臨城縣綠嶺核桃始花期預(yù)報(bào)

路漫漫，楊 帆，趙玉兵，楊麗娜，張杰

(1.邢臺市氣象局，河北 邢臺 054000；2.邢臺市南和區(qū)氣象局，河北 邢臺 054400)

臨城縣地處太行山脈東部，土壤鈣質(zhì)豐富。近年來臨城縣大力發(fā)展核桃種植，建成了我國北方最大的薄皮核桃生產(chǎn)基地，2010年被國家林業(yè)局和中國經(jīng)濟(jì)林協(xié)會被評為“中國核桃之鄉(xiāng)”。

全球氣候背景的變化，使春季作物物候期整體呈提前趨勢[1-4]。春季氣溫波動頻繁，一旦發(fā)生大幅降溫過程，果樹花、芽凍傷甚至凍掉落的幾率大大增加，對經(jīng)濟(jì)作物產(chǎn)量的損失不可逆轉(zhuǎn)[5]。精準(zhǔn)預(yù)測核桃始花期，花期來臨前為氣象災(zāi)害防御提供依據(jù)，盡可能地減輕或避免核桃花期凍害造成的損失，對核桃產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有重大意義。從目前研究成果來看，逐步回歸模型法預(yù)測作物花期在國內(nèi)應(yīng)用較為普遍。核桃一般為雌雄同株異花，且雌雄花的開花期不一致，針對臨城縣“綠嶺”品種核桃雌花始花期進(jìn)行預(yù)測。

1 資料與方法

1.1 資料來源

始花期數(shù)據(jù)來源于河北綠嶺果業(yè)公司，核桃品種為“綠嶺”，氣象數(shù)據(jù)來源于河北省臨城縣國家氣象站。

1.2 統(tǒng)計(jì)方法

根據(jù)歷年核桃花期觀測數(shù)據(jù)和果樹生長發(fā)育指標(biāo)，選取的氣象要素為：3月各旬氣溫、花期前各月的降水、日照、平均氣溫及平均最高氣溫和平均最低氣溫，以及當(dāng)年穩(wěn)定通過0、5、10 ℃的初日、1月～3月底的≥0、5、10 ℃<0 ℃的活動積溫。其中，穩(wěn)定通過0、5、10 ℃的初日采用五日滑動平均法計(jì)算，計(jì)算得到的初日同樣以1月1日為起始轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的日序數(shù)；積溫采用當(dāng)年1月1日的3月底每天的平均氣溫≥0、5、10 ℃<0 ℃之和計(jì)算得到。使用Excel2007計(jì)算、統(tǒng)計(jì)、分析氣象數(shù)據(jù)和物候數(shù)據(jù)，使用SPSS17.0進(jìn)行相關(guān)性分析、逐步回歸法建立模型。使用準(zhǔn)確率(AS)、均方根誤差(RMSE)對模型模擬效果進(jìn)行檢驗(yàn)。模型的模擬準(zhǔn)確率(AS)是檢驗(yàn)?zāi)Ｐ湍M效果的指標(biāo)，本文統(tǒng)計(jì)Δd?3下三種情況的準(zhǔn)確率。均方根誤差(RMSE)是國內(nèi)外作物模型中應(yīng)用較多的檢驗(yàn)?zāi)M值與實(shí)際觀測值偏離程度的統(tǒng)計(jì)量。

式中n表示樣本數(shù)量，n0分別表示模擬基本準(zhǔn)確的天數(shù)，Δd表示模型模擬日序數(shù)與實(shí)際花期日序數(shù)相差的天數(shù)，yi、Yi分別表示核桃花期的預(yù)測值和實(shí)際觀測值，當(dāng)RMSE值RMSE值越小時(shí)，預(yù)測效果較好。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣象要素與始花期的相關(guān)性分析

對始花期前不同階段的氣溫、積溫、當(dāng)年不同界限溫度初日與始花期進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果表明(表1)：核桃始花期與當(dāng)年3月各旬平均氣溫冬季氣溫、3月平均氣溫、3月平均最高氣溫、平均最低氣溫、≥10 ℃初日、≥0 ℃積溫、≥5 ℃積溫、≥10 ℃積溫和負(fù)積溫成呈顯著負(fù)相關(guān)，與≥0 ℃初日呈顯著性正相關(guān)，這表明花期前氣溫越高，≥0 ℃、≥5 ℃、≥10 ℃初日越早、積溫值累積越大，開花期越早；≥10 ℃積溫與開花期相關(guān)系數(shù)高達(dá)-0.919，這與農(nóng)業(yè)氣象學(xué)理論中，界限溫度≥10 ℃為喜溫樹種的活躍生長期的結(jié)論一致。

