封洪強(qiáng)

（河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，河南省農(nóng)作物病蟲害防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，鄭州 450002）

雷達(dá)在昆蟲學(xué)研究中的應(yīng)用

封洪強(qiáng)＊

（河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，河南省農(nóng)作物病蟲害防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，鄭州 450002）

昆蟲雷達(dá)因能無干擾地遠(yuǎn)距離探測到自然狀態(tài)下昆蟲自由飛行行為，已被廣泛用于昆蟲高空遠(yuǎn)距離遷飛和近地飛行行為研究，成為昆蟲學(xué)研究中一個(gè)卓越的研究工具。同時(shí)天氣雷達(dá)也越來越多地用于鳥和昆蟲的監(jiān)測，探地雷達(dá)也在探測堤壩蟻穴中起到了重要作用。本文分析了各種不同類型雷達(dá)的性能和近年來在昆蟲學(xué)研究中的應(yīng)用，以昆蟲學(xué)家的視角審視了雷達(dá)能為昆蟲學(xué)研究做什么以及其中的挑戰(zhàn)。

雷達(dá)； 昆蟲； 遷飛； 目標(biāo)識別； 應(yīng)用

雷達(dá)（radar）是無線電檢測和測距（radio detection and ranging）的縮寫，是利用電磁波進(jìn)行探測的電子設(shè)備，它發(fā)射電磁波對目標(biāo)進(jìn)行照射并接收其回波，從而測得目標(biāo)的距離、距離變化率（徑向速度）、方位、高度及目標(biāo)形狀等信息［1－3］。自從1949年被證明可以檢測到單個(gè)昆蟲以來，雷達(dá)不斷地在昆蟲學(xué)研究中得到應(yīng)用，并逐漸演變出一系列專門設(shè)計(jì)的昆蟲雷達(dá)，國際上形成了雷達(dá)昆蟲學(xué)學(xué)科，還建立了雷達(dá)昆蟲學(xué)網(wǎng)站（http：∥www.pems.adfa.edu.au／～s9104004／trews／ww＿re＿h(yuǎn)p.htm）。

關(guān)于昆蟲雷達(dá)的原理、類型、發(fā)展歷史和對昆蟲行為研究的經(jīng)典貢獻(xiàn)已有較為詳細(xì)的總結(jié)［1，4－8］，在此不再贅述。本文主要分析最近十年來用于昆蟲學(xué)研究的雷達(dá)的性能、對昆蟲學(xué)研究的貢獻(xiàn)以及面臨的挑戰(zhàn)，并提出對我國雷達(dá)昆蟲學(xué)發(fā)展的建議，激發(fā)更多昆蟲學(xué)家的興趣。

1 天氣雷達(dá)在昆蟲學(xué)研究中的應(yīng)用

1.1 天氣雷達(dá)鑒定昆蟲目標(biāo)的意義

敏感的微波多普勒天氣雷達(dá)經(jīng)常觀測到邊界層的晴空回波（clear－air echoes），晴空回波的產(chǎn)生原因自1940年代雷達(dá)應(yīng)用之時(shí)開始就一直存在爭論［9］。晴空回波主要來自于兩類散射體或其混合體：（1）產(chǎn)生布拉格散射的折射率的梯度變化（折射率波動）或（2）產(chǎn)生粒子散射的空中粒子，包括空中生物（如昆蟲、鳥和蝙蝠等）、灰塵與其他粒子［9－12］。

布拉格散射是大氣中折射率波動產(chǎn)生的散射，主要來自于濕度在雷達(dá)的半波長尺度上的變化或更小程度上溫度的變化［9］，這是頻率在3GHz以下的雷達(dá)的主要目標(biāo)。而鳥和昆蟲等粒子散射體是更高頻率的雷達(dá)的主要目標(biāo)［11］。這兩種散射對正在運(yùn)行的天氣雷達(dá)都普遍存在，如美國的3GHz的多普勒天氣預(yù)警雷達(dá)（weather－surveillance radar－1988，doppler，WSR－88D）［11］。通常飛行能力弱的非遷飛小型昆蟲在X波段雷達(dá)上的橫截面約為10－10～10－7m2，而大型昆蟲為10－5m2以上［11］，因此典型的天氣雷達(dá)因其分辨率空間（resolution volume）大而觀測不到單個(gè)的昆蟲，但當(dāng)昆蟲的密度足夠大時(shí)作為體積散射目標(biāo)確實(shí)可以被這些天氣雷達(dá)“看”到［11］。

在陸地上空從春到秋（甚至在冬天氣溫超過10℃時(shí)）昆蟲回波經(jīng)常出現(xiàn)在晴朗的天空，它們可以被看做不期望的雜波，也可以為被看做是需要的（盡管不是完美的）晴空示蹤者來測風(fēng)［11，13］。使用昆蟲回波測風(fēng)的可靠性取決于：（1）用一個(gè)正確的方法將昆蟲回波標(biāo)記出來，從而最大限度地得到好的數(shù)據(jù)和減少雜波干擾；（2）如何估計(jì)測風(fēng)的誤差，包括由昆蟲自主飛行產(chǎn)生的測風(fēng)偏差［14］。氣象雷達(dá)學(xué)家近年來的研究主要集中在如何識別空中生物回波以及昆蟲回波是否可以用來測風(fēng)上［13－14］。

1.2 天氣雷達(dá)鑒定空中生物的原理

一部多普勒測云雷達(dá)通常測量雷達(dá)基本反射率（base reflectivity）、徑向速度（radial velocity）和徑向速度的多普勒譜寬（width of spectrum）［15－16］，如美國的 WSR－88D雷達(dá)網(wǎng)的二級數(shù)據(jù)［16］。用這些信息可以探測到空中的生物，如鳥、蝙蝠和昆蟲。

徑向速度是用于測量目標(biāo)朝向或背離雷達(dá)的運(yùn)動分量［16］，是根據(jù)多普勒效應(yīng)計(jì)算得來的。所謂多普勒效應(yīng)就是當(dāng)聲音、光和無線電波等振動源與觀測者以相對速度V運(yùn)動時(shí)，觀測者所收到的振動頻率與振動源所發(fā)出的頻率有所不同。由多普勒效應(yīng)所形成的頻率變化叫做多普勒頻移，它與相對速度V成正比，與振動的頻率成反比［2］。速度方位顯示（velocity azimuth display，VAD）是（假設(shè)風(fēng)場是線性的）對每一個(gè)距離檔上各個(gè)高度的徑向速度進(jìn)行正弦曲線擬合得到的［13］。利用VAD與當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)速進(jìn)行比較可以鑒別回波是否為昆蟲［13］。使用該方法測到1.2～1.4km高度上的目標(biāo)為昆蟲，它們的速度為18m／s，比同高度上的雨滴快3m／s［17］。

多普勒譜寬用于測量脈量內(nèi)目標(biāo)的多普勒速度的變異，如果一個(gè)脈量內(nèi)所有的目標(biāo)都以相同徑向速度飛行，譜寬將達(dá)到最小值，如果一個(gè)脈量內(nèi)有多種生物目標(biāo)以不同的徑向速度飛行，譜寬就會很大［15－16］。大多數(shù)昆蟲的空中速率都較小而鳥的飛行速率較大，因而大氣中以昆蟲為主時(shí)譜寬較小，以鳥為主時(shí)譜寬較大［16］。

雙極化（dual－polarization）雷達(dá)發(fā)射和接收水平（H）和垂直（V）極化的電磁波，這使得我們可以估計(jì)雷達(dá)目標(biāo)的幾何形狀［18－20］，因此雙極化雷達(dá)比單極化雷達(dá)能更有效地鑒定目標(biāo)，而且可確定昆蟲是否具有定向行為以及定向是否與風(fēng)向一致［13－14，21］。用于區(qū)分生物目標(biāo)的雙極化變量包括差反射率因子（differential reflectivity）ZDR、微 分 相 位 （differential phase）δ、相互垂直的極化回波的相關(guān)系數(shù)［16，20，22］。

差反射率因子ZDR指水平和垂直頻道的反射率比值并以對數(shù)表示，即ZDR＝10log（Zh／Zv）（dB），其中Zh和Zv分別指水平和垂直極化的反射率因子［9－10］。對于M次脈沖每一分辨率空間ρhv就有M個(gè)譜系數(shù)的測量值［22］。令κ為一系列取值從1到M的譜系數(shù)的序號，κ可以轉(zhuǎn)化為相對應(yīng)的徑向速度，然后，Sh（κ）和Sv（κ）分別為水平和垂直頻道的包含了信號與噪音在內(nèi)的復(fù)雜譜系數(shù)，那么微分相位δ（κ）＝arg（〈Sh（κ）Sv（κ）〉）［20］，其中，雙極化雷達(dá)ρhv可由水平和垂直頻道的復(fù)雜譜系數(shù)的三點(diǎn)平均求得［18，22］。

由于昆蟲和鳥是似橢圓體的目標(biāo)，鳥的寬與長之比為1∶2～1∶3，昆蟲的寬與長之比為1∶3～1∶10［9］，垂直極化將給出一個(gè)各向同性的掃描，而水平極化掃描昆蟲側(cè)面時(shí)得到較強(qiáng)的信號，因此鳥和昆蟲的ZDR值比水滴小。一般來說，降雨的ZDR值為0～2dB［10］，鳥的ZDR值為－1～3dB［20］，昆蟲回波的ZDR值為5～10dB［9－10］。當(dāng)昆蟲具有共同定向時(shí)，ZDR值可用于將昆蟲從其他目標(biāo)中區(qū)分出來［13］，而且比較ZDR值還可確定昆蟲是否在進(jìn)行遷飛［9］。

