準(zhǔn)雙周大氣低頻振蕩對江嶺稻區(qū)褐飛虱遷入的影響*

刁家敏，孫思思，包云軒**，陸明紅，謝曉金

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準(zhǔn)雙周大氣低頻振蕩對江嶺稻區(qū)褐飛虱遷入的影響*

刁家敏1,2，孫思思1,2，包云軒1,2**，陸明紅3，謝曉金1,2

（1.南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)和評估協(xié)同創(chuàng)新中心，南京 210044；2.江蘇省農(nóng)業(yè)氣象重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/南京信息工程大學(xué)，南京 210044；3.農(nóng)業(yè)部全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣與服務(wù)中心，北京 100125）

探明準(zhǔn)雙周大氣低頻振蕩對中國褐飛虱遷入的影響，可為褐飛虱的延伸期預(yù)報(bào)提供重要的參考依據(jù)。根據(jù)1979-2015年中國105個(gè)植物保護(hù)站的逐日褐飛虱燈誘資料、同期NCEP/NCAR全球逐日氣象再分析資料，篩選出具有典型褐飛虱偏重以上發(fā)生特征的年份（2010年），分析江嶺稻區(qū)褐飛虱遷入量與準(zhǔn)雙周低頻大氣振蕩之間的關(guān)系；利用HYSPLIT軌跡計(jì)算模型對遷入典型站點(diǎn)的褐飛虱種群作后向軌跡分析，探討大氣低頻流場對褐飛虱遷飛路徑和蟲源地的影響。結(jié)果表明：（1）2010年8-9月江嶺稻區(qū)褐飛虱遷入量存在顯著的10～20d振蕩周期；（2）同期850hPa和925hPa兩個(gè)高度的風(fēng)場、位勢高度場及垂直速度場均存在10～20d的顯著低頻周期，且褐飛虱遷入量的低頻振蕩與這些大氣物理量的低頻振蕩呈顯著相關(guān)；（3）前期江嶺稻區(qū)主要受低頻西南風(fēng)的影響，褐飛虱種群隨西南風(fēng)由西南稻區(qū)向江嶺稻區(qū)輸送，后期部分褐飛虱種群隨東北風(fēng)由江淮稻區(qū)向江嶺稻區(qū)輸送；（4）褐飛虱種群的后向軌跡模擬計(jì)算結(jié)果，進(jìn)一步驗(yàn)證了遷入江嶺稻區(qū)的褐飛虱的軌跡和蟲源地與低頻風(fēng)場的盛行基本一致。

褐飛虱；小波分析；低頻流場；遷飛軌跡；蟲源地

褐飛虱[（St?l）]是水稻主要害蟲之一，其體積小、自主飛行速度慢，是風(fēng)載遷飛性昆蟲，可隨風(fēng)作遠(yuǎn)距離遷飛，故有季節(jié)性、遠(yuǎn)距離遷飛性等特點(diǎn)[1-2]。褐飛虱病蟲害在中國發(fā)生頻繁且危害嚴(yán)重，每年受害水稻面積有6×106～10×106hm2，約占總種植面積的50%或以上，年均稻谷損失達(dá)10×108～15×108kg，大發(fā)生年份造成的損失更大[3]。江嶺稻區(qū)為單雙季稻種植混合區(qū)，常年褐飛虱發(fā)生程度中等偏重，該地區(qū)褐飛虱在8月中下旬向江淮稻區(qū)輸送，9月上旬開始向南回遷，9月中旬出現(xiàn)由江淮稻區(qū)向江嶺稻區(qū)的回遷峰，9月下旬-10月上旬由長江中下游遷往南嶺稻區(qū)[4]。

褐飛虱災(zāi)變性暴發(fā)需要在生理?xiàng)l件滿足的前提下，有較好的寄主環(huán)境和氣象條件[5]。在影響褐飛虱遷飛和災(zāi)變性遷入的大氣背景（或氣象條件）中，不同時(shí)間尺度的大氣運(yùn)動系統(tǒng)及其變化所產(chǎn)生的物理效應(yīng)（包括動力效應(yīng)、熱力效應(yīng)、水分脅迫效應(yīng)等）是關(guān)鍵因素。這些大氣運(yùn)動系統(tǒng)及其變化按時(shí)間尺度由短至長依次可分為高頻變化、天氣變化、低頻變化、季節(jié)變化、甚低頻變化、年代際變化和地質(zhì)紀(jì)變化[6]。其中時(shí)間尺度在10d以上、一個(gè)季節(jié)以內(nèi)的大氣運(yùn)動變化稱為大氣低頻變化，它包括了季節(jié)內(nèi)振蕩（30～60d）和準(zhǔn)雙周振蕩（10～30d）[7-9]。

