草地貪夜蛾遷飛大氣動力條件分析及過程模擬

郭安紅 王純枝 鄧環(huán)環(huán) 袁福香 何 亮 張 蕾

1)(國家氣象中心， 北京 100081) 2)(武漢區(qū)域氣候中心， 武漢 430074) 3)(吉林省氣象科學(xué)研究所， 長春 130062)

引 言

草地貪夜蛾(Spodopterafrugiperda)是原分布于美洲熱帶和亞熱帶地區(qū)的重大遷飛性害蟲[1-2]，2018年底—2019年初首次遷入我國云南[3]，2019年在我國26個省(區(qū)、市)1542個縣發(fā)生，2020年在我國27個省(區(qū)、市)1426個縣發(fā)生，2021年在我國27個省(區(qū)、市)1241個縣發(fā)生，已成為威脅我國玉米生產(chǎn)的重大遷飛性害蟲之一[4]。目前，草地貪夜蛾已成為亞洲東部地區(qū)季節(jié)性往返遷飛、常發(fā)性重要害蟲[5]。冬季草地貪夜蛾在我國華南、西南地區(qū)南部周年繁殖區(qū)完成世代繁殖，春夏季隨著氣溫回暖以及盛行風(fēng)向長江流域遷飛，繼而向黃淮、華北等北方玉米主產(chǎn)區(qū)擴(kuò)散危害，秋季則隨冷空氣入侵向南回遷[6]。

研究發(fā)現(xiàn)草地貪夜蛾春夏季北進(jìn)和秋季南回的遷飛活動與大氣低層風(fēng)向有密切關(guān)系，而大氣低層風(fēng)向又與我國中東部地區(qū)季風(fēng)活動密切相關(guān)。影響我國的夏季風(fēng)起源于3支氣流：一是西南季風(fēng)，以印度夏季風(fēng)最為典型，主要影響我國西藏東南部、云南大部和四川西南部，當(dāng)印度季風(fēng)北移時，西南季風(fēng)可深入我國大陸；二是流過東南亞和南海的跨赤道氣流，為低空西南氣流；三是來自西北太平洋副熱帶高壓(簡稱副高)西側(cè)的東南季風(fēng)，有時會轉(zhuǎn)為偏南或西南氣流[7]。一般情況下，前兩支氣流主要影響遷飛性昆蟲從南亞或東南亞遷入我國，副高西側(cè)的東南季風(fēng)是遷飛昆蟲在我國遠(yuǎn)距離遷飛活動的主要動力[7-10]。副高對我國天氣和氣候有重要影響[11]，每年勢力強(qiáng)弱、推進(jìn)時間存在差異，導(dǎo)致環(huán)流形勢和天氣系統(tǒng)每年也不完全一樣，大氣低層風(fēng)向也存在階段性變化。

目前研究認(rèn)為草地貪夜蛾成蟲遷飛適宜高度為距離地面500～800 m，大致位于925 hPa至850 hPa高度層[7]。遷飛適宜氣溫為20～25℃，氣溫過高或過低均不利于遷飛，低于15℃時成蟲活動能力降低、不能正常產(chǎn)卵[12]；遷飛適宜相對濕度為60%～90%，濕度過高增加飛行耗能，不利于遷飛，濕度過低會導(dǎo)致蟲體失水；降雨或下沉氣流會導(dǎo)致遷飛成蟲降落。因此，草地貪夜蛾在遠(yuǎn)距離遷飛擴(kuò)散過程中遇到低溫、降雨以及下沉氣流屏障，飛行會中斷。因此，草地貪夜蛾的遷飛與低層大氣的溫濕環(huán)境以及降雨、下沉氣流密切相關(guān)。

本文重點分析2019—2021年草地貪夜蛾在我國跨區(qū)域遷飛的大氣環(huán)流形勢和低層動力條件，通過遷飛層溫度場、濕度場等要素改進(jìn)混合單粒子拉格朗日綜合軌跡(Hybrid Single-particle Lagrangian Integrated Trajactory,HYSPLIT)模型，提高其在遇有低溫、降雨等屏障時迫降的判斷準(zhǔn)確度，并選取草地貪夜蛾北遷進(jìn)入長江流域和東北地區(qū)、秋季向南回遷以及冬季冬繁區(qū)擴(kuò)散的4次典型天氣過程，模擬其遷飛軌跡和落點，為進(jìn)一步掌握草地貪夜蛾在我國遷飛分布動態(tài)以及開展草地貪夜蛾精準(zhǔn)防控提供技術(shù)支撐。

1 資料和方法

1.1 HYSPLIT模型遷飛模擬

HYSPLIT模型是美國國家海洋和大氣管理局空氣資源實驗室研發(fā)的一種用于計算和分析大氣污染物輸送、擴(kuò)散軌跡的專業(yè)模式[13]，能夠計算空氣團(tuán)軌跡[14-15]，模擬沙塵、對流層臭氧、二氧化硫等的擴(kuò)散[16-19]，近年也逐漸應(yīng)用于蝗蟲等昆蟲遷飛軌跡的模擬[20-23]?；贖YSPLIT模型，通過不同氣象數(shù)據(jù)源以及針對模擬對象(沙塵、氣溶膠或遷飛昆蟲)的特征設(shè)定參數(shù)，即可對模擬對象的輸送、擴(kuò)散軌跡進(jìn)行模擬。

