柳城古砦楓葉變色與氣象條件關(guān)系分析

陸霞 韋莉菊 陳夢泉 林依雪

摘要 利用2013—2022年柳城古砦鄉(xiāng)蓬坡屯楓樹林景區(qū)楓葉物候觀測資料和柳城國家氣象站、古砦自動(dòng)氣象站觀測資料，采用相關(guān)系數(shù)，分析了古砦鄉(xiāng)蓬坡屯楓葉變紅率與氣象要素的相關(guān)關(guān)系，運(yùn)用作物生育期平均間隔法作為楓葉最佳觀賞期預(yù)報(bào)。結(jié)果表明：（1）氣溫對古砦蓬坡屯楓葉變色的影響比較顯著，日最低氣溫越低、氣溫日較差越大，古砦蓬坡屯楓葉變紅率越高。（2）初霜日較古砦蓬坡屯楓葉普遍變紅日期有滯后。初霜日后6～9 d，楓葉進(jìn)入普遍紅。（3）利用作物生育期平均間隔法作為古砦蓬坡屯楓葉最佳觀測期預(yù)報(bào)，預(yù)報(bào)效果較好，可以在賞楓葉旅游氣象服務(wù)中推廣使用。

關(guān)鍵詞 物候期；氣象條件；相關(guān)性；生育期平均間隔法

中圖分類號：S792.35 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：2095–3305（2023）09–0091-03

柳城縣古砦仫佬族鄉(xiāng)大戶村蓬坡屯生態(tài)楓樹林位于柳城縣西北部，地理位置為109°5′11″E，24°43′48″N。蓬坡屯生態(tài)楓樹林景區(qū)坐落于群山之間，該地屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和，光熱充足，雨量充沛，森林資源豐富。2019年，獲得全國第一批“國家森林鄉(xiāng)村”稱號。蓬坡屯生態(tài)楓樹林景區(qū)占地面積約6.7 hm2，楓樹近千棵，被譽(yù)為“桂中最美紅楓林”。

近年來，柳城縣、鄉(xiāng)兩級政府按照“農(nóng)旅結(jié)合、以農(nóng)促旅、以旅富農(nóng)”的發(fā)展思路，不斷提高旅游承載能力，夯實(shí)鄉(xiāng)村生態(tài)旅游發(fā)展基礎(chǔ)。如今，古砦鄉(xiāng)大戶村已被打造成“春夏可踏青，欣賞田園風(fēng)景，秋可體驗(yàn)農(nóng)事，冬可品楓林美景”的鄉(xiāng)村生態(tài)旅游網(wǎng)紅“打卡”勝地。由于每年氣候條件存在差異，蓬坡屯生態(tài)楓樹林區(qū)的楓葉變色物候期也不盡相同，因此，有必要探索和研究楓葉變紅最佳觀賞期的預(yù)報(bào)方法，對助力柳城旅游業(yè)發(fā)展和鄉(xiāng)村振興具有重要意義。

1 資料與方法

1.1 資料

柳城縣融媒體中心提供的2013—2015年、2018—2020年柳城古砦楓葉物候觀測資料，柳城縣氣象局實(shí)際觀測的2021—2022年物候觀測資料。氣象數(shù)據(jù)資料為柳城古砦自動(dòng)氣象站2013—2015年、2018—2022年11—12月氣溫（日最高氣溫、日最低氣溫、氣溫日較差）、降水量、初霜日等逐日氣象數(shù)據(jù)；日照時(shí)數(shù)采用柳城國家基本氣象觀測站數(shù)據(jù)。

1.2 方法

采用相關(guān)分析法分析楓葉變色率和氣象要素之間的關(guān)系。相關(guān)系數(shù)是衡量任意2個(gè)要素之間關(guān)系的表征量，計(jì)算公式如下：

Correl（X，Y）=（1）

式（1）中，x是氣象要素，y是楓葉變色率，Correl（X，Y ）是氣象要素和楓葉變紅率的相關(guān)系數(shù)。相關(guān)系數(shù)接近+1或-1，表示楓葉變色率與氣象要素之間呈正（+1）或負(fù)（-1）相關(guān)性。

2 楓葉變紅物候期

2.1 楓葉變色物候期定義

楓樹有10%以上葉片紅為黃斑紅（圖1a），20%以上葉片變紅為初始變紅（圖1b），又稱為初紅期，60%以上葉片變紅為普遍變紅（圖1c），又稱為普紅期，85%以上葉片變紅為全部變紅，又稱為盛紅期，盛紅期楓葉進(jìn)入最佳觀賞期（圖1d）。

