高原山地條件下稻縱卷葉螟遷入特征與機(jī)制初探
——以貴州黔東南地區(qū)為例

王長金,谷曉平,譚甫波,于 飛,黃伍濤

(1.貴州省黎平縣氣象局,貴州 黎平 557300;2.貴州省山地環(huán)境氣候研究所,貴州 貴陽 550002;3.貴州省從江縣氣象局,貴州 從江 557400)

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高原山地條件下稻縱卷葉螟遷入特征與機(jī)制初探
——以貴州黔東南地區(qū)為例

王長金1,谷曉平2,譚甫波1,于 飛2,黃伍濤3

(1.貴州省黎平縣氣象局,貴州 黎平 557300;2.貴州省山地環(huán)境氣候研究所,貴州 貴陽 550002;3.貴州省從江縣氣象局,貴州 從江 557400)

為探索高原山地條件下稻縱卷葉螟的遷入機(jī)制，該文以貴州省黔東南地區(qū)山地條件為背景，對2001—2010年稻縱卷葉螟遷入資料與高空流場及天氣系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)分析。結(jié)果顯示：①5月下旬—6月上旬是遷入高峰集中期；②夜間降雨與遷入關(guān)系密切，中雨以上強(qiáng)度降雨導(dǎo)致成蟲大量遷入；③遷入高原山地的稻縱卷葉螟除了具有水平流場遷飛外，還存在異層面垂直遷飛；④昆蟲在晨昏朦影起飛除高溫和短日照剌激外，趨光性起著誘導(dǎo)作用；⑤大氣環(huán)流為昆蟲遷飛架起了“立體通道”，其遷入量取決于遷出地蟲源量、高空流場流線密集度、輻合強(qiáng)度和遷入地降雨強(qiáng)度。

高原山地；稻縱卷葉螟；遷飛；流場；天氣

1 引言

稻縱卷葉螟(Cnaphalocrocis medinalis Guenec)是一種廣泛分布于亞洲和東非的水稻主要害蟲，屬于一種借風(fēng)力遠(yuǎn)距離季節(jié)性遷飛的小型昆蟲。亞洲稻縱卷葉螟的終年繁殖區(qū)在我國的海南島和境外中南半島一帶，其北遷和南遷與西太平洋副熱帶高壓(以下簡稱副高)的進(jìn)退有密切的相關(guān)性。每年4月中下旬隨著副高的開始活躍，稻縱卷葉螟從終年繁殖區(qū)遷入我國第一站兩廣。以后隨著副高季節(jié)性西伸北抬，在我國范圍內(nèi)進(jìn)行5次北遷，影響到除新疆和寧夏以外的廣大北方稻區(qū)；8月下旬—9月初隨著副高減弱東退稻縱卷葉螟開始南遷，一般有3次南遷過程，11月份絕大多數(shù)遷出我國大陸[1]。

20世紀(jì)60年代開始，國內(nèi)外研究并證實了稻縱卷葉螟具有遠(yuǎn)距離遷飛習(xí)性。但稻縱卷葉螟起飛、運載、降落以及遷入的氣象環(huán)境條件導(dǎo)致災(zāi)變等領(lǐng)域，中國學(xué)者研究得較為深入。研究表明：食料對生殖停滯遷飛無顯著影響，而短光照和高溫是誘發(fā)生殖停滯或遷飛的主導(dǎo)生態(tài)因子。即夏季高溫和秋季短日照是誘發(fā)北遷和南遷的主導(dǎo)因子[2]。昆蟲遷飛動力學(xué)研究顯示：850 hPa層面及以下的垂直流場和水平流場是遷出、遷入的運行動力來源[3]。雷達(dá)昆蟲學(xué)的發(fā)展，實現(xiàn)了用昆蟲雷達(dá)觀測稻縱卷葉螟的遷飛動態(tài)[4-6]。許瑞秋等在福建古田研究證實了山區(qū)稻縱卷葉螟垂直遷飛現(xiàn)象[7]。