以往研究表明，包括氣壓場、風(fēng)場、垂直速度場、溫度場、降水場等在內(nèi)的許多大氣物理量場[10-14]均存在顯著的大氣低頻振蕩，季風(fēng)、副高、臺風(fēng)等大氣環(huán)流系統(tǒng)均明顯受大氣低頻振蕩的影響[15-17]。包云軒等研究表明，褐飛虱遷飛受到了氣壓場（或位勢高度場）及其產(chǎn)生的大氣環(huán)流系統(tǒng)（如季風(fēng)、副高、臺風(fēng)等）的影響[18-21]；其遠(yuǎn)距離遷飛的方向與高空風(fēng)向基本一致[22]；強(qiáng)下沉氣流對降蟲的作用十分明顯，可使褐飛虱種群大量降落，降水有利于褐飛虱的降落[3,20]；褐飛虱遷飛的高度隨著氣溫的升降而升降，二者具有相對一致性[18,22]。故研究氣壓場、風(fēng)場、垂直速度場等大氣物理量的低頻變化與褐飛虱遷入量低頻變化的關(guān)系可進(jìn)一步探明大氣背景對褐飛虱遷入的影響，為褐飛虱遷入量的預(yù)報(bào)和遷入峰的預(yù)警提供重要的參考依據(jù)。

國內(nèi)外關(guān)于短期天氣過程和氣候變化對害蟲遷入影響的研究較多，但有關(guān)大氣低頻振蕩對害蟲遷飛影響的研究尚未見報(bào)道。準(zhǔn)雙周大氣低頻振蕩（Quasi-biweekly Atmospheric Low Frequency Oscillation，QBWO）是以10～20d周期為主的振蕩[21]，參照前人的研究方法，本文對影響褐飛虱遷飛的部分大氣物理量作小波分析，根據(jù)其10～20d的振蕩周期規(guī)律進(jìn)行低頻濾波處理，江嶺稻區(qū)褐飛虱遷入量有明顯10～30d的周期振蕩規(guī)律，故重點(diǎn)研究江嶺稻區(qū)典型遷飛季褐飛虱的10～20d的低頻遷入特征，進(jìn)一步探討其與低頻大氣物理量場的關(guān)系，并通過HYSPLIT模式對褐飛虱的遷飛軌跡及蟲源地進(jìn)行模擬驗(yàn)證，旨在為褐飛虱的延伸期預(yù)報(bào)提供理論基礎(chǔ)。

1 資料與方法

研究資料包括：（1）由農(nóng)業(yè)部全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心提供，包括1979-2015年中國105個(gè)植保站的逐日褐飛虱燈誘資料；（2）由美國國家環(huán)境預(yù)測中心（NCEP）和國家大氣研究中心（NCAR）提供的全球逐日氣象再分析資料，分辨率為2.5°×2.5°；（3）NOAA同期驅(qū)動軌跡模式HYSPLIT的資料（ftp://arlftp.arlhq.noaa.gov/pub/archives/reanalysis/）。

根據(jù)農(nóng)業(yè)部全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心提供的褐飛虱發(fā)生程度分級數(shù)據(jù)，2010年全國褐飛虱發(fā)生程度為5級，取24°N-30°N、109°E-121°E范圍覆蓋中國淮河以南的南方水稻主產(chǎn)區(qū)（特別是湖南、江西和福建三省稻區(qū)）作為研究區(qū)域，考慮資料的完整性和代表性，選取具體監(jiān)測站點(diǎn)19個(gè)（其中湖南12個(gè)，江西2個(gè)，福建5個(gè)），其分布如圖1所示。

在Fortran中采用Morlet小波分析法[23]分析褐飛虱遷入量的低頻周期規(guī)律，利用Butterworth帶通濾波[24]（即通過濾去其它頻率僅保留某一頻率范圍的方法）和合成分析[25]等氣象統(tǒng)計(jì)方法，研究8-9月江嶺稻區(qū)褐飛虱遷入量及大氣物理量的主要低頻振蕩特點(diǎn)，再運(yùn)用位相合成法[25]在GrADS中分析低頻褐飛虱遷入蟲量與各低頻大氣物理量的關(guān)系，最后利用HYSPLIT4.9采用后向軌跡模式模擬遷出蟲源地及遷飛軌跡。

HYSPLIT（Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory Model）模式是由美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）的空氣資源實(shí)驗(yàn)室（ARL）與澳大利亞國家氣象局（BOM）聯(lián)合開發(fā)，是供質(zhì)點(diǎn)軌跡、擴(kuò)散及沉降分析用的綜合模式系統(tǒng)[26]。該模式通常用來跟蹤氣流所攜帶的粒子或氣體的移動方向，可以實(shí)時(shí)研究質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動軌跡，分為前向軌 跡模式和后向軌跡模式，分別研究氣團(tuán)的去向和來向，對無數(shù)個(gè)運(yùn)動軌跡可以進(jìn)行聚類分型。本文利用其聚類分析某一時(shí)間段內(nèi)褐飛虱種群的遷飛軌跡，其結(jié)果既能定性分析褐飛虱遷出蟲源，又能定量分析其空中遷飛軌跡及各路徑的貢獻(xiàn)大小[27]。