2.2 楓葉變紅與初霜日比較

李瑞蘇[1]的研究指出楓葉受到低溫霜凍的侵襲，葉綠素被破壞，葉片的水分減少，不能及時(shí)運(yùn)輸?shù)牡矸圩兂善咸烟牵欠种饾u轉(zhuǎn)化為花青素，于是綠葉變成紅葉。李凌等[2]認(rèn)為霜的形成與日最低氣溫關(guān)系十分密切，通常霜的形成各地臨界最低氣溫均在5.5 ℃以下，或地面溫度接近0 ℃。

此處以日最低氣溫≤5 ℃作為霜的標(biāo)準(zhǔn)，最低氣溫≤5 ℃的初日作為初霜日。由表1可以看出，古砦初霜日較楓葉進(jìn)入初紅期的時(shí)間延后。初霜日前3～14 d，古砦蓬坡屯楓葉開始進(jìn)入初紅期。初霜日后6～9 d古砦蓬坡屯楓葉進(jìn)入普紅期的占57.1%，初霜日前1～2 d古砦蓬坡屯楓葉進(jìn)入普紅期的占42.9%。綜上所述，初霜日是預(yù)測古砦蓬坡屯楓葉進(jìn)入普紅期的一個(gè)重要參考因子，但要準(zhǔn)確預(yù)報(bào)古砦蓬坡屯楓葉變色開始日期和持續(xù)時(shí)間還需考慮其他要素的影響。

3 楓葉變色物候期與氣象條件相關(guān)性

侯亞紅等[3]認(rèn)為影響植物葉色變化的主要因素是氣象因子和植物自身生長激素的含量等，其中，氣象因子包括光照、氣溫、降水等，對植物葉色變化起到最直接的作用。對2013—2022年古砦鄉(xiāng)大戶村蓬坡屯生態(tài)楓樹林楓葉逐日變紅率與日最低氣溫、氣溫日較差、日照時(shí)數(shù)、日降雨量、初霜日作相關(guān)性分析。2013—2022年的觀測資料顯示，古砦蓬坡屯楓葉變紅率與日最低氣溫存在負(fù)相關(guān)的有5年，與氣溫日較差、日照時(shí)數(shù)存在正相關(guān)的有6年，與日降雨量、初霜日存在正相關(guān)的有4年（表2）。說明古砦蓬坡現(xiàn)生態(tài)楓葉變紅率與氣象條件存在密切的相關(guān)關(guān)系。在預(yù)報(bào)楓葉最佳觀賞期時(shí)，氣象因子的影響是要考慮的重要因素。

3.1 楓葉變紅率與氣溫的關(guān)系

根據(jù)物候?qū)W理論，前期氣候條件如光、溫、水等，對植物開花早晚有重要影響，其中，氣溫是影響木本植物物候的主要因子。徐雨晴等[4]認(rèn)為低溫有利于葉綠素的分解，并促使根系吸收利于葉片變色的微量元素。氣溫日較差大有利于花青素的形成和積累。姜衛(wèi)兵等[5]研究表明，氣溫日較差大于15 ℃時(shí)有利于葉片變色。從2021—2022年古砦蓬坡屯生態(tài)楓葉變紅率物候期實(shí)際觀測記錄看出：古砦蓬坡屯生態(tài)楓葉進(jìn)入初紅期前日平均氣溫低于15 ℃，且持續(xù)5 d以上，日最低氣溫低于12 ℃，持續(xù)4～5 d，氣溫日較差達(dá)12 ℃以上。楓葉進(jìn)入普紅期平均氣溫低于18 ℃，日最低氣溫低于15 ℃。進(jìn)入盛紅期平均氣溫低于15 ℃。由表2可以看出，古砦蓬坡屯生態(tài)楓葉變紅率與日最低氣溫存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，與氣溫日較差存在正相關(guān)關(guān)系，說明日最低氣溫越低，氣溫日較差越大，楓葉變紅率越高；反之，日最低氣溫越高、氣溫日較差越小，楓葉變紅率越低。

3.2 楓葉變紅與降雨的關(guān)系

相關(guān)系數(shù)計(jì)算結(jié)果表明，古砦楓葉變紅率和日降雨量存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，說明日降雨量對楓葉變色有負(fù)影響，即日降雨量越少，楓葉變紅率越高；反之，日降雨量越多，楓葉變紅率越低。

