櫻桃低溫冷害氣象災害預警體系研究

趙 鑫,韓艷君,邸萬通,崔婷茹

(1.河北省望都縣氣象局,河北 望都 072450;2. 河北省蠡縣氣象局,河北 蠡縣 071400)

1 引言

櫻桃是望都縣特產，櫻桃喜溫暖，不耐寒，也不耐旱，怕大風和凍害，櫻桃種植不僅對種植區年平均氣溫、降水量及日照、無霜期等因素要求較高，而且生長發育期間合理規避不利氣象因素，才能達到高產、穩產、優質[1～4]。

櫻桃花期凍害指在櫻桃花期近地面溫度或櫻桃樹體表面的溫度降到0℃及以下，造成櫻桃花苞掉落，樹體器官受害的現象[1]。姚小英[2]認為春季低溫凍害輕者可使櫻桃減產4～5成，重者可致絕收；李敏等[5]提出櫻桃植株遭受低溫凍害的原因和綜合防凍害的管理措施；王桂春[6]明確了低溫、連陰雨、光照不足是影響櫻桃減產的關鍵因素；張慶和等[7]提出提高櫻桃產量質量的配套技術?；谏鷳B氣候方面的研究甚少，因此,筆者分析研究了櫻桃生育期的生態氣候特點和影響櫻桃產量的主要氣象因子，找出了櫻桃花期寒潮氣象指標，并提出氣象災害防御對策，為大力發展櫻桃產業提供科學依據。

2 資料與方法

筆者所用氣象資料由望都縣氣象局提供，起止時段為1974年至2019年3月1日至4月30日。采用數學統計分析方法，對望都縣櫻桃花芽萌動期、盛花期春季低溫凍害次數、日期、天氣特點、最低溫度等氣候條件的發生規律進行分析和研究。

皮爾遜相關系數，也稱為積差相關系數或積矩相關系數，英國統計學家皮爾遜提出的一種計算直線相關的方法，是考察兩個變量之間的相關程度，用符號r表示采樣樣本的相關系數， r為估計值。

其中，-1≤r≤1，相關系數沒有單位。r值為正表示正相關，r值為負表示負相關，r=1表示完全相關，r=0表示零相關。

一般來說，r的絕對值在0.8～1.0，表示變量間極強相關；在0.6～0.8表示強相關；在0.4～0.6表示中等程度相關；在0.2～0.4表示弱相關；在0.0～0.2表示極弱相關或無相關。

多元回歸分析(Multiple Regression Analysis)是指分析因變量與自變量間的關系，研究多個自變量對一個因變量的影響，或者多個自變量與多個因變量的關系，建立多個變量之間線性或者非線性數學模型的關系式并對樣本數據進行分析的統計分析方法[9]。

3 結果與分析

3.1 櫻桃開花時間的確定

櫻桃生育期大概分為5個階段，櫻桃從開花到果實成熟約35～50 d為果實發育期，于5月上旬開始上市[1]。櫻桃花芽萌動的氣溫為5～10℃，盛花期10～15℃[5]。利用matlab軟件，采用滑動平均法統計望都縣1974-2019年46 a每年日氣溫平均穩定通過5℃、10℃、15℃界限溫度的日期和歷年平均日期，結果如表1所示。

表1 望都縣櫻桃花期界限平均日期(月-日)

結果表明，望都縣櫻桃平均花芽萌動期在3月8-26日，平均盛花期在3月26日至4月13日，正值晚霜凍頻發期，遇有凍害櫻桃花極易受到影響而導致產量減產，嚴重時甚至造成絕收[1]。

3.2 櫻桃低溫凍害的氣象因子的選取

選取2001-2018年望都縣櫻桃667 m2產量數據和同期最低氣溫T1、平均氣溫T2、年降水量X1、平均氣壓X2、平均相對濕度X3、平均風速X4、0 cm地溫年平均T3、年極值最低0 cm地溫T4，共8個氣象因子如表2所示：

表2 櫻桃產量與氣象因子的相關系數

從表2可以看出，最低氣溫和年極值最低0cm地溫通過了0.01 水平上的顯著性檢驗，最低氣溫、年極值最低0cm地溫與櫻桃的產量相關系數分別為0.676、0.565，均為正相關。通過上述統計學分析表明溫度是影響櫻桃產量的關鍵因子，低溫凍害是影響櫻桃的主要氣象災害。

