云南省褐飛虱早期遷入蟲源及其發(fā)生大氣背景分析

包云軒，尚 潔，孫思思，謝曉金，陸明紅，劉萬才

1 南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害預(yù)報和評估協(xié)同創(chuàng)新中心/南京信息工程大學(xué)，南京 210044 2 江蘇省農(nóng)業(yè)氣象重點實驗室/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

褐飛虱，Nilaparvatalugens(st?l)，是東亞和東南亞地區(qū)水稻生產(chǎn)上危害性最強(qiáng)的害蟲之一，通過直接吸取水稻的液態(tài)營養(yǎng)物質(zhì)和傳播水稻草叢狀矮縮病、鋸齒矮縮病等病毒而導(dǎo)致水稻嚴(yán)重減產(chǎn)[1]，具有群聚性、遠(yuǎn)距離遷飛性和災(zāi)變突發(fā)性等特點[2]。褐飛虱的生存和繁殖需要合適的溫度和水稻寄主，為了尋找合適的棲息地，褐飛虱每年在東南亞和東亞地區(qū)進(jìn)行季節(jié)性的南北往返遷飛[3- 5]。每年3月—5月褐飛虱從東南亞地區(qū)開始北遷進(jìn)入中國境內(nèi)的華南和西南稻區(qū)，繁殖一代后繼續(xù)向北遷飛擴(kuò)散，從南向北每增加兩個地理緯度，褐飛虱的年發(fā)生減少一個世代，其中云南地區(qū)的褐飛虱可繁殖8—9代。從4月下旬到8月上旬，褐飛虱約發(fā)生5次重大北遷過程，繁殖的后代可覆蓋中國乃至日本和朝鮮半島的整個東亞水稻生長區(qū)。8月底9月初，褐飛虱開始向南回遷至溫度較高的地區(qū)，發(fā)生2次重大南遷過程；10月底，大多數(shù)褐飛虱種群遷飛至境外可以安全越冬的地域[3,6- 9]。

中國的溫帶、亞熱帶和熱帶大部分地區(qū)無法為褐飛虱提供合適的越冬條件，每年的初始褐飛虱遷入種群大多為3月底從中南半島北遷進(jìn)來的境外蟲源。云南省地處低緯度高原地區(qū)，與越南、老撾、緬甸等地接壤(圖1)，錯綜復(fù)雜的地形地貌使得省內(nèi)溫度的水平、垂直分布差異較大，也造就了云南水稻種植制度的多樣化。云南中部和東北部為一季中稻區(qū)，西南部和南部是雙季稻區(qū)，早中晚稻混栽，終年有水稻生長[10]，這為褐飛虱的北遷提供了棲息地，每年3月開始褐飛虱陸續(xù)遷入云南南部和東南部地區(qū)，趨集于當(dāng)?shù)氐脑绲竞驮缭灾械旧戏敝碁楹Γ瑢υ颇媳镜氐乃旧L造成嚴(yán)重危害，并為當(dāng)年更北緯度的中國境內(nèi)褐飛虱的爆發(fā)成災(zāi)積累了初始蟲源[11]。云南因其特殊的地理位置，與廣西并列東南亞境外蟲源北遷進(jìn)入中國的第一站，但是由于地形復(fù)雜、科研力量薄弱、測報數(shù)據(jù)缺乏等原因，對云南省褐飛虱遷飛路徑尚未有系統(tǒng)的研究，本文根據(jù)云南省現(xiàn)有的褐飛虱燈誘數(shù)據(jù)記錄，對云南省早期遷入種群的遷飛路徑進(jìn)行分析，追溯境外蟲源地，可以根據(jù)蟲源地褐飛虱生物型和抗藥性實現(xiàn)褐飛虱的源頭治理，對當(dāng)年中國褐飛虱的爆發(fā)預(yù)警具有重要意義[11]。