本文所用HYSPLIT模型采用NCEP GFS預(yù)報再分析資料作為氣象驅(qū)動場，模擬對象設(shè)置參數(shù)包括蟲源起飛點經(jīng)緯度、遷飛高度、飛行起止時間等。蟲源起飛點經(jīng)緯度根據(jù)農(nóng)業(yè)部門草地貪夜蛾直報系統(tǒng)中成蟲出現(xiàn)縣(市)設(shè)定，遷飛高度設(shè)置為500～1000 m，設(shè)定草地貪夜蛾在夜晚起飛，凌晨降落，遷飛時長為10 h；白天草地貪夜蛾原地停留，下一夜晚以停留地為起飛點繼續(xù)遷飛。草地貪夜蛾遷飛速度為遷飛高度對應(yīng)的高空風(fēng)速與草地貪夜蛾本身飛行速度之和，草地貪夜蛾本身飛行速度設(shè)為4.5 m·s-1[7,24]。

對HYSPLIT模型進(jìn)行簡單改進(jìn)，主要包括:當(dāng)遷飛高度層氣溫低于15℃時，蟲體設(shè)定為迫降；當(dāng)遷飛層相對濕度高于90%和低于60%時，蟲體設(shè)定為迫降。

1.2 氣象資料

本文使用氣象資料包括大氣環(huán)流特征資料及HYSPLIT模型所用的數(shù)值天氣預(yù)報分析場資料。大氣環(huán)流特征分析采用2019—2021年美國國家環(huán)境預(yù)報中心(NCEP)逐日再分析資料，水平分辨率為2.5°×2.5°，包括1000 hPa至10 hPa 共17層的位勢高度、氣溫、緯向風(fēng)和經(jīng)向風(fēng)，1000 hPa至300 hPa各層比濕，1000 hPa至100 hPa各層垂直速度，主要采用925 hPa位勢高度(相當(dāng)于距地面600～800 m高度)風(fēng)場資料分析草地貪夜蛾春夏季北遷和秋季向南回遷的動力條件。HYSPLIT模型采用NCEP GFS數(shù)值天氣預(yù)報再分析資料，水平分辨率為 0.25°×0.25°。

1.3 草地貪夜蛾蟲情資料

草地貪夜蛾蟲情資料包括草地貪夜蛾遷飛規(guī)律的觀測資料以及HYSPLIT模型模擬的蟲源資料和驗證資料。

根據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部《草地貪夜蛾測報技術(shù)規(guī)范》，草地貪夜蛾在我國主要分布在3個區(qū)域：一是周年繁殖區(qū)，主要位于我國西南、華南的熱帶、亞熱帶氣候分區(qū)，包括云南中南部和廣西、廣東、福建、海南等地；二是遷飛過渡區(qū)，包括中亞熱帶和北亞熱帶氣候區(qū)的福建、湖南、江西、湖北、江蘇、安徽、浙江、上海、重慶、四川、貴州、陜西等省(區(qū)、市)；三是北方玉米重點防范區(qū)，包括我國北方溫帶氣候區(qū)的安徽、陜西、河南、山東、河北、山西、北京、甘肅、寧夏、新疆、青海、遼寧、吉林、黑龍江等省(區(qū)、市)。

用于HYSPLIT模型模擬及北遷驗證的草地貪夜蛾蟲情資料主要來源于農(nóng)業(yè)部門草地貪夜蛾監(jiān)測直報系統(tǒng)。該直報系統(tǒng)每日記錄草地貪夜蛾成蟲和幼蟲出現(xiàn)縣(市)，并統(tǒng)計截至當(dāng)日各省累計出現(xiàn)縣(市)數(shù)量。因此，將模擬過程前(一般為前1旬旬末)成蟲分布省份和縣(市)點作為遷飛過程模擬蟲源點輸入HYSPLIT模型，模擬過程后(過程當(dāng)旬末)新增成蟲分布省份和縣(市)點用作模擬過程的驗證對比；此外，成蟲到達(dá)遷入地先產(chǎn)卵，卵發(fā)育成幼蟲可以查見，也表明該地有成蟲遷入，因此過程結(jié)束后一段時間內(nèi)新增幼蟲分布省份和縣(市)點也表明有成蟲遷入。一般在15℃條件下，卵發(fā)育成2～3齡可見幼蟲約需20～30 d； 20℃條件下，卵發(fā)育成2～3齡可見幼蟲約需10～15 d[25-26],因此將模擬過程后2～3旬幼蟲新增點也用于模擬過程驗證；境外蟲源模擬點主要位于緬甸、泰國、老撾、越南等國家的北部農(nóng)業(yè)區(qū)。

利用草地貪夜蛾直報系統(tǒng)監(jiān)測資料驗證草地貪夜蛾向南回遷的局限性是大部分地區(qū)已經(jīng)出現(xiàn)過草地貪夜蛾遷入，新增的縣(市)點非常有限。為此，本文選取遷飛過渡區(qū)湖北的當(dāng)陽、松滋、咸安、云夢、老河口、黃陂等52個草地貪夜蛾觀測站周報資料進(jìn)行分析驗證，包括高空燈、常規(guī)測報燈和性誘捕器觀測資料。高空燈資料常用于檢驗遷入成蟲量，常規(guī)燈及性誘捕器數(shù)據(jù)多用于檢驗當(dāng)?shù)卣w成蟲量。