使用10cm波長的垂直分辨率為2.5m的高分辨率S波段調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)（FMCW）可以將小型昆蟲（＜10mm）從布拉格散射體中分離出來［11］。這次FMCW觀測結(jié)果與毫米波雷達(dá)觀測到的結(jié)果［23－24］一致，但觀測到的平均反射率因子遠(yuǎn)小于其他觀測［9－10］，可能是由于其他觀測正好趕上昆蟲密度特別大的時(shí)期［11］。

毫米波雷達(dá)（3mm和8.6mm或94GHz和35GHz）由于時(shí)間和空間分辨率高，使氣象學(xué)家可以探測到更小的冰晶來研究大氣的微觀結(jié)構(gòu)［12］，也同樣有利于觀測微小昆蟲。Luke等人用35GHz毫米波測云雷達(dá)（MMCRs）輔以氣球和風(fēng)箏攜帶的遙控捕蟲裝置證明從地面至700m高度充滿了小型昆蟲（體長約2mm，翅長4～5mm，翅寬1～2mm），發(fā)明出一種以35GHz毫米波測云雷達(dá)MMCR記錄的多普勒譜、描述昆蟲譜的特征提取機(jī)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法提取小型昆蟲回波的技術(shù)［12］。只用 MMCR多普勒譜作為輸入時(shí)這項(xiàng)技術(shù)能鑒定出92%以上的昆蟲回波。

1.3 使用天氣雷達(dá)區(qū)分鳥與昆蟲

大量的文獻(xiàn)表明鳥和昆蟲都是晴空回波的主要來源，氣象學(xué)家區(qū)分鳥與昆蟲是由于他們認(rèn)為遷飛的鳥會對測風(fēng)造成嚴(yán)重的偏差，而認(rèn)為昆蟲造成的偏差較?。?5］?？墒菦]有一種可靠的簡單方法把昆蟲與鳥區(qū)分開，鳥類學(xué)家用雷達(dá)時(shí)經(jīng)常假設(shè)他們的目標(biāo)是鳥，而昆蟲學(xué)家則經(jīng)常假設(shè)為昆蟲［25］。使用天氣雷達(dá)在一定程度上可以區(qū)分鳥與昆蟲，要達(dá)到百分之百的鑒定昆蟲目標(biāo)是不可能，因?yàn)槔ハx回波的所有參數(shù)都與其他類型目標(biāo)的參數(shù)有重疊［13］。

每一分辨率空間可以用極化雷達(dá)的一系列極化參數(shù)進(jìn)行描述，根據(jù)這一空間內(nèi)目標(biāo)的種類建立各種參數(shù)的描述函數(shù)，可以對不同目標(biāo)進(jìn)行分類［18］。根據(jù)反射率大小似乎可以區(qū)分鳥與昆蟲，但由于昆蟲在空中的密度會非常大，高密度的昆蟲可以產(chǎn)生很高的反射率，也就是說較低的反射率可以排除鳥的可能，但高的反射率卻不能排除昆蟲的可能性，因此單以反射率不能區(qū)分鳥與昆蟲［25］。

在早期的利用極化雷達(dá)鑒定空中目標(biāo)的研究中發(fā)現(xiàn)，ZDR值可用于區(qū)分鳥與昆蟲［20，26］，但是 Mueller認(rèn)為鳥的ZDR值高于昆蟲，而后來的研究卻認(rèn)為恰恰相反，即昆蟲的ZDR值大于鳥［18，20，22］。這是由于昆蟲和鳥的體型都有很多變化，他們的ZDR值的變化范圍相互重疊，很難說哪一類生物的體型更長［18，25］。同樣原因δ值也無法將昆蟲與鳥區(qū)分開［16］。如果兩種或更多種散射體同時(shí)存在于同一個(gè)分辨率空間，這個(gè)空間的極化變量取決于混合的比例、它們的排列、生物目標(biāo)的定向、在這一空間內(nèi)的位置（均勻填充、成層、成團(tuán)或其他）。因此當(dāng)多種類型的目標(biāo)同時(shí)存在于一個(gè)分辨率空間時(shí)，極化變量的變異范圍就會變大，假設(shè)一種目標(biāo)為主體得到的模糊分類標(biāo)準(zhǔn)就難以奏效［16，18］。

最近建立的雙極化雷達(dá)的速度方位顯示譜圖（SVAD）與三維（方位、多普勒頻移和極化譜密度）方 位 譜 圖 （3－D spectral azimuthal histogram，3DASH）為區(qū)分目標(biāo)種類提供了新的視覺分析技術(shù)［18，22］。SVAD是在VAD圖基礎(chǔ)上以不同灰度表示出多普勒系數(shù)以及極化變量（ZDR、δ、ρhv）的譜密度圖，這種譜圖可以在同一取樣空間內(nèi)同時(shí)存在鳥與昆蟲時(shí)將兩者的回波區(qū)分開［22］。3DASH是一定距離檔上的方位—速度—δ分布的三維圖，并用灰度表示發(fā)生概率。它可以投影成方位—速度、方位—δ和速度—δ圖，通過設(shè)置不同的透明度可以除去干擾看清目標(biāo)［18］。3DASH的螺旋結(jié)構(gòu)印跡代表了不同目標(biāo)的特性，甚至有望區(qū)分不同類型的昆蟲［18］。

不同波段的雷達(dá)同時(shí)觀測，根據(jù)目標(biāo)在不同波段的雷達(dá)上的反射率差異可以確定目標(biāo)的種類并容易將昆蟲與鳥區(qū)分開。例如DOW3（3.198cm）、WSR－88D（10.0～11.1cm）和 UMASS（0.315 7cm）的聯(lián)合使用［25］，S波段（10.7cm）、X 波段（3.2cm）和 C波段（5.4～5.5cm）雷達(dá)的聯(lián)合使用［9］。激光雷達(dá)的波長比雨滴和昆蟲小，對由高密度的微小雨滴（10μm）組成的云非常敏感，但一般探測不到低密度的昆蟲。因此英國人曾利用兩部毫米波（35GHz和94GHz）垂直雷達(dá)、一部厘米波垂直昆蟲雷達(dá)與激光雷達(dá)同時(shí)使用來區(qū)分昆蟲目標(biāo)［15］。

1.4 天氣雷達(dá)觀測到的空中昆蟲行為

昆蟲，尤其是自主飛行能力很弱的微小昆蟲（通常體重為1mg［15］或體長小于10mm［12］）白天借助由于地面受熱產(chǎn)生的上升氣流升空，其上限是對流邊界層（convective boundary layer，CBL）頂［13］。晚上地面冷卻形成逆溫層，行星邊界層比較穩(wěn)定，夜間遷飛的昆蟲個(gè)體一般較大（＞40mg），有較強(qiáng)的自主飛行能力，用來測風(fēng)誤差較大，因此大多數(shù)氣象雷達(dá)對昆蟲的觀測都集中在白天［13］。

英國的一部毫米波垂直多普勒雷達(dá)觀測到小型昆蟲的上升速率可達(dá)4m／s，可上升到高出CBL 800m以上的高度［15］。大多數(shù)小型昆蟲（蚜蟲、飛虱）自主飛行的上升速率都小于0.2m／s，即使是大型昆蟲（蝗蟲和夜蛾）其上升速率也只有0.4～0.5m／s，那么觀測到的4m／s的上升速率肯定是昆蟲與上升氣流的速率之和［15］。飛行高度超出CBL表明昆蟲是一種主動飛行者而不是單純靠上升氣流飛行的［15］。

還有研究表明盡管循環(huán)氣流可以將昆蟲帶到更高的地方，但昆蟲層頂卻在1 800mAGL，那兒的溫度為10～15℃，低于這個(gè)溫度蝗蟲是不飛行的［10］。如果高于這個(gè)高度，由于昆蟲對氣溫的反應(yīng)，會通過折疊翅膀停止飛行甚至向下飛行主動下降使自己保持在細(xì)線（氣象雷達(dá)觀測到的昆蟲帶或?qū)樱﹥?nèi)［10］。機(jī)載W波段（3mm）垂直雷達(dá)的觀測結(jié)果卻表明使CBL內(nèi)昆蟲產(chǎn)生反應(yīng)的是突然的垂直運(yùn)動而不是溫度［24］。

氣象雷達(dá)曾多次觀測到大量遷飛的昆蟲具有共同定向特性，而且頭向與風(fēng)向不一致［10，13，19］。有趣的是英國用多普勒雷達(dá)觀測到昆蟲的定向在6月份更偏北一些，而在8月份更偏南一些，這與遷飛的季節(jié)性偏好方向一致［13］。

2 昆蟲雷達(dá)在昆蟲遷飛研究中的應(yīng)用

由于用傳統(tǒng)的昆蟲學(xué)方法很難觀測高空中遷飛的昆蟲，20世紀(jì)60年代末開始使用專門設(shè)計(jì)建造的昆蟲雷達(dá)，這極大地豐富了我們對昆蟲遷飛行為的認(rèn)識［1，5，7－8，27］。目前各國普遍采用的昆蟲監(jiān)測雷達(dá)（insect monitoring radar，IMR）為能長期自動化運(yùn)行的旋轉(zhuǎn)極化的垂直昆蟲雷達(dá)（vertical looking radar，VLR）［28－31］。

2.1 旋轉(zhuǎn)極化的垂直昆蟲雷達(dá)