但是對貴州高原地區(qū)昆蟲遷飛研究較少，特別是關(guān)于稻縱卷葉螟遷入的氣象背景研究尚未見相關(guān)工作。本研究正是針對在貴州東南部的黔東南地區(qū)稻縱卷葉螟遷入特征與可能機(jī)制的初步探索。

2 資料與研究方法

2.1 資料來源及處理

廣西蟲源地2001—2010年主要農(nóng)作物重大病蟲害發(fā)生實況資料來自于中國知網(wǎng)《廣西植?！穂9]；黔東南州稻縱卷葉螟遷入資料來自于黔東南州病蟲測報站；分析與稻縱卷葉螟遷入高峰有關(guān)的大氣動力場對成蟲的運載和迫降作用所用的大氣環(huán)流與天氣資料來自中國氣象局氣象臺業(yè)務(wù)平臺Micaps系統(tǒng)。

2.2 研究方法

2.2.1 遷飛層面的確定 貴州黔東南地區(qū)地處我國季風(fēng)區(qū)，夏半年主要盛行西南風(fēng)。此期間大氣近南北向(經(jīng)向環(huán)流)水平流場和垂直流場[10]，直接關(guān)系到稻縱卷葉螟的遷飛，根據(jù)稻縱卷葉螟對溫度的適應(yīng)能力，850 hPa(1 500 m)及以下流場是其最適遷飛層面；稻縱卷葉螟遷飛要求較高的空氣濕度， 850 hPa等壓面是水汽輸送的主要層次，也是稻縱卷葉螟遷飛的主要通道，該層的水汽輸送方向與稻縱卷葉螟的遷飛方向基本一致[3]; 稻縱卷葉螟在遷出地選擇黃昏18時30分以后大規(guī)模起飛，空中密度在20時00分—22時00分時最大，發(fā)現(xiàn)其主要選擇離地面500 m以下的高度飛行，并有集聚成層現(xiàn)象，這與低空急流關(guān)系密切[4-6]。黔東南位于云貴高原東斜坡，境內(nèi)橫跨經(jīng)度2°18′04″，縱跨緯度2°12′20″，海拔137～2 178 m，海拔高差2 041.8 m，主要農(nóng)業(yè)種植帶分布在200～1 200 m,因此把850 hPa的等壓面確定為稻縱卷葉螟遷飛層面。

黔東南州地勢自西北向東南傾斜，形成了從東南向西北溫度逐級遞減的3個(南、中、北)亞熱帶氣候帶，導(dǎo)致稻縱卷葉螟水平遷入高峰存在3個氣候地帶性和低海拔向高海拔異層面垂直遷飛的特殊性。

2.2.2 遷出至遷入相關(guān)區(qū)域及大氣環(huán)流界定 稻縱卷葉螟在北遷時，遷入黔東南的蟲源取決于850 hPa大氣流場在前24～12 h存在從遷出地指向遷入地一致的流線。西南氣流時遷出地為桂西—桂西南；偏南氣流時遷出地為桂北—桂中—桂南；東南氣流時遷出地為桂東—桂東南。

遷出地必須是晴或多云天氣，才利于遷出。850 hPa必須有從遷出區(qū)指向遷入?yún)^(qū)密集的流線，并有流場輻合和降雨天氣系統(tǒng)；遷入地區(qū)地面有降雨。

3 結(jié)果分析

3.1 黔東南稻縱卷葉螟源地

廣西是“兩遷”害蟲從境外遷入我國的第一站，也是“兩遷”害蟲主要危害區(qū)和蟲源地[8]。廣西北部與貴州接壤，位于貴州西南和偏南氣流上風(fēng)方，多年來黔東南植保部門最關(guān)注的是廣西中、西部稻縱卷葉螟的發(fā)生情況，它直接關(guān)系到對黔東南的遷入和成災(zāi)。利用廣西蟲源地2001—2010年“廣西主要農(nóng)作物重大病蟲害發(fā)生實況與黔東南稻縱卷葉螟蟲情資料”進(jìn)行相關(guān)性分析，其相關(guān)性達(dá)到89.8%，證實黔東南稻縱卷葉螟主要是由廣西遷入。