2 結(jié)果與分析

2.1 2010年8-9月江嶺稻區(qū)典型站點(diǎn)褐飛虱遷入量的低頻特征

將研究區(qū)觀測站點(diǎn)的逐日褐飛虱燈誘蟲量數(shù)據(jù)作小波分析，部分振蕩周期代表性站點(diǎn)的小波分析結(jié)果如圖2所示。由圖可見，所選站點(diǎn)（福建霞浦、湖南洪江、湖南雙峰、江西婺源）的褐飛虱燈誘蟲量在8-9月具有顯著的10～30d的振蕩周期，福建霞浦和江西婺源站的10～20d蟲量對數(shù)的濾波振幅強(qiáng)度大于20～30d，20～30d的蟲量對數(shù)的濾波與蟲量對數(shù)趨勢較為一致，但10～20d的趨勢性更好。

注：灰色區(qū)域通過0.10水平的顯著性檢驗(yàn)。下同

Note: The gray area is P<0.10. The same as below

2.2 江嶺稻區(qū)研究時(shí)段內(nèi)逐日褐飛虱遷入量的準(zhǔn)雙周低頻振蕩特征

將江嶺稻區(qū)19個(gè)站點(diǎn)的逐日褐飛虱遷入量進(jìn)行區(qū)域平均，得到區(qū)域平均逐日褐飛虱遷入量序列，其小波分析結(jié)果見圖3。由圖3（a）可見，江嶺稻區(qū)褐飛虱遷入量低頻振蕩的主要周期為10～20d和20～30d，其中10～20d較顯著，且褐飛虱大發(fā)生過程的蟲量的波動變化與10～20d低頻分量相對應(yīng)。由圖3（b）可見，當(dāng)兩個(gè)低頻分量正（負(fù)）位相疊加，褐飛虱遷入量的低頻分量增強(qiáng)（中斷）；若反位相疊加，則褐飛虱遷入量的低頻分量減弱。進(jìn)一步 對研究區(qū)內(nèi)每個(gè)站點(diǎn)的逐日褐飛虱遷入量序列進(jìn)行小波變換分析（圖略）可見，其以10～20d周期的低頻發(fā)生期主要出現(xiàn)在9月，均具有準(zhǔn)雙周振蕩周期。其統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1，由表可見，10～30d的振蕩主要分為10～20d周期和20～30d周期，19個(gè)站點(diǎn)中既有10～20d周期的褐飛虱遷入量振蕩周期，又有20～30d的振蕩周期。其中18個(gè)站點(diǎn)的褐飛虱遷入量有10～20d的振蕩周期，13個(gè)站點(diǎn)有20～30d的振蕩周期，說明江嶺稻區(qū)的褐飛虱振蕩周期主要為10～20d。

2.3 褐飛虱低頻遷入量與低頻大氣物理量場的相關(guān)性分析

對8-9月逐日850hPa和925hPa大氣物理量序列的小波分析（圖略）表明，其均存在顯著的10～20d低頻變化周期，且在9月與對應(yīng)的褐飛虱遷入量的低頻振蕩周期基本對應(yīng)，因此，進(jìn)一步對9月的位勢高度（hgt）、合成風(fēng)（wnd）和垂直速度（omega）分別進(jìn)行10～20d低頻濾波分析，并與相應(yīng)時(shí)段10～20d褐飛虱遷入量的低頻濾波序列進(jìn)行對比，結(jié)果見圖4。由圖可見，850hPa和925hPa的10～20d濾波曲線的峰、谷與10～20d低頻遷入量的峰（谷）、谷（峰）能較好地對應(yīng)，低頻蟲量與同頻域的低頻850hPa和925hPa的大氣物理量場之間存在較好的正（負(fù)）相關(guān)關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)見表2。

圖3 江嶺稻區(qū)區(qū)域平均褐飛虱逐日燈誘蟲量序列的小波分析（a）、逐日蟲量對數(shù)化序列及其10～20d和20～30d的濾波曲線（b）

Fig. 3 Wavelet analysis ofarea averaged BPH’s daily light trapped catches sequence in the region between the Nanling Mountain and the Yangtze River（a）, the logarithm sequence of BPH’s daily light trapped catches and its 10-20d and 20-30d filter curves（b）

表 1 江嶺稻區(qū)19個(gè)植保站褐飛虱逐日燈誘蟲量的低頻振蕩周期

從圖4和表2還可看出，（1）褐飛虱的低頻遷入量與前一位相850hPa和925hPa平均位勢高度場成顯著負(fù)相關(guān)，表明前一位相（前48h內(nèi)）蟲源區(qū)的負(fù)變高區(qū)（即上升氣流區(qū)）對后一位相（后48h）褐飛虱降蟲區(qū)的遷入量有正向促進(jìn)作用，反之則呈反向削弱作用；（2）褐飛虱的低頻遷入量與前一位相上游區(qū)域850hPa和925hPa平均合成風(fēng)場呈顯著正相關(guān)，表明前48h內(nèi)偏南風(fēng)（合成風(fēng)速為正值）越強(qiáng)，越有利于后48h內(nèi)褐飛虱的遷入；（3）褐飛虱的低頻遷入量與同一位相內(nèi)本地垂直速度場呈一定程度的正相關(guān)，表明48h內(nèi)本區(qū)域上空的下沉氣流對蟲源遷入有利，其中925hPa的強(qiáng)下沉氣流對降蟲十分有利。

注：虛線表示褐飛虱遷入量濾波序列的±0.4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差

Note: Dashed lines represent ±0.4SD(standard deviation) of the 10-20d filter frequency immigration sequence of BPH

表2 低頻位勢高度（hgt）、合成風(fēng)（wnd）、垂直速度（omega）與低頻褐飛虱遷入量的相關(guān)系數(shù)

注：**表示P＜0.01，*表示P＜0.05。

Note:**is P<0.01,*is P<0.05.