昆蟲監(jiān)測雷達(dá)或垂直昆蟲雷達(dá)（IMR或VLR）的天線不像傳統(tǒng)雷達(dá)那樣以各個(gè)仰角進(jìn)行360°掃描并將結(jié)果在平面顯示器（plan position indicator，PPI）上顯示出來，而是產(chǎn)生一個(gè)垂直的波束，當(dāng)昆蟲飛過波束時(shí)對昆蟲進(jìn)行測量［28］。實(shí)際上1949年Crawford首次證明雷達(dá)能探測到昆蟲回波時(shí)就是這樣做的，這種新型昆蟲雷達(dá)的原理和技術(shù)在20世紀(jì)80年代初就確定了下來，90年代的“數(shù)字革命”給昆蟲雷達(dá)的發(fā)展帶來新生，迅速發(fā)展的廉價(jià)數(shù)字計(jì)算機(jī)以及電子設(shè)備使制造低成本的自動運(yùn)行的昆蟲雷達(dá)成為現(xiàn)實(shí)［28］。美國的Beerwinkle首先研制了一個(gè)簡單的垂直雷達(dá)并無人值守地運(yùn)行了兩年，英國和澳大利亞也緊跟著研制出更為先進(jìn)的垂直雷達(dá)，并從上世紀(jì)90年代末開始了長期的自動觀測［28，32］。

旋轉(zhuǎn)極化的垂直昆蟲雷達(dá)發(fā)射一個(gè)環(huán)形對稱垂直向上看的波束，并通過機(jī)械轉(zhuǎn)動波導(dǎo)饋電使波束內(nèi)的線性極化平面旋轉(zhuǎn)。饋電與垂直方向有一個(gè)非常小的0.2°的偏角，這使得波束產(chǎn)生輕微的擺動。于是整個(gè)雷達(dá)波束就像陀螺旋轉(zhuǎn)變慢時(shí)一樣產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的錐形掃描［29］。由于饋電的垂直偏角非常小，能以300r／min的轉(zhuǎn)速高速轉(zhuǎn)動，因此當(dāng)昆蟲穿越垂直的雷達(dá)波束時(shí)可以完成幾個(gè)完整的旋轉(zhuǎn)掃描［28］。由于波束的位置和極化在任何時(shí)候都是已知的，接收到的回波信號包含了目標(biāo)的軌跡（相對于垂直方向的位置）和由極化平面旋轉(zhuǎn)帶來的背向散射截面的變化兩方面的信息［28］。因此這種掃描的效果相當(dāng)于一個(gè)目標(biāo)飛過頭頂時(shí)以不同角度去反復(fù)“切割”它，得到昆蟲不同截面的信息。

這種昆蟲雷達(dá)的旋轉(zhuǎn)極化配置（多個(gè)“切面”）與天氣雷達(dá)的雙極化配置（兩個(gè)“切面”）相比，能采集到目標(biāo)更豐富的體形信息，大大增強(qiáng)了對昆蟲的識別能力。這種雷達(dá)檢測到的回波能量可以用一個(gè)非常復(fù)雜的公式表示，包含了目標(biāo)的水平速率、位移方向、身體的軸向、到波束中心線的最近距離、昆蟲的大小和兩個(gè)代表昆蟲體形的參數(shù)在內(nèi)的7個(gè)參數(shù)［28－29］。由于這種雷達(dá)每一圈掃描都可以得到64個(gè)回波能量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)足夠用于擬合7個(gè)參數(shù)，擬合的回歸系數(shù)可達(dá)0.9以上［28－29］。具體的數(shù)據(jù)擬合方法十分復(fù)雜［33－35］，但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，能在現(xiàn)代微型計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的C＋＋寫成的程序可以在4min內(nèi)自動分析5萬個(gè)昆蟲信號［35］。將模擬的昆蟲回波信號與實(shí)測的昆蟲回波信號相減得到的殘差并不為0，也不是隨機(jī)分布的，而是出現(xiàn)有規(guī)律的大小相似的波動，每一個(gè)波峰就代表了一次振翅，根據(jù)這一原理可以將昆蟲的振翅頻率提取出來［36］。

1.3觀察指標(biāo) 根據(jù)線性視覺模擬評分標(biāo)尺對患者舒適程度進(jìn)行評估[3],分為無癥狀、輕度、中度、重度不舒適,分別為0分、1~4分、5~7分、8~10分。自行設(shè)計(jì)調(diào)查表,對患者進(jìn)行護(hù)理滿意率調(diào)查。

由于垂直雷達(dá)是垂直向上照射的，假設(shè)昆蟲在飛過雷達(dá)波束時(shí)不主動（或因氣流顛簸被動）地改變傾角、飛行偏角和滾動傾斜角，所有的昆蟲都以相同的姿勢飛過電磁波束，因此提取出的4個(gè)關(guān)于昆蟲本身特性的參數(shù)（昆蟲的個(gè)體大小、振翅頻率以及2個(gè)體形參數(shù)）就可以有效地鑒別昆蟲的種類［37－39］。英國昆蟲學(xué)家則使用最大背向散射截面δxx與最小截面δyy（與δxx垂直）的比值來鑒定昆蟲種類［38－39］。較大的比值代表較細(xì)長的體形，如15∶1代表草蛉，較小的比值代表較短的體形，如5∶1代表步甲，而1∶1代表瓢蟲［29］。澳大利亞科學(xué)家用兩個(gè)體形參數(shù)（α2和α4）描述昆蟲的共極的線性極化類型（copolar－linear polarization pattern，CLPP），理論預(yù)測與實(shí)際觀測的結(jié)果一致［37］。用α2和α4描述的CLPP由于有豐富的圖形變化（2個(gè)瓣至4個(gè)瓣及瓣的不同形態(tài)）可能代表了更為豐富的昆蟲體形信息，可用于昆蟲種類的詳細(xì)鑒定［37］。但實(shí)驗(yàn)室測定一種昆蟲時(shí)得到的CLPP形態(tài)變化也較大，這就給CLPP鑒定種類帶來了困難，還需要進(jìn)一步的研究。

現(xiàn)行的IMR或VLR還不能連續(xù)地處理信號，即不能連續(xù)的觀測垂直空間，而是把垂直高度分為若干個(gè)距離門（range gate）即高度帶，兩個(gè)距離門之間有一定的間隔［29］。澳大利亞的IMR在垂直方向上有8個(gè)距離門，每個(gè)距離門的高度（即分辨率）為50m，距離門的間隔為150m，由于第一個(gè)距離門含有大量地物回波干擾成為無效的距離門，因此其有效的觀測高度為200～1 400m［28，34］。英國 VLR有15個(gè)有效的距離門，門高45m，間隔26m，有效觀測高度為150～1 166m［29］。因昆蟲的大小不同實(shí)際能探測到的高度（距離）也不同，1mg的昆蟲只能在200m以下被探測到（但由于地物干擾實(shí)際上是探測不到），2mg的昆蟲的探測高度可達(dá)350m，5mg的可達(dá)550m，15mg的可達(dá)1 200m［29］。

隨著現(xiàn)代通訊技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)程遙控的多機(jī)聯(lián)網(wǎng)自動觀測、甚至與現(xiàn)行的天氣雷達(dá)或雷達(dá)網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)合或聯(lián)網(wǎng)觀測也成為現(xiàn)實(shí)，監(jiān)測結(jié)果可通過Internet向大眾實(shí)時(shí)發(fā)布［40］。

2.2 傳統(tǒng)掃描雷達(dá)的新生

旋轉(zhuǎn)極化的垂直昆蟲雷達(dá)雖然在目標(biāo)鑒定上有著無可比擬的優(yōu)勢，但它的取樣空間小而且200m以下無法觀測。傳統(tǒng)的掃描昆蟲雷達(dá)取樣空間大，但信號數(shù)字化和分析困難，這也是國際雷達(dá)昆蟲學(xué)界轉(zhuǎn)而開發(fā)垂直昆蟲雷達(dá)的主要原因。近年來隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展掃描雷達(dá)的數(shù)字化取得了長足的進(jìn)步，使傳統(tǒng)掃描昆蟲雷達(dá)重獲新生［1，41－42］。

傳統(tǒng)掃描昆蟲雷達(dá)依靠對雷達(dá)屏幕顯示的回波進(jìn)行照相和攝像來記錄數(shù)據(jù)，以供后期人工分析用。澳大利亞的Drake博士詳細(xì)描述了手動分析掃描昆蟲雷達(dá)數(shù)據(jù)的方法和過程［43］。1998年我國第2部昆蟲雷達(dá)（KC－2）建成，為了克服信號采集與分析的困難，在郭予元院士和吳孔明博士的大力支持下程登發(fā)博士開發(fā)出了掃描昆蟲雷達(dá)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、分析系統(tǒng)［41－42］。

KC－2昆蟲雷達(dá)的顯示單元提供了一個(gè)8針VGA信號接口，供連接其他計(jì)算機(jī)顯示器用。使用基于PCI總線的8bit高速度圖像采集卡可直接從雷達(dá)主機(jī)將PPI采集為分辨率為768×536的8位黑白圖像。使用VC＋＋編程實(shí)現(xiàn)了PPI圖像的采集、存貯與再現(xiàn)，并根據(jù)Drake的方法實(shí)現(xiàn)了昆蟲回波的自動識別和密度統(tǒng)計(jì)。該系統(tǒng)還可將連續(xù)采集的3張圖片疊加在一起分別以紅、綠、藍(lán)3種不同的顏色顯示回波點(diǎn)，使用戶可以清楚地分辨出地物回波（白色）以及昆蟲的位移軌跡，并能測量出位移速度［1，41－42］。將測到的昆蟲位移速度與同時(shí)實(shí)地測得的風(fēng)速進(jìn)行矢量差運(yùn)算得到昆蟲的定向［1，44］。

