基于SW物候模型“牛媽媽棗”收獲期預(yù)測(cè)

劉振宇 曹曉霞 史有瑜 陳秀影

[摘 要]基于唐山豐潤(rùn)區(qū)國(guó)家一般氣象站2013年1月～2017年8月逐日平均氣溫資料和2017年8月逐日平均氣溫滾動(dòng)預(yù)報(bào)資料，應(yīng)用SW物候模型，對(duì)2017年豐潤(rùn)山緣景區(qū)“牛媽媽棗”收獲（采摘）期進(jìn)行預(yù)測(cè)，取得了較好的效果。研究結(jié)果表明：應(yīng)用SW物候模型預(yù)測(cè)“牛媽媽棗”收獲（采摘）期，預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)況接近，該模型適用性較高，可進(jìn)行進(jìn)一步的業(yè)務(wù)試用。

[關(guān)鍵詞]物候模型;牛媽媽棗;收獲期;預(yù)測(cè)

[中圖分類號(hào)]S685.99 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

“牛媽媽棗”是20世紀(jì)50年代在河北省唐山市豐潤(rùn)區(qū)王官營(yíng)鎮(zhèn)下水路村發(fā)現(xiàn)的一種優(yōu)良鮮食棗單株，因其所結(jié)果實(shí)呈長(zhǎng)圓錐形，胴部具有隘痕，似牛乳頭而被命名為“牛媽媽棗”?！芭寢寳棥惫麑?shí)皮薄肉細(xì)，質(zhì)地細(xì)脆，汁液多，酸甜適口，2003年9月，經(jīng)河北科技師范學(xué)院、河北省農(nóng)林科學(xué)院、唐山市林業(yè)局專家實(shí)地考察和品嘗鑒定，河北農(nóng)業(yè)大學(xué)中國(guó)棗研究中心對(duì)鮮果分析測(cè)定，認(rèn)為品質(zhì)上等;2005年唐山市豐潤(rùn)區(qū)政府將其定義為豐潤(rùn)區(qū)的特色果品，并注冊(cè)了“峪泉”商標(biāo);2016年，豐潤(rùn)“牛媽媽棗”通過(guò)了國(guó)家有機(jī)食品認(rèn)證;2017年，豐潤(rùn)山緣景區(qū)成功申報(bào)國(guó)家地理標(biāo)志認(rèn)證，確定山緣景區(qū)為“牛媽媽棗”的原產(chǎn)地。

豐潤(rùn)區(qū)隸屬于河北省唐山市，地處河北省東部，北依燕山，中南部偎冀東平原。豐潤(rùn)山緣景區(qū)為地勢(shì)起伏不大的山地，林果生長(zhǎng)旺盛，現(xiàn)已建成集生態(tài)特種養(yǎng)殖、旅游觀光、休閑度假、果蔬采摘、鄉(xiāng)村體驗(yàn)、苗木栽培、科技農(nóng)業(yè)研發(fā)推廣為一體的現(xiàn)代休閑農(nóng)業(yè)示范園區(qū)。景區(qū)自2016年開(kāi)始承辦豐潤(rùn)區(qū)大棗文化節(jié)，為保證大棗文化節(jié)成功舉辦，準(zhǔn)確預(yù)報(bào)“牛媽媽棗”適宜收獲期，并以此為參考提前確定文化節(jié)舉辦日期至關(guān)重要，對(duì)提高文化節(jié)期間企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和宣傳效果有很大幫助。本文基于SW（Spring Warming）物候模型利用有效積溫指標(biāo)對(duì)豐潤(rùn)山緣景區(qū)“牛媽媽棗”2013-2016年收獲期（本文指始采摘期，下同）的觀測(cè)資料進(jìn)行模擬檢驗(yàn)，并對(duì)2017年收獲期進(jìn)行試預(yù)報(bào)，以期推動(dòng)和提高“牛媽媽棗”采摘期預(yù)報(bào)服務(wù)水平，從而更好地為園區(qū)提供服務(wù)。

1 研究資料與方法

1.1 研究資料

以唐山豐潤(rùn)山緣景區(qū)“牛媽媽棗”為研究對(duì)象，物候資料為該植物2013～2017年的成熟可采期觀測(cè)資料;氣象資料取自河北省唐山市豐潤(rùn)區(qū)氣象局國(guó)家一般氣象站2013年1月1日～2017年8月31日逐日平均氣溫和最高氣溫觀測(cè)資料，觀測(cè)資料經(jīng)過(guò)了嚴(yán)格的質(zhì)量控制。

1.2 研究方法

本文采用SW物候模型對(duì)“牛媽媽棗”收獲期進(jìn)行預(yù)測(cè)，積溫使用有效積溫。有效積溫預(yù)測(cè)模型如下：

式中，y是預(yù)測(cè)的“牛媽媽棗”收獲期（日序），xt是第t天的日平均氣溫;R（xt）是高于某一界限溫度值的有效溫度，Tb是界限溫度，本文依據(jù)從唐山市豐潤(rùn)區(qū)林業(yè)局獲得的“牛媽媽棗”生長(zhǎng)發(fā)育指標(biāo)，將Tb取13.0℃;F為有效積溫閾值，本文統(tǒng)計(jì)值為1340℃;t0是有效積溫開(kāi)始累積的時(shí)間，以日序來(lái)表示，起始日期取每年日平均氣溫穩(wěn)定通過(guò)13.0℃的初日。由于高溫天氣對(duì)“牛媽媽棗”的生長(zhǎng)發(fā)育影響很大，本文在計(jì)算累積有效溫度時(shí)，將連續(xù)2天以上高于35. 0℃日期的有效溫度扣除。