2.4 低頻大氣物理量場對江嶺稻區(qū)褐飛虱遷入量的影響分析

2.4.1 低頻振蕩周期的位相設(shè)置

將一個(gè)振蕩周期分為8個(gè)位相，由圖5可見，位相3和位相7對應(yīng)波列的波峰和波谷，分別稱為波動的活躍和中斷位相，位相1（位相5）表示波動由中斷位相（活躍位相）轉(zhuǎn)向活躍位相（中斷位相），位相2、4、6、8對應(yīng)振幅達(dá)極值位相振幅的一半。一個(gè)波動周期循環(huán)結(jié)束則回到下一個(gè)周期的1號位相。

2.4.2 低頻位勢高度場影響的逐位相分析

圖6中，從未濾波的925hPa平均高度場上（等值線）可以看出，30°E以東180°E以西的歐亞地區(qū)位勢高度場一直呈現(xiàn)出兩槽一脊配置，槽脊始終徘徊于江嶺稻區(qū)，上升氣流和下沉氣流交替影響著褐飛虱在該地區(qū)的遷入。

圖6中，在低頻褐飛虱遷入過程開始前（位相1），925hPa低頻高度場上烏拉爾山、鄂霍次克海、西伯利亞以東和中國華北、東北、南海地區(qū)均表現(xiàn)為位勢高度正異常（即正變高），而伊朗高原至印度半島、江嶺地區(qū)、東南沿海地區(qū)均表現(xiàn)為負(fù)異常。位相2，江嶺地區(qū)的負(fù)異常開始減弱，同時(shí)西南地區(qū)的正異常也減弱。到了極端活躍位相（即位相3），伊朗高原至印度半島的負(fù)異常區(qū)分裂成兩個(gè)負(fù)異常區(qū)，日本海處的正異常與菲律賓群島的正異常匯合成一個(gè)大的正異常，在位相1-位相2中處于負(fù)異常的江嶺、東南沿海等地區(qū)此時(shí)表現(xiàn)為正異常，對應(yīng)有下沉氣流，有利于褐飛虱的降落。位相4，江嶺地區(qū)負(fù)異常加強(qiáng)，正異常減弱，意味著上升氣流在增強(qiáng)，而下沉氣流在減弱，故褐飛虱的遷入量開始減少。位相5-位相8低頻位勢高度場分布與位相1-位相4基本相反，為低頻褐飛虱遷入量減少階段。特別是在中斷位相，中國大部分地區(qū)均表現(xiàn)為負(fù)異常（除中國西北地區(qū)），對應(yīng)有上升氣流，所以很不利于褐飛虱的降落，此階段褐飛虱的遷入量達(dá)到一個(gè)低頻振蕩周期的最低值。位相1-位相3，江嶺稻區(qū)從負(fù)異常向正異常轉(zhuǎn)變，上升氣流轉(zhuǎn)變?yōu)橄鲁翚饬鳎皖l遷入蟲量增加，在位相4正異常減弱，低頻遷入蟲量開始減少；位相5-位相8的變化則與之相反。

2.4.3 低頻高空風(fēng)輸送影響的逐位相分析

圖7給出了8個(gè)位相925hPa 的低頻合成風(fēng)場，從中可以看出大氣環(huán)流對褐飛虱種群遷飛的影響。褐飛虱低頻遷入過程開始前（位相1），東北半球30°E以東180°E以西的歐亞地區(qū)，偏西方向上，阿拉伯海的南部和伊朗西南沿海各有一西風(fēng)帶氣旋，青藏高原西南側(cè)有一反氣旋，其北側(cè)為偏西氣流；東南方向上，有一較強(qiáng)的反氣旋盤踞于菲律賓群島，其西側(cè)有來自中國南海的較強(qiáng)偏南氣流向中國大陸輸送；偏東方向上，在西北太平洋上雖有瀕臨消失的熱帶氣旋存在，但離中國大陸較遠(yuǎn)，故對褐飛虱種群遷飛影響程度較??；偏北方向上，有一冷高壓位于蒙古高原南部，其東側(cè)的東北和偏北氣流對遠(yuǎn)在江淮和長江中下游稻區(qū)的褐飛虱種群遷出有微弱的影響，使這些稻區(qū)有少量的遷出褐飛虱種群得以向西南偏南方向遷飛。