1.4 典型天氣過程選取

低空急流被認(rèn)為與遷飛性昆蟲的遷飛過程密切相關(guān)[27-29]，國內(nèi)外雷達(dá)昆蟲學(xué)觀測證實遷飛昆蟲種群的大多數(shù)個體集聚在邊界層附近最大風(fēng)速帶或不同尺度低空急流中成層飛行[30]。北美落基山東側(cè)大平原低空急流是最著名的北遷種群“傳送帶”[31]。低空急流表現(xiàn)為850 hPa或700 hPa上風(fēng)速不低于12 m·s-1的西南風(fēng)風(fēng)速帶，最大可達(dá)30 m·s-1，此時925 hPa盛行較強(qiáng)勁的偏南氣流，是遷飛昆蟲遠(yuǎn)距離遷飛的主要動力；低空急流兩側(cè)有較強(qiáng)的風(fēng)速水平切變，往往與強(qiáng)降水關(guān)聯(lián)。在急流左側(cè)，常有切變線和低渦活動，伴有大片降水區(qū)，并在雨帶中生成暴雨中心，是輻合上升運(yùn)動區(qū)，常常成為遷飛昆蟲起飛的動力源；急流右側(cè)為輻散下沉運(yùn)動區(qū)，天氣晴朗，無成片降水發(fā)生，多為遷飛昆蟲降落地。因此，選取2021年5月13—15日南方低層切變系統(tǒng)北抬、2021年9月7—9日華北、東北高空冷渦和低層風(fēng)切變以及2022年1月26—28日西南急流共3次天氣過程開展分析，期間云南、廣東、廣西、湖南、江西、貴州、山東、河北等地925 hPa均盛行南風(fēng)，有利于草地貪夜蛾向北遷飛。向南回遷的過程中，隨冷空氣勢力增強(qiáng)，當(dāng)偏北風(fēng)風(fēng)速不低于10 m·s-1時也有利于草地貪夜蛾的回遷，因此選取2021年9月5—7日冷渦東移并與黃淮氣旋疊加導(dǎo)致華北南部至長江中游偏北氣流增強(qiáng)，期間陜西南部、河北南部以及河南大部分地區(qū)925 hPa均盛行偏北風(fēng)，有利于草地貪夜蛾向南回遷。

本文插圖中所涉及的中國國界和行政區(qū)域界線基于審圖號為GS(2017)3220號標(biāo)準(zhǔn)地圖制作，底圖無修改。

2 結(jié)果分析

2.1 草地貪夜蛾遠(yuǎn)距離遷飛的大氣環(huán)流背景

根據(jù)草地貪夜蛾成蟲跨區(qū)(遠(yuǎn)距離)遷飛規(guī)律及相關(guān)研究[3,4,6,7,12]，草地貪夜蛾春夏季從熱帶亞熱帶周年繁殖區(qū)(Ⅰ區(qū))到中亞熱帶和北亞熱帶遷飛過渡區(qū)(Ⅱ區(qū))，再到溫帶氣候玉米產(chǎn)區(qū)(Ⅲ區(qū))的北遷過程，以及秋季從Ⅲ區(qū)到Ⅱ區(qū)再回到Ⅰ區(qū)的南遷過程，可以劃分為4個越區(qū)時間階段：4—5月從Ⅰ區(qū)到Ⅱ區(qū)北遷，6月中旬—8月中旬從Ⅱ區(qū)到Ⅲ區(qū)北遷，8月下旬—9月中旬從Ⅲ區(qū)到Ⅱ區(qū)南回，10月下旬—11月從Ⅱ區(qū)到Ⅰ區(qū)南回。

草地貪夜蛾成蟲跨區(qū)遷飛與東亞地區(qū)大氣環(huán)流季節(jié)性變化關(guān)系密切。1—2月草地貪夜蛾在云南中南部、廣西、廣東、福建、海南等地完成世代繁殖，期間也有境外蟲源不斷從緬甸等中南半島國家遷入我國。3月副高脊線位于14°～20°N，我國低緯度地區(qū)除了云南大部為西南風(fēng)外，華南大部分地區(qū)為東風(fēng)或東南風(fēng)，江南至西南地區(qū)東部為東風(fēng)，不利于草地貪夜蛾向北遠(yuǎn)距離遷飛；但3月低緯度地區(qū)風(fēng)場仍有利于草地貪夜蛾從境外蟲源地遷入我國云南、廣西部分地區(qū)。4—5月東南季風(fēng)生成并擴(kuò)展到華南，5月南海夏季風(fēng)爆發(fā)，我國長江以南大部分地區(qū)925 hPa風(fēng)向逐漸轉(zhuǎn)為南風(fēng)或偏南風(fēng)，有利于草地貪夜蛾北上進(jìn)入Ⅱ區(qū)。6月—7月上中旬副高脊線越過20°N，在20°～30°N兩次北跳，西南氣流繼續(xù)向北推進(jìn)，我國中東部大部分地區(qū)925 hPa風(fēng)向為東南風(fēng)或南風(fēng)，有利于草地貪夜蛾繼續(xù)北上。7月下旬—8月上旬副高脊線跨越30°N，到達(dá)一年中最北位置(約為35°N)，西南氣流也最北，草地貪夜蛾完成從Ⅱ區(qū)到Ⅲ區(qū)的北遷過程。8月下旬—9月上旬冷空氣逐漸增強(qiáng)，副高脊線開始南退，10月以后退至20°N以南，即南退時間短、速度快，我國中東部大部分地區(qū)以偏北風(fēng)為主，草地貪夜蛾完成從Ⅲ區(qū)到Ⅱ區(qū)、再到Ⅰ區(qū)的南回過程。

2.2 草地貪夜蛾遷飛擴(kuò)散動力條件

盡管草地貪夜蛾的北遷南回過程大體遵循以上規(guī)律，但由于每年副高強(qiáng)度不同，脊線位置和西伸程度不同[11]，導(dǎo)致西南氣流年際變化大，草地貪夜蛾遷飛擴(kuò)散風(fēng)場動力條件也存在差別；西南氣流攜帶暖濕水汽以及冷暖空氣交匯產(chǎn)生降水等會導(dǎo)致遷飛蟲體迫降，因此草地貪夜蛾的北遷南回速度有別。