目前，對于國內(nèi)外稻飛虱的軌跡模擬[11- 16]多采用HYSPLIT模式(the Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory Model)，該模式依賴天氣預(yù)報模式提供的風(fēng)場，追溯遷飛昆蟲的遷出蟲源地、遷飛路徑和降落區(qū)。為了更全面地反應(yīng)不同尺度天氣過程對褐飛虱起飛、空中飛行和降落的動力作用，本文采用WRF-Flexpart耦合模式對褐飛虱的遷飛軌跡進(jìn)行數(shù)值模擬。包云軒等[14]對WRF- HYSPLIT和WRF-Flexpart兩種軌跡模式進(jìn)行了比較研究，表明WRF-Flexpart模式在計算軌跡的過程中較WRF-HYSPLIT多考慮了對流參數(shù)、地表脅迫和各種地形參數(shù)，能更客觀地反應(yīng)各軌跡參數(shù)的起伏變化；劉垚等[17- 18]利用WRF-Flexpart耦合模式對復(fù)雜地形條件下褐飛虱遷飛進(jìn)行了數(shù)值模擬，表明該模式適用于褐飛虱遷飛軌跡的模擬，并且能較好地反應(yīng)地表物理過程、大氣湍流結(jié)構(gòu)和地形起伏對褐飛虱種群遷飛的影響。

近年來，由于全球氣候變暖、水稻耕作制度變化和褐飛虱自身抗藥性増加，褐飛虱遷飛規(guī)律和區(qū)域性降落特征已發(fā)生明顯的變化，其遷出蟲源地、遷飛路徑、降落區(qū)均變得更為復(fù)雜[19]。本文根據(jù)云南省褐飛虱燈誘逐日數(shù)據(jù)，通過分析選取合適的年份、站點，利用WRF-Flexpart耦合模式對選取的個例燈下高峰日進(jìn)行軌跡模擬，結(jié)合遷飛期間的大氣環(huán)流形勢和天氣背景分析，明確近年來云南早期褐飛虱遷入種群的蟲源地分布狀況，探討種群遷入和降落的大氣背景，以期為褐飛虱的跨境監(jiān)測、源頭治理提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 資料來源

(1)蟲情資料：褐飛虱蟲情數(shù)據(jù)由全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心提供，整理可得到云南省褐飛虱逐日燈誘數(shù)據(jù)。

(2)氣象資料：為美國國家環(huán)境預(yù)報中心(NCEP)提供的FNL氣象再分析資料，空間分辨率為1°×1°，時間間隔為6 h。

(3)地理信息圖層：STRM90 m高程數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心地理空間數(shù)據(jù)云平臺(http://www.gscloud.cn)。

1.2 研究方法

1.2.1 個例選取

圖1 研究區(qū)域地形概況及站點分布圖

褐飛虱在云南省南部極少數(shù)地區(qū)存在越冬蟲源[20]，這些蟲源不足以在廣大稻區(qū)內(nèi)爆發(fā)成災(zāi)，每年7月下旬主害代的發(fā)生情況取決于4—5月跨境遷入代的蟲源基數(shù)，前期遷入峰早、遷入峰多、遷入量大往往會導(dǎo)致褐飛虱的大發(fā)生[21- 22]。

云南省地處中國西南地區(qū)，因地勢復(fù)雜、科研力量薄弱等原因?qū)е略颇鲜『诛w虱燈誘測報數(shù)據(jù)缺乏，從1999開始才陸續(xù)有站點記錄數(shù)據(jù)，2009年有記錄數(shù)據(jù)的站點增加至15個，2012年最多達(dá)到22個站點，且有站點缺測情況，所涉及的26個觀測站點的分布情況如圖1所示。考慮到數(shù)據(jù)在時間上的完整性和空間上的代表性，根據(jù)2009年發(fā)布的《稻飛虱測報調(diào)查規(guī)范》[23]對燈下高峰期及高峰日的定義，結(jié)合實際蟲情發(fā)生情況，以4—5月份期間褐飛虱單燈單日蟲量過100頭、連續(xù)幾年有有效數(shù)據(jù)、站點基本覆蓋云南全省為標(biāo)準(zhǔn)，篩選出了勐海、芒市、江城、師宗、麻栗坡、廣南6個代表性站點。結(jié)合圖1可見，空間上，選取的站點分布在云南南部、東部以及西部，位于北部的站點每年的有效燈誘數(shù)據(jù)少于10頭，可以認(rèn)為對本省褐飛虱分布及其危害影響不大而不予考慮，因此所選站點基本覆蓋發(fā)生區(qū)每個方位，具有一定的代表性；時間上，因為2014年云南省褐飛虱早期蟲量整體偏少，故選取2013年、2015年和2016年3年的數(shù)據(jù)，詳細(xì)的站點情況及個例蟲情參見表1。