注：A表示反氣旋，C表示氣旋

Note: A is anticyclone, C is cyclone

至位相2，偏西方向上，原來位于伊朗西南沿海的氣旋東移至印度北部，位于阿拉伯海南部的氣旋東移至新馬群島北部并增強(qiáng)，位于青藏高原西南側(cè)的反氣旋卻減弱至無，而此時(shí)阿拉伯海有一氣旋新生。東南方向上，原來位于菲律賓群島的反氣旋西移北抬增強(qiáng)，其西南側(cè)的東南氣流與馬六甲海峽東側(cè)的西南氣流匯合增強(qiáng)，并向中國華南沿海和西南地區(qū)輸送，受其影響，華南大部、江嶺稻區(qū)南部盛行西南風(fēng)，江嶺稻區(qū)北部盛行西北偏西風(fēng)，這對華南稻區(qū)蟲源的北上和西南北部稻區(qū)蟲源的東輸有利。偏北方向上，位相1中蒙古高原南部的反氣旋減弱消失，華北地區(qū)開始盛行偏東風(fēng)，江淮和長江中下游稻區(qū)偏北風(fēng)分量減弱，導(dǎo)致褐飛虱種群的南遷量減少。因此，這一階段遷入江嶺稻區(qū)的褐飛虱種群仍主要來自于華南和西南稻區(qū)，少量來自于江淮稻區(qū)。

在極端活躍位相（位相3），偏西方向的印度氣旋繼續(xù)發(fā)展并向東北方向移動至阿富汗，逼近青藏高原，馬六甲海峽氣旋發(fā)展東移北抬，東南方向原位于菲律賓群島的反氣旋碎4減弱東移，但余威不減，受三者影響，中國華南、西南、江嶺南部盛行偏南風(fēng)，江嶺北部盛行西風(fēng)，有大量褐飛虱種群分別從華南稻區(qū)、西南稻區(qū)遷入江嶺稻區(qū)。

位相4，偏西方向上，原來位相3中位于青藏高原以西的氣旋跨越高原進(jìn)入中國華中地區(qū)，使江嶺北部西南風(fēng)分量增強(qiáng)；位于阿拉伯海的氣旋東移至印度半島，導(dǎo)致原來受偏南風(fēng)控制的華南稻區(qū)、西南稻區(qū)和江嶺稻區(qū)南部的南風(fēng)分量增強(qiáng)，同時(shí)在馬六甲海峽的氣旋東移至中國南海南部海面，使中國東南沿海的東南風(fēng)分量增強(qiáng)，這三股褐飛虱運(yùn)載氣流的增強(qiáng)，致使這一階段蟲源從華南稻區(qū)、西南稻區(qū)和東南沿海稻區(qū)源源不斷地遷入江嶺稻區(qū)。

位相5-位相8，受冷高壓東移南下影響，東南風(fēng)逐漸減弱南退，西北風(fēng)逐漸增強(qiáng)南壓，進(jìn)入江嶺稻區(qū)的北遷褐飛虱蟲量逐漸減少，南遷蟲量逐漸增多。尤以低頻褐飛虱蟲量中斷位相（位相7），在偏西方向，在中國西南地區(qū)有一明顯的氣旋存在，西南稻區(qū)和江嶺稻區(qū)均受氣旋東北側(cè)東風(fēng)的影響；在西北方向，中國西北部有一較強(qiáng)的冷式反氣旋南壓，其東側(cè)偏北風(fēng)強(qiáng)勁南壓，其影響區(qū)域覆蓋江淮稻區(qū)大部和江嶺稻區(qū)北部，為以南遷為主的褐飛虱種群

進(jìn)入江嶺稻區(qū)奠定了基礎(chǔ)；而江嶺稻區(qū)東南部仍受東南偏東風(fēng)影響，部分蟲源從東南沿海向西北內(nèi)陸輸送。由于水稻生育期、地面溫場脅迫等迫使褐飛虱種群大規(guī)模南遷的因素還不成熟，故這一階段南遷降落江嶺稻區(qū)的蟲量并不多，這也是位相7開始，低頻遷入蟲量明顯減少的主要原因。

由位相1-位相8可知，此次褐飛虱低頻遷入過程，前期在位相1-位相4期間，江嶺稻區(qū)褐飛虱種群遷入受偏南盛行風(fēng)影響，以北遷為主，東西向遷入為輔，偶有少量南遷；后期在位相5-位相8期間，受隨盛行風(fēng)左轉(zhuǎn)影響，由東南向西北的北遷轉(zhuǎn)向由東北向西南的南遷，最后完全由南遷控制。另外，從上述分析還可以發(fā)現(xiàn)：（1）8月底-9月下旬，適宜遷飛的925hPa低頻風(fēng)場受東亞季風(fēng)轉(zhuǎn)換的影響存在一個(gè)明顯的盛行風(fēng)向逆時(shí)針轉(zhuǎn)向的過程。（2）受其影響，這一盛行風(fēng)向轉(zhuǎn)向期的褐飛虱種群遷飛不是單一的北遷或南遷盛行期，而是從北遷為主、南遷為輔的混合遷轉(zhuǎn)向以南遷為主、北遷為輔的混合遷，最終轉(zhuǎn)入南遷盛行期。