由于這套系統(tǒng)大大提高了掃描昆蟲雷達(dá)的工作效率，使我國昆蟲學(xué)家得以進(jìn)行長期的雷達(dá)昆蟲學(xué)研究，先后觀測了甜菜夜蛾、草地螟、棉鈴蟲和黏蟲等重要害蟲以及黃蜻和毛婪步甲等天敵在我國華北地區(qū)的遷飛行為，獲得了重要的行為參數(shù)［1，44－54］。這部雷達(dá)以及數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)直到今天還在正常運(yùn)行，是標(biāo)志著我國獨(dú)立進(jìn)行雷達(dá)昆蟲學(xué)研究的一個(gè)里程碑。

無獨(dú)有偶，加拿大科學(xué)家最近開發(fā)了一個(gè)開源平臺radR，用于采集、存貯和分析航海雷達(dá)以監(jiān)測模式觀測到的生物目標(biāo)［55］。底層數(shù)據(jù)處理是由C代碼實(shí)現(xiàn)的，用戶定義的函數(shù)是由R語言寫成的，可以在計(jì)算時(shí)按預(yù)設(shè)的步驟調(diào)用。輸出數(shù)據(jù)格式設(shè)計(jì)的可以在將來增加數(shù)據(jù)而不必改變C代碼。目前這個(gè)開源平臺支持兩種采集卡，可以在 Windows XP和Linux兩個(gè)操作系統(tǒng)下運(yùn)行。

2.3 遷飛昆蟲的定向與成層

昆蟲的共同定向是指高空遷飛的昆蟲頭朝著相同的方向飛行的行為，是迄今為止昆蟲雷達(dá)觀測到的最神奇且神秘的行為現(xiàn)象［8，27，29，56］。自從 1968年Scheafer首次用雷達(dá)觀測到夜間遷飛昆蟲具有共同定向以來，這種行為在各個(gè)地區(qū)和各種夜間遷飛的昆蟲身上反復(fù)地被觀測到［27，56－59］。由于在夜間高空飛行，視覺的定向是不可能的，兩種最可能的機(jī)制是“風(fēng)定向”和“羅盤定向”［8，57－59］。

風(fēng)定向機(jī)制認(rèn)為昆蟲可以用觸角探測到風(fēng)向，以便始終向下風(fēng)方向定向［8］，那么當(dāng)不同高度上的風(fēng)向發(fā)生轉(zhuǎn)變時(shí)，昆蟲的定向也應(yīng)跟著轉(zhuǎn)變。有趣的是一個(gè)模擬模型預(yù)測的結(jié)果是不同高度上風(fēng)向的轉(zhuǎn)變（Ekman螺旋）誤導(dǎo)昆蟲在北半球向右偏而在南半球向左偏［60］。英國觀測到的數(shù)據(jù)支持模型預(yù)測的結(jié)果，即北半球昆蟲順風(fēng)定向時(shí)向右偏［60］，但澳大利亞的觀測結(jié)果卻不支持模型的預(yù)測結(jié)果（王?？?，個(gè)人交流）。同樣處在北半球的中國觀測到的棉鈴蟲秋季回遷中當(dāng)在下風(fēng)方向大于225°（西南方向）時(shí)向左偏，而當(dāng)下風(fēng)方向小于225°時(shí)向右偏［47］，這同樣也不支持模型的預(yù)測結(jié)果。如果昆蟲總是順風(fēng)定向那么遷到高緯度地區(qū)繁殖的昆蟲的后代，很可能由于所謂的Pied Piper效應(yīng)而滯留在高緯度地區(qū)，無法安全回到低緯度地區(qū)越冬，然而近年觀測到昆蟲回 遷 的 事 例 越 來 越 多［44－45，47－48，51，61－62］，這 表 明昆蟲不是盲目順風(fēng)定向、順風(fēng)遷飛的。

羅盤定向機(jī)制認(rèn)為昆蟲以某種羅盤識別地理方向，遷飛時(shí)總是向著自己偏好的方向定向。近年來越來越多的觀測表明夜間遷飛的昆蟲具有這種非常驚人的羅盤定向能力［44，47－48，51，62－64］。我國的草地螟春季遷飛時(shí)向東北定向，黏蟲秋季回遷時(shí)向西南定向，當(dāng)風(fēng)力較弱時(shí)這種主動定向可以對遷飛軌跡產(chǎn)生較大影響，但當(dāng)風(fēng)力較強(qiáng)時(shí)這種校正起到的效果甚微［48－49］。除了黃蜻飛行能力較強(qiáng)可以側(cè)頂風(fēng)飛行外［51］，總體上昆蟲的飛行能力較弱，選擇與下風(fēng)方向呈銳角順風(fēng)飛行。但這并非是被動順風(fēng)飛行，棉鈴蟲秋季總是向著西南方向偏轉(zhuǎn)，而且選擇有適合的風(fēng)向出現(xiàn)的夜晚或高度飛行［45，47］。昆蟲的定向是有季節(jié)適應(yīng)性的，即在北半球春季向北而秋季向南［62］，它的生態(tài)學(xué)意義是使昆蟲能更快地到達(dá)適生區(qū)繁殖或安全越冬［61］。

夜間遷飛昆蟲的成層也是使用昆蟲雷達(dá)經(jīng)常觀測到的一個(gè)現(xiàn)象［8］。在高緯度地區(qū)的觀測發(fā)現(xiàn)昆蟲的成層與逆溫有關(guān)，由于昆蟲有最適飛行溫度，在溫度較低的環(huán)境里經(jīng)常聚集在逆溫層頂飛行［49，51，65－67］。當(dāng)溫度較高時(shí)夜間遷飛的昆蟲選擇風(fēng)速最大的高度成層，這使昆蟲以最小的能量實(shí)現(xiàn)最大位移［45，47，61－62，64］，我國還發(fā)現(xiàn)昆蟲的成層與風(fēng)向和風(fēng)切變有關(guān)［45，47］。因此，昆蟲的成層可能與溫度、風(fēng)向、風(fēng)速和風(fēng)切變等多個(gè)因素有關(guān)。

3 諧波雷達(dá)與近地昆蟲行為研究

3.1 諧波雷達(dá)原理

昆蟲諧波雷達(dá)的原理是發(fā)射高能的微波照射粘在單個(gè)昆蟲身上的轉(zhuǎn)發(fā)器（transponder）并接收由轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)回來的二次調(diào)諧波來探測到昆蟲目標(biāo)［7，68］。由于植物、地物和海洋不產(chǎn)生高次諧波而由它們產(chǎn)生的基波又被抑制，故諧波雷達(dá)具有很強(qiáng)的抗雜波能力，能有效地排除地物雜波的干擾［69］。根據(jù)這一原理現(xiàn)在已建成了用于研究昆蟲爬行行為的便攜式諧波雷達(dá)和用于研究昆蟲近地飛行行為的基站式諧波雷達(dá)［69］。

使用諧波雷達(dá)需要在昆蟲身上粘一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器，類似于標(biāo)記回收試驗(yàn)所用的標(biāo)記物，也稱標(biāo)簽（tag）。這種標(biāo)簽由一個(gè)肖特基二極管和一段天線組成［68，70］，肖特基二極管能夠吸收高頻電磁波的部分能量并反射出二次諧波，不需自帶電源，故可做得很小很輕［7，69］，不會影響昆蟲本身的行為［71－73］。

所有使用諧波雷達(dá)的昆蟲學(xué)家都要自制標(biāo)簽，在標(biāo)簽的探測性能與耐久性之間找到一個(gè)平衡。自制或修改標(biāo)簽包括改變二極管、天線、二極管—天線配置和天線配置（直線形、圓形和卵圓形）［74］。天線長度理論上是雷達(dá)波長的一半，提高雷達(dá)的頻率可以有效地縮短標(biāo)簽的長度。利用經(jīng)濟(jì)的航海雷達(dá)主機(jī)制造的昆蟲雷達(dá)系統(tǒng)由于使用的頻率是9.4GHz，因此可以使用重量小于3mg，長度約十幾毫米的標(biāo)簽［7，68，73，75］。到目前為止最輕的標(biāo)簽（0.4mg）是由Roland等制作的，盡管這種標(biāo)簽在野外的壽命是非常有限的［69］。

雖然標(biāo)簽越小對昆蟲行為的影響越小，但使用較小的標(biāo)簽就要提高雷達(dá)的頻率，頻率越高的電磁波穿透力就越弱，因此要根據(jù)昆蟲的行為特點(diǎn)及所要研究的特性來決定使用什么樣的諧波雷達(dá)和標(biāo)簽。

3.2 便攜式諧波雷達(dá)

常用的便攜式RECCO收發(fā)系統(tǒng)，重1.6kg，是尋找雪崩遇難者的雷達(dá)系統(tǒng)（www.recco.com），使用917MHz的初始電磁波，可穿透作物、雪和土壤，使用RECCO配發(fā)的標(biāo)簽可以探測到土壤下1m處的目標(biāo)［70，74］。諧波雷達(dá)的探測性能與標(biāo)簽有關(guān)，使用O’Neal等的16cm標(biāo)簽，RECCO只能探測到土下30cm處的目標(biāo)［74］。由于商用的RECCO收發(fā)系統(tǒng)無法改變電磁波頻率，這就限制了使用更小的轉(zhuǎn)發(fā)器。如果研究的對象個(gè)體較大，運(yùn)動速度不快且有隱藏于土壤或茂密的作物叢中的習(xí)性如步甲，使用商用的RECCO收發(fā)系統(tǒng)和十幾厘米長的標(biāo)簽?zāi)艿玫搅钊藵M意的結(jié)果［74，76－79］。2004年 Williams等人還在北京研究了光肩星天牛的飛行行為取得成功，其中最遠(yuǎn)移動距離超過了90m［70］。