表1 用于云南省蟲源地追溯的6個代表性站點的蟲峰簡況

1.2.2 WRF模式及參數(shù)化方案

WRF(Weather Research and Forecasting Model)模式是由美國環(huán)境預(yù)測中心(National Center of Environmental Prediction in USA, NCEP)和美國國家大氣研究中心(National Center of Atmospheric Research in USA, NCAR)等科研機(jī)構(gòu)聯(lián)合開發(fā)的一種統(tǒng)一的中尺度天氣預(yù)報與研究模式[24]。該模式為完全可壓縮及非靜力模式，采用Fortran90語言編寫，模式水平方向采用Arakawa C網(wǎng)格點(重點考慮1—10 km)，垂直方向采用地形跟隨質(zhì)量坐標(biāo)，在時間積分方面采用三階或者四階的Runge-Kutta算法，是改進(jìn)從云尺度到各種不同天氣尺度的重要天氣特征預(yù)報精度的工具。本文應(yīng)用WRF V3.7 模式版本，設(shè)置雙向三重嵌套，模擬采用NECP提供的1°×1°分辨率的FNL全球氣象再分析格點數(shù)據(jù)作為初始場，積分時間步長為180 s，結(jié)果每1 h輸出1次，以最內(nèi)層嵌套區(qū)域輸出的物理量場進(jìn)行分析計算，模式配置及參數(shù)化方案見表2。

表2 WRF模式配置及方案選擇

1.2.3 Flexpart模式及參數(shù)設(shè)置

對于大氣流場的變化，大多數(shù)數(shù)值模式采用歐拉法來計算，但是歐拉法側(cè)重于整個流場的變化，忽視了其中流點的個體變化和移動，因此只能不斷向前模擬，難以探究流點的起源。此外，當(dāng)研究的對象沒有足夠密集、足夠細(xì)小到能稱之為微氣塊時(如：褐飛虱)，本身就是針對連續(xù)流體而設(shè)計的歐拉法更難勝任。Flexpart模式是一種拉格朗日粒子擴(kuò)散模式，由挪威大氣研究所(Norwegian Institute for Air Research，NIAR)開發(fā)，適用于大范圍的大氣傳輸和擴(kuò)散過程[25- 27]，可以通過后向運算來確定對于測定排放源有潛在影響的分布區(qū)域。不同于歐拉計算方法，拉格朗日法以研究單個流體質(zhì)點運動過程作為基礎(chǔ)，綜合所有質(zhì)點的運動，再去構(gòu)建整個流體的變化。Flexpart模式之所以有比較好的模擬效果，是因為它并沒有采用復(fù)雜的化學(xué)過程，而是使用數(shù)值模式中常用的參數(shù)化方案思想，結(jié)合拉格朗日法的動力學(xué)特點。進(jìn)而實現(xiàn)了對示蹤物準(zhǔn)確、高效的模擬。最初的Flexpart模式采用歐洲中期天氣預(yù)報中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts，ECMWF)預(yù)報數(shù)據(jù)作為輸入場來構(gòu)建大氣環(huán)流背景，但是由于數(shù)據(jù)的分辨率較低。很多時候?qū)χ谐叨壬踔列〕叨确秶鷥?nèi)的研究并不適用，于是就有了WRF-Flexpart耦合模式。