2019年4月副高脊線位置接近常年，但南支槽偏強(qiáng)，有利于孟加拉灣水汽在我國北上，江南南部、華南、西南地區(qū)東部等地產(chǎn)生降水，且西南地區(qū)東部至華南、江南南部925 hPa南風(fēng)持續(xù)時間較長，主要時段集中在4月6—10日和4月17—25日，總體有利于草地貪夜蛾持續(xù)從中南半島遷入我國西南、華南地區(qū)以及在西南、華南地區(qū)定殖的成蟲向江南地區(qū)遷飛。由于2019年初草地貪夜蛾剛侵入我國，定殖蟲量較少。2020年4月副高脊線位置接近常年，北界維持在20°N附近，南支槽偏弱，受東亞大槽和副高的共同影響，除云南中西部925 hPa 以西南風(fēng)為主，有利于草地貪夜蛾持續(xù)從中南半島遷入外，西南地區(qū)東部至華南地區(qū)大部時段為弱東風(fēng)或東南風(fēng)，不利于境外蟲源遷入以及西南、華南當(dāng)?shù)叵x源向長江中下游地區(qū)遷飛，草地貪夜蛾仍主要在華南和西南地區(qū)南部為害。2021年4月副高較常年偏弱，南支槽偏強(qiáng)，菲律賓附近為氣旋式環(huán)流，云南大部分地區(qū)925 hPa為西南風(fēng)，西南地區(qū)東部至華南大部分地區(qū)為東風(fēng)或東南風(fēng)，與2020年相似。

2019年5月、2020年5月和2021年5月副高均偏北偏西，2019年5月西南地區(qū)東部至華南 925 hPa以偏南風(fēng)為主；2020年5月和2021年5月西南地區(qū)東部、華南、長江中下游地區(qū)均以南風(fēng)為主，風(fēng)場條件有利于西南地區(qū)和華南冬繁蟲源遷飛至長江中下游地區(qū)以及境外蟲源遷入。2019年5月南海夏季風(fēng)爆發(fā)時間較常年明顯偏早(第2候，常年為5月23日)[32]，2020年5月和2021年5月南海夏季風(fēng)爆發(fā)時間分別較常年偏早1候和偏晚1候[33-34]。季風(fēng)爆發(fā)后兩周內(nèi)，西南暖濕水汽從熱帶印度洋和南海輸送至東亞大陸，長江以南地區(qū)強(qiáng)降水過程顯著增多，因此2019年5月季風(fēng)爆發(fā)早有利于草地貪夜蛾較早、較快地從西南、華南地區(qū)進(jìn)入長江中下游地區(qū)。

氣候平均上，6月東亞大氣環(huán)流向夏季型轉(zhuǎn)變，6—7月副高向北推進(jìn)，我國中東部大部分地區(qū)925 hPa 以偏南風(fēng)為主，有利于草地貪夜蛾成蟲遠(yuǎn)距離遷飛至長江中下游及以北地區(qū)。6月西北地區(qū)東南部、黃淮地區(qū)的夏玉米陸續(xù)播種出苗，為草地貪夜蛾北遷進(jìn)入該地區(qū)提供良好食源條件，西北地區(qū)東南部、黃淮地區(qū)成為草地貪夜蛾覆瓦式遷飛的優(yōu)良落腳點。據(jù)觀測，2019年6月陜西和河南草地貪夜蛾點分別突增至19個和35個縣，而2021年截至7月初，陜西和河南草地貪夜蛾發(fā)生縣分別為2個和1個，顯然2019年草地貪夜蛾向北擴(kuò)散進(jìn)度較快[3]。環(huán)流形勢分析顯示2019年6—7月中旬副高的西脊點顯著偏南[32]，水汽輸送主要集中在我國長江中下游及其以南地區(qū)；2020年6月副高位置偏西偏北，7月偏西偏南[33]，長江中下游地區(qū)梅雨出現(xiàn)早、持續(xù)時間長；2021年6月副高位置南北變化較大，7月偏西偏北[34]，梅雨出現(xiàn)早、結(jié)束早、雨量少。由于副高西側(cè)偏南氣流攜帶大量水汽、且多為上升氣流，副高主體控制下多為下沉氣流和晴好天氣，因此2019 年6—7月草地貪夜蛾較快北遷至長江中下游及以北地區(qū)，這與副高西脊點的位置、梅雨持續(xù)時間等均有關(guān)。

氣候平均上，8月副高位置繼續(xù)向東向北推進(jìn)。2019年8月副高偏北、大陸高壓偏強(qiáng)，華北及以南大部分地區(qū)925 hPa以東風(fēng)為主，中東部地區(qū)草地貪夜蛾向北遷飛擴(kuò)散整體受抑；2020年8月副高偏南偏西，中東部大部地區(qū)925 hPa以南風(fēng)為主，有利于草地貪夜蛾繼續(xù)向北擴(kuò)散；2021年8月副高明顯偏西，冷空氣影響以東路為主，華南和西南地區(qū)南部925 hPa以南風(fēng)為主，有利于該地蟲源向北遷飛擴(kuò)散，但冷空氣與暖濕氣流交匯于我國中東部地區(qū), 黃淮西部、西南地區(qū)東北部、長江中下游等地降水較常年偏多，阻斷了該地蟲源向北遷飛；華北和東北地區(qū)925 hPa仍以南風(fēng)或西南風(fēng)為主，有利于當(dāng)?shù)夭莸刎澮苟瓿上x繼續(xù)向北擴(kuò)散。