為了研究馬鈴薯甲蟲的運(yùn)動行為，加拿大的Colpitts研究小組研制了頻率為9.4GHz的便攜式諧波昆蟲雷達(dá)和相應(yīng)的重3mg長16mm的電子標(biāo)簽，并詳細(xì)描述了標(biāo)簽的制作和標(biāo)定方法，這種系統(tǒng)還可用于研究與馬鈴薯甲蟲相似的多種有益昆蟲的行為［68，75，80］。使用這套系統(tǒng)在馬鈴薯田探測113頭被電子標(biāo)簽標(biāo)記過的馬鈴薯甲蟲的發(fā)現(xiàn)率為87%，平均每頭用時(shí)（165±15）s，在距離蘋果樹3m處能發(fā)現(xiàn)78%的被標(biāo)記的李象鼻蟲，當(dāng)被標(biāo)記的玉米根螢葉甲在正對雷達(dá)的玉米葉、雄穗和莖稈上時(shí)，在6～20m距離處的發(fā)現(xiàn)率可達(dá)80%～100%，但當(dāng)玉米螢葉甲在玉米雌穗或莖稈背后時(shí)幾乎不能被發(fā)現(xiàn)，在第二行玉米上的葉甲的發(fā)現(xiàn)率也明顯下降，但如果使用者可以繞過作物進(jìn)行掃描，發(fā)現(xiàn)率會非常高［81］。

昆蟲行為是否會因蟲體粘上了電子標(biāo)簽而受到影響一直是廣受質(zhì)疑的。Boiteau等的研究發(fā)現(xiàn)，被標(biāo)記的3種甲蟲的確會因增加了重量負(fù)擔(dān)或標(biāo)簽的纏繞爬行速度受到一定的影響，影響因種類而異。但這種負(fù)面影響遠(yuǎn)比環(huán)境本身對昆蟲行為的影響小，而且這輕微的影響與使用此技術(shù)獲得的昆蟲的重要生態(tài)學(xué)信息相比是微不足道的，便攜式諧波雷達(dá)不失為一種優(yōu)良的研究手段［72，82］。桂連友最近使用這種技術(shù)研究了饑餓馬鈴薯甲蟲的行為，發(fā)現(xiàn)饑餓能增加甲蟲的運(yùn)動距離而且這一影響比試驗(yàn)室研究的結(jié)果更強(qiáng)［83］。他從加拿大學(xué)習(xí)回國后也建造了相同的便攜式諧波昆蟲雷達(dá)，正在開展橘大實(shí)蠅行為的研究［84］。

3.3 基站式諧波雷達(dá)

便攜式諧波雷達(dá)從某種意義上講是一種“方向發(fā)現(xiàn)”裝置，即發(fā)現(xiàn)標(biāo)記昆蟲的方向，它不能很快地繪出昆蟲飛行的軌跡，因?yàn)樗奶綔y距離一般小于50m，操作者必須能夠跟得上昆蟲的爬行或飛行才行［7］。1995年英國的Riley領(lǐng)導(dǎo)的雷達(dá)昆蟲學(xué)研究團(tuán)隊(duì)研制了世界首部真正的諧波昆蟲雷達(dá)。這部基站式諧波昆蟲雷達(dá)有兩個(gè)碟形的天線，下部的一個(gè)直徑1.5m的拋物面天線用于發(fā)射功率25kW、脈沖寬度0.1μs、波長3.2cm的電磁波，上部的第二個(gè)直徑0.7m的拋物面小天線用于接收反射回來的1.6cm波長的諧波，兩個(gè)天線都以20r／min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，可以實(shí)時(shí)繪制出半徑約900m范圍內(nèi)飛行高度在3m以下的標(biāo)記昆蟲的飛行軌跡，空間解析度為5m［8，73，85］。

由于社會性昆蟲蜜蜂（或其他的蜂）有“家”的概念，每次外出都要重新回家，用電子標(biāo)簽標(biāo)記蜜蜂一般不會丟失，同時(shí)蜜蜂的行為也充滿了不解之謎，所以成為基站式諧波昆蟲雷達(dá)研究的主要對象［8］。研究發(fā)現(xiàn)，初次出巢的工蜂通過反復(fù)飛行訓(xùn)練逐漸增加離巢距離從而保持回巢的能力，這種距離的增加是由于飛行速度的增加而不是飛行時(shí)間的增加，這種飛行行為的漸變與出巢的次數(shù)有關(guān)而與工蜂的年齡無關(guān)。熊蜂和蜜蜂都能正確地從覓食處徑直回到蜂巢，即使正在覓食的工蜂被人為移動了位置也會自動按既定的方向和路線飛行，飛行過程中可以克服風(fēng)的飄移，當(dāng)蜜蜂準(zhǔn)確定位蜂巢或食物源時(shí)進(jìn)行隨機(jī)尋找。研究還證明了von Frisch的蜜蜂舞蹈理論的正確性，即舞蹈交流包含了方向和距離兩方面的信息［8］。由于這種諧波雷達(dá)的出色表現(xiàn)，最近德國也請洛桑研究院的雷達(dá)工程師為他們建造了世界第二部基站式諧波雷達(dá)，用于蜜蜂行為的研究，明確了蜜蜂使用一系列地面標(biāo)志物作為測量距離的標(biāo)尺［86］。

盡管許多黃地老虎飛出雷達(dá)的視野，用于研究幾百米范圍內(nèi)雄蛾尋找性信息素源的行為也取得了成功，發(fā)現(xiàn)當(dāng)氣味濃度足夠大時(shí)，順風(fēng)飛行的雄蛾轉(zhuǎn)為側(cè)風(fēng)飛行而側(cè)風(fēng)飛行的則轉(zhuǎn)為逆風(fēng)飛行［87－88］。首次用諧波雷達(dá)研究5種蝴蝶近地面飛行行為發(fā)現(xiàn)了快速的直線型和慢速的包括循環(huán)覓食的非直線型的兩種飛行軌跡，展示了用于蝴蝶飛行研究的潛力［89］。慶網(wǎng)蛺蝶（Melitaeacinxia）的飛行能力不強(qiáng)，2h飛行距離的中位數(shù)是488m（最短9m，最長2 730m），而且喜歡在開闊地和林地的邊緣飛行，因此試驗(yàn)在由一圈樹圍成的開闊草地上進(jìn)行，成功證明了生活在片段化生境下的種群比生活在連續(xù)生境下的種群飛行擴(kuò)散能力更強(qiáng)［90－91］。

4 探地雷達(dá)在蟻巢探測中的應(yīng)用

探地雷達(dá)（ground penetrating radar，GPR）又稱地質(zhì)雷達(dá)或透地雷達(dá)，是用無線電波來確定地下介質(zhì)分布的一種方法，在考古、市政建設(shè)、建筑、鐵路、公路、水利、電力、采礦、航空等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。中國科學(xué)家創(chuàng)造性地將其應(yīng)用于堤壩白蟻巢的探測，在堤壩隱患排查中發(fā)揮著作用［92－94］。

探地雷達(dá)由主機(jī)、收發(fā)天線、圖像處理顯示系統(tǒng)幾個(gè)部分組成。實(shí)際探測過程中天線沿地面移動，脈沖信號不斷地被發(fā)射和接收，顯示系統(tǒng)經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)信號按一定方式進(jìn)行編碼排列及處理，以二維形式給出連續(xù)的地下縱向剖面圖像［92］。電磁波在地下介質(zhì)中傳播時(shí)遇到存在電性差異的界面時(shí)發(fā)生反射，根據(jù)接收到電磁波的波形、振幅強(qiáng)度和時(shí)間的變化特征推斷地下介質(zhì)的空間位置、結(jié)構(gòu)、形態(tài)和埋藏深度。根據(jù)探地雷達(dá)的影像特征可以區(qū)分出蟻巢、菌圃群、蟻道、樹根、紅火蟻巢、金屬物等不同的目標(biāo)［92，95］。

目前用于探測堤壩蟻巢的探地雷達(dá)都是由美國地球物理勘探設(shè)備公司（http：∥www.geophysical.com）生產(chǎn)的SIR（subsurface interface radar），該雷達(dá)可配備16～2 600MHz范圍內(nèi)不同波段的天線。探測深度與土壤結(jié)構(gòu)和含水量等因素有關(guān)，同樣條件下使用的電磁波頻率越高探測深度越淺［92，94］。使用SIR－3000GPR 400MHz的天線可探測到地下半米左右深度的直徑在10cm左右的蟻巢［94－95］。