3.2.1 櫻桃花芽萌動期產生低溫凍害的氣象因子 選取1974-2019年花芽萌動期(3月8-26日)[8]逐日氣象數據，包括氣溫4次平均、日最低氣溫、相對濕度4次平均、日照時數合計、0 cm地溫4次平均、最低0 cm地溫、2 min風速4次平均，運用spss軟件對以上氣象因子和T min≤-3 ℃連續低溫時數進行皮爾遜相關性分析計算，結果見表3，表明4個因子通過0.01 水平上的顯著性檢驗，且氣溫4次平均、日最低氣溫、0 cm地溫4次平均、最低0 cm地溫均為負相關。從結果可以看出，與凍害級別具有極強相關的氣象要素有：日最低氣溫。具有強相關的氣象要素有：最低0 cm地溫。具有中等相關的氣象要素有：氣溫4次平均、0 cm地溫4次平均，如表3所示。

表3 氣象要素與凍害級別(Y)的相關系數(3月8-26日)

3.2.2 櫻桃盛花期產生低溫凍害的氣象因子 選取1974-2019年盛花期(3月26日至4月13日)逐日氣象數據，包括氣溫4次平均、日最低氣溫、相對濕度4次平均、日照時數合計、0 cm地溫4次平均、最低0 cm地溫、2 min風速4次平均，運用spss軟件對以上氣象因子和小于等于-1.1℃連續低溫時數進行皮爾遜相關性分析計算，結果見表4，表明4個因子通過0.01 水平上的顯著性檢驗，且氣溫4次平均、日最低氣溫、0cm地溫4次平均、最低0 cm地溫均為負相關。從結果可以看出，與凍害級別具有極強相關的氣象要素有：日最低氣溫，具有強相關的氣象要素有：最低0 cm地溫，具有中等相關的氣象要素有：氣溫4次平均、0 cm地溫4次平均，如表4所示。

表4 氣象要素與凍害級別(Y)的相關系數(3月26日至4月13日)

3.3 櫻桃凍害等級預報模型

3.3.1 櫻桃花芽萌動期凍害等級預報模型 以櫻桃花芽萌動期Tmin≤-3℃連續低溫時數作為自變量，確定Y值，按照Tmin≤-3℃連續低溫時數分別給Y賦值，如表5。

表5 花芽萌動期凍害等級劃分(賦值分級)

在以上各因素分析的基礎上，利用spss數據統計分析軟件對凍害級別與各氣象要素進行多元線性回歸分析，建立櫻桃花芽萌動期凍害等級預報模型。

Y=-2.270-0.235X1-1.344X2

(1)

R=0.777，F=198.955，P=0.0

式中，Y為凍害等級，X1為氣溫4次平均，X2為日最低氣溫。從式(1)可以看出，櫻桃盛花期凍害等級主要受日平均氣溫、日最低氣溫影響，與其呈負相關，R=0.777說明模型的擬合度較好，P值達到了<0.05水平上的顯著性檢驗，表明線性回歸方程是有意義的。

3.3.2 櫻桃盛花期凍害等級預報模型 以櫻桃盛花期Tmin≤-1.1℃連續低溫時數作為自變量確定Y值，按照凍害級別分別給Y賦值，如表6所示：

表6 盛花期凍害等級劃分

在以上各因素分析的基礎上，利用spss數據統計分析軟件對凍害級別與各氣象要素進行多元線性回歸分析，建立櫻桃盛花期凍害等級預報模型。

最終得到盛花期線性回歸方程如下：

Y=-1.291X1

(2)

R=0.635，F=31.416，P=0.0

式中，Y為凍害等級，X1為日最低氣溫。從式(2)可以看出，櫻桃盛花期凍害等級主要受日最低氣溫影響，與其呈負相關，R=0.635說明模型的擬合度較好，P值達到了<0.05水平上的顯著性概率檢驗，表明線性回歸方程是有意義的。

4 花期凍害防御措施

根據望都的氣候變化特征，櫻桃種植基地幾乎每年均會遭受到不同程度的低溫凍害天氣的影響。為預防低溫凍害的發生，最有效的措施就是在選擇櫻桃品種時，建議選擇拉賓斯、紅燈、黑珍珠等。其次是種植的地點建議選擇地勢平緩，風向陽，土壤肥水較為好些的地段，盡量避低洼的地段。最后櫻桃種植園的管理上要著重加強櫻桃樹體的貯藏能量與御寒能力，在樹體上覆蓋干草等保溫層阻擋外界冷氣流的侵入，以保持墑情，提高櫻桃樹體的御寒能力[7～11]。密切注意天氣預報預警信息，在霜凍來臨前采取熏煙防霜、噴水澆水防霜、噴防護劑和火爐升溫等方法抵御霜凍[12]。熏煙防凍原理為熏煙過程會產生大量的煙幕，煙幕中的二氧化碳與水蒸氣可以阻止冷空氣下沉和擾動，同時二氧化碳能夠吸收地面輻射的紅外線，從而增強大氣逆輻射，減少夜晚地面輻射損失的能量，進而對地面起到一種保溫作用，避免了低溫凍害的發生。