨始花期與≥10.0 ℃天數(shù)的相關(guān)系數(shù)為-0.975，達(dá)極顯著負(fù)相關(guān)，并通過了0.01的顯著性水平檢驗(yàn)，說明2月氣溫≥10.0 ℃天數(shù)對(duì)雪梨始花期的影響極顯著，即2月氣溫≥10.0 ℃天數(shù)越多雪梨開花越早；始花期與2月平均氣溫≥9.5 ℃、≥9.0 ℃天數(shù)的相關(guān)系數(shù)分別為-0.761、-0.708均存在顯著負(fù)相關(guān)，并且通過了0.05的顯著性水平檢驗(yàn)。雪梨始花期與2月平均氣溫≥8.0 ℃天數(shù)的相關(guān)系數(shù)為-0.446，未通過顯著性檢驗(yàn)。綜上所述，2月份10 ℃以上的高溫天數(shù)多，能明顯加快雪梨開花。

2.1.3 越冬期各時(shí)段氣溫、日照、降水對(duì)雪梨始花期的影響表現(xiàn)為：氣溫對(duì)始花期的影響顯著，日照次之，降水微弱。旬平均氣溫、最高氣溫對(duì)雪梨始花期的顯著影響時(shí)段主要集中在冬末2月下旬，旬平均最低氣溫對(duì)始花期的影響主要集中在上年12月上旬—1月上旬。由表1可以發(fā)現(xiàn)，上年12月上旬—2月中旬，雪梨始花期與旬平均氣溫和最高氣溫相關(guān)性較差，以弱相關(guān)為主，說明上年12月上旬—2月中旬的平均氣溫和最高氣溫對(duì)雪梨始花期影響不明顯，雪梨始花期與2月下旬平均氣溫的相關(guān)系數(shù)為-0.912，負(fù)相關(guān)極顯著，并通過了0.01的顯著性水平檢驗(yàn)，說明2月下旬平均氣溫對(duì)雪梨始花期的影響極顯著，即2月下旬平均氣溫越高，雪梨始花期越早；始花期與2月下旬平均最高氣溫的相關(guān)系數(shù)為-0.648，負(fù)相關(guān)顯著，并通過了0.05的顯著性水平檢驗(yàn)。雪梨始花期與上年12月上旬—12月下旬平均最低氣溫的相關(guān)系數(shù)分別為0.516、0.429、0.556存在較大的正相關(guān)，但沒有通過顯著性檢驗(yàn)；始花期與1月上旬平均最低氣溫的相關(guān)系數(shù)為0.655，達(dá)顯著正相關(guān)，并通過了0.05顯著性水平檢驗(yàn)，說明上年12月上旬—1月上旬，最低氣溫越高，雪梨始花期時(shí)間序列值越大，雪梨開花越晚，原因是最低氣溫偏高削弱了雪梨解除休眠期的需冷量積累，從而導(dǎo)致雪梨不能適時(shí)開花。雪梨始花期與上年12月上旬—1月下旬日照時(shí)數(shù)除12月下旬外均呈負(fù)相關(guān)，與1月上旬日照時(shí)數(shù)的相關(guān)系數(shù)為-0.643，達(dá)到顯著負(fù)相關(guān)，并通過了0.05的顯著性水平檢驗(yàn)，說明，越冬前期光照條件好，會(huì)促使雪梨始花期提早。雪梨始花期早晚對(duì)降水量不敏感(故在表1中略去)。

表1 雪梨始花期與越冬期氣象因子的相關(guān)系數(shù)Tab.1 Correlation coefficient of meteorological factors between snow pear flowering period and overwintering period

2.2 預(yù)報(bào)模型

2.2.1 預(yù)報(bào)因子的選擇 通過2.1的分析可以看出，越冬期≥10.0 ℃的積溫，2月氣溫≥10.0 ℃天數(shù)，2月下旬平均氣溫與雪梨始花期均存在極顯著的負(fù)相關(guān)；雪梨始花期與2月平均氣溫≥9.0 ℃、≥9.5 ℃的天數(shù)，2月下旬平均最高氣溫和1月上旬日照時(shí)數(shù)存在顯著負(fù)相關(guān)；始花期與1月上旬平均最低氣溫存在顯著正相關(guān)。說明，雪梨開花前光照和溫度的積累對(duì)開花早晚的影響顯著，開花前光、溫積累充足，雪梨開花就早，反之，相對(duì)偏晚。因此，選擇上述8個(gè)氣象因子作為預(yù)測(cè)因子，供建模使用。