5 我國昆蟲雷達(dá)學(xué)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

幾乎所有的雷達(dá)昆蟲學(xué)研究都是以控制重要經(jīng)濟(jì)害蟲為主要目的的研究項(xiàng)目的副產(chǎn)品［96］。我國的雷達(dá)昆蟲學(xué)研究也不例外，新中國成立后東北黏蟲的變幻莫測促使我國昆蟲學(xué)家建立了第一部掃描昆蟲雷達(dá)，棉鈴蟲的大暴發(fā)促生了第二部昆蟲雷達(dá)，進(jìn)入新世紀(jì)草地螟和稻飛虱大暴發(fā)，我國又投資建造了多部垂直昆蟲雷達(dá)、毫米波昆蟲雷達(dá)和多普勒調(diào)頻連續(xù)波垂直雷達(dá)［4，6，53，54，97－102］。經(jīng)過十幾年的迅速發(fā)展，我國已形成了以垂直昆蟲雷達(dá)為主要機(jī)型的昆蟲雷達(dá)網(wǎng)［6］，同時(shí)雷達(dá)昆蟲學(xué)研究團(tuán)隊(duì)也不斷壯大，觀測資料不斷積累。在今后的發(fā)展中應(yīng)充分發(fā)揮多種雷達(dá)共同探測和聯(lián)網(wǎng)探測的優(yōu)勢，努力完善新型雷達(dá)軟件系統(tǒng)，深入分析已有的觀測資料，不斷提高我國雷達(dá)昆蟲學(xué)研究和應(yīng)用的水平。

5.1 新型昆蟲雷達(dá)（網(wǎng)）的建設(shè)

出于不同的需求我國近年來研制了垂直昆蟲雷達(dá)（包括簡單的垂直雷達(dá)、旋轉(zhuǎn)極化的垂直雷達(dá)和收發(fā)分置的多普勒垂直雷達(dá)）。但這些雷達(dá)的信號采集與分析卻一直存在問題，如只能測到昆蟲的高度與密度［97－101］，要得到昆蟲的更多信息必須進(jìn)一步完善數(shù)字化采集與分析系統(tǒng)。最近發(fā)展起的開源radR平臺［55］有助于改進(jìn)我國掃描雷達(dá)的信號采集與分析系統(tǒng)。我國首創(chuàng)了探地雷達(dá)探測蟻巢的方法，如果能進(jìn)一步研究用來調(diào)查地下害蟲（或在地下的蟲態(tài)）的密度與變化規(guī)律，將對地下害蟲以及害蟲地下越冬規(guī)律的研究起到不可估量的推動作用。

我國目前雖然擁有世界上最龐大的昆蟲雷達(dá)網(wǎng)，但由于沒有支撐其運(yùn)行的軟件，雷達(dá)網(wǎng)尚未得到充分利用。即便是有軟件支持運(yùn)行，由于各部雷達(dá)相距太遠(yuǎn)［6］，也無法形成有效的覆蓋。天氣雷達(dá)網(wǎng)經(jīng)常探測到的昆蟲，對氣象學(xué)研究是污染或干擾，但對昆蟲學(xué)家卻是非常有用的［103］。雖然現(xiàn)行的氣象雷達(dá)不能識別昆蟲的種類，但可以監(jiān)測到昆蟲是無定向的近距離擴(kuò)散還是進(jìn)行有定向的遠(yuǎn)距離遷飛，單部雷達(dá)可監(jiān)測10～30km甚至50km遠(yuǎn)和1～2km高［13－14］，其覆蓋范圍也遠(yuǎn)比昆蟲雷達(dá)網(wǎng)廣。

早在1988年芬蘭人就開始用天氣雷達(dá)、誘蟲網(wǎng)和軌跡分析模型研究蚜蟲和小菜蛾向芬蘭的遷飛，并利用手機(jī)短信和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)向試驗(yàn)用戶發(fā)送害蟲入侵警報(bào)［104，105］。事實(shí)上，美國的天氣預(yù)警雷達(dá)網(wǎng)也越來越多地用于昆蟲密度和昆蟲遷飛的常規(guī)觀測［24］。因此，可以設(shè)想將我國的天氣雷達(dá)網(wǎng)、昆蟲雷達(dá)網(wǎng)和誘蟲燈網(wǎng)相互結(jié)合形成能預(yù)測害蟲發(fā)生和遷飛的實(shí)用網(wǎng)絡(luò)［15，106］，但如何協(xié)調(diào)各部門聯(lián)動是一個(gè)新的挑戰(zhàn)。

5.2 毫米波與厘米波昆蟲雷達(dá)的協(xié)同觀測

2007年我國第一部波長為8.0mm的掃描昆蟲雷達(dá)建成以來，不但觀測到了稻飛虱的空中密度、飛行高度、空中密度隨時(shí)間的變化等預(yù)期現(xiàn)象，而且還觀測到了啞鈴形回波［97－99］。但關(guān)于毫米波雷達(dá)觀測到的啞鈴形回波是不是由稻飛虱的共同定向產(chǎn)生的存在很大爭議。

Mie散射能計(jì)算出任何物體在任何雷達(dá)波長下的回波強(qiáng)度，當(dāng)粒子小于波長的1／10時(shí)近似于Rayleigh散射，即回波強(qiáng)度與球體直徑的6次方成正比［25］。對于傳統(tǒng)的3.2cm昆蟲雷達(dá)，一般昆蟲的頭尾方向的截面都落入Rayleigh散射區(qū)，雷達(dá)回波會因反射截面的減小而驟減，因而當(dāng)昆蟲具有定向時(shí)會在雷達(dá)屏幕上產(chǎn)生啞鈴形回波［7，56］。毫米波雷達(dá)的波長為8mm，一般的遷飛蛾類（如黏蟲、稻縱卷葉螟）不論身體的側(cè)面還是正面對準(zhǔn)雷達(dá)，都不會落入Rayleigh散射區(qū)，回波強(qiáng)度的變化不會差別很大，因此這類目標(biāo)即使是有共同定向，在毫米波雷達(dá)上也不應(yīng)表現(xiàn)出啞鈴形。稻飛虱由于體長與毫米波雷達(dá)的波長相似，其頭尾方向的截面落入Rayleigh散射區(qū)，理論上可產(chǎn)生啞鈴形回波。有趣的是英國用多普勒雷達(dá)也觀測到微小昆蟲的共同定向，而且定向在6月份更偏北一些，在8月份更偏南一些，這與遷飛的季節(jié)性偏好方向一致［13］。因此幾乎可以斷定我國毫米波雷達(dá)觀測到的啞鈴形回波是稻飛虱產(chǎn)生的，即稻飛虱具有共同定向特性。

根據(jù)不同波長雷達(dá)探測到的信號差來確定回波的種類在氣象雷達(dá)鑒定晴空回波的實(shí)踐中曾多次使用［9，25］。根據(jù)雷達(dá)原理厘米波昆蟲雷達(dá)“看”不到稻飛虱，而毫米波雷達(dá)卻可以“看”到稻飛虱，如果同時(shí)使用厘米波和毫米波雷達(dá)進(jìn)行觀測，可以很容易地鑒定出啞鈴形分布是稻飛虱產(chǎn)生的還是遷飛的蛾類產(chǎn)生的。當(dāng)然空中捕捉能得到更直接的證據(jù)。

5.3 基站式和便攜式諧波雷達(dá)的聯(lián)合使用

基站式掃描諧波雷達(dá)非常適合在開闊地帶研究昆蟲的近距離飛行行為，尤其是覓食行為，在蜜蜂神經(jīng)行為學(xué)、授粉昆蟲生態(tài)學(xué)、氣味介導(dǎo)的趨風(fēng)性、最優(yōu)搜尋策略和近距離擴(kuò)散研究中發(fā)揮了重要作用［8］。但當(dāng)昆蟲飛入茂密的作物冠層或樹林里，或者飛出監(jiān)測范圍，就很難再發(fā)現(xiàn)和追蹤目標(biāo)。由于諧波雷達(dá)不能區(qū)分不同的個(gè)體，研究時(shí)只能同時(shí)放飛1頭或幾頭昆蟲。盡管蜜蜂有“家”的概念，標(biāo)記的蜜蜂也時(shí)有丟失，或者因?yàn)轱w出監(jiān)測范圍長時(shí)間不歸，觀測者只能等待。這時(shí)如果繼續(xù)釋放新的標(biāo)記昆蟲，前面標(biāo)記過的昆蟲的意外歸來會干擾試驗(yàn)，這種等待有時(shí)可持續(xù)半天或更長。便攜式諧波雷達(dá)由于體積小重量輕、可以移動，更適合于尋找進(jìn)入作物冠層活動的昆蟲。由于兩種雷達(dá)可以使用同樣的標(biāo)簽，如果在農(nóng)業(yè)昆蟲研究中能將兩種類型的雷達(dá)同時(shí)應(yīng)用，即根據(jù)基站式雷達(dá)指示的方位使用便攜式雷達(dá)到較遠(yuǎn)或茂密的作物叢中定位昆蟲，也許會得到意想不到的結(jié)果。

5.4 現(xiàn)有觀測數(shù)據(jù)的分析與新的挑戰(zhàn)

昆蟲定向與成層行為機(jī)理的研究在本世紀(jì)逐漸成為雷達(dá)昆蟲學(xué)研究的熱點(diǎn)，也取得了一些進(jìn)展，但相互矛盾和不解之謎甚多。我國經(jīng)過十年的持續(xù)觀測積累了大量的夜間昆蟲遷飛的資料，而且都有同時(shí)測到的高空風(fēng)溫場資料，這是一筆寶貴的資源。我們已初步建立了用風(fēng)溫場模擬昆蟲成層的方法，現(xiàn)正在建立計(jì)算機(jī)分析程序，以期對歷史資料進(jìn)行更深入的分析，明確我國遷飛昆蟲的成層機(jī)理。但昆蟲學(xué)工作者缺乏編程經(jīng)驗(yàn)，而程序員不懂昆蟲，交叉學(xué)科人才不足給這項(xiàng)看似簡單的工作平添幾分困難。

越來越多的觀測表明昆蟲具有羅盤定向能力，但它們是使用什么羅盤還不清楚。使用雷達(dá)雖然可以準(zhǔn)確觀測昆蟲的定向，但難以控制幾百米高空的磁場、氣壓和風(fēng)溫等環(huán)境條件。紅外三維軌跡捕捉及分析系統(tǒng)的嘗試也未取得好的結(jié)果，飛行模擬器可以在模擬環(huán)境下測出昆蟲的定向，但并不是所有的昆蟲都適合吊飛［107－108］。最近小型昆蟲的定向和成層也逐漸被認(rèn)識［13，97］，為昆蟲的成層和定向機(jī)理研究提出了新的課題和挑戰(zhàn)。

［1］程登發(fā)，封洪強(qiáng)，吳孔明.掃描昆蟲雷達(dá)與昆蟲遷飛監(jiān)測［M］.北京：科學(xué)出版社，2005.

