新源縣杏花始花期氣象預(yù)報研究

宋曉新，吾米提·居馬太，張國棟，張 琦，沈曉輝*

（1.伊犁州氣象局，新疆 伊寧835000；2.烏魯木齊市氣象局，新疆 烏魯木齊830002）

杏是伊犁主要栽培果樹品種之一，杏花在果樹花期中開放時間最早，具有較強的觀賞性。伊犁新源縣吐爾根鄉(xiāng)杏花溝，擁有2 000 hm2原始野杏林，現(xiàn)已聞名全國。每年杏花開放時游客如織，對旅游氣象尤其是花期專業(yè)氣象的服務(wù)需求日益迫切。

對果樹花期的相關(guān)研究已有大量的研究成果，主要集中在櫻花[1]、桂花[2]、桃樹[3]、蘋果[4-7]、梨樹[8]、檸檬[9]等不同果樹，包括利用氣象因子[10-11]、樹芽生長量[12]、花期天氣過程[13-15]、其他果樹物候期[16-18]、動物活動習(xí)性[19]等進行花期預(yù)報，對杏花的花期預(yù)報研究具有重要參考價值。由于地理環(huán)境差異、果樹生長特性的不同，花期預(yù)報均具有一定的區(qū)域特性。因此，利用1996—2020年的花期觀測資料，對新源縣杏花開花時間進行預(yù)報研究，旨在為新源杏花始花期氣象服務(wù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

新源縣位于新疆西北部，天山北麓，伊犁河谷東端，鞏乃斯河河谷地帶，素有“塞外江南”、“天山濕島”之稱。屬大陸性半干旱氣候，年均降水量476 mm，年均氣溫6.0～9.3℃，極端最高氣溫41.5℃，極端最低氣溫-34.7℃，年平均日照時數(shù)2 693.5 h，無霜期140～180 d，年平均蒸發(fā)量1 285.8 mm，冬暖夏涼，山地氣候特點明顯。

1.2 資料與方法

選取新源縣吐爾根鄉(xiāng)（83.48°E，43.55°N，海拔998 m）1996—2020年杏花始花期物候觀測資料，按《農(nóng)業(yè)氣象觀測規(guī)范》始花期定義為觀測植株上有一朵或同時幾朵花的花瓣開始完全開放的花朵日期。將始花期轉(zhuǎn)換為日序數(shù)（從每年1月1日記為1，1月2日記為2，……以此類推），得到每年的始花期序列。

杏花花期資料處理按公式Δt=Yt-Y進行距平處理，其中Δt為始花期距平序列，正值為始花期晚于常年，負值為始花期早于常年，Yt為杏花始花期序列，Y為1996—2017年的平均始花期。

采用新源縣1996—2020年氣象資料，包括旬和月的氣溫（平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫）、相對濕度、日照時數(shù)、降水、地溫等，考慮到因子交互作用，引入了溫濕比（相對濕度和溫度之比）和溫雨（降水量和溫度之比）比[21]，統(tǒng)計分析杏花花期與氣象要素的相關(guān)性，采用逐步回歸方法建立了杏花始花期預(yù)報方程，并進行檢驗及預(yù)測。其中1996—2017年數(shù)據(jù)用于始花期的模型建立，2018—2020年數(shù)據(jù)用于模型效果檢驗。采用DPS（V18.1）、Excel進行數(shù)據(jù)處理、分析及繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 杏花始花期年際變化分析

自1996年以來，2001和2016年杏花開花最早，3月24日開花；1996年開花最晚，4月22日開花，最早與最遲相差28 d。

1996—2017年平均始花期為4月5日（表1）。如果以平均日期前后3 d為正常開花日統(tǒng)計[1]，正常開花的年份有10 a。偏早年有2001、2002、2006、2008、2016年共5 a；偏遲年有1996、1998、2003、2010、2011、2012、2017年共7 a。

表1 吐爾根鄉(xiāng)杏花花期觀測資料

1996—2007年始花期日序數(shù)呈減少趨勢（圖1），傾向率為每10 a減少1.99 d（r=0.19，p=0.4），共減少4.38 d，即提前約4 d。