2.4.4 低頻垂直速度場影響的逐位相分析

由表2可知，在925hPa高度上褐飛虱遷入蟲量與垂直速度的相關(guān)系數(shù)大于0.5，且通過0.01水平的顯著性檢驗(yàn)，說明二者呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系。而在850hPa高度上，低頻垂直速度場與褐飛虱遷入量 的低頻分量相關(guān)性相對較小，加之，8月底以后，褐飛虱的適宜遷飛高度已開始明顯下降至1000m左右，更接近925hPa（750m高度）[28]，故本文不考慮850hPa低頻垂直速度場。

在圖8中，位相1期間，華南和西南地區(qū)有強(qiáng)上升氣流，江嶺和江淮地區(qū)有強(qiáng)下沉氣流，有利于褐飛虱種群從華南稻區(qū)和西南稻區(qū)遷出，在江嶺稻區(qū)和江淮稻區(qū)降落。位相2期間，江嶺稻區(qū)仍維持強(qiáng)下沉氣流，江淮稻區(qū)的強(qiáng)下沉氣流區(qū)消失，華南和西南稻區(qū)的強(qiáng)上升氣流區(qū)東移減弱，垂直氣流對江嶺稻區(qū)降蟲作用仍十分明顯。位相3期間，江淮稻區(qū)強(qiáng)上升氣流區(qū)出現(xiàn)，對蟲源起飛南遷有利，江嶺稻區(qū)強(qiáng)下沉氣流區(qū)擴(kuò)展并增強(qiáng)，有利于降蟲。位相4期間，江淮稻區(qū)強(qiáng)上升氣流區(qū)進(jìn)一步擴(kuò)展增強(qiáng)，垂直氣流場對北遷降蟲作用更弱，對南遷降蟲增強(qiáng)作用更明顯。位相5-位相8期間，江嶺稻區(qū)下沉氣流區(qū)強(qiáng)度逐漸減弱、范圍逐漸減小，導(dǎo)致降蟲量和降蟲范圍均減少，最終趨于消失（圖略）。

注：-為上升氣流、+為下沉氣流

Note：-is updraft airflow, + is downdraft airflow

2.5 研究期湖南雙峰站褐飛虱遷移規(guī)律驗(yàn)證

選取湖南雙峰站（27.44°N，112.18°E），利用HYSPLIT后向軌跡模式進(jìn)行褐飛虱后向軌跡模擬，以研究江嶺稻區(qū)8-9月的褐飛虱遷飛軌跡，驗(yàn)證低頻風(fēng)場褐飛虱遷入的規(guī)律。根據(jù)褐飛虱生物特性，首先假設(shè)：（1）褐飛虱順風(fēng)遷移；（2）褐飛虱在日出前1h或日落后1h內(nèi)起飛。模擬時(shí)段為此次典型褐飛虱遷入蟲量的低頻振蕩的前半個(gè)周期（位相1-位相4），選取時(shí)間步長為12h，取通用協(xié)調(diào)時(shí)UTC時(shí)間為22：00（即BJT6：00）和10：00（即BJT18：00）為后推時(shí)間起點(diǎn)；選取1000m（925hPa）作為模擬高度；與上述周期分析對應(yīng)，模擬空氣塊在位相2、3、4后向追蹤各48h的三維運(yùn)動軌跡。然后利用HYSPLIT的聚類分析功能對褐飛虱的遷飛軌跡進(jìn)行聚類，得到主要的遷飛軌跡及相應(yīng)遷飛路徑的褐飛虱蟲量貢獻(xiàn)率（圖9）。

如圖9所示，位相1-位相2（圖9a），8-9月925hPa褐飛虱遷飛軌跡有5條，主要為4條偏南路徑和1條東北路徑。遷飛軌跡1和2 均起始于廣西稻區(qū)，一條起始于廣西中部地區(qū)，一條起始于廣西東南部地區(qū)，貢獻(xiàn)率分別為38%和13%，兩者貢獻(xiàn)率之和大于50%；遷飛軌跡3、4分別起始于廣東省的西南部和北部地區(qū)，貢獻(xiàn)率分別為17%和25%；最后一條軌跡5的起始點(diǎn)位于江西西北部地區(qū)，貢獻(xiàn)率為8%。由此可知，位相1-位相2的48h遷飛過程中，湖南雙峰站遷入的褐飛虱蟲源地主要是華南稻區(qū)，小部分褐飛虱種群從江西向西南遷入湖南雙峰站。

位相2-位相3（圖9b），8-9月925hPa褐飛虱遷飛軌跡有西南和東北兩條路徑。向后回推2d，西南路徑起始于廣西東北部，貢獻(xiàn)率達(dá)69%；東北路徑起始于安徽西南部，褐飛虱沿江西與湖北交界地區(qū)向湖南地區(qū)遷入，貢獻(xiàn)率達(dá)31%。由此可知，在此次遷飛過程中，仍以北遷的褐飛虱種群居多，南遷為少數(shù)。

注：圖中括號內(nèi)的百分?jǐn)?shù)為該軌跡褐飛虱蟲量的貢獻(xiàn)率

Note: The percentage is the contribution rate of different trajectories in the total catches of BPH