3.3 楓葉變紅與日照時(shí)數(shù)的關(guān)系

藺銀鼎等[6]認(rèn)為光照是影響楓葉著色的重要因子。充足的光照有利于楓葉片內(nèi)的可溶性糖和花色素苷的積累，從而促進(jìn)葉片著色。劉明芝[7]認(rèn)為，在溫度、降水適宜的情況下，光照越充足，楓葉變紅率更高，楓葉更紅艷，更適合觀賞。古砦蓬坡屯生態(tài)楓葉變紅率與日照時(shí)數(shù)存在正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.043 162 5，說明日照時(shí)數(shù)越多，楓葉變紅率越高；反之，日照時(shí)數(shù)越少，楓葉變色率越低。根據(jù)兩年的實(shí)際觀測，楓葉變色也是從樹頂向陽處開始的，先是樹頂部黃斑紅，再漸次到樹冠中部，最后到樹蔭底部、樹丫處。若出現(xiàn)長時(shí)間的陰雨寡照天氣，楓葉變紅率更低，楓葉葉片顏色也不夠紅，落葉更快。

4 楓葉變紅物候期預(yù)報(bào)

4.1 楓葉變紅長期預(yù)報(bào)

古砦蓬坡屯生態(tài)楓葉變紅率與氣象要素的相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，楓葉變紅率主要受日最低氣溫、氣溫日較差、日照時(shí)數(shù)、降雨和霜凍天氣等因素影響。其中，日照、降雨和霜凍是主要?dú)夂蜃兓卣鳎梢栽陂L期氣候趨勢預(yù)測中考慮。氣溫是天氣變化的主要特征之一，因此，日最低氣溫和氣溫日較差，可以在短期預(yù)報(bào)中考慮。

4.2 楓葉變紅短期預(yù)報(bào)

根據(jù)觀測資料統(tǒng)計(jì)，古砦蓬坡屯生態(tài)楓葉初紅期一般在12月上旬，由于受當(dāng)年氣候和氣象條件的影響，楓葉變紅最佳觀賞期存在一定的差異。為了準(zhǔn)確預(yù)測楓葉變紅最佳觀賞期，利用楊繼武[8]作物發(fā)育期平均間隔法進(jìn)行古砦蓬坡屯生態(tài)楓葉盛紅期預(yù)報(bào)，計(jì)算公式為：

D =Dt +n（2）

式（2）中，D是要預(yù)報(bào)的楓葉盛紅期，即楓葉最佳觀賞期；Dt是前一發(fā)育期實(shí)際出的日期，n為2個(gè)發(fā)育期多年平均間隔日數(shù)。例如：已知Dt楓葉初紅期為12月5日，為初紅期到盛紅期多年平均日為15 d，通過公式計(jì)算得出古砦鄉(xiāng)蓬坡屯生態(tài)楓葉盛紅期（即最佳觀測賞期）為12月20日。

4.3 楓葉盛紅期短期預(yù)報(bào)方法檢驗(yàn)

按照楓葉盛紅期短期預(yù)報(bào)方法，對2013—2015年和2018—2022年的楓葉盛紅實(shí)際出現(xiàn)的日期與楓葉盛紅期預(yù)報(bào)進(jìn)行檢驗(yàn)。張春紅[9]認(rèn)為當(dāng)實(shí)況與預(yù)報(bào)誤差在3 d以內(nèi)（含3 d）時(shí)，視為預(yù)報(bào)正確，當(dāng)預(yù)報(bào)誤差在4 d以上時(shí)視為錯(cuò)誤。詳細(xì)預(yù)報(bào)結(jié)果檢驗(yàn)情況見表3。

從檢驗(yàn)結(jié)果來看，古砦蓬坡屯生態(tài)楓葉實(shí)際盛紅期與最佳觀賞期預(yù)報(bào)較為吻合（即正確）的年份有：2013、2014、2015、2020、2022年共5個(gè)年份，占62.5%。該預(yù)報(bào)方法基本可以滿足古砦蓬坡屯生態(tài)楓葉觀賞旅游氣象服務(wù)需求。楊繼武認(rèn)為由于平均間隔法沒有考慮上一個(gè)發(fā)育期或物候期至下一個(gè)物候期間隔時(shí)間各年氣象條件差異的影響。由此推算出來的日期與實(shí)際出現(xiàn)的日期存在一定誤差。為了提高預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性，在預(yù)報(bào)古砦蓬坡屯生態(tài)楓葉觀賞期物候期時(shí)，可以根據(jù)當(dāng)年天氣氣候變化特征情況對推算的結(jié)果進(jìn)行必要的訂正[10]。

5 結(jié)論與討論

5.1 結(jié)論

（1）氣溫對楓葉變色的影響較為顯著。日最低氣溫越低，氣溫日較差越大，楓葉變紅率越高；反之，日最低氣溫越高、氣溫日較差越小，楓葉變紅率越低。初霜日較古砦蓬坡屯生態(tài)楓葉普遍變紅期有所滯后。初霜日后6～9 d，古砦蓬坡屯生態(tài)楓葉才進(jìn)入普遍紅期。