圖1 新源杏花始花期年際變化

2.2 氣象條件對始花期的影響分析

從表2可以看出，杏花的始花期與氣溫、相對濕度、日照、降水、地溫、溫濕比等氣象因子密切相關(guān)，單因子相關(guān)系數(shù)絕對值在0.50以上。

表2 杏花始花期與氣象因子相關(guān)關(guān)系

2.2.1氣溫對始花期的影響

始花期距平與3月各旬和月的平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫有明顯的相關(guān)性（圖2）。1—3月各旬的氣溫因子與始花期距平的相關(guān)系數(shù)變化趨勢基本一致，始花期距平與1月下旬和2月上旬平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫呈正相關(guān)，但相關(guān)不顯著。始花期距平與3月各旬的平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫呈極顯著負相關(guān)（P<0.01），氣溫越高，開花越偏早。

圖2 杏花始花期與氣溫的相關(guān)性分析

2.2.2相對濕度對始花期的影響

從杏花始花期距平與相對濕度的相關(guān)分析看（圖3），3月上旬和下旬及3月的杏花始花期距平與相對濕度呈極顯著正相關(guān)（P<0.01），相對濕度越大花期越延遲。

圖3 杏花始花期與平均相對濕度的相關(guān)性分析

2.2.3日照對始花期的影響

杏花始花期距平與3月上旬日照時數(shù)極顯著負相關(guān)（P<0.01），其余時段的日照時數(shù)相關(guān)但差異不顯著（圖4）。主要原因可能是花芽先于葉芽萌發(fā)，而植物主要通過葉片進行光合作用，花期前日照影響較小。

圖4 杏花始花期與日照時數(shù)的相關(guān)性分析

2.2.4降水量對始花期的影響

1月中旬、4月上旬和4月中旬的降水與始花期呈顯著負相關(guān)（P<0.05），降水越多，花期越晚，其余時期的降水對始花期有明顯影響，但相關(guān)性均未達到顯著水平。

2.2.5地溫對始花期的影響

由圖5可知，始花期距平與3月各旬平均地溫、平均最高地溫以及3月中下旬的平均最低地溫呈顯著負相關(guān)（P<0.05），地溫的升高有利于花期提早。

圖5 杏花始花期與地溫的相關(guān)分析

2.2.6特早和特遲年的異常氣候

通過對新源縣杏花開花特早年（2016年）的氣候分析發(fā)現(xiàn)，1—3月平均氣溫偏高，2月中下旬日照偏多，3月下旬降水偏少，有利于杏花始花期偏早。通過對新源縣杏花特遲年（1996年）的氣候分析發(fā)現(xiàn)，1—4月平均氣溫偏低，3—4月日照偏少，3—4月降水偏多，花期推遲。

2.3 杏花始花期預(yù)報模式的建立

2.3.1花期預(yù)測預(yù)報因子的選擇

杏花始花期平均在4月5日，需要提前10～20 d進行始花期預(yù)報，因此選用1—3月氣溫、地溫、相對濕度、日照作為擬選因子進行建模。其中3月各旬和3月平均氣溫、平均地溫、平均最高溫度、平均最高地溫、平均最低溫度，以及3月中下旬平均最低地溫與杏花始花期距平呈顯著負相關(guān)（P<0.05），說明始花期前溫度的積累對杏花開花早晚影響顯著。而3月上下旬、3月的相對濕度與杏花始花期呈顯著正相關(guān)（P<0.05），3月上旬日照與始花期呈顯著負相關(guān)（P<0.05）。

2.3.2花期預(yù)測模型的建立

利用DPS（V18.1）統(tǒng)計分析軟件對杏花始花期日序數(shù)與備選因子進行逐步回歸，得到杏花花期預(yù)報方程：

其中，Y表示花期日序數(shù)，X1為3月上旬日照，X2為0℃積溫，X3為3月平均氣溫。R=0.935 5，F(xiàn)=42.036 6＞F（3，18）0.01，P=0，杏花花期模型成立。