對始花期前降水、日照時(shí)數(shù)和地溫與始花期進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果表明(表2)：3月地溫與始花期的相關(guān)系數(shù)較其他月份高，其中3月平均最高地溫和土壤解凍日與始花期的相關(guān)性達(dá)到顯著性水平，這表明3月平均最高地溫的升高、土壤解凍日的提前可能會導(dǎo)致始花期的提前。降水、日照時(shí)數(shù)與始花期無明顯相關(guān)性。

表1 始花期與氣溫、積溫、不同界限溫度初日的相關(guān)系數(shù)

表2 始花期與降水、日照、地溫和土壤解凍日的相關(guān)系數(shù)

2.2 核桃始花期預(yù)報(bào)模型

將通過α=0.01檢驗(yàn)的氣象因子作為關(guān)鍵氣象因子，將關(guān)鍵氣象因子與核桃始花期做逐步回歸分析，排除共線性因素，得出臨城核桃花期預(yù)報(bào)模型：

y=-0.091x+115.351

式中，x為≥10 ℃的活動積溫值，y為核桃始花期的預(yù)測值。

2.3 模型模擬效果檢驗(yàn)

使用內(nèi)部檢驗(yàn)法檢驗(yàn)?zāi)M效果：模擬2006～2016年臨城核桃始花期，將模擬的花期序列與觀測花期進(jìn)行對比(圖1)，預(yù)測效果越好，圖2中模擬點(diǎn)均勻地分布在基準(zhǔn)線兩側(cè)，說明預(yù)測花期結(jié)果都出現(xiàn)了晚于或早于實(shí)際花期的情況，圖中有一點(diǎn)偏離y=x線較多，實(shí)際花期為2010年4月24日，模型預(yù)測花期為4月20日，預(yù)報(bào)偏差4天，經(jīng)查，該年1～3月日平均氣溫較常年偏低1.7 ℃，花前期積溫值不足，且4月起除4月4日、5日和8日氣溫較常年偏高外，其他日期氣溫均偏低(圖2)，雖未達(dá)到花期凍害臨界低值，但溫度低導(dǎo)致核桃花芽發(fā)育進(jìn)程緩慢，開花延遲。

圖1 模擬花期與實(shí)際花期內(nèi)部檢驗(yàn)分布

圖2 2010年4月臨城縣逐日氣溫與逐日氣溫距平值

計(jì)算模型模擬日序數(shù)與實(shí)際花期日序數(shù)相差的天數(shù)Δd，計(jì)算Δd≤3、Δd≤2、Δd≤21占花期序列總年數(shù)的百分比，分別記作模型模擬基本準(zhǔn)確率AS1、準(zhǔn)確率AS2和絕對準(zhǔn)確率AS3，計(jì)算均方根誤差RMSE。

表3 檢驗(yàn)?zāi)Ｐ湍M指標(biāo)

模型預(yù)測基本準(zhǔn)確率、準(zhǔn)確率和絕對準(zhǔn)確率分別達(dá)到了81.8%、72.7%和54.5%，均方根誤差為2.15 d。

2.4 核桃始花期試報(bào)

根據(jù)花期預(yù)測模型對2017、2018年核桃花期進(jìn)行預(yù)測，核桃始花期為4月13日、4月8日，實(shí)際2017、2018年核桃始花期為4月12日、4月10日，出現(xiàn)1 d、2 d的偏差。

3 結(jié)論

與溫度有關(guān)的因子對花期的作用相對較大，熱量條件是影響核桃開花的主要?dú)庀笠蜃?，氣溫升高可以使核桃花期提前，不同時(shí)段的氣溫對花期的影響程度也不同：越接近花期，氣溫的影響作用越大。統(tǒng)計(jì)氣象要素均為開花前期因子，臨城縣春季氣溫波動明顯，臨近時(shí)段氣象條件的驟然變化可能對預(yù)測效果存在影響，劇烈的降溫或升溫幅度增大可分別使花期退后或提前，因此可根據(jù)實(shí)時(shí)滾動預(yù)報(bào)對預(yù)測結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)訂正。