2019年9月副高主體位于西北太平洋且明顯偏西偏強(qiáng)，華東、長江中下游及以南大部分地區(qū)925 hPa 為東北風(fēng)，2020年9月副高呈東西帶狀分布，位置偏東偏南，長江中下游以南地區(qū)以東北風(fēng)為主，均有利于長江中下游地區(qū)草地貪夜蛾向南回遷。2021年9月副高偏西偏強(qiáng)，中東部平均風(fēng)較弱，草地貪夜蛾南回進(jìn)度偏慢，其中9月上旬華北至東北地區(qū)存在階段性南風(fēng)，反而有助于草地貪夜蛾北遷，但是北方地區(qū)玉米接近成熟，食源條件轉(zhuǎn)差，遷入草地貪夜蛾已難以對玉米造成嚴(yán)重威脅。

2.3 典型天氣過程遷飛軌跡及落區(qū)模擬

2.3.1 2021年5月13—15日南方低層切變系統(tǒng)北抬，草地貪夜蛾北遷進(jìn)入長江以北

截至2021年5月10日，草地貪夜蛾成蟲主要分布在云南、貴州、廣東、廣西、海南、福建等省大部分地區(qū)以及湖南、浙江的部分縣(市)和江西的個別縣(市)。2021年5月中旬，副高及西南低空急流較常年明顯偏強(qiáng)，位置偏北。5月13—14日南支槽配合低空切變系統(tǒng)北抬，西南急流顯著增強(qiáng)，850 hPa最大風(fēng)速達(dá)28 m·s-1，湖南、貴州、江西925 hPa急流加強(qiáng)并伴有明顯的輻合上升運(yùn)動。受冷暖空氣交匯和急流水汽輸送的影響，14—16日西南地區(qū)東部至長江中下游出現(xiàn)明顯降水，有利于草地貪夜蛾沉降。此外，我國淮河以南大部地區(qū)925 hPa氣溫均大于15℃，其中長江以南大部地區(qū)為20～25℃，適宜草地貪夜蛾遷飛。

選取云南、廣西、廣東、湖南、江西、貴州共91個蟲源模擬點，利用改進(jìn)的HYSPLIT模型模擬2021年5月13—15日遷飛軌跡及落點(草地貪夜蛾在夜間遷飛，即從13日夜晚開始模擬)，結(jié)果如圖1所示。由圖1云南草地貪夜蛾遷飛模擬軌跡可見，云南25個蟲源模擬點基本可覆蓋5月上旬草地貪夜蛾成蟲的出現(xiàn)區(qū)域，13—15日模擬的遷飛軌跡為西南—東北走向，有效遷飛時長為1～3 d，最遠(yuǎn)可以飛到重慶南部，遷飛3 d主要降落點位于云南中北部、貴州西北部、重慶南部和四川東南部，遷飛路徑上無低溫屏障，主要因下沉氣流和降雨迫使其降落。由圖1廣西草地貪夜蛾遷飛模擬軌跡可見，廣西15個蟲源模擬點為廣西北部5月上旬成蟲出現(xiàn)的區(qū)域，13—15日模擬的遷飛軌跡為南北略偏東走向，有效遷飛時長為1～3 d，其西側(cè)軌跡在第3日出現(xiàn)明顯回遷。理論上最遠(yuǎn)遷飛點為黃淮南部，但長江中下游地區(qū)降水屏障的阻礙作用導(dǎo)致其迫降，因此遷飛3 d降落點位于貴州北部、重慶、四川東部、湖南西北部、湖北中部等地。由圖1廣東草地貪夜蛾遷飛模擬軌跡可見，廣東23個蟲源模擬點主要為廣東北部5月上旬草地貪夜蛾成蟲的出現(xiàn)區(qū)域，5月13—15日模擬的遷飛軌跡為南北偏東走向，同樣長江中下游地區(qū)降水屏障的阻礙作用導(dǎo)致其迫降，因此有效遷飛時間多為1 d(5月13日)，有效降落點主要位于湖南東北部、湖北東部、江西、浙江、江蘇南部和安徽中南部 。由圖1湖南草地貪夜蛾遷飛模擬軌跡可見，湖南10個蟲源模擬點模擬的遷飛軌跡為南北偏西走向，最遠(yuǎn)可以遷飛到河南南部，但長江中下游地區(qū)降水屏障的阻礙作用使遷飛3 d的主要降落點位于湖北中西部和重慶東部。由圖1江西草地貪夜蛾遷飛模擬軌跡可見，江西10個蟲源模擬點模擬的遷飛模擬軌跡為南北偏東走向，有效遷飛時長多為1 d，最遠(yuǎn)也可以遷飛到河南南部和安徽北部，主要降落點位于湖北中東部和安徽中部。由圖1貴州草地貪夜蛾遷飛模擬軌跡可見，貴州8個蟲源模擬點模擬的遷飛軌跡為南北偏西走向，有效遷飛時間為1～3 d，但在14—15日出現(xiàn)明顯回遷軌跡，主要降落點位于四川東部、重慶和湖北西南部。反推軌跡可知，此次過程遷入江蘇、安徽的草地貪夜蛾主要來源是廣東、江西，遷入湖北的草地貪夜蛾主要來源是廣西、湖南和江西，遷入四川東部和重慶的草地貪夜蛾主要來源是云南、廣西、湖南和貴州。