3.2 黔東南地區(qū)稻縱卷葉螟遷入時間特征

3.2.1 遷入峰值 黔東南為云貴高原向湘西山地過渡地帶，是稻縱卷葉螟北遷和南遷(回遷)的主要通道和中轉(zhuǎn)站，遷入黔東南較為集中的時段是5月上旬—6月中旬。表1是黔東南2001—2010年稻縱卷葉螟遷入峰值各時段出現(xiàn)次數(shù)和頻率，數(shù)據(jù)表明，稻縱卷葉螟遷入黔東南峰值一般在4月下旬開始到7月下旬結(jié)束，遷入峰集中在5月下旬—6月上旬。其中第1峰最早出現(xiàn)在4月下旬、最多是5月上旬、其次是6月上旬、最晚是6月下旬，第2峰最早出現(xiàn)在5月中旬、最多是5月下旬、其次是6月中旬、最晚是7月中旬，第3峰出現(xiàn)在5月下旬、最多是6月上旬、其次是5月下旬、最晚是7月下旬。

表1 4—7月稻縱卷葉螟遷入黔東南出現(xiàn)次數(shù)和頻率

3.2.2 水平遷入峰值 分析遷入原始資料發(fā)現(xiàn)；水平遷入第1高峰在3個氣候帶上表現(xiàn)出依次推遲：南亞熱氣候帶(海拔300 m及以下)遷入第1峰最早，在4月下旬后期—5月上旬前期出現(xiàn)，并波及300～700 m氣候帶；中亞熱氣候帶(300～700 m)第1遷入峰在5月上旬—中旬出現(xiàn)，并波及700 m以上氣候帶；北亞熱氣候帶(700 m以上)第1遷入峰在5月下旬—6月上旬出現(xiàn)。

這種正常年份遷入特點顯現(xiàn)了隨著海拔和緯度的升高，遷入峰依次后延。但是由于氣候異常的不確定性，往往造成遷入時期的不確定性。反映了稻縱卷葉螟這種對溫濕度敏感的昆蟲對遷入氣候帶的選擇性。

3.2.3 垂直遷飛 6月下旬—7月上旬，低海拔第3代幼蟲羽化后，由低海拔層面向中、高海拔層面垂直遷飛，形成2個或3個層面成蟲的同期突減和同期突增現(xiàn)象，在水平流場遷入蟲源補充影響下，導(dǎo)致中、高海拔成面第4代稻縱卷葉螟成災(zāi)。在10 a的資料中有3 a第4代重發(fā)生。垂直遷飛機(jī)理與水平遷飛無異，所不同的是地域受限，水平距離縮短。

3.3 稻縱卷葉螟遷出(入)大氣環(huán)流及天氣分析

副高是地球上最大的天氣系統(tǒng)，它的進(jìn)退對昆蟲發(fā)生發(fā)展不但產(chǎn)生氣候環(huán)境的影響，更重要的是為遷飛性昆蟲提供動力條件。北半球西太平洋副高和季風(fēng)環(huán)流季節(jié)性進(jìn)退，直接關(guān)系到我國稻縱卷葉螟遷飛和成災(zāi)。其物理意義在于，副高西側(cè)的偏南氣流和西南季風(fēng)對昆蟲遷飛起運載作用，同時副高西北和北側(cè)與南下冷空氣匯合形成一序列的降雨天氣系統(tǒng)和輻合過程，對遷飛在空中的稻縱卷葉螟起到聚集和迫降作用。經(jīng)對78次遷入高峰及峰前日20時和當(dāng)日08時所涉及的850 hPa流場、天氣系統(tǒng)和遷出、遷入天氣實況進(jìn)行統(tǒng)計分析，得出了從遷出地到遷入地與大氣動力場的相關(guān)情況(表2)。結(jié)果顯示，遷出前日20時為晴到多云時，出現(xiàn)遷入峰值的概率達(dá)90%；遷入地850 hPa 為輻合時概率為86%；遷入時遷入地有降雨天氣系統(tǒng)出現(xiàn)概率89%；遷入當(dāng)天08時為降雨天氣時出現(xiàn)概率為87%。由此可見稻縱卷葉螟晴天遷出、低空輻合并伴降雨天氣時遷入。