位相3-位相4（圖9c），8-9月925hPa褐飛虱遷飛軌跡有兩條：一條主徑為偏南路徑，另一條次徑為偏東路徑。遷飛軌跡1起始點(diǎn)在福建西部地區(qū)，經(jīng)過江西北部向西遷飛。遷飛軌跡2起始于海南地區(qū)，途經(jīng)廣東東部、福建西部、江西南部，向湖南遷飛。遷飛軌跡1的貢獻(xiàn)率為69%，遷飛軌跡2的貢獻(xiàn)率為31%。由此可知，位相1-位相2的48h遷飛過程中，湖南雙峰站遷入的蟲源地主要是西南稻區(qū)，后隨風(fēng)遷移至湖南地區(qū)。

將通過低頻位勢高度場影響的分析結(jié)果，與本節(jié)對湖南雙峰站水汽輸送路徑相比，HYSPLIT4.9后向軌跡模式基本驗(yàn)證了圖7所得的結(jié)果，即位相1中江嶺稻區(qū)有從西南地區(qū)輸送來的暖濕氣流，也有較弱的東北風(fēng)，至位相2江嶺稻區(qū)除了西南地區(qū)的暖濕氣流，華南地區(qū)也有氣流向北輸送，褐飛虱種群仍主要來自于華南和西南稻區(qū)，少量來自江淮稻區(qū)，與圖9a中位相1-位相2的后向軌跡相吻合。而位相3江嶺稻區(qū)盛行偏南風(fēng)，至位相4改為盛行東南風(fēng)，低頻風(fēng)場的結(jié)果與HYSPLIT結(jié)果亦互相吻合，從而驗(yàn)證了低頻位勢高度場分析的褐飛虱的遷飛路徑和蟲源地。由此可見，此次江嶺稻區(qū)的褐飛虱蟲源地主要是華南稻區(qū)，小部分種群從東北方向的沿江稻區(qū)向西南遷入江嶺稻區(qū)。

3 結(jié)論與討論

（1）2010年8-9月江嶺稻區(qū)19個(gè)站點(diǎn)褐飛虱遷入量的Morlet小波分析表明，江嶺稻區(qū)褐飛虱低頻振蕩的主要周期為10～20d和20～30d，其中10～20d振蕩更明顯；同期區(qū)域平均褐飛虱遷入量也存在10～20d和20～30d的振蕩周期，且10～20d的振蕩更明顯。

（2）同期850hPa和925hPa兩個(gè)高度的位勢高度場、風(fēng)場、垂直速度場均存在10～20d的顯著低頻周期，且這些大氣物理量的低頻振蕩與褐飛虱遷入量的低頻振蕩有著較顯著的相關(guān)性。由于褐飛虱是一種典型的風(fēng)載遷飛性昆蟲，低頻風(fēng)場的演變主要通過改變盛行風(fēng)場的結(jié)構(gòu)從而決定褐飛虱種群在空中的遷飛路徑。垂直速度場通過上升氣流和下沉氣流的時(shí)空分布影響褐飛虱種群的遷出蟲源地和降蟲區(qū)。而位勢高度場的四維起伏則是生成不同時(shí)段、不同氣壓場分布型的根本原因，在水平方向上它決定了高低壓區(qū)和槽脊的分布，也決定了渦旋區(qū)、切變區(qū)和輻散輻合區(qū)的分布，在垂直方向上它則決定了上升氣流和下沉氣流的強(qiáng)弱和分布。因此，三者的低頻振蕩實(shí)際上從動力角度對褐飛虱遷入量的低頻振蕩起了至關(guān)重要的作用。

（3）從低頻盛行風(fēng)場對褐飛虱遷飛路徑的影響看，前期江嶺稻區(qū)褐飛虱的遷入主要受盛行的低頻偏南風(fēng)影響，褐飛虱種群以北遷為主；后期受盛行的低頻東北風(fēng)影響，以南遷為主；在低頻垂直速度場上，垂直氣流對褐飛虱的起飛和降落有一定影響，上升氣流有利于褐飛虱起飛，不利于其降落；下沉氣流有利于褐飛虱的降落，不利于其起飛。這均與以往研究結(jié)論一致[18-20]。由于褐飛虱遷入量的低頻振蕩與降水量的低頻振蕩相關(guān)性不顯著，故未考慮降水對降蟲的低頻動力作用，實(shí)際上，降水強(qiáng)度、降水歷時(shí)、降水分布區(qū)等因素的復(fù)雜性有可能使這種相關(guān)性變?nèi)?，而且降水對降蟲的作用一定程度上與拖曳下沉氣流的強(qiáng)弱有關(guān)，有可能降水與垂直氣流的交互作用掩蓋了降水的作用信號。根據(jù)對2010年歷史資料的查驗(yàn)，此低頻遷入時(shí)段內(nèi)江嶺稻區(qū)有較大的降水過程發(fā)生[29]，且降水受到前期大氣低頻振蕩的影響[30]，因此，這一過程中，降水對褐飛虱的低頻遷入具有一定的促進(jìn)作用。