［2］百度百科.http：∥baike.baidu.com，2011.

［3］維基百科.雷達(dá)［EB／OL］.http：∥zh.wikipedia.org／zh－cn／%E9%9B%B7%E9%81%94，2011.

［4］翟保平.追蹤天使—雷達(dá)昆蟲學(xué)30年［J］.昆蟲學(xué)報(bào)，1999，42（3）：315－326.

［5］翟保平.昆蟲雷達(dá)讓我們看到了什么？［J］.昆蟲知識，2005，42（2）：217－226.

［6］封洪強(qiáng).雷達(dá)昆蟲學(xué)40年研究的回顧與展望［J］.河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009（9）：121－126.

［7］Riley J R.Riding on the wind：a radar perspective of insect flight［M］.Inaugural Lecture Series，the University of Greenwich，London，1999：31.

［8］Chapman J W，Drake V A，Reynolds D R.Recent insights from radar studies of insect flight［J］.Annu Rev Entomol，2011，56：337－356.

［9］Wilson J W，Weckwerth T M，Vivekanandan J，et al.Boundary layer clear－air radar echoes：origin of echoes and accuracy of derived winds［J］.Journal of Atmospheric and Oceanic Technology，1994，11：1184－1206.

［10］Achtemeier G L.The use of insects as tracers for“clear－air”boundary－layer studies by Doppler radar［J］.Journal of Atmospheric and Oceanic Technology，1991，8：746－765.

［11］Contreras R F，F(xiàn)rasier S J.High－resolution observations of insects in the atmospheric boundary layer［J］.Journal of Atmospheric and Oceanic Technology，2008，25：2176－2187.

［12］Luke E P，Kollias P，Johnson K L，et al.A technique for the automatic detection of insect clutter in cloud radar［J］.Journal of Atmospheric and Oceanic Technology，2008，25：1498－1513.

［13］Rennie S J，Illingworth A J，Dance S L，et al.The accuracy of Doppler radar wind retrievals using insects as targets［J］.Meteorological Applications，2010，17（4）：419－432.

［14］Rennie S J，Illingworth A J，Dance S L，et al.Utilization of Doppler radar wind measurements from insect returns［C］∥ERAD 2008－The Fifth European Conference on Radar in Meteorology and Hydrology，Helsinki，F(xiàn)inland，30June－4July 2008.Finnish Meteorological Institute：Helsinki，2008.

［15］Wood C R，O’Connor E J，Hurley R A，et al.Cloud－radar observations of insects in the UK convective boundary layer［J］.Meteorological Applications，2009，16（4）：491－500.

［16］Gauthreaux Jr S A，Livingston J W，Belser C G.Detection and discrimination of fauna in the aerosphere using Doppler weather surveillance radar［J］.Integr Comp Biol，2008，48（1）：12－23.

［17］Leskinen M.Observed polarimetric signals of insects［C］∥ERAD 2008－The Fifth European Conference on Radar in Meteorology and Hydrology，Helsinki，F(xiàn)inland，30June－4July 2008.Finnish Meteorological Institute：Helsinki，2008.

［18］Bachman S，Zrnic＇D.Three－dimensional attributes of clear－air scatterers observed with the polarimetric weather radar［J］.IEEE Geosciences and Remote Sensing Letters，2008，25：231－235.

［19］Mueller E A，Larkin R P.Insects observed using dual－polarization radar［J］.Journal of Atmospheric and Oceanic Technology，1985，2：49－54.

［20］Zrnic D S，Ryzhkov A V.Observations of insects and birds with a polarimetric radar［J］.IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing，1998，36（2）：661－668.

［21］Rennie S，Illingworth A，Dance S.On differentiating ground clutter and insect echoes from Doppler weather radars using archived data［J］.Atmospheric Measurement Techniques Discussions，2010，3：1843－1860.

［22］Bachman S，Zrnic＇D.Spectral density of polarimetric variables separating biological scatterers in the VAD display［J］.Journal of Atmospheric and Oceanic Technology，2007，24：1186－1198.

［23］Geerts B，Miao Q.The use of millimeter Doppler radar echoes to estimate vertical air velocities in the fair－weather convective boundary layer［J］.Journal of Atmospheric and Oceanic Technology，2005，22：225－246.

［24］Geerts B，Miao Q.Airborne radar observations of the flight behavior of small insects in the atmospheric convective boundary layer［J］.Environ Entomol，2005，34：361－377.

［25］Martin W J，Shapiro A.Discrimination of bird and insect radar echoes in clear air using high－resolution radars［J］.Journal of Atmospheric and Oceanic Technology，2007，24：1215－1230.

［26］Mueller E A.Differential reflectivity of birds and insects［C］∥Preprints，21st Conference on Radar Meteorology，Edmonton，AB，Canada：American Meteorological Society，1983：465－466.

［27］Schaefer G W.Radar observations of insect flight［C］∥Symposium of the Royal Entomology Society，London，1976，7：157－197.

［28］Drake V A.Automatically operating radars for monitoring insect pest migrations［J］.Entomologia Sinica，2002，9（4）：27－39.

［29］Chapman J W，Reynolds D R，Smith A D.Vertical－looking radar：A new tool for monitoring high－altitude insect migration［J］.BioScience，2003，53（5）：503－511.

［30］Chapman J W，Smith A D，Woiwod I P，et al.Development of vertical－looking radar technology for monitoring insect migration［J］.Computers and Electronics in Agriculture，2002，35（2－3）：95－110.

［31］翟保平.昆蟲雷達(dá)：從研究型到實(shí)用型［J］.遙感學(xué)報(bào)，2001，5（3）：231－240.

［32］Smith A D，Reynolds D R，Riley J R.The use of vertical－looking radar to continuously monitor the insect fauna flying at altitude over southern England［J］.Bull Entomol Res，2000，90（3）：265－277.

［33］Smith A D，Riley J R，Gregory R D.A method for routine monitoring of the aerial migration of insects by using a verticallooking radar［J］.Philosophical Transactions of the Royal Society of London.Series B：Biological Sciences，1993，340（1294）：393－404.

［34］Drake V A，Harman I T，Wang H K.Insect monitoring radar：stationary－beam operating mode［J］.Computers and Electronics in Agriculture，2002，35（2－3）：111－137.

［35］Harman I T，Drake V A.Insect monitoring radar：analytical time－domain algorithm for retrieving trajectory and target parameters［J］.Computers and Electronics in Agriculture，2004，43（1）：23－41.

［36］Wang H K，Drake V A.Insect monitoring radar：retrieval of wingbeat information from conical－scan observation data［J］.Computers and Electronics in Agriculture，2004，43（3）：209－222.

［37］Dean T J，Drake V A.Monitoring insect migration with radar：the ventral－aspect polarization pattern and its potential for target identification［J］.International Journal of Remote Sensing，2005，26（18）：3957－3974.

［38］Reynolds D R，Chapman J W，Brooks S J，et al.Seasonal variation in the migration strategies of the green lacewingChrysoperlacarneaspecies complex［J］.Ecological Entomology，2006，31（4）：378－388.

［39］Chapman J W，Reynolds D R，Smith A D，et al.High－altitude migration of the diamondback mothPlutellaxylostellato the U.K.：a study using radar，aerial netting，and ground trapping［J］.Ecological Entomology，2002，27（6）：641－650.

［40］Drake V A，Wang H K，Harman I T.Insect monitoring radar：remote and network operation［J］.Computers and Electronics in Agriculture，2002，35（2－3）：77－94.

［41］Cheng D F，Wu K M，Tian Z，et al.Acquisition and analysis of migration data from the digitised display of a scanning entomological radar［J］.Computers and Electronics in Agriculture，2002，35（2－3）：63－75.

［42］程登發(fā)，吳孔明，田喆，等.掃描昆蟲雷達(dá)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、分析系統(tǒng)［J］.植物保護(hù)，2004，30（2）：41－46.

［43］Drake V A.Quantitative observation and analysis procedures for a manually operated entomological radar［R］.CSIRO Australia Division of Entomology Technical Paper No.19，1981：1－41.

［44］Feng H Q，Wu K M，Cheng D F，et al.Radar observations of the autumn migration of the beet armywormSpodopteraexigua（Lepidoptera：Noctuidae）and other moths in northern China［J］.Bull Entomol Res，2003，93（2）：115－124.

［45］Feng H Q，Wu X F，Wu B，et al.Seasonal migration ofHelicoverpaarmigera（Lepidoptera：Noctuidae）over the Bohai Sea［J］.J Econ Entomol，2009，102（1）：95－104.

［46］Feng H Q，Wu K M，Cheng D F，et al.Northward migration ofHelicoverpaarmigera（Lepidoptera：Noctuidae）and other moths in early summer observed with radar in northern China［J］.J Econ Entomol，2004，97（6）：1874－1883.