表2 稻縱卷葉螟從遷出到遷入不同流場及天氣出現(xiàn)概率

3.3.1 晴天遷出機(jī)理 從表2可見，當(dāng)?shù)究v卷葉螟從廣西遷出地遷出時，20時850 hPa層面以下均以晴到多云天氣為主，平均概率為90%。由于該天氣條件下，日落后在黃昏朦影時段大氣層較為穩(wěn)定，但從地面到高空光線逐漸增強(qiáng)，趨光性誘使螟蛾向光線強(qiáng)的高處遷飛。從昆蟲生物學(xué)方面進(jìn)一步解釋了相關(guān)研究：“稻縱卷葉螟選擇在黃昏18時30分以后大規(guī)模起飛”的觀測結(jié)果。同時天氣系的前方地面一般為熱低壓控制，地面溫度較高而剌激昆蟲起飛。如夏秋季降雨天氣到來前，高溫悶熱的黃昏常有大量的有翅型昆蟲撲燈，就是昆蟲主動起飛這一典型的行為特征形成的現(xiàn)象。

3.3.2 遷入流場機(jī)理分析 在對78次遷入峰與前24～12 h 850 hPa流場統(tǒng)計分析中，每次遷入峰均有從遷出地指向遷入地流場，在遷入地高空流場輻合出現(xiàn)平均概率為86%。說明稻縱卷葉螟成蟲起飛并隨著上升氣流到高空后，在邊界層頂聚集成層，利用流場動力進(jìn)行夜間飛行，蟲層在運行途中由于氣流擴(kuò)散和個體差異不斷降落而密度下降，運行距離越遠(yuǎn)蟲層密度越小，當(dāng)氣流輻合時才能將昆蟲聚集，造成地面遷入峰。

垂直氣流場中下沉氣流的推動作用是稻縱卷葉螟遷入和降落的最直接大氣動力機(jī)制。在6月中旬—7月份副高脊線西伸時，在副高脊西北邊緣與副高脊線附近，垂直氣流較強(qiáng)，也具備了運載昆蟲與遷入的條件[12]。表2在分析流場時有14%的輻散概率，說明下沉氣流的推動作用導(dǎo)致稻縱卷葉螟遷入。如2004年5月18—20日就是一次典型的過境蟲源受副高線附近下沉氣流導(dǎo)致的遷入峰。過境蟲源如遇不利于遷出的降雨天氣，則會成為當(dāng)?shù)匮a充蟲源，特別是6月中下旬形成補充蟲源與第3代殘蟲疊加，會造成第4代大發(fā)生。

3.3.3 降雨強(qiáng)度對遷入量的影響 分析黔東南州病蟲測報站2001—2010年能代表境內(nèi)不同海拔層次的稻縱卷葉螟測報資料。在163次遷入過程資料中，有50次為始見期，屬波及蟲源。而113次分別以第1、第2、第3次高峰出現(xiàn)，而且大都與降雨天氣系統(tǒng)和大氣動力場有密切聯(lián)系。因此將其單一過程(即單一站出現(xiàn))和重疊過程(即二個及以上站出現(xiàn))整理出90次遷入高峰過程。又根據(jù)黔東南地區(qū)發(fā)生規(guī)律，6月下旬—7月已有本地羽化蟲源，對11次難以區(qū)分蟲源和1次觀測有誤的峰期淘汰，只對78次明確的遷入峰進(jìn)行天氣系統(tǒng)和大氣動力場相關(guān)性分析。