WRF-Flexpart耦合模式使用WRF模式輸出的氣象背景場驅(qū)動Flexpart模式，設(shè)置褐飛虱降蟲地為起點，采用后向模擬，可以獲得不同站點釋放褐飛虱的連續(xù)位置，將輸出的聚類軌跡導(dǎo)入ArcGIS中，利用GIS空間分析法對不同站點的各時刻褐飛虱位置點進(jìn)行擬合，即可得到褐飛虱的遷飛軌跡，追溯到褐飛虱的蟲源地[21]。本文采用Flexpart-WRF v3.7模式[28]，計算云南春季褐飛虱回推12、24 h和36 h的軌跡，模式釋放的起止時間、釋放點的經(jīng)緯度、釋放種群數(shù)量等參數(shù)由站點具體情況設(shè)定，模式參數(shù)設(shè)置詳見表3 。褐飛虱春、夏季遷出高峰通常出現(xiàn)在日出前或日落后，呈現(xiàn)“晨昏雙峰型”[3,29- 30]。經(jīng)查詢，2013、2015和2016年6個站點在4—5月份的日出時刻介于06:13—7:08之間，日落時刻介于19:27—20:05之間，因此模式假設(shè)：(1)褐飛虱在日出前1 h內(nèi)和日落后1 h內(nèi)起飛，設(shè)置釋放時間為當(dāng)日05:00至前一日21:00之間，飛行時間持續(xù)36 h[29,31]；(2)褐飛虱遷飛高度因季節(jié)不同，夏季飛行高度集中在1500—2000 m[31]，最高高度不超過高空中15℃層所在高度，各站點的釋放高度結(jié)合該站點的海拔高度確定；(3)軌跡終止點必須在水稻種植區(qū)，且該稻區(qū)內(nèi)水稻生長正處于生長后期；(4)回推軌跡落點區(qū)的褐飛虱正值遷出高峰。

表3 WRF-Flexpart 模式耦合計算參數(shù)設(shè)置

2 結(jié)果與分析

2.1 高峰日回推軌跡

根據(jù)云南省2013、2015和2016年3年的褐飛虱逐日燈誘數(shù)據(jù)，結(jié)合褐飛虱相關(guān)生物學(xué)和行為生態(tài)學(xué)特性，選取軌跡計算相關(guān)參數(shù)，如起飛、降落時間和遷飛高度等，利用WRF-Flexpart耦合模式模擬了6個站點高峰日不同高度層的遷飛軌跡(圖2)。圖2中用不同顏色代表不同年份、不同釋放高度的遷飛軌跡，為了便于分析，每個站點同一年同一釋放高度線條顏色保持一致；根據(jù)各站點的海拔高度，芒市設(shè)置1000、1500 m和2000 m 3個釋放高度，師宗設(shè)置2000 m釋放高度，其余站點均設(shè)置1500 m和2000 m釋放高度；軌跡中的點從站點開始依次每小時回推，累積回推出12、24 h和36 h前的蟲源地，據(jù)此可得到各站點褐飛虱發(fā)生高峰日回推12、24、36 h的蟲源地。6個代表性站點的高峰日蟲源地基本可以代表當(dāng)年云南早期褐飛虱的來源，結(jié)合相應(yīng)時段的天氣背景，可以分析褐飛虱的降落機(jī)制。

圖2 2013年、2015年、2016年各站點高峰日褐飛虱回推36 h遷飛軌跡

芒市位于云南省西部，3年早期遷入的褐飛虱均來自緬甸西部，不同高度層從降蟲區(qū)到蟲源地之間軌跡走向基本重合，說明褐飛虱遷飛基本上受氣流脅迫作用所致：12 h和24 h回推軌跡落點分別處于緬甸中部、西部，36 h的回推軌跡略有不同，其中2013年和2015年36 h軌跡回推至緬甸西部，2016年36 h軌跡回推落點在孟加拉國，從某種程度上孟加拉國存在直接為我國提供蟲源的可能；勐海位于云南的南部，3年褐飛虱高峰日回推軌跡落點緬甸東部到西部均有，12 h的軌跡落點在緬甸東部，24 h和36 h蟲源地顯示為緬甸中部、中部偏西，蟲源軌跡基本一致；江城位于云南南部，褐飛虱軌跡隨釋放高度的變化基本不發(fā)生偏移，2013年12、24 h和36 h 3個時次的蟲源地依次為緬甸東部、中部和中西部，2015年為緬甸東部、東南部和西南部，2016年分別為老撾北部、老撾西北部和泰國西北部，蟲源地隨時間延長向東南方向發(fā)生偏移。和江城類似，位于云南東部的師宗3年高峰日回推12、24 h和36 h 3個時次的蟲源地各不相同，2013年依次為云南中南部、緬甸東部偏北和緬甸中部，2015年為云南中南部、緬甸東部和和緬甸西南部，2016年分別為越南北部、老撾東北部和泰國東北部。麻栗坡蟲源地隨時間延長向西南方向發(fā)生偏移：2013年蟲源來自越南，2015年12 h和24 h蟲源來自越南北部、36 h蟲源地落點為云南西南部，2016年12、24 h和36 h回推落點依次為越南北部、云南南部和緬甸東部。廣南2013年24、36 h蟲源分別來自緬甸東部和中部，2015年36 h蟲源落在緬甸東部，其余時段的蟲源均來自云南省內(nèi)。綜上所述，近年來云南地區(qū)早期褐飛虱境外蟲源主要來自緬甸，部分來自老撾和泰國，少數(shù)來自越南，還有極少量來自孟加拉國。

