南安市白背飛虱發(fā)生的氣象條件及蟲源地分析*

葉曉春 葉曉冰 關(guān)哲忠 林偉家

(1.福建省南安市氣象局，福建 泉州 362300；2.福建省永春縣氣象局，福建 泉州 362600)

白背飛虱屬喜溫性昆蟲，耐寒性極弱，為遠(yuǎn)距離遷飛害蟲，具主動(dòng)升空和降落、隨空中氣流集群遷飛等特征。每年春季，白背飛虱隨西南氣流從中南半島陸續(xù)進(jìn)入中國(guó)南方稻區(qū)[1-2]。南安地處福建省東南部，是典型的雙季水稻種植區(qū)，常年水稻播種面積2.7萬(wàn)hm2，白背飛虱是南安水稻生產(chǎn)中的主要害蟲，每年均有不同程度的發(fā)生，據(jù)2012—2019年統(tǒng)計(jì)的南安市白背飛虱和褐飛虱發(fā)生蟲量，白背飛虱多年平均發(fā)生蟲量為褐飛虱的8.6倍。

江廣恒等[3]研究表明，稻飛虱可以借助氣流進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳播，降水和下沉氣流是影響稻飛虱降落的主要因素。沈慧梅等[4]對(duì)福建省白背飛虱前期遷入蟲源分析表明，福建省白背飛虱早期遷入蟲源主要來自廣東、海南省，中國(guó)臺(tái)灣僅在個(gè)別年份提供少量蟲源，非主要蟲源地。HYSPLIT-4后向軌跡模型的平流和擴(kuò)散計(jì)算均采用拉格朗日方法，能較好地反映空氣塊的空間運(yùn)動(dòng)軌跡，跟蹤氣流所攜帶的粒子的移動(dòng)方向，有關(guān)學(xué)者應(yīng)用該模型分析了稻飛虱的遠(yuǎn)距離遷飛軌跡及其蟲源地，國(guó)外也應(yīng)用軌跡分析對(duì)花粉、污染物和昆蟲的遠(yuǎn)程遷移進(jìn)行分析[2，5-6]，可見，HYSPLIT軌跡分析方法可以有效追蹤遷入害蟲的蟲源地及遷出蟲源可能的降落區(qū)域，是研究昆蟲遷飛的重要手段之一。

近年來，不少學(xué)者對(duì)白背飛虱的發(fā)生特征和災(zāi)變性遷入等進(jìn)行分析。唐廣田[7]、黃俊[8]、鄒麗霞[9]等對(duì)廣東、廣西、湘桂走廊等地稻飛虱的遷入及蟲源地進(jìn)行分析，林泗海等[10-11]對(duì)南安市白背飛虱燈下種群數(shù)量動(dòng)態(tài)分析，但未見結(jié)合本地氣象條件研究泉州市乃至南安市稻飛虱的遷入及蟲源地的相關(guān)研究結(jié)果。影響南安市白背飛虱發(fā)生的氣象條件具有地域特點(diǎn)，因此，對(duì)南安本地的白背飛虱發(fā)生氣象條件和蟲源地進(jìn)行分析具有重要意義。

本研究擬分析南安市白背飛虱發(fā)生的時(shí)間變化特征及其與降水、氣溫等氣象要素的關(guān)系，探討南安市白背飛虱遷入種群可能的遷飛路徑和蟲源地，進(jìn)而為南安開展白背飛虱遷入的預(yù)警預(yù)報(bào)及其防控提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)也為病蟲害氣象研究提供思路。

1 材料與方法

1.1 資料來源

白背飛虱監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來源于南安市植保站提供的2012—2019年逐日燈誘蟲量數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)地點(diǎn)位于福建省南安市東田鎮(zhèn)蓋鳳村，主要種植雙季水稻；誘蟲時(shí)期為每年3月1日～10月31日；逐日氣溫、降水資料來源于南安國(guó)家氣象觀測(cè)站。

運(yùn)行HYSPLIT軌跡模式所需的再分析氣象資料由美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心(NCEP)和國(guó)家大氣研究中心(NCAR)聯(lián)合發(fā)布的GDAS(全球資料同化系統(tǒng))氣象數(shù)據(jù),分辨率為1°×1°,該數(shù)據(jù)每3h記錄一次,分別為00∶00、03∶00、06∶00、09∶00、12∶00、15∶00、18∶00和21∶00(UTC)。