圖1 遷入量與降雨強(qiáng)度的關(guān)系Fig.1 The relationship between Moved volume and intensity of rainfall

眾多研究一致證實降雨與遷飛性昆蟲的遷入關(guān)系密切，貴州高原春夏季的降雨天氣系統(tǒng)主要有冷鋒、靜止鋒、切變線、氣旋和高空槽以及局地對流性降水等[13]。表2顯示，降雨天氣系統(tǒng)及地面降雨實況與遷入峰相關(guān)性明顯，出現(xiàn)平均概率分別為89%和87%。并且中雨以上強(qiáng)度降雨有利于稻縱卷葉螟的大量遷入，特別是大雨時遷入量最大。通過對各遷入峰逐日遷入量與降雨強(qiáng)度的關(guān)系分析(圖1)可知，一日內(nèi)稻縱卷葉螟的遷入與夜間到早晨降雨關(guān)系最大，其遷入量與降雨強(qiáng)度有直接關(guān)系。圖1顯示，稻縱卷葉螟遷入第1峰在中雨條件下最有利。遷入第2峰的最有利降雨是大雨，其次是中雨。遷入第3峰的最有利降雨是大雨，其次是暴雨。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，暴雨天氣條件下誘到稻縱卷葉螟成蟲較少，這可與暴雨的降雨強(qiáng)度大，對稻縱卷葉螟有一定的沖刷作用，造成觀測到的遷入量小。總而言之，中雨和大雨是稻縱卷葉螟遷入的最有利的降雨條件。

從遷入機(jī)制上說明了高空有降雨天氣系統(tǒng)地面有降雨條件下，雨區(qū)下沉氣流脅迫、降雨攜帶和昆蟲向適宜溫度的下層主動飛行的本能反應(yīng)共同實現(xiàn)昆蟲的遷入峰過程。大雨過程進(jìn)一步說明，中小尺度的強(qiáng)烈水平輻合，使分散的昆蟲在短時內(nèi)聚集，密度以數(shù)量級增加，導(dǎo)致遷飛昆蟲大量遷入，證實了前人的研究結(jié)果。

為解釋稻縱卷葉螟從遷出地到遷入地的天氣系統(tǒng)和大氣環(huán)流及地面天氣實況共同作用的過程，以2008年6月上旬后期到中旬中期遷入過程為例。

2008年6月上旬未到中旬中期受高空槽不斷東移，槽后不斷有弱冷空氣補充南下，西太平洋副高在我國東南沿海一帶維持，導(dǎo)致中低層切變維持少動和地面靜止鋒共同影響，黔東南以陰雨天氣為主，為稻縱卷葉螟提供了遷入的天氣和大氣動力條件。在850 hPa高度上表現(xiàn)有3次主要天氣過程，導(dǎo)致相應(yīng)的3次成蟲大量遷入。分別是10、13、16日。以13日降蟲過程為例：12日17—20時在遷出地桂西—桂西南及中南半島從地面到高空為多云天氣(圖略)，有利稻縱卷葉螟成蟲遷出(資料顯示，稻縱卷葉螟大發(fā)生的廣西壯族自治區(qū)中、西部正是成蟲羽化高峰期)。12日20時在850 hPa流場圖上從遷出區(qū)桂西—桂西南上空到遷入地黔東南上空為一致的西南氣流，并在13日08時在遷入地黔東南上空產(chǎn)生氣旋式輻合(圖2、圖3)，為昆蟲的遷飛提供了運載和聚集條件。

圖2 2008年6月12日20時850 hPa流場 圖3 2008年6月13日08時850 hPa流場Fig.2 2008.6.12. 20 o'clock,850 hPa flow field Fig.3 2008.6.13.08 850 hPa flow field