與5月10日相比，5月20日新增成蟲縣(市)點主要集中在云南、四川、貴州、重慶、廣東、廣西、福建、湖南、江西、浙江、湖北和江蘇等省，其中四川和浙江新增5個縣(市)點，江西、江蘇和湖北新增4個縣(市)點，江蘇首次出現(xiàn)成蟲(圖2)。5月30日幼蟲新增縣(市)點也集中在上述省份，其中湖南新增幼蟲縣(市)點最多，為36個；貴州、江西、安徽和浙江次多，為10～14個；安徽、江蘇兩省首次出現(xiàn)幼蟲(圖2)。由5月11—20日925 hPa風(fēng)場條件可見，除了5月13—15日為南風(fēng)，有利于草地貪夜蛾向北遷飛外，其余時段均為北風(fēng)，不利于草地貪夜蛾北遷，因此判斷草地貪夜蛾成蟲隨5月13—15日向北遷入上述部分省及市(縣)，安徽、江蘇以及湖北部分地區(qū)為成蟲首次北遷進(jìn)入，HYSPLIT模型模擬的2021年5月13—15日遷飛軌跡、落點與上述區(qū)域一致，模擬結(jié)果可信。

2.3.2 2021年9月7—9日華北、東北高空冷渦和低層風(fēng)切變，草地貪夜蛾北遷進(jìn)入遼寧

截至2021年8月31日，草地貪夜蛾成蟲最北見蟲點主要分布在河北中部、天津、陜西、寧夏、甘肅東部等地，其中河北中部、天津和山東北部的部分縣(市)的蟲源最有可能擴(kuò)散到東北玉米主產(chǎn)區(qū)。2021年9月7—9日受華北、東北高空冷渦和低層風(fēng)切變影響，內(nèi)蒙古中東部、京津冀、東北地區(qū)等地為小到中雨，部分地區(qū)大到暴雨，并伴有強(qiáng)對流天氣，其中8日渦前低空切變斜壓發(fā)展，9日850 hPa切變加深，偏南急流增強(qiáng)至20 m·s-1，主要過程集中在8—9日。期間925 hPa華北至東北地區(qū)的西南風(fēng)較強(qiáng)勁，有利于草地貪夜蛾向東北地區(qū)遷飛，但因部分地區(qū)存在較強(qiáng)降水及強(qiáng)對流天氣，下沉氣流和降雨使其降落，同時吉林中西部氣溫低于15℃，氣溫屏障也使其提前降落。

選取河北中部、山東半島20個蟲源點利用HYSPLIT模型模擬2021年9月7—9日遷飛軌跡及落點，結(jié)果如圖3所示。由圖3可見，河北中部12個點第1日(7日)的遷飛路徑比較復(fù)雜，有東北向和南向，南向甚至回遷到山東大部分地區(qū)，但是第2日(8日)和第3天(9日)在強(qiáng)勁西南風(fēng)的條件下向東北方向遷入遼寧境內(nèi)，伴隨下沉氣流或降水降落為害，由于吉林925 hPa氣溫降至15℃以下，草地貪夜蛾不再向吉林境內(nèi)遷入。山東半島8個蟲源點模擬的遷飛軌跡為向東或向東南方向遷飛，不會降落進(jìn)入我國東北地區(qū)。

截至2021年9月10日,遼寧省新增6個成蟲縣(市)點。分析9月1—10日925 hPa風(fēng)場條件可見，除了2日和7—9日華北地區(qū)風(fēng)場為西南風(fēng)，有利于草地貪夜蛾向北遷飛外，其余時段均為北風(fēng)，不利于草地貪夜蛾北遷。由于2日風(fēng)速較小，不足10 m·s-1，草地貪夜蛾遠(yuǎn)距離遷飛動力不足，因此判斷遼寧新增的6個成蟲縣(市)為伴隨7—9日華北、東北低層風(fēng)切變過程遷入，HYSPLIT模型模擬的遷飛軌跡、落點與上述區(qū)域一致，模擬結(jié)果可信。

2.3.3 2021年9月5—7日冷渦東移疊加黃淮氣旋，華北黃淮草地貪夜蛾向南回遷

2021年9月5日受東移冷渦影響，華北中部以南至長江中游一帶受偏北氣流影響，且與黃淮氣旋疊加，5—6日河北中南部、河南大部、湖北中東部925 hPa北風(fēng)風(fēng)速約為8～12 m·s-1，有利于華北南部、黃淮草地貪夜蛾向南回遷。

選取河北、河南、陜西南部35個蟲源點，模擬9月5—7日向南回遷軌跡及落點，結(jié)果如圖4所示。由圖4河北的模擬軌跡可見，河北6個蟲源中有5個為明顯向南回遷軌跡，有效遷飛時長為1～3 d，第1日(5日)為東北—西南走向，第2日(6日)為西北—東南走向，第3日(7日)個別蟲源點又出現(xiàn)向北的短距離遷飛，1～3 d的降落點主要分布在河北、山西、河南和湖北。由圖4河南的模擬軌跡可見，河南17個蟲源點軌跡模擬顯示中西部蟲源點出現(xiàn)明顯向南回遷，有效遷飛時長為1～3 d，有效降落點主要位于河南、湖北、重慶、湖南和江西；東部蟲源點受黃淮氣旋的影響路徑向東，有效遷飛時長為1 d。由圖4陜西的模擬軌跡可見，陜西12個蟲源點軌跡模擬均顯示向南回遷，遇陜西南部和四川盆地的降水而降落，有效遷飛時長為1 d，落點集中在陜西南部和四川盆地北緣。