1.2 分析方法

1.2.1 發(fā)生量特征分析方法

根據(jù)《稻飛虱測(cè)報(bào)調(diào)查規(guī)范》(GB/T 15794-2009)定義燈下高峰期及高峰日[12]：根據(jù)燈誘結(jié)果，從出現(xiàn)白背飛虱成蟲量突增日到高峰后突減日為止，為一個(gè)峰期，峰期中蟲量最多的為高峰日，前一峰的突減日和后一峰的突增日之間相距3d以內(nèi)(含3d)的，計(jì)入同一個(gè)峰期。

數(shù)據(jù)初步處理后，對(duì)白背飛虱燈誘蟲量進(jìn)行時(shí)間特征分析，在Excel中梳理白背飛虱發(fā)生的時(shí)間變化特征，包括旬、月、年的極值與平均統(tǒng)計(jì)特征量等，制成相關(guān)圖表；結(jié)合降水、氣溫等氣象觀測(cè)資料，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法分析氣象條件對(duì)白背飛虱發(fā)生的影響。

1.2.2 后向軌跡模擬分析方法

HYSPLIT(Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory)模式是由美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局(NOAA)的空氣資源實(shí)驗(yàn)室(ARL)和澳大利亞氣象局(BOM)聯(lián)合研發(fā)的一種用于計(jì)算和分析氣流運(yùn)動(dòng)、沉降和擴(kuò)散軌跡的綜合模式系統(tǒng)軌跡分析，已廣泛用于污染物和昆蟲的遠(yuǎn)程遷移分析[2,5-6]。在昆蟲的遷飛研究方面，主要是依據(jù)高空氣流來分析遷飛昆蟲可能的遷飛路徑。

根據(jù)南安白背飛虱燈誘資料，選取典型發(fā)生高峰日，結(jié)合全球氣象再分析數(shù)據(jù)在HYSPLIT模型軟件支持下對(duì)白背飛虱遷入高峰日的蟲源和遷飛軌跡進(jìn)行回推，利用TrajStat[13]軟件提供的 Angle Distance算法對(duì)氣流軌跡進(jìn)行聚類，采用總空間方差(total spatial variance, TSV)對(duì)白背飛虱的回推軌跡分類質(zhì)量進(jìn)行判斷[14]。最終選取TSV 第二次迅速增大之前的分類結(jié)果，其原理為：最初幾步分類的 TSV 迅速增加，之后緩慢增加；當(dāng)類別分到一定數(shù)目后，TSV又迅速增大，說明此次合并類已經(jīng)非常不相似，分類合并結(jié)束；此次合并之前的各類即為分類結(jié)果。求出這幾類的平均軌跡,即代表該目標(biāo)點(diǎn)在分析期內(nèi)的主要?dú)饬鬈壽E類型。

在模擬軌跡分析時(shí)，假設(shè):①白背飛虱順風(fēng)遷移；②絕大多數(shù)白背飛虱在日出前1h內(nèi)或日落后1h內(nèi)起飛[4,7-8]；③模擬的起點(diǎn)遷飛高度分別選取距地面1000m、1500m[7-8,15-16]；④回推軌跡統(tǒng)一選擇燈下高峰日5∶00(UTC時(shí)間為前一日21∶00)作為回推分析的起始時(shí)刻，以降蟲區(qū)為起點(diǎn)，軌跡分析的飛行時(shí)間長(zhǎng)度分別取10h和34h，即從高峰日向過去回推10h(前一日19∶00)或者34h(前兩日19∶00)，每隔1h回推一次。

2 結(jié)果與分析

2.1 白背飛虱發(fā)生的氣象條件分析

根據(jù)白背飛虱逐日燈誘資料統(tǒng)計(jì)得出，南安市白背飛虱初見日期最早出現(xiàn)在2012年3月5日，最晚出現(xiàn)在2013年5月10日，其中3月出現(xiàn)頻率為50%，4月為37.5%，5月為12.5%；終見日期一般在10月，最晚出現(xiàn)在2019年10月31日。