云南地形起伏變化明顯，地表脅迫作用對褐飛虱遷飛高度有一定的影響，WRF-Flexpart模式考慮了低層大氣的湍流結(jié)構(gòu)、地表物理過程和地形環(huán)境對不同高度三維流場的影響。本文根據(jù)站點的海拔高度，分別模擬了1000、1500、2000 m 3個不同釋放高度的褐飛虱回推軌跡，并對遷飛高度的變化進(jìn)行了擬合(圖3)?？梢钥闯觯w飛高度隨釋放高度的增加而增加，在釋放高度分別為1500 m和2000 m時，褐飛虱遷飛高度的起伏趨勢表現(xiàn)出較好的一致性，這表明在1500 m至2000 m這個高度層內(nèi)，系統(tǒng)性垂直氣流對不同褐飛虱種群遷飛的影響得到了較一致的反映。值得注意的是，在芒市1000 m釋放高度的時候，遷飛高度的起伏變化較大，這說明模式不僅較好地反映了系統(tǒng)性垂直氣流的影響，而且更客觀真實地反映了下墊面起伏對其上層三維流場和種群遷飛的影響。此外，經(jīng)過計算分析，當(dāng)釋放高度為1500 m時，褐飛虱遷飛的平均高度和盛行高度分別為2167.1 m和2216.3 m；而當(dāng)釋放高度為2000 m時，這兩個值分別為2454.5 m和2489 m，說明WRF-Flexpart模式在計算遷飛軌跡的時候考慮了不同釋放高度的差異(圖3)。

2.2 降蟲期大氣背景場分析

褐飛虱體積微小，自身飛行能力只有0.3 m/s左右，通過適應(yīng)和利用大氣環(huán)境來完成種群的遷移和繁殖[32]。在合適的大氣環(huán)流形勢和天氣條件下，褐飛虱能夠主動升空、在高空隨氣流集群遠(yuǎn)距離遷飛，其遷飛活動受到氣象條件的顯著影響。云南省地處青藏高原南麓，向南延伸為中南半島，西臨孟加拉灣，東望中國南海，特殊的海陸分布以及復(fù)雜的地貌形成了云南特殊的立體氣候背景，既受到東亞季風(fēng)的影響，也受到西南季風(fēng)的影響，還不時受到來自南海和孟加拉灣熱帶氣旋的侵?jǐn)_。

圖3 各站點高峰日當(dāng)日09:00開始逆推36 h的不同時次褐飛虱遷飛高度的變化曲線

通過對2013、2015和2016年云南6個站點高峰日降蟲的大氣背景進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)云南省早期褐飛虱遷入發(fā)生的降蟲期的大氣背景大體相似，故本文選取2013年5月22日至26日的一次遷飛過程進(jìn)行大氣背景分析，背景場包括位勢高度場、風(fēng)場、垂直速度場、溫度場和相對濕度場。因云南屬高原地形，平均海拔在1000 m以上，地面氣壓接近850 hPa，因此，主要對850 hPa高度層進(jìn)行天氣背景分析。

2.2.1 位勢高度場

從大尺度大氣環(huán)流來看，中國地處亞洲季風(fēng)區(qū)，南亞季風(fēng)和東亞季風(fēng)的南北進(jìn)退為褐飛虱通過長距離遷飛進(jìn)出中國和東亞其他地區(qū)提供了便利條件。結(jié)合2013年5月21日至26日的位勢高度場(圖4)可以看出，5月份東南亞地區(qū)主要受印緬低壓控制或影響，蟲源區(qū)位于低壓系統(tǒng)的東部或東側(cè)，從地面到低層大氣均盛行強(qiáng)上升氣流，有利于褐飛虱種群的起飛遷出；同時高空有西南氣流盛行，有利于起飛后的褐飛虱種群從蟲源區(qū)向東北方向的中國西南稻區(qū)輸送。