9月上旬湖北11個觀測站高空測報燈、常規(guī)測報燈和性誘捕器監(jiān)測到草地貪夜蛾成蟲高峰(圖5)。由圖5松滋站可見，松滋站高空測報燈資料顯示9月5日出現(xiàn)遷入高峰，9月2日和6日出現(xiàn)遷入小高峰，常規(guī)測報燈和性誘捕器數(shù)據(jù)顯示9月3日為成蟲高峰日。由圖5云夢站可見，云夢站常規(guī)測報燈和性誘捕器資料顯示9月9日為成蟲高峰日。英山站性誘捕器監(jiān)測資料顯示9月9日為成蟲、幼蟲高峰日(圖略)。此外，在當(dāng)陽、廣水、蔡甸、麻城等地性誘捕器監(jiān)測也顯示9月9日誘蛾量較大。雖然常規(guī)測報燈和性誘捕器監(jiān)測的高峰未必完全是遷飛來的成蟲，但1日內(nèi)成蟲量突增仍可表明近期有遷入蟲源補(bǔ)充。松滋站高空測報燈分別在9月5日和6日出現(xiàn)高峰和小高峰，表明該時段有成蟲遷入。由9月1—10日湖北925 hPa風(fēng)場可見，3日為東南風(fēng)，風(fēng)速平均為4～8 m·s-1，5—6日大部地區(qū)為北風(fēng)，風(fēng)速平均為 8～12 m·s-1，其他時段風(fēng)力很小。綜合上述分析，9月上旬湖北松滋、云夢等地出現(xiàn)草地貪夜蛾成蟲遷入，有利于其向南回遷的天氣過程主要集中在5—6日，用HYSPLIT模型模擬的河北、河南遷飛軌跡、落點均指示湖北為落區(qū)，模擬結(jié)果可信。

2.3.4 2022年1月26—28日西南急流過程，草地貪夜蛾在冬繁區(qū)擴(kuò)散

2022年1月20日草地貪夜蛾主要在云南、四川南部、廣東、廣西、海南、福建南部等冬繁區(qū)進(jìn)行越冬繁殖。1月26—28日南支槽前西南急流發(fā)展北抬，27日云南至貴州700 hPa急流風(fēng)速超過16 m·s-1，西南地區(qū)925 hPa為西南風(fēng)，但由于925 hPa上15℃等溫線基本維持在云南西北部、四川南部、貴州西南部、廣西北部、廣東北部等地，因此即使有適宜的西南氣流，草地貪夜蛾一般僅在15℃等溫線以南進(jìn)行近距離遷飛擴(kuò)散，越過15℃等溫線向北遷飛的可能性很小。同時，該西南氣流有利于緬甸等境外蟲源地的成蟲遷飛進(jìn)入我國。

選取1月下旬云南、廣西、廣東草地貪夜蛾成蟲出現(xiàn)區(qū)域以及境外蟲源點75個，模擬2022年1月26—28日西南急流過程遷飛軌跡及落點(圖6)。由圖6云南草地貪夜蛾遷飛模擬軌跡可見，云南26個蟲源點模擬的遷飛軌跡為西南—東北走向，有效遷飛時長多為1 d，大部分降落點仍為云南，少部分可以遷飛到貴州西部，因受低溫影響迫降。由圖6廣西草地貪夜蛾遷飛模擬軌跡可見，廣西13個蟲源點模擬的軌跡為南北走向，有效遷飛時長多為1 d，大部分降落點仍為廣西，少部分可以遷飛到貴州南部，因受低溫影響迫降。由圖6廣東草地貪夜蛾遷飛模擬軌跡可見，廣東19個蟲源點模擬的軌跡在西部地區(qū)為東南—西北走向，在東部地區(qū)西南—東北走向，有效遷飛時長為1 d，西部模擬點可以遷飛到廣西東部，中部模擬點的遷飛落點仍為廣西，東部模擬點可以遷飛到福建南部。境外蟲源點主要模擬了緬甸中北部9個蟲源點、老撾北部3個蟲源點、越南北部3個蟲源點和泰國北部2個蟲源點的遷飛路徑。由圖6境外草地貪夜蛾遷飛模擬軌跡可見，大部分遷飛軌跡為西南—東北走向，有效遷飛時長為1～3 d，落點大部分在云南，少部分可降落在廣西，越南的1個模擬點可以遠(yuǎn)距離遷飛到貴州南部，因受低溫影響迫降。

1月30日草地貪夜蛾分布在云南、四川南部、廣東、廣西、海南、福建南部，與1月20日相比，云南、廣東和廣西新增成蟲縣(市)點分別為1個、3個和1個(圖略)；2月10日云南、廣東、廣西幼蟲縣(市)點較1月20日分別新增1個、3個和1 個，福建、貴州無新增成蟲或幼蟲點。由1月21—30日925 hPa風(fēng)場條件可見，21—30日云南大部分地區(qū)盛行南風(fēng)或西南風(fēng)，但風(fēng)速不超過10 m·s-1；廣西、廣東有利的南風(fēng)條件主要出現(xiàn)在21—22日和26日；有利于緬甸蟲源遷入我國云南的西南風(fēng)條件主要出現(xiàn)在27日；有利于泰國、老撾和越南蟲源遷入我國云南和廣西的偏南風(fēng)場條件在21—22日和26—28日。與草地貪夜蛾蟲情監(jiān)測相比，貴州西部和南部、福建并未出現(xiàn)新增遷入點，HYSPLIT模型模擬的該落點不準(zhǔn)確；云南、廣東和廣西雖出現(xiàn)新增遷入點，但點位較少，說明該階段草地貪夜蛾的遷飛活動較少，HYSPLIT模型模擬指征作用有限。此外，由于缺乏資料，云南和廣西新增遷入點蟲源來源未能有效驗證。