2.1.1 年發(fā)生量與降水的關(guān)系

圖1為2012—2019年逐年南安市白背飛虱發(fā)生數(shù)量和3～10月降水量統(tǒng)計(jì)，由圖1可知，白背飛虱多年平均燈誘數(shù)量為8.6513萬(wàn)頭，白背飛虱燈誘數(shù)量最多年份為2016年，其次為2013年，數(shù)量分別為24.1295萬(wàn)頭和17.4972萬(wàn)頭，數(shù)量最少年份為2017年，僅有1.5843萬(wàn)頭。白背飛虱發(fā)生數(shù)量最多的年份(2016年)對(duì)應(yīng)3～10月期間的降水量也是歷年最多，發(fā)生數(shù)量最少的年份(2017年)降水量是歷年倒數(shù)第二少，可見，白背飛虱年發(fā)生數(shù)量多少與年降水量有一定的相關(guān)性，但降水并不是影響白背飛虱發(fā)生數(shù)量的主要原因。

圖1 2012—2019年逐年南安市白背飛虱發(fā)生數(shù)量、3～10月降水量統(tǒng)計(jì)

2.1.2 月發(fā)生量與降水、溫差的關(guān)系

2012—2019年南安市白背飛虱月平均發(fā)生數(shù)量和最大值統(tǒng)計(jì)如圖2所示，由圖2可以看出，白背飛虱月平均發(fā)生數(shù)量為1.0814萬(wàn)頭，其中3月數(shù)量最少，平均只有0.0039萬(wàn)頭，5月數(shù)量最多，平均達(dá)4.007萬(wàn)頭，6月數(shù)量次多，平均2.4017萬(wàn)頭。月極端最大值達(dá)14.0892萬(wàn)頭，出現(xiàn)在2013年5月，其次為9.7198萬(wàn)頭，出現(xiàn)在2016年6月。

圖2 2012—2019年南安市白背飛虱月平均發(fā)生數(shù)量統(tǒng)計(jì)

表1給出了白背飛虱歷年逐月發(fā)生數(shù)量與降水、溫度的相關(guān)性，從表1可以看出，白背飛虱月發(fā)生數(shù)量與月中雨天數(shù)、月降水天數(shù)以及月降雨量均呈正相關(guān)，其中，白背飛虱發(fā)生數(shù)量與月中雨天數(shù)的相關(guān)性最好，與月降雨量相關(guān)性次之，與月降雨天數(shù)的相關(guān)性不如月中雨天數(shù)，因此可知，中雨以上的天氣最有利于白背飛虱的發(fā)生；白背飛虱月發(fā)生數(shù)量與月平均氣溫(T)與27.5℃的絕對(duì)差值(即|T-27.5|)呈負(fù)相關(guān)，月平均氣溫越接近于27.5℃，越有利于白背飛虱的發(fā)生，反之，越不利于白背飛虱發(fā)生。

表1 2012—2019年各年逐月白背飛虱發(fā)生數(shù)量與各氣象要素的相關(guān)性

通過挑取白背飛虱發(fā)生的高峰期，得出2012—2019年3～8月、9～10月白背飛虱總遷入峰次和總蟲量統(tǒng)計(jì)(見圖3)，白背飛虱多年遷入總次數(shù)為37次，平均為4.6次/年。其中3～8月北遷總遷入量達(dá)64.686萬(wàn)頭，占全年總遷入量的93.5%，2016年遷入數(shù)量最多，為23.4154萬(wàn)頭，2014年次多，為16.518萬(wàn)頭，2017年最少，只有1.0291萬(wàn)頭；3～8月總遷入次數(shù)為29次，占全年總遷入次數(shù)的78.4%，其中2016年總遷入次數(shù)最多，為6次，2017年最少，只有2次；3～8月遷入峰期最大蟲量達(dá)12.6492萬(wàn)頭，出現(xiàn)在2013年5月18日～5月23日。

白背飛虱9～10月南遷總遷入量為4.5247萬(wàn)頭，占全年總遷入量的6.5%，其中2015年最多，為1.0456萬(wàn)頭，2014年最少，只有0.058萬(wàn)頭；總遷入次數(shù)2012年、2015年、2018年最多，分別有2次，2013年、2014年、2019年沒有遷入；遷入峰期最大蟲量為0.4672萬(wàn)頭，出現(xiàn)在2017年9月3日?？梢?，南安市白背飛虱主要高峰期出現(xiàn)在3～8月，以北遷害蟲為主。

圖3 2012—2019年3～8月、9～10月白背飛虱總遷入峰次和總蟲量統(tǒng)計(jì)