圖4 2013年5月21—26日850 hPa天氣形勢

2.2.2 風(fēng)溫場

風(fēng)和溫度是影響褐飛虱遷飛活動的兩個主要因素，褐飛虱因其主動遷飛速度遠(yuǎn)小于空中水平氣流的速度，因而只能順風(fēng)遷飛，遷飛方向與風(fēng)向保持一致。溫度是決定褐飛虱能否起飛的關(guān)鍵因子，一般來說，褐飛虱在溫度處于15—25℃左右最有可能起飛，上升到一定的溫度層(18℃層所在髙度)之后開始進(jìn)入平飛階段，空中飛行的最低氣溫閾值為15℃，低于此溫度便可能迫降或降低飛行速度，甚至直接降落[31]。

圖5給出了2013年5月22日—26日850 hPa云南地區(qū)20：00的風(fēng)溫場分布，從風(fēng)向上來看，850 hPa高度上東南亞地區(qū)主要盛行西南風(fēng)和東南風(fēng)，緬甸地區(qū)主要盛行西南風(fēng)，可以為蟲源輸送至云南南部提供動力，這與蟲源地回推軌跡(圖2)的模擬結(jié)果相吻合。從溫度條件上看，22日、24日、26日主遷峰期間云南全省溫度高于20℃，而西南地區(qū)的四川西南部、貴州大部等地受低溫脅迫，形成水平方向以東北或偏東風(fēng)為主、垂直方向以下沉氣流為主的“低溫屏障墻”，使得空中遷飛種群遇“墻”降落或“反彈”降落。因此，此次遷飛過程的主要遷入地為云南地區(qū)。26日之后，隨著低溫區(qū)逐漸向南、向西加強(qiáng)擴(kuò)展，云南東南部和中部等地區(qū)逐漸受到低溫脅迫作用，不太有利于褐飛虱的遷入，本次遷飛過程基本結(jié)束(圖5)。

圖5 2013年5月21—26日20時云南850 hPa風(fēng)溫場

2.2.3 氣溫、垂直速度和相對濕度的垂直分布

褐飛虱的降落行為是主觀和客觀因素綜合作用的結(jié)果，如果能尋找到適合取食和繁衍的水稻田，褐飛虱將主動降落；如果蟲匯區(qū)遷飛層至地表有下沉氣流存在，或者有降雨的沖刷，或者種群飛行時間過長且蟲體脂肪能消耗將盡，或者種群飛行所經(jīng)區(qū)域的溫度低于15℃等褐飛虱則容易產(chǎn)生迫降[29]。

從圖6、圖7中可以看出，850 hPa(約1500 m)褐飛虱最適宜遷飛層的溫度都不存在低溫脅迫。3個遷入高峰期遷飛過程發(fā)生區(qū)內(nèi)，種群能遷飛的溫度層上限(15℃層)變化于940—2500 m，平均高度為2000 m；最適宜遷飛層(18℃層)變化于950—2080 m，平均高度為1462 m；遷飛層下限(21℃層)變化于150—1800 m，平均高度為987 m。從蟲源區(qū)到降蟲區(qū)。雖然遷飛層頂、最適宜遷飛層和遷飛層底高度在中途有一些起伏變化，但總體趨勢是遷飛高度在逐漸由高走低并最終降至300 m以下，直至迫降地面。

從圖6、圖7中還可以看出，垂直速度場上，在(16—22°N，94—102°E)范圍內(nèi)，先后存在著不同強(qiáng)度的上升氣流(圖中虛線)；在(23—25°N，100—105°E)范圍內(nèi)，先后存在著不同強(qiáng)度的下沉氣流(圖中實線)。而前者對應(yīng)著蟲源區(qū)，后者對應(yīng)著降蟲區(qū)，這表明蟲源區(qū)的上升氣流促使了蟲源的遷出、而降蟲區(qū)的下沉氣流促使了種群的降落，垂直氣流在此次遷飛過程中起了明顯的正向促進(jìn)作用。