在遷入?yún)^(qū)受高空槽、中低層低渦切變和地面靜止鋒共同影響，黔東南州普降中到大雨，為昆蟲的遷入增加了動力條件，從遷出到遷入形成一個“立體通道”，造成黔東南地區(qū)不同海拔層次均有相應(yīng)的成蟲遷入高峰。此遷入峰為進(jìn)入21世紀(jì)以來，遷入蟲量最多，峰期最長的一次遷入過程。特別是低海拔地區(qū)域(榕江)，誘集到稻縱卷葉螟成蟲4 266頭。

4 結(jié)論與討論

①黔東南稻縱卷葉螟從蟲源地為晴天遷出的實事再次印一次證明了晴朗和多云天氣條件下，黃昏朦影時段，利于昆蟲向高空遷飛。

②遷入?yún)^(qū)域必須有流場輻合，高空到地面有降雨天氣系統(tǒng)配合或地形雨存在，特別是中小尺度天氣系統(tǒng)的強(qiáng)烈輻合，形成了小型昆蟲大量遷入的“立體通道”，決定于遷出地蟲源量、適宜起飛天氣、流線的密集、輻合強(qiáng)度和降雨強(qiáng)度。

③黔東南稻縱卷葉螟水平遷入高峰集中期的幼蟲盛發(fā)期在6月中、下旬，與大部份水稻分蘗盛期至孕穗期相吻合，而成為當(dāng)?shù)刂饕x源，一般年份第3代發(fā)生較重。在垂直遷飛過程的作用下，往往造成中、高海拔層面第4代大發(fā)生。

④黔東南稻縱卷葉螟遷入量最大只局限于大雨，而暴雨過程高空輻合強(qiáng)度更大，但觀測到遷入成蟲極少，是否降強(qiáng)度過大，大部份遷入成蟲被雨水沖擊死亡。這有待在今后的工作中進(jìn)一步觀測。

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Cnaphalocrocismedinalisgueneeimmigration characteristics and mechanism under plateau conditions in Qian Dongnan

WANG Changjin1，GU Xiaoping2,TAN Fubo1,YU Fei2,HUANG Wutao3

(1.Liping Meteorolgoical Bureau of Guizhou Province, Liping 557300, China; 2.Mountainous Environment Climate Instutue of Guizhou Province, Guiyang 550002, China; 3.Congjiang Meteorological Bureau of Guizhou Province, Congjiang 557400, China)

In order to study the mechanism ofcnaphalocrocismedinalisgueneeimmigration under the condition of complex topography, Qian Dongnan area in Guizhhou province was taken for example and the cnaphalocrocis medinalis guenee moving in data, air flow field and the weather system data during 2001 to 2010 were analyzed. The results show: ①the period from late May to early June is the peak of cnaphalocrocis medinalis guenee immigration; ②cnaphalocrocis medinalis moving in appears to be correlated with rainfall at night and more than moderate rain precipitation can lead to a lot of imagoes moving in; ③for the cnaphalocrocis medinalis which have moved in plateau mountainous, in addition to journey with horizontal flow field, there are different levels vertical journey; ④insects in terminator looming take off in addition to stimulation of the high temperature and short day, insect phototaxis takes induced effect; ⑤atmospheric circulation creates "stereo channel" for insects migration , the immigration amount depends on the area of origin insect source, air flow field intensity, streamline convergence intensity and ingoing ground rainfall intensity.

plateau mountains;cnaphalocrocismedinalisguenee; migration; flow field; weather

1003-6598(2016)06-0032-05

2016-09-08

王長金(1958—)，男，副高，主要從事應(yīng)用氣象研究工作，E-mail:wcjwcj789@163.com。

貴州省氣象科技開放基金(黔氣科合KF[2010]09號)；貴州省社會發(fā)展攻關(guān)項目(黔科合SY字[2013]3132號)。

S435.11

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