2.1.3 旬發(fā)生量與降水、溫差的關(guān)系

通過對(duì)歷年3～10月南安市白背飛虱旬平均發(fā)生數(shù)量、多年旬平均降水日數(shù)、旬平均降水量、以及旬平均氣溫與27.5℃的絕對(duì)差值(即|T-27.5|)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并繪制成變化規(guī)律圖，結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，白背飛虱北遷(3～8月)旬平均最多發(fā)生數(shù)量主要出現(xiàn)在5月中旬到6月中旬，南遷(9～10月)旬平均最多發(fā)生數(shù)量主要出現(xiàn)在8月中下旬，3月上旬到4月下旬、10月中下旬發(fā)生量最少。

圖4 2012—2019年白背飛虱逐旬發(fā)生數(shù)量及氣溫、降水變化特征

根據(jù)陳惠等[17]的研究結(jié)果，旬平均氣溫27.5℃是稻飛虱發(fā)生發(fā)展最適宜的溫度,旬降水日數(shù)越多，越有利于稻飛虱的發(fā)生發(fā)展。由表2可以看出，白背飛虱發(fā)生數(shù)量與旬降水日數(shù)、旬降雨量以及旬中雨日數(shù)均呈正相關(guān)，其中，與旬降雨量相關(guān)性最好，與旬中雨日數(shù)相關(guān)性次之，可見，降雨量影響白背飛虱的發(fā)生數(shù)量，旬降雨量越大，降雨天數(shù)越多，白背飛虱越易發(fā)生；白背飛虱旬平均發(fā)生數(shù)量與|T-27.5|呈負(fù)相關(guān)，旬平均氣溫(T)與27.5℃的偏差越小，白背飛虱越易發(fā)生，反之，白背飛虱越不易發(fā)生。

表2 2012—2019年白背飛虱旬平均發(fā)生數(shù)量與各氣象要素旬平均值的相關(guān)性

2.1.4 白背飛虱遷入高峰與降水的關(guān)系

圖5給出了2012—2019年逐年白背飛虱發(fā)生峰次及降水日數(shù)變化特征，由圖5可知，近幾年白背飛虱遷入峰次達(dá)到5次的5a中有3a降水日數(shù)超過平均值，降水日數(shù)多的年份，對(duì)應(yīng)白背飛虱遷入峰次也多，白背飛虱遷入峰次與年降水日數(shù)有關(guān)。同時(shí)，通過對(duì)白背飛虱遷入峰次與年降水量進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)白背飛虱遷入峰次與年降水量相關(guān)性不明顯。降水對(duì)白背飛虱的遷入(降落)有明顯的動(dòng)力迫降作用，無降水時(shí)的強(qiáng)下沉氣流也會(huì)對(duì)遷入峰次有較大的影響。

通過對(duì)南安市白背飛虱燈下誘蟲萬(wàn)頭以上遷入高峰期及當(dāng)日的地面降水進(jìn)行分析(表3)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)南安市白背飛虱遷入高峰期前均出現(xiàn)明顯降水，如2013年5月18-23日白背飛虱監(jiān)測(cè)數(shù)量為近年來發(fā)生量最多的高峰期，達(dá)12.6492萬(wàn)頭，其中5月21日高峰日單日蟲量達(dá)3.5072萬(wàn)頭，5月21日當(dāng)天降水量達(dá)32.4 mm，高峰日發(fā)生前2天及當(dāng)天均出現(xiàn)中雨以上降水，本次遷入過程降水總量達(dá)110.1mm；2016年6月10-13日白背飛虱監(jiān)測(cè)數(shù)量為歷年發(fā)生量次多的高峰期，達(dá)8.5894萬(wàn)頭，其中6月12日高峰日單日蟲量達(dá)5.304萬(wàn)頭，6月12日當(dāng)天降水量達(dá)22.7mm，高峰日發(fā)生前2天及當(dāng)天均出現(xiàn)降水，本次遷入過程降水總量達(dá)50.3mm。

通過以上分析可知，降水有利于遷飛中白背飛虱的沉降，降水日數(shù)及降水量大小對(duì)白背飛虱的遷入量有明顯影響，這與黃俊[8]、包云軒等[15]、宋煥增等[18]的研究結(jié)果基本相同。

表3 2012—2019年南安市白背飛虱發(fā)生萬(wàn)頭以上遷入高峰期降水?dāng)?shù)據(jù)