（2）古砦蓬坡屯生態(tài)紅楓變紅率與氣溫、降水、日照、霜凍天氣關(guān)系密切，楓葉變紅率與日最低氣溫、日降雨量存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，與氣溫日較差、日照時(shí)數(shù)、霜凍日呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。

（3）利用作物生育期平均間隔法預(yù)報(bào)古砦蓬坡屯生態(tài)紅楓葉最佳觀測期，準(zhǔn)確率達(dá)到62.5%，平均誤差天數(shù)為3 d，預(yù)報(bào)效果較好，可以在古砦蓬坡屯生態(tài)紅楓觀賞旅游預(yù)報(bào)服務(wù)中推廣使用。

5.2 討論

（1）由于景區(qū)氣象觀測站點(diǎn)較少，區(qū)域自動(dòng)站數(shù)據(jù)的可用率和穩(wěn)定率不夠高，這些都有可能造成楓葉物候期預(yù)測出現(xiàn)偏差。

（2）由于古砦蓬坡屯生態(tài)楓葉開始變紅期到盛紅期觀測資料不足，期間又有兩年份缺測，所以要準(zhǔn)確分析楓葉盛紅期有一定困難。理論上，觀測楓葉變色物候期年份越多，其發(fā)育平均間隔日數(shù)平均值就越有代表性，也更能反映植物的物候特點(diǎn)。隨著觀測樣本年份的增多，楓葉變紅率的物候特征可能有一些新的變化特征和規(guī)律調(diào)整。

參考文獻(xiàn)

[1] 李瑞蘇.沙河市佛照山景區(qū)黃櫨樹紅葉變色氣象預(yù)測模型[J].中南農(nóng)業(yè)科技， 2022，43（2）：39-42.

[2] 李凌，高安寧，李生艷，等.利用數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品制作廣西大范圍霜凍5天滾動(dòng)預(yù)報(bào)[J].廣西氣象，2002（3）：7-10.

[3] 侯亞紅，息濤，張蕊，等.遼東楓葉變色氣象條件分析和氣象指數(shù)研究[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2019，35（16）：112-121.

[4] 徐雨晴，陸佩玲，于強(qiáng).氣候變作比對植物物候影響的研究進(jìn)展[J].資源科學(xué).2004，26（1）：129-136.

[5] 姜衛(wèi)兵，莊猛，韓浩章，等.彩葉植物呈色機(jī)理及光合特性研究進(jìn)展[J].園藝學(xué)報(bào)，2005（2）：352-358.

[6] 藺銀鼎，梁峰.主要?dú)夂蛞蜃訉υ獙殫髑锶~著色的影響[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào)， 2010，26（2）：166-170.

[7] 劉明芝.遼寧省本溪縣楓葉變紅與氣象條件的關(guān)系分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2012，40（33）：16279-16280，16379.

[8] 楊繼武.第五講 農(nóng)作物發(fā)育期預(yù)報(bào)[J].氣象，1986（8）：45-49.

[9] 張春紅.蛟河市紅葉適宜觀賞期的短期和長期預(yù)報(bào)方法及業(yè)務(wù)系統(tǒng)的研究[D].蘭州：蘭州大學(xué)，2014.

[10] 孟慶霞，金瑞萌，白宇軒，等.分析氣象因子對五角楓葉變色的影響[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，2021（5）：106-107.

Analysis of the Relationship between Leaf Discoloration and Meteorological Conditions in Guzhai， Liucheng

Lu Xia et al（Liucheng Meteorological Bureau， Liucheng， Guangxi 545200）

Abstract Based on the observation data of maple leaf phenology in Pengpotun Maple Forest Scenic Area， Guzhai Township， Liucheng from 2013 to 2022， as well as the observation data from Liucheng National Meteorological Station and Guzhai Automatic Meteorological Station， analyzed the correlation between the red rate of maple leaf and meteorological factors in Pengpotun， Guzhai Township， using correlation coefficients， and used the average interval method of crop growth periods to predict the optimal viewing period of maple leaves. The results showed that： （1） Air temperature has a significant impact on the discoloration of maple leaves in Guzhaipengpotun. The lower the daily minimum air temperature， the greater the daily temperature range， and the higher the rate of maple leaves turning red in Guzhaipengpotun. （2） The first frost day lags behind the date when maple leaves generally turn red in Guzhaipeng Potun. From 6 to 9 days after the first frost， the maple leaves turn generally red. （3） Using the average interval method of crop growth periods to predict the optimal observation period of Maple Leaf in Guzhaipeng Potun has a good prediction effect， which can be popularized and used in tourism meteorological services for appreciating Maple Leaf.

Key words Phenological period; Meteorological conditions; Relevance; Average interval method of childbearing period