3 結(jié)論與討論

本文分析2019—2021年草地貪夜蛾在我國跨區(qū)域遷飛的大氣環(huán)流形勢和低層風(fēng)動力條件，選取北遷進(jìn)入長江流域、北遷進(jìn)入東北地區(qū)、秋季向南回遷以及冬季在冬繁區(qū)擴(kuò)散4次典型天氣過程，利用改進(jìn)的HYSPLIT模型模擬其遷飛軌跡和落點,得到以下主要結(jié)論：

1) 春夏季大氣低層風(fēng)場為草地貪夜蛾向北遷飛提供較好的動力條件。2019—2021年5—7月925 hPa風(fēng)場一致表現(xiàn)為有利于草地貪夜蛾從西南、華南地區(qū)向北遷入長江中下游，以及進(jìn)一步向北方玉米產(chǎn)區(qū)擴(kuò)散的特征。此外，2019年5月南海夏季風(fēng)爆發(fā)明顯偏早，6—7月副高西脊點位置持續(xù)明顯偏南，有利于草地貪夜蛾較早、較快地向北遷飛擴(kuò)散。

2) 利用改進(jìn)的HYSPLIT模型模擬4次典型天氣過程下草地貪夜蛾遷飛軌跡和落點，結(jié)果顯示：模型對2021年5月草地貪夜蛾北遷進(jìn)入長江流域，9月華北部分蟲源北遷進(jìn)入遼寧，以及9月華北和黃淮部分蟲源向南回遷過程的模擬結(jié)果均較好；但2022年1月草地貪夜蛾的遠(yuǎn)距離跨省遷飛活動較少，模擬結(jié)果出現(xiàn)偏差，且對于云南和廣西新增遷入點的蟲源來源難以定位。

3) 選取的3次低空急流(低空風(fēng)切變)過程中有2次過程結(jié)束后均監(jiān)測到明顯的草地貪夜蛾北遷，但2022年1月26—28日西南急流過程結(jié)束后并未監(jiān)測到明顯遷飛過程。另外，資料顯示2019年6—7月我國中東部地區(qū)出現(xiàn)低空急流或低層切變過程的次數(shù)(10次)少于2020年和2021年(11次和13次)，但草地貪夜蛾的北遷更快，因此急流過程頻次與草地貪夜蛾遷飛速度的相關(guān)性存在不確定性。

已有研究揭示大氣環(huán)流與稻飛虱、稻縱卷葉螟、粘蟲等的遷飛擴(kuò)散密切相關(guān)[10,35-41]，部分研究也指出副高位置及強(qiáng)度變化均與中國稻飛虱的遷飛、種群發(fā)展密切相關(guān)。副高西側(cè)的偏南氣流是昆蟲在我國遠(yuǎn)距離遷飛活動的主要動力，而副高強(qiáng)度和推進(jìn)時間存在年際差異，西南氣流的強(qiáng)度也存在階段性變化，導(dǎo)致草地貪夜蛾遷飛擴(kuò)散的風(fēng)場動力條件不同。此外，副高西北側(cè)的低空急流往往攜帶大量水汽向東亞地區(qū)輸送，影響我國雨帶位置的變化[42-43]，草地貪夜蛾隨低空急流向北遷飛過程中遇到降雨、下沉氣流等會降落。因此大氣環(huán)流，特別是副高影響下的風(fēng)場、降水等時空變化，將影響害蟲的遷飛過程以及沉降位置。

由于風(fēng)向和風(fēng)速在不同高度存在差異，本文利用HYSPLIT模擬草地貪夜蛾遷飛軌跡分析500 m，800 m 和1000 m 3個飛行高度。鑒于害蟲遷飛軌跡與遷飛高度風(fēng)向保持一致，模擬效果較好。但對遷飛距離、時長、落點的模擬仍具有較大不確定性。本文模擬遷飛過程除了氣溫、下沉氣流和降水等因素導(dǎo)致其降落外，按照草地貪夜蛾最長可以連續(xù)遷飛3個夜晚、每晚連續(xù)遷飛10 h進(jìn)行模擬，但實際遷飛過程中生物、地形、小氣候等各種因素均可能導(dǎo)致夜間飛行停止，造成實際飛行時間和模型假設(shè)時間不一致；另外，模擬過程設(shè)定草地貪夜蛾自身飛行速度為恒定速度，但其實際飛行速度受氣溫、濕度及氣流變化影響，并非始終勻速飛行，這會導(dǎo)致模擬的飛行距離和落點存在偏差；第三，遷飛種群大小、昆蟲質(zhì)量及體積等會導(dǎo)致遷飛高度、遷飛日數(shù)等變化。

利用降水、氣溫等地面氣象要素資料開展病蟲害氣象預(yù)報及氣候風(fēng)險評估已有較多研究[44-47]，充分挖掘數(shù)值天氣預(yù)報產(chǎn)品信息，利用HYSPLIT等軌跡模型模擬昆蟲遷飛活動具有較好的理論基礎(chǔ)，可以用于開展遷飛害蟲遷飛軌跡和落區(qū)的模擬和預(yù)報。但由于模擬過程中生物參數(shù)的不確定性，以及急流過程對昆蟲遷飛和起降影響的機(jī)理尚不清楚，需要深入開展昆蟲遷飛過程與氣象相關(guān)性的監(jiān)測與研究。國內(nèi)外應(yīng)用雷達(dá)監(jiān)測昆蟲遷飛已取得一定進(jìn)展[48-52]，今后可結(jié)合氣象組網(wǎng)雷達(dá)，通過深度學(xué)習(xí)和改進(jìn)相關(guān)算法[53-54]，實時監(jiān)測獲取昆蟲遷飛過程參數(shù)，優(yōu)化遷飛軌跡模擬模型，提高模擬預(yù)報準(zhǔn)確率。