2.2 白背飛虱遷飛路徑和蟲源地分析

利用美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局(NOAA)與澳大利亞氣象局聯(lián)合開發(fā)的HYSPLIT平臺(tái)，對(duì)白背飛虱典型遷入的37個(gè)高峰日分別設(shè)置1000m和1500m兩層高度，分別回推10小時(shí)和34小時(shí)進(jìn)行模擬軌跡分析，并將模擬出來的后向軌跡進(jìn)行聚類分析，結(jié)果如圖6～圖9所示。

2.2.1 白背飛虱1000m高度10h聚類分析

由圖6可以看出，南安市白背飛虱遷入蟲源中，22.86%來自廣東東北部稻區(qū)，20%來自廣東中部稻區(qū)，17.14%來自廣東東部稻區(qū)，28.57%來自福建東部沿海稻區(qū)，11.43%為無效蟲源?？梢?，廣東中東部是南安白背飛虱1000m高度短時(shí)間遷飛的主要蟲源地，占60%，其次為福建東部沿海稻區(qū)，占28.57%。

圖6 2012—2019年白背飛虱發(fā)生高峰日1000m高度10小時(shí)后向軌跡聚類分析

2.2.2 白背飛虱1000m高度34h聚類分析

由圖7可以看出，南安市白背飛虱遷入蟲源中，47.07%來自廣東東北部稻區(qū)，44.12%來自廣東中部稻區(qū)，2.94%來自廣東北部稻區(qū)，5.88%為無效蟲源。可見，廣東中東部是南安白背飛虱1000m高度長(zhǎng)時(shí)間遷飛的主要蟲源地，占94.12%。

圖7 2012—2019年白背飛虱發(fā)生高峰日1000m高度34小時(shí)后向軌跡聚類分析

2.2.3 白背飛虱1500m高度10h聚類分析

由圖8可以看出，南安市白背飛虱遷入蟲源中，56.76%來自廣東東北部稻區(qū)，29.73%來自福建東部沿海稻區(qū)，13.51%為無效蟲源?？梢姡瑥V東東北部是南安白背飛虱1500m高度短時(shí)間遷飛的主要蟲源地，其次為福建東部沿海稻區(qū)。

圖8 2012—2019年白背飛虱發(fā)生高峰日1500m高度10小時(shí)后向軌跡聚類分析

2.2.4 白背飛虱1500m高度34h聚類分析

由圖9可以看出，南安市白背飛虱遷入蟲源中，51.43%來自廣東東部稻區(qū)，2.86%來自福建北部稻區(qū)，其余為無效蟲源。廣東東部是南安白背飛虱1500m高度長(zhǎng)時(shí)間遷飛的主要蟲源地，其次為福建北部稻區(qū)。

圖9 2012—2019年白背飛虱發(fā)生高峰日1500m高度34小時(shí)后向軌跡聚類分析

綜上所述，南安市白背飛虱主要遷入蟲源地為廣東中東部稻區(qū)，隨西南氣流遷入，其次為福建東南部沿海稻區(qū)，隨偏東或者偏南氣流遷入，極個(gè)別蟲源地為福建北部稻區(qū)。這與沈慧梅[4]、林泗海等[10]研究結(jié)論較為一致。

3 結(jié)果與討論

南安白背飛虱發(fā)生數(shù)量與降水量、降水天數(shù)以及中雨以上降水天數(shù)均呈正相關(guān)，降水有利于遷飛中白背飛虱的沉降，降水日數(shù)及降水量大小對(duì)白背飛虱的遷入量有明顯影響，降水日數(shù)越多，白背飛虱發(fā)生數(shù)量越多，遷入峰次也越多。

白背飛虱發(fā)生數(shù)量與氣溫(T)和27.5℃的絕對(duì)差值呈負(fù)相關(guān)，月、旬平均氣溫越接近27.5℃，越有利于白背飛虱發(fā)生；氣溫對(duì)白背飛虱發(fā)生數(shù)量的影響程度不如降水因子。

南安白背飛虱主要發(fā)生以3～8月北遷害蟲為主，3～8月總遷入量占全年總遷入量的93.5%，總遷入次數(shù)占全年總遷入次數(shù)的78.4%。3～8月大發(fā)生期主要出現(xiàn)在5月中旬到6月中旬，9～10月南遷大發(fā)生期主要出現(xiàn)在8月中旬到下旬。

南安市白背飛虱的主要遷入蟲源地為廣東東部，其次為福建東南部沿海，少數(shù)來自福建北部稻區(qū)。