［47］Feng H Q，Wu K M，Ni Y X，et al.Return migration ofHelicov－erpaarmigera（Lepidoptera：Noctuidae）during autumn in northern China［J］.Bull Entomol Res，2005，95（4）：361－370.

［48］Feng H Q，Zhao X C，Wu X F，et al.Autumn migration ofMythimnaseparata（Lepidoptera：Noctuidae）over the Bohai Sea in northern China［J］.Environ Entomol，2008，37（3）：774－781.

［49］Feng H，Wu K M，Cheng D F，et al.Spring migration and summer dispersal ofLoxostegesticticalis（Lepidoptera：Pyralidae）and other insects observed with radar in Northern China［J］.Environ Entomol，2004，33（5）：1253－1265.

［50］Feng H Q，Wu K M，Ni Y X，et al.High－altitude windborne transport ofHelicoverpaarmigera（Lepidoptera：Noctuidae）and other moths in mid－summer in Northern China［J］.Journal of Insect Behavior，2005，18（3）：335－349.

［51］Feng H Q，Wu K M，Ni Y X，et al.Nocturnal migration of dragonflies over the Bohai Sea in northern China［J］.Ecological Entomology，2006，31（5）：511－520.

［52］Feng H Q，Zhang Y H，Wu K M，et al.Nocturnal windborne migration of ground beetles，particularlyPseudoophonusgriseus（Coleoptera：Carabidae），in China［J］.Agricultural and Forest Entomology，2007，9（2）：103－113.

［53］吳孔明，翟保平，封洪強(qiáng)，等.華北北部地區(qū)二代棉鈴蟲成蟲遷飛行為的雷達(dá)觀測［J］.植物保護(hù)學(xué)報(bào)，2006，33（2）：163－167.

［54］吳孔明，程登發(fā)，徐廣，等.華北地區(qū)昆蟲秋季遷飛的雷達(dá)觀測［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2001，21（11）：1833－1838.

［55］Taylor P D，Brzustowski J M，Matkovich C，et al.radR：an open－source platform for acquiring and analysing data on biological targets observed by surveillance radar［J］.BMC Ecol，2010，10：22.

［56］Riley J R.Collective orientation in night－flying insects［J］.Nature，1975，253（5487）：113－114.

［57］Riley J R，Reynolds D R.Orientation at night by high－flying insects［M］∥Danthanarayana W，ed.Insect Flight：Dispersal and Migration.Berlin：Springer－Verlag，1986：71－87.

［58］Reynolds D R，Riley J R.The flight behaviour and migration of insect pests：radar studies in developing countries［R］.Chatham （United Kingdom）：Natural Resources Institute.NRI Bulletin no.71，1997.

［59］Drake V A.Collective orientation by nocturnally migrating Australian plague locusts，Chortoicetesterminifera（Walker）（Orthoptera：Acrididae）：a radar study［J］.Bull Entomol Res，1983，73（04）：679－692.

［60］Reynolds A M，Reynolds D R，Smith A D，et al.A single wind－mediated mechanism explains high－altitude‘non－goal oriented’headings and layering of nocturnally migrating insects［J］.Proceedings of the Royal Society B：Biological Sciences，2010，277（1682）：765－772.

［61］Chapman J W，Nesbit R L，Burgin L E，et al.Flight orientation behaviors promote optimal migration trajectories in highflying insects［J］.Science，2010，327（5966）：682－685.

［62］Chapman J W，Reynolds D R，Hill J K，et al.A seasonal switch in compass orientation in a high－flying migrant moth［J］.Curr Biol，2008，18（19）：R908－909.

［63］Chapman J W，Nesbit R L，Burgin L E，et al.Flight orientation behaviors promote optimal migration trajectories in highflying insects［J］.Science，2010，327（5966）：682－685.

［64］Chapman J W，Reynolds D R，Mouritsen H，et al.Wind selection and drift compensation optimize migratory pathways in a high－flying moth［J］.Curr Biol，2008，18（7）：514－518.

［65］Reynolds D R，Chapman J W，Edwards A S，et al.Radar studies of the vertical distribution of insects migrating over southern Britain：the influence of temperature inversions on nocturnal layer concentrations［J］.Bull Entomol Res，2005，95（3）：259－274.

［66］Wood C R，Chapman J W，Reynolds D R，et al.The influence of the atmospheric boundary layer on nocturnal layers of noctuids and other moths migrating over southern Britain［J］.Int J Biometeorol，2006，50（4）：193－204.

［67］Wood C R，Clarke S J，Barlow J F，et al.Layers of nocturnal insect migrants at high－altitude：the influence of atmospheric conditions on their formation［J］.Agricultural and Forest Entomology，2010，12：113－121.

［68］Colpitts B G，Boiteau G.Harmonic radar transceiver design：miniature tags for insect tracking［J］.IEEE Transactions on Antennas and Propagation，2004，52（11）：2825－2832.

［69］桂連友，黃秀琴，李傳仁.昆蟲諧波雷達(dá)的發(fā)展和利用［J］.應(yīng)用昆蟲學(xué)報(bào)，2011，48（3）：732－738.

［70］Williams D W，Li G，Gao R.Tracking movements of individualAnoplophoraglabripennis（Coleoptera：Cerambycidae）adults：application of harmonic radar［J］.Environmental Entomology，2004，33（3）：644－649.

［71］Riley J R，Smith A D.Design considerations for an harmonic radar to investigate the flight of insects at low altitude［J］.Computers and Electronics in Agriculture，2002，35（2－3）：151－169.

［72］Boiteau G，Vincent C，Meloche F，et al.Harmonic radar：assessing the impact of tag weight on walking activity of Colorado potato beetle，Plumcurculio，and western corn rootworm［J］.J Econ Entomol，2010，103（1）：63－69.

［73］Riley J R，Smith A D，Reynolds D R，et al.Tracking bees with harmonic radar［J］.Nature，1996，379：29－30

［74］O’Neal M E，Landis D A，Rothwell E，et al.Tracking insects with harmonic radar：a case study［J］.American Entomologist，2004，50（4）：212－218.

［75］Boiteau G，Colpitts B.The potential of portable harmonic radar technology for the tracking of beneficial insects［J］.International Journal of Pest Management，2004，50（3）：233－242.

［76］Mascanzoni D，Wallin H.The harmonic radar：a new method of tracing insects in the field［J］.Ecological Entomology，1986，11（4）：387－390.

［77］Wallin H，Ekbom B S.Movements of carabid beetles（Coleoptera：Carabidae）inhabiting cereal fields：a field tracing study［J］.Oecologia，1988，77（1）：39－43.

［78］Wallin H，Ekbom B.Influence of hunger level and prey densities on movement patterns in three species of pterostichus beetles（Coleoptera：Carabidae）［J］.Environmental Entomology，1994，23（5）：1171－1181.

［79］Charrier S，Petit S，Burel F.Movements ofAbaxparallelepipedus（Coleoptera，Carabidae）in woody habitats of a hedgerow network landscape：a radio－tracing study［J］.Agriculture，Ecosystems ＆ Environment，1997，61（2－3）：133－144.

［80］Bliteau G，Colpitts B.Electronic tags for the tracking of insects in flight：effect of weight on flight performance of adult Colorado potato beetles［J］.Entomologia Experimentalis et Applicata，2001，100：187－193.

［81］Boiteau G，Vincent C，Meloche F，et al.Harmonic radar：efficacy at detecting and recovering insects on agricultural host plants［J］.Pest Manag Sci，2011，67（2）：213－9.

［82］Boiteau G，Vincent C，Meloche F，et al.Evaluation of tag entanglement as a factor in harmonic radar studies of insect dispersal［J］.Environ Entomol，2011，40（1）：94－102.

［83］Gui L Y，Boiteau G，Colpitts B G，et al.Random movement pattern of fed and unfed adult Colorado potato beetles in bareground habitat［J］.Agricultural and Forest Entomology，2011.In press.

［84］Gui L Y，Huang X Q，Li C R，et al.Validation of harmonic radar tags to study the movement of Chinese citrus fly［J］.The Canadian Entomologist，2011：In press.

［85］Carreck N L，Osborn J L，Capaldi E A，et al.Tracking bees with radar［J］.Bee World，1999，80（3）：124－131.

［86］Menzel R，F(xiàn)uchs J，Nadler L，et al.Dominance of the odometer over serial landmark learning in honeybee navigation［J］.Naturwissenschaften，2010，97（8）：763－767.

［87］Svensson G P，Valeur P G，Reynolds D R，et al.Mating disruption inAgrotissegetummonitored by harmonic radar［J］.Entomologia Experimentalis et Applicata，2001，101（2）：111－121.

［88］Reynolds A M，Reynolds D R，Smith A D，et al.Appetitive flight patterns of maleAgrotissegetummoths over landscape scales［J］.J Theor Biol，2007，245（1）：141－149.

［89］Cant E T，Smith A D，Reynolds D R，et al.Tracking butterfly flight paths across the landscape with harmonic radar［J］.Proc Biol Sci，2005，272（1565）：785－790.

［90］Ovaskainen O，Smith A D，Osborne J L，et al.Tracking butterfly movements with harmonic radar reveals an effect of population age on movement distance［J］.Proc Natl Acad Sci U S A，2008，105（49）：19090－19095.

［91］Wang R，Ovaskainen O，Cao Y D，et al.Dispersal in the Glanville fritillary butterfly in fragmented versus continuous landscapes：comparison between three methods［J］.Ecological Entomology，2011，36：251－260.