2.2.2 預(yù)報(bào)模型的建立 應(yīng)用SPSS軟件對(duì)雪梨始花期時(shí)間序列值與備選氣象因子進(jìn)行逐步回歸，得如下始花期預(yù)報(bào)方程：

y=83.154-1.111x1-0.823x2-0.03x3

方程的R=0.991，F(xiàn)=104.776，線性回歸模型成立。式中，y為始花期日序數(shù)，x1為2月平均氣溫≥10.0 ℃的天數(shù)，x2為2月下旬平均氣溫，x3為1月上旬日照時(shí)數(shù)。

表2為雪梨始花期預(yù)報(bào)的回歸方差分析，由表2可得：調(diào)整R方為0.972,表明該方程能解釋上述3個(gè)變量97.2%的變化；sig=0.00<0.05,表明該方程顯著；F=104.776>F0.05(3，6)，表明該方程成立。

表2 雪梨始花期預(yù)報(bào)的回歸方差分析Tab.2 Regression analysis of variance for prediction of snow pear initial flowering period

從模型入選的因子看，2月下旬平均氣溫越高，2月平均氣溫≥10.0 ℃的天數(shù)越多，則雪梨開花就越早，反之則相對(duì)較晚。2月平均氣溫≥10.0 ℃的天數(shù)和2月下旬平均氣溫對(duì)雪梨始花期早晚起主導(dǎo)作用。

2.2.3 預(yù)報(bào)模型的檢驗(yàn) 利用所建立的預(yù)報(bào)模型，擬合雪梨始花期，結(jié)果(圖1)顯示雪梨始花期年際變化較大，但模型的擬合率較高。

圖1 雪梨始花期與擬合值Fig.1 The dates and fitting values of the initial flowering period of snow pear from 2008 to 2017

回代和擬合結(jié)果，見表3，擬合值與實(shí)際值相關(guān)系數(shù)為0.982，最大誤差為2 d，其中4 a沒有誤差，誤差為1 d的5 a，誤差2 d的1 a，回代檢驗(yàn)效果比較理想。

2.2.4 試報(bào) 將2018—2020年氣象預(yù)報(bào)因子代入雪梨始花期預(yù)測(cè)模型，2018年金川縣雪梨始花期預(yù)測(cè)值為3月13日，當(dāng)年實(shí)際始花期為3月12日；2019年預(yù)測(cè)值為3月10日，實(shí)際始花期為3月11日；2020年預(yù)測(cè)值為3月12日，實(shí)際始花期為3月12日，預(yù)報(bào)值基本吻合，進(jìn)一步證明預(yù)測(cè)模型的可信度。

表3 預(yù)報(bào)模型檢驗(yàn)Tab.3 Prediction model test

3 結(jié)論和討論

①所建雪梨始花期預(yù)測(cè)模型，通過回代和預(yù)報(bào)檢驗(yàn)，準(zhǔn)確率高。模型精度能滿足雪梨始花期氣象預(yù)報(bào)服務(wù)業(yè)務(wù)要求。

②越冬期(上年12月—2月)各氣象因子對(duì)雪梨始花期的影響表現(xiàn)為：溫度顯著，日照次之，降水微弱。雪梨開花前需要一定的光、溫積累，越冬期溫度水平高，日照充足雪梨始花期偏早，反之始花期就偏晚。

③越冬期氣溫對(duì)雪梨始花期的顯著影響時(shí)段主要集中在冬末2月，2月氣溫≥10.0 ℃天數(shù)與2月下旬平均氣溫對(duì)雪梨始花期早晚起主導(dǎo)作用。雪梨始花期與上年12月—1月下旬日照時(shí)數(shù)除12月下旬外均呈負(fù)相關(guān)，其中與1月上旬日照時(shí)數(shù)負(fù)相關(guān)達(dá)顯著水平。雪梨始花期對(duì)降水反應(yīng)不敏感。

④由于模型預(yù)測(cè)因子均為開花前期因子，因此在實(shí)際預(yù)報(bào)時(shí)要結(jié)合預(yù)報(bào)始花期前幾天的氣象條件變化，對(duì)模型的預(yù)測(cè)進(jìn)行相應(yīng)訂正。如果臨近始花期氣溫升高幅度增大，始花期提早，反之則推遲。因此，應(yīng)根據(jù)相應(yīng)氣象條件對(duì)花期預(yù)報(bào)進(jìn)行提前或推遲，使預(yù)報(bào)結(jié)果與當(dāng)年始花期實(shí)際更相符。

⑤雪梨物候觀測(cè)資料時(shí)間較短，需進(jìn)一步觀測(cè)、收集物候資料，加強(qiáng)新的預(yù)報(bào)理念和預(yù)報(bào)方法的研究，對(duì)現(xiàn)有預(yù)報(bào)方法進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)和完善。