（4）對褐飛虱遷飛進(jìn)行軌跡模擬時(shí)，因未考慮其生物學(xué)特性和生態(tài)行為參數(shù)，導(dǎo)致模擬精度不高。由基于MM5模式驅(qū)動軌跡計(jì)算模型到應(yīng)用MM5模式和GEARN模式結(jié)合的稻飛虱實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)系統(tǒng)[31]，再到利用HYSPLIT模式和FLEXPART模擬褐飛虱的飛行軌跡[32-33]，準(zhǔn)確性和精度都大大提升。HYSPLIT軌跡計(jì)算模式對遷入典型站點(diǎn)的褐飛虱種群作后向軌跡分析，發(fā)現(xiàn)遷入江嶺稻區(qū)的褐飛虱的軌跡和蟲源地與低頻風(fēng)場的盛行基本一致。

以往對褐飛虱遷飛的研究，多為短期預(yù)報(bào)或從氣候的角度進(jìn)行討論，少有從延伸期預(yù)報(bào)的角度考慮。通過相關(guān)分析篩選出對褐飛虱種群和低頻遷入影響最顯著的大氣物理量低頻風(fēng)場、低頻垂直速度場和低頻位勢高度場，而不是從原始的氣象場，這些物理量都可以相對直接地從動力角度來反映準(zhǔn)雙周大氣低頻振蕩對褐飛虱遷入的影響。

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Impacts of Quasi-biweekly Atmospheric Low Frequency Oscillation on Immigration of（St?l）in Cropping Area of Jiangling

DIAO Jia-min1,2, SUN Si-si1,2, BAO Yun-xuan1,2, LU Ming-hong3, XIE Xiao-jin1,2

（1.Collaborative Innovation Center on Forecast and Evaluation of Meteorological Disasters, Nanjing University of Information Science & Technology, Nanjing 210044, China; 2.Key Laboratory of Agricultural Meteorology in Jiangsu Province/Nanjing University of Information Science & Technology, Nanjing 210044; 3.National Agricultural Technology Extension and Service Center, Ministry of Agricultural, Beijing 100081）

Understanding the impacts of the atmospheric oscillation with quasi-biweekly low frequency on the immigration of brown planthopper (BPH),(St?l) could provide an important reference to the extended-period forecast of its occurrence. The daily BPH’s light trap data from 105 plant protection stations in China, the daily reanalyzed meteorological data from the National Center of Environment Prediction (NCEP), and the data from the National Center of Atmospheric Research (NCAR) from 1979 to 2015 were collected. It took 2010 as a typical year with occurrence characteristic of BPH, and the relationship between the amount of BPH migrated in rice-growing region from Nanling Mountain to the Yangtze River and the atmospheric oscillation with quasi-biweekly low frequency was analyzed. HYSPLIT (hybrid single particle Lagrangian integrated trajectory) model was used to analyze the backward trajectory of the brown planthopper population at the typical site. The impacts of the atmospheric oscillation on insect sources and migratory paths of BPH was discussed. The results showed that, （1）10-20d oscillation cycle of BPH amount existed significantly in the rice-growing region from the Nanling Mountain to the Yangtze River during August and September in 2010. （2）Wind fields, geo-potential height fields and vertical velocity fields on the isobaric surfaces of 850hPa and 925hPa appeared significant low-frequency cycles of 10-20d simultaneously. And the low-frequency oscillation of BPH’s immigrating amount was correlated significantly with these atmospheric physical variables. （3）Under the impacts of the low-frequency southwestern wind, the populations of BPH were transported from the rice-growing region of southwestern China to the rice-growing region, from the Nanling Mountain to the Yangtze River. In the later period, the part of BPH’s populations immigrated from the rice-growing region between the Huaihe River and the Yangtze River to the rice-growing region between the Nanling Mountain and the Yangtze River under the impacts of the low-frequency northeastern wind.（4）Results of backward trajectory analysis of Brown Planthopper Population was provided to confirm that the insect sources and migration paths of BPH’s populations that immigrated into the rice-growing region between the Nanling Mountain and the Yangtze River were consistent with the low frequency prevailing wind fields.

(St?l); Wavelet analysis; Low-frequency atmospheric airflow field; Migration trajectory; Region of insect source

10.3969/j.issn.1000-6362.2017.03.006

2016-08-25

通訊作者：。E-mail：baoyunxuan@163.com

國家自然科學(xué)基金（41475106；41075086）；江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新基金項(xiàng)目（CX(12)3056）；江蘇省高校自然科學(xué)研究項(xiàng)目（14KJA170003）；江蘇高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目（IRT1147）

刁家敏（1991-），碩士生，研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)氣象、農(nóng)業(yè)病蟲測報(bào)學(xué)。E-mail：1121967219@qq.com

刁家敏,孫思思,包云軒,等.準(zhǔn)雙周大氣低頻振蕩對江嶺稻區(qū)褐飛虱遷入的影響[J].中國農(nóng)業(yè)氣象,2017,38(3):181-195