當(dāng)收獲期模擬日期與實(shí)際日期差值≤1d評(píng)定為正確，2～3為基本正確，≥4d為不正確。

2 結(jié)果與分析

對(duì)唐山市豐潤(rùn)區(qū)國(guó)家一般氣象站2013～2016年逐日平均氣溫觀測(cè)資料進(jìn)行5日滑動(dòng)平均，得到各年日平均氣溫穩(wěn)定通過(guò)13.0℃的初日，如表1所示。

2.1 2013～2016年收獲期模擬檢驗(yàn)

以日平均氣溫穩(wěn)定通過(guò)13.0℃的初日為起始日期，用SW物候模型計(jì)算有效積溫，得到2013～2016年“牛媽媽棗”達(dá)到有效積溫閾值的日期，其模擬日期與觀測(cè)日期如表2所示。

可見(jiàn)，預(yù)測(cè)模型對(duì)收獲期擬合效果較好，4年均達(dá)到正確和基本正確的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，擬合值與實(shí)際值的相關(guān)系數(shù)為0.9825，通過(guò)0.05的顯著性檢驗(yàn)。

2.2 2017年收獲期預(yù)報(bào)及檢驗(yàn)

目前業(yè)務(wù)中可獲得時(shí)效達(dá)10天的ECMWF細(xì)網(wǎng)格預(yù)報(bào)產(chǎn)品，實(shí)際業(yè)務(wù)中通常做提前一周的預(yù)報(bào)，本文以10天預(yù)報(bào)時(shí)效進(jìn)行檢驗(yàn)。進(jìn)行收獲期預(yù)報(bào)的具體做法是從8月1日起每天進(jìn)行溫度預(yù)報(bào)，預(yù)報(bào)日的日平均氣溫用預(yù)報(bào)的日最高氣溫和日最低氣溫的平均值代替;如預(yù)報(bào)連續(xù)兩日以上最高氣溫大于等于35℃時(shí)，則將該連續(xù)日平均溫度置為0。首先計(jì)算出當(dāng)年穩(wěn)定通過(guò)13℃的初日，再計(jì)算初日至預(yù)報(bào)起點(diǎn)日后的有效積溫，當(dāng)累積有效積溫達(dá)到閾值時(shí)，即確定該日為預(yù)測(cè)的收獲日（始采摘日）。

用唐山市豐潤(rùn)區(qū)國(guó)家一般氣象站2017年的逐日平均氣溫實(shí)況值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，2017年穩(wěn)定通過(guò)13℃的初日為4月2日，2017年4月2日至8月1日期間有效積溫為1091.6℃，有效積溫達(dá)到或超過(guò)閾值（1340℃）取決于預(yù)報(bào)日之后逐日平均氣溫的預(yù)報(bào)結(jié)果。將2017年8月1日、8月8日、8月9日、8月12日對(duì)未來(lái)10天的預(yù)報(bào)結(jié)果分別列于表3和表4。從表3可以看出，根據(jù)8月1日的預(yù)報(bào)結(jié)果，8月11日有效積溫值為1232.1℃，距離閾值還尚需些時(shí)日;8月8日滾動(dòng)預(yù)報(bào)的8月18日有效積溫值為1328.9℃，已接近閾值。繼續(xù)滾動(dòng)訂正預(yù)報(bào)結(jié)果，從表4可以看出，根據(jù)8月9日預(yù)報(bào)結(jié)果，8月19日有效積溫值為1340.9℃，剛好達(dá)到閾值;繼續(xù)滾動(dòng)預(yù)報(bào)加以印證，8月10日預(yù)報(bào)（表略）8月19日有效積溫為1339.9℃，8月20日有效積溫為1351.4℃;8月11日預(yù)報(bào)（表略）8月19日有效積溫為1342.4℃;8月12日預(yù)報(bào)（表4）8月20日有效積溫為1344.5℃。因此，在8月9日預(yù)測(cè)的大約8月19日進(jìn)入收獲（始采摘）期，根據(jù)后續(xù)幾天滾動(dòng)預(yù)報(bào)結(jié)果，結(jié)論也基本一致。

2017年實(shí)況是，物候觀測(cè)8月19日進(jìn)入采摘期，氣象實(shí)況資料8月20日累積有效積溫達(dá)到1344.8℃，與預(yù)測(cè)結(jié)果基本一致。

3 討論

本文采用SW物候模型，在前期氣溫實(shí)際觀測(cè)資料以及后期逐日氣溫滾動(dòng)預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了2017年“牛媽媽棗”收獲期的預(yù)測(cè)，為“牛媽媽棗”適時(shí)采摘和園區(qū)“采摘文化節(jié)”的籌備工作提供了科學(xué)的參考依據(jù)，收到了較好的效果。采用一周（7日）滾動(dòng)預(yù)報(bào)結(jié)果所預(yù)測(cè)的始采摘日也在19-20日，具體為8月11日可預(yù)測(cè)19日累積有效積溫可達(dá)閾值，8月12-15日均可預(yù)測(cè)8月20日累積有效積溫達(dá)到閾值。實(shí)際運(yùn)用中可根據(jù)服務(wù)對(duì)象的需求進(jìn)行提前10天或提前一周的預(yù)測(cè)服務(wù)，通常情況下提前一周的效果會(huì)更好。

鑒于目前用于檢驗(yàn)的樣本較少，本文的研究結(jié)果還不夠全面，之后將隨著樣本的增多進(jìn)行更深入的檢驗(yàn)和業(yè)務(wù)應(yīng)用。

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