圖6 沿25°N氣溫(℃)和垂直速度(cm/s)的緯向剖面圖

圖7 沿105°E氣溫(℃)和垂直速度(cm/s)的經(jīng)向剖面圖

有研究表明：當(dāng)夏季稻田相對濕度在75%以上或春秋季稻田相對濕度在40%以上時，有利于褐飛虱種群的增長[3]；而空中夏季相對濕度在60%以上或春秋季相對濕度在40%以上時，均有利于褐飛虱種群的遷飛[33]。從圖8、圖9所示的相對濕度場上來看，此次遷飛過程中，以溫度場15℃層作為遷飛頂層向下至地表的各時次各區(qū)域(圖6、圖7)三維空間內(nèi)，相對濕度均大于50%，因此，相對濕度對此次過程褐飛虱種群的遷飛不構(gòu)成水分脅迫。

圖8 沿25°N相對濕度(%)的緯向剖面圖

2.3 蟲源地水稻生育期狀況

云南地處青藏高原的東南側(cè)，西部接壤緬甸地區(qū)，東部和南部緊靠老撾、越南，常年受東亞季風(fēng)和西南季風(fēng)的雙重影響，獨特的地理位置和氣候條件，使得云南早期遷入蟲源主要來自緬甸和金三角地區(qū)，緬甸是云南春季褐飛虱遷入的主要蟲源區(qū)。

圖9 沿105°E相對濕度(%)的經(jīng)向剖面圖

素有“稻米之國”美譽的緬甸，是世界上第7大水稻生產(chǎn)國，土地肥沃，地形平坦，大部分地區(qū)屬熱帶熱帶季風(fēng)氣候。就氣候條件來說，緬甸水稻可周年生長，能栽植三熟稻，但因雨水分布和水利設(shè)施等原因，多數(shù)地區(qū)每年只栽植一季稻，在灌溉水源良好或雨季后有積水存在的地方栽植二季稻，有較好人工灌溉設(shè)施的地方才栽植三季稻。歷史上，緬甸水稻主要種植一季，生產(chǎn)季節(jié)從5月至11月，稱為“雨季稻”，自1992年以來，緬甸政府采取興修水利、減輕田稅等多種措施，大力推廣夏季稻，以充分利用12月至次年4月較好的天氣進(jìn)行旱季稻的栽種。通過多年來緬甸政府對土地政策的調(diào)整和大力投資水利水庫建設(shè)，緬甸的旱季稻實現(xiàn)從無到有的質(zhì)的飛躍，每年1月份播種，5月份收割，2007年旱季稻的種植面積達(dá)到23萬hm2[34]。

每年4—5月為緬甸旱季稻的黃熟期，為了尋找新的取食環(huán)境和棲息地，褐飛虱種群會大規(guī)模地起飛遷出，而此時正是云南一季中稻的移栽時段，該時段的水稻可以為褐飛虱的北遷提供食料和棲息地。加上有利的大氣環(huán)流形勢和溫度條件，導(dǎo)致了每年4、5月份東南亞境外蟲源北遷進(jìn)入云南為害，并為當(dāng)年褐飛虱的發(fā)生積累了初始蟲源。

3 結(jié)論與討論

云南省毗鄰緬甸、老撾、越南，與水稻種植大國泰國距離也很近，是境外褐飛虱進(jìn)入中國西南稻區(qū)的第一站，研究云南褐飛虱的蟲源地具有重要意義。近年來有些學(xué)者對云南稻飛虱發(fā)生規(guī)律和遷飛軌跡進(jìn)行了研究[9- 10,12,21- 22,35]，但研究多根據(jù)氣象再分析場資料，利用HYSPLIT模式進(jìn)行軌跡模擬，且研究對象大多為稻飛虱中的白背飛虱。隨著氣候變暖、水稻種植制度的改變和抗藥性的上升，褐飛虱的蟲源分布和降落結(jié)構(gòu)相發(fā)生了復(fù)雜的變化，為了探明這些變化，本文采用WRF-Flexpart耦合模式模擬得到褐飛虱遷飛的相關(guān)參數(shù)，包括軌跡點所在經(jīng)緯度、高度和該點所處的大氣背景場等，將模式輸出的聚類軌跡進(jìn)行整合，再利用ArcGIS空間分析功能對各后向逆推時間段褐飛虱的三維遷飛坐標(biāo)和路徑數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，得到了不同時間段褐飛虱的聚類遷飛軌跡及不同釋放高度上褐飛虱遷飛高度的變化特征，并根據(jù)褐飛虱的遷飛軌跡判斷出褐飛虱的境外蟲源地。WRF-Flexpart耦合模式在計算遷飛軌跡的時候，考慮了地表物理過程、大氣湍流結(jié)構(gòu)和地形起伏對褐飛虱種群遷飛的影響，通過一系列模擬和分析得到如下結(jié)論：