表3為杏花始花期預(yù)報的回歸方差分析，由表3可知，顯著性概率為0，回歸系數(shù)不為0，即方程有效。

表3 杏花始花期預(yù)報的回歸方差分析

2.3.3花期預(yù)測模型的檢驗

利用建立的杏花始花期模型，對1996—2017年吐爾根鄉(xiāng)杏花始花期進行擬合回代檢驗（圖6）。結(jié)果表明，始花期預(yù)報值與實際值相差1～2 d的準確率達到72.7%，相差3 d的準確率為27.2%。

圖6 杏花始花期預(yù)報值與實際值差異分析

2.3.4杏花始花期2018—2020年服務(wù)試報

對2018年新源吐爾根鄉(xiāng)杏花始花期進行預(yù)報檢驗，2018—2020年始花期預(yù)報值分別為3月28日、3月30日、4月2日，與實際相差分別為2、3、1 d，預(yù)報值基本吻合，該模型具有較高的精度。

3 結(jié)論

（1）通過新源縣1996—2017年氣象資料分析，得到新源縣杏花始花期平均出現(xiàn)在4月5日，最早出現(xiàn)在3月24日，最遲出現(xiàn)在4月22日，早晚相差28 d。

（2）杏花開花期受到前期氣溫、相對濕度、日照、降水、地溫等氣象條件的影響，其中3月各旬和3月平均氣溫、平均地溫、平均最高氣溫、平均最高地溫、平均最低氣溫，以及3月中下旬平均最低地溫與杏花始花期距平呈顯著負相關(guān)（P<0.05）。而3月上下旬、3月的相對濕度與杏花始花期呈顯著正相關(guān)（P<0.05），3月上旬日照與始花期呈顯著負相關(guān)（P<0.05）。

（3）選擇關(guān)鍵影響因子建立了杏花始花期預(yù)報模型，1996—2017年的回代檢驗中始花期預(yù)報值與實際值相差1～2 d的準確率達到63.6%，相差3 d的準確率為27.2%；2018—2020年的試報服務(wù)預(yù)測值與實際值相差分別為2、3、1 d，模型預(yù)報效果較好。

4 討論

已有研究成果表明，地面溫度、濕度、降水、日照對桂花開花期都有明顯影響[2]。對黃桃始花期的影響，以溫度因子影響大、日照因子影響次之，降水因子及其他氣象因子影響較小[3]。影響香梨盛花期的優(yōu)勢相關(guān)氣象因子是3月平均最高氣溫、4月至始花期平均氣溫與4月至始花期合計日照時數(shù)，同樣是溫度、日照因子影響大，降水因子影響較??；同時越冬期溫度水平高，光照充足，梨樹始花期就偏早，反之始花期就偏晚[8，17]。時積溫、相對日積溫更能體現(xiàn)其與桃樹、檸檬花期的內(nèi)在關(guān)系[9，18]，阿克蘇地區(qū)杏樹的開花盛期與氣溫穩(wěn)定通過3℃或5℃初日均呈較為顯著的正相關(guān)，但與3℃初日的相關(guān)性更好[11]。而櫻花花期則是上年12月到當(dāng)年3月各月平均氣溫與始花期均呈負相關(guān)，其中2月、冬季平均氣溫達極顯著，是始花期顯著提前的主要原因；2月、冬季平均氣溫每升高1℃，櫻花始花期分別提前1.66和2.86 d。

積溫預(yù)報法和氣象因子回歸預(yù)報法是當(dāng)前用于花期預(yù)報的主要方法。本研究對新源杏花花期的預(yù)報研究結(jié)果表明，始花期前的氣溫、相對濕度、日照、降水、地溫等對始花期有明顯影響，與桂花、黃桃、香梨等大部分研究結(jié)果基本一致，與櫻花花期、蘋果花期、阿克蘇地區(qū)杏花影響因子略有不同，可能是因為杏花花期氣象條件分析中未考慮冬季氣溫、初日、開春期等的影響。

除氣象因子外，杏花的開花期還受生長環(huán)境、栽培管理等其他條件的影響。本研究只選擇了氣溫、日照、相對濕度等氣象要素，其他因子如冬季氣溫、開春日期等相關(guān)因素的影響，還有待于進一步研究。