日氣溫與冠縣梨花始花期的關系

李 楠，李雪源，宋 波

(1.山東省氣象防災減災重點實驗室，濟南 250000；2.聊城市氣象局，聊城 252000)

0 引言

在植物的生長發育進程中，氣溫作為重要的影響因子之一，與植物的物候期存在顯著的相關性[1]。根據農業生產和作物所處的氣象條件等問題，人們提出了界限溫度的概念，用以標志某些重要農事活動的開始和終止[2]。農業氣象學中常用的界限溫度有0 ℃、3 ℃、5 ℃、10 ℃、15 ℃和20 ℃[3]。其中逐日平均氣溫穩定通過3 ℃、5 ℃的初日預示早春作物播種和樹木開始生長[4]。在魯西地區，日平均氣溫穩定通過0 ℃時，樹木生理開始活動；日平均氣溫穩定通過5 ℃時，樹木的葉芽開始萌動。同時，大量文獻表明，植物花期預測建模的過程中，溫度因子的相關性優于其他氣象要素[5]。

冠縣地處華北平原南部，黃河古道河灘高地，其土壤為沖擊固定草甸風沙土，為鴨梨栽培提供了優越的自然條件[6]。冠縣鴨梨不僅享有“鴨梨甲天下”的美稱，其花期、采摘期也成為當地鴨梨文化旅游品牌的重點，因此對開展花期預測提出了更高要求[7]。文章擬在氣候變化的背景下，以冠縣近61 a的日平均氣溫數據與梨花始花期觀測資料為基礎，分析界限溫度0 ℃、3 ℃、5 ℃、7 ℃與梨花始花期的相關性，并進行預測[8]。該研究成果可為當地的農業生產管理及旅游業提供科學依據[9]。

1 資料與方法

主要資料來自冠縣國家氣象觀測站1961—2021年的逐日平均氣溫數據和2012—2021年冠州梨園內鴨梨始花期物候觀測資料。

以1月1日為日序列數起點，將冠縣日平均氣溫穩定通過0 ℃、3 ℃、5 ℃、7 ℃初日數據和鴨梨始花期數據轉化為日序資料。分析冠縣日平均氣溫穩定通過0 ℃、3 ℃、5 ℃、7 ℃初日及鴨梨始花期日序列數變化特征。采用線性回歸趨勢分析法，利用時間與變量的相關系數對上述變化特征進行顯著性檢驗[10]。

2 結果與分析

2.1 冠縣日平均氣溫穩定通過0 ℃、3 ℃、5 ℃、7 ℃初日與鴨梨始花期的關系

根據冠縣國家氣象觀測站資料計算出歷年日平均氣溫穩定通過0 ℃、3 ℃、5 ℃、7 ℃初日，同2012—2021年冠縣鴨梨始花期物候數據統一轉換為日序列數，進行相關性分析，進一步探討日平均氣溫穩定通過0 ℃、3 ℃、5 ℃、7 ℃等不同界限溫度初日對鴨梨始花期的影響。

結果顯示：鴨梨始花期與日平均氣溫穩定通過3 ℃、5 ℃初日日期均呈現較為明顯的相關性(表1)，冠縣鴨梨始花期日序與日平均氣溫穩定通過5 ℃初日日序相關性系數為0.819，回歸方程系數的F檢驗值對應的顯著性概率0.004(<0.05)，表示線性回歸具有顯著性，系數t檢驗值對應的顯著性概率0.004(<0.05)，即線性假設也是顯著的。冠縣鴨梨始花期日序與日平均氣溫穩定通過0 ℃、7 ℃初日日序的相關系數，均未通過P<0.05的顯著性檢驗。即鴨梨始花期日序與日平均氣溫穩定通過5 ℃初日日序的相關性最好，與日平均氣溫穩定通過3 ℃初日日序的相關性次之。故文章選取日平均氣溫穩定通過5 ℃初日作為高影響因子，以此探討其對鴨梨始花期的影響[11]。