(1)云南省4—5月份早期褐飛虱遷入的主要蟲源區(qū)是緬甸，部分來自老撾和泰國，少數(shù)來自越南，還有極少量來自孟加拉國。沈慧梅等[12,34]分析了2009年云南省白背飛虱早期遷入種群的蟲源地范圍，得到緬甸是云南春季白背飛虱遷入的蟲源地的結(jié)論，這與本文中春季褐飛虱遷入主要蟲源地為緬甸的結(jié)論是一致的。褐飛虱和白背飛虱均屬同翅目飛虱科，但是兩者在發(fā)生規(guī)律方面存在顯著差異。白背飛虱初代蟲源由南方熱帶稻區(qū)隨氣流逐代逐區(qū)遷入，發(fā)生時間要早于褐飛虱；白背飛虱在水稻分蘗盛期、孕穗、抽穗期發(fā)生較嚴(yán)重，而褐飛虱在抽穗揚花期發(fā)生最嚴(yán)重；最重要的是，褐飛虱的耐寒能力弱于白背飛虱，白背飛虱在我國海南南部和云南最南部地區(qū)終年繁殖，而褐飛虱在我國只有海南省南部可越冬，因此4—5月份云南省早期遷入褐飛虱大多數(shù)為境外直接進(jìn)入蟲源。

(2)這一時期，當(dāng)釋放高度分別為1500、2000 m時，褐飛虱的遷飛高度分別集中在2216 m和2489 m，平均遷飛高度分別是2167、2454 m，不同釋放高度褐飛虱的回推遷飛高度的起伏趨勢具有較好的一致性。但在釋放高度較低的時候，遷飛高度的起伏變化較大，這表明模式不僅較好地反映了系統(tǒng)性垂直氣流的影響，而且客觀真實地反映了下墊面起伏對其上層三維流場和種群遷飛的影響。這與我們前期對國內(nèi)褐飛虱遷飛過程研究所得的結(jié)論相吻合[14]。

(3)風(fēng)場切變、低溫屏障、氣流垂直擾動和降水等因素是造成褐飛虱集中降落的直接原因。本文選取2013年5月22—26日發(fā)生在云南勐海、麻栗坡和廣南的一次典型褐飛虱遷入過程，分析了大氣背景場對遷飛的影響，結(jié)果表明：受印緬低壓控制或影響，高空有從境外蟲源區(qū)至云南降蟲區(qū)有西南水平氣流作為種群輸送動力；溫場在降蟲區(qū)東北側(cè)有“低溫屏障墻”存在；垂直速度場上蟲源區(qū)有上升氣流促使種群起飛遷出，降蟲區(qū)有下沉氣流促使種群降落；弱降水形成的拖曳下沉氣流對降蟲十分有利；相對濕度場對此次遷飛過程不形成任何脅迫。因此，此次過程的大氣動力、熱力和水分條件都有利于云南稻區(qū)褐飛虱蟲源的遷入和降落。

近年來隨著東南亞地區(qū)水稻灌溉條件的改善，老撾、緬甸等國家北部的一些地區(qū)在1—4月份的旱季也可以順利種植水稻，而5月份中下旬云南水稻處于一季中稻移栽階段和分蘗初期，為褐飛虱的北遷提供了豐富的食料和適合的棲息地，加上合適的大氣背景，為褐飛虱的早期遷入提供了有利條件。2013、2015和2016年云南地區(qū)早期(4—5月)褐飛虱遷入的蟲源地與2009年相比發(fā)生了一些變化[31]，為了有效防治褐飛虱遷入在西南稻區(qū)第一站云南的危害，必須根據(jù)蟲源地褐飛虱發(fā)生規(guī)律和種群遷出動態(tài)，開展行之有效的早期預(yù)警和短期異地預(yù)測，合理防控，以減輕褐飛虱種群遷入下游稻區(qū)為害水稻造成的減產(chǎn)。