分析氣象因子對五角楓葉變色的影響

孟慶霞，金瑞萌，白宇軒，張 旭

(科右中旗氣象局，內蒙古 科右中旗 029400)

1 引言

2018年，自中央宣傳部定點幫扶興安盟科右中旗以來，科右中旗旗委緊緊圍繞“吃生態飯、做牛文章、念文旅經”的戰略定位，大力推進“翰嘎利生態湖-五角楓景區4A級景區創建5A級景區”重點工作，同時“五角楓旅游文化藝術節”被提升為興安盟級節慶活動。目前，國內學者在楓葉變色氣象預報方面做了大量的研究。田麗媛[1]等利用SPAD指數，考察了氣溫對北京欒樹秋葉變色的影響程度。藺銀鼎[2]等研究分析了氣候因子對元寶楓著色的影響。本文結合前人研究成果，以興安盟科右中旗五角楓葉變色日期及持續時間來分析當地氣候特征，以其尋找影響興安盟科右中旗五角楓葉變色的主要氣象因子，建立五角楓葉變色氣象指標，為興安盟科右中旗五角楓景區賞楓葉的游客提供參考。

2 資料及方法

2.1 資料

本文所用的資料包括：利用2018～2020年興安盟科右中旗國家氣象觀測站和五角楓景區等8個區域自動氣象觀測站9～10月氣溫（日最高氣溫、日最低氣溫、日較差）、相對濕度、降水量、日照時數、初霜日、風向風速等逐日氣象數據；選擇景區內4個監測區域20顆五角楓樹的監測樣本，觀測各物候期；9月1日至10月15日逐日觀測楓葉變色百分率的數據。

2.2 方法

定義五角楓葉變色率為10%～25%，處于初變狀態，五角楓葉變色指數為三級，進入觀賞期；當五角楓變色率為25%～50%，處于普變狀態，五角楓變色指數為二級，進入適宜觀賞期；當五角楓變色率為50%～80%，處于正變狀態，五角楓變色指數為一級，進入最佳觀賞期。

利用SPSS18.0，采用相關分析法分析氣象要素和五角楓變色率之間的關系。

相關系數是衡量任意兩個氣象要素之間關系的統計量［1］。對變量xk和xi，如果均取n個資料樣本，其相關系數計算如式(1)。1≥rki≥-1，rki＞0表示正相關，rki＜0表示負相關。rki的絕對值越大，表明兩個變量的相關性越強。0.2＞|rki|表示微弱相關，0.2＞|rki|≥0.4表示低度相關，0.7≥|rki|＞0.4表示顯著性相關，1.0＞|rki|≥0.7表示高度相關。

3 分析結果

3.1 五角楓葉變色情況分析

興安盟科右中旗五角楓葉變色情況由2018～2020年五角楓逐年變色情況和相對應年份最佳觀賞期分析得出，2018年楓葉從初紅到落葉為18～21 d，其中最佳觀賞期為8～16 d；2019年楓葉從初紅到落葉為14～27 d，其中最佳觀賞期為9～18 d；2020年楓葉從初紅到落葉為16～23 d，其中最佳觀賞期為7～16 d。據統計分析，楓葉初紅最早時間為9月24日，最晚時間為10月5日，平均時間為9月26日；楓葉進入正紅狀態最早為10月1日，最晚為10月14日，平均時間為10月8日；楓葉正紅持續時間最短7 d，最長18 d。

3.2 楓葉初紅日、斑紅日和初霜日比較

霜是指最低氣溫≤2℃或地面溫度達到0℃。本文以日最低氣溫≤2℃作為初霜的標準[2]，最低氣溫≤2℃的初日作為初霜日。通過分析興安盟科右中旗五角楓景區2018～2021年的初霜日和楓葉進入初紅、斑紅和正紅狀態的時間可以得出，初霜日較楓葉進入初紅狀態的時間有明顯滯后。初霜日之前3～9 d，楓葉開始進入初紅狀態。初霜日和進入斑紅狀態的時間對應較好，有70%以上的樣點在初霜日前1 d到后1 d之間進入斑紅狀態。初霜日和進入正紅狀態的時間也有一定的對應性，有30%的站點在初霜日前1 d到后1 d之間進入正紅狀態。從年份上來看，初霜日和進入斑紅狀態對應較好的時間在2018年、2019年，初霜日和進入正紅狀態對應較好的時間在2020年。綜上所述，初霜是預測楓葉變色的重要因子，但對于五角楓葉變色開始日期和持續時間的預報還需考慮其他要素的影響。

3.3 氣象因子對五角楓葉變色的影響

植物葉色變化主要受氣象因子和自身生長激素的影響，其中光照、氣溫、降水等氣象因子對植物葉色變化起到最直接的作用[1-3]。表1是2018～2020年興安盟科右中旗五角楓葉變色率和各氣象要素的相關系數。據分析，楓葉變色率和日平均氣溫、日最高氣溫和日最低氣溫的相關系數分別為-0.577、-0.518和-0.508，均存在顯著的負相關，并通過了0.01的顯著性水平檢驗，說明日平均溫度、日最高氣溫和日最低氣溫對楓葉變色的影響顯著，即日平均溫度、日最高氣溫和日最低氣溫越低，楓葉變色率越高。楓葉變色率與氣溫日較差、日照時數、日降水量和日平均濕度的相關系數分別為0.126、-0.239、-0.116、0.018，說明氣溫日較差、日照時數、日降水量和日平均濕度對楓葉變色的影響不顯著。

表1 楓葉變色率和日氣象要素的相關系數

表2是興安盟科右中旗五角楓葉變色率和近10天累積氣象要素的相關系數，可以發現，近10 d的累積氣溫、降水、濕度、日照和楓葉變色率的相關系數分別為-0.693、0.258、0.419和-0.421，說明近10 d積溫、日照和楓葉變色率存在負相關，近10 d積溫和楓葉變色率相關性較顯著，并通過了0.01的顯著性水平檢驗，近10 d日照和楓葉變色率相關性要差一些。近10 d降水、濕度和楓葉變色率存在一定的正相關，但相關性不強。

表2 楓葉變色率和近10 d累積氣象要素的相關系數

綜上所述，五角楓葉變色前10 d累積氣溫越低，日照越少，楓葉變色率越高；累積降水越多，濕度越大，楓葉變色率越高。由此表明，在楓葉變色率的中期預報中，可以參考10 d累積氣溫、降水、日照和濕度因子。

3.4 氣溫對五角楓葉變色的影響

通過統計分析，得出楓葉進入初紅和正紅狀態的氣溫條件閾值：（1）日平均氣溫在12～18℃時，楓葉進入初紅狀態；日平均氣溫在12～15℃時，楓葉進入正紅狀態。（2）日最低氣溫低于10℃，并累積超過7 d或日最低氣溫連續10 d低于12℃，進入初紅狀態；日最低氣溫低于5℃，并累積超過3 d或日最低氣溫連續7 d低于7℃（9月29日開始計）進入正紅狀態。（3）氣溫日較差大于15℃，并累積超過3 d或日最低氣溫連續10 d低于7℃，開始進入初紅狀態。

3.5 降水對五角楓葉變色的影響分析

2018～2020年興安盟科右中旗五角楓葉變色過程，同時又與變色前10 d降水量和當年7～9月降水量作了對比[4-6]。結果表明，2018年和2020年楓葉變色前10 d降水量明顯高于2019年，楓葉從初紅到落葉均為24～26 d，觀賞期較長。2019年降水量都不足5 mm，楓葉從初紅到落葉為24 d，表明楓葉變色前10 d降水和觀賞期長度沒有明顯的對應關系。

3.6 相對濕度和日照對五角楓葉變色的影響

興安盟科右中旗五角楓葉開始變色時間主要是在9月下旬，從2018～2020年9月16～25日平均相對濕度和平均日照時數變化分析，楓葉變色前10 d相對濕度和楓葉變色時間有一定對應關系；變色前10 d日照和楓葉變色時間有一定對應關系，但對應的不好，前期日照時間較長的年份，楓葉變色較早，進入最佳觀賞期的時間也較早。

4 結論

根據興安盟科右中旗景區五角楓葉變色期觀測數據顯示：楓葉進入初紅狀態前，在最低氣溫連續3 d低于7℃的條件下，當出現1次明顯降溫過程或最低氣溫連續7 d低于10℃，楓葉在降溫后的第1 d或第2 d進入初紅狀態。在降溫后的第5 d或第6 d進入斑紅狀態；楓葉進入初紅和斑紅狀態前12 d，氣溫日較差會有一次明顯增大的過程。楓葉變色前10 d降水、相對濕度與觀賞期長度沒有明顯的對應關系。綜上所述，本文確定為日平均氣溫、日最低氣溫、氣溫日較差和初霜日作為興安盟科右中旗景區五角楓葉變色期氣象指標。