表1 冠縣日平均氣溫穩定通過0 ℃、3 ℃、5 ℃、7 ℃初日日序(X)與鴨梨始花期日序的相關性

2.2 日平均氣溫穩定通過5 ℃初日日序變化趨勢

根據冠縣國家氣象觀測站1961—2021年歷年觀測資料統計顯示，日平均氣溫穩定通過5 ℃的初日，歷年平均為3月3日；最早為2月3日，出現在2002年；最晚為4月1日，出現在1991年。

日平均氣溫穩定通過5 ℃的初日整體呈現提前趨勢，線性傾向率為-2.5/10 a(R=0.413，P=0.001)。年代際變化特征分析顯示(圖1)，1961—1970年為不顯著的推后趨勢，線性傾向率2.3/10 a(R=0.518，P=0.125)；1971—1980年為提前趨勢，線性傾向率為-9.7/10 a(R=0.458，P=0.183)；1981—1990年為不明顯的提前趨勢，線性傾向率為-2.4/10 a(R=0.135，P=0.711)；1991—2000年為-17.4/10 a(R=0.376，P=0.284)；2001—2010年線性傾向率為7.9/10 a(R=0.215，P=0.551)；2011—2021年線性傾向率為-16.4/10 a(R=0.57，P=0.06)。

圖1 冠縣日平均氣溫穩定通過5 ℃初日日序變化趨勢

各年代日平均氣溫穩定通過5 ℃初日日期與1961—2021年61 a平均值對比顯示，近10 a的日平均氣溫穩定通過5 ℃初日與歷年平均基本持平；20世紀70年代偏晚8 d，80年代偏晚2.5 d，90年代偏晚3.5 d；1991—2000年提前1.6 d，2001—2010年提前11.3 d。

2.3 冠縣鴨梨始花期變化趨勢

2012—2019年冠縣鴨梨始花期物候觀測資料分析顯示，日平均氣溫穩定通過5 ℃的初日歷年平均為3月30日；最早為3月22日，出現在2020年；最晚為4月8日，出現在2012年；始花期日期極差為17 d。鴨梨始花期整體呈現明顯的提前趨勢，線性擬合傾向率為-14.4/10 a(R=0.86，P=0.001)。該趨勢與日平均氣溫穩定通過5 ℃初日日序列數的變化特征一致。

2.4 構建冠縣鴨梨始花期預測模型

利用2012—2019年冠縣日氣溫穩定通過5 ℃初日(X)與鴨梨始花期的日序資料，建立鴨梨始花期(Y)預測模型：

Y=0.412X+63.141

(1)

檢驗結果顯示，2020—2021年鴨梨始花期的預測準確率[12](公式2)為97%、99%，預測效果較好。

(2)

式中，Pv預測值；Av實際值；Ac預測準確率。

3 結束語

文章利用相關分析法和回歸分析法對界限溫度與梨花始花期的相關性進行分析，得出以下結論：

1)冠縣鴨梨始花期與日平均氣溫穩定通過3 ℃、5 ℃初日之間存在較為明顯的正相關性，與日平均氣溫穩定通過5 ℃初日的相關性更好。

2)1961-2021年冠縣日平均氣溫穩定通過5 ℃初日總體呈提前趨勢，該趨勢表現不明顯。

3)冠縣鴨梨始花期與日平均氣溫穩定通過5 ℃初日的變化趨勢總體一致，均表現為提前。日平均氣溫穩定通過5 ℃初日的年代際變化呈現波動性特征，20世紀70年代和21世紀初期呈現不明顯的推后趨勢，20世紀80、90年代和21世紀20年代呈現提前趨勢。

4)基于冠縣鴨梨始花期日序與日平均氣溫穩定通過5 ℃初日日序，建立鴨梨始花期預測模型，回代檢驗顯示2020年和2021年的始花期日序預測準確率為97%、99%，擬合效果較好。可為當地梨花始花期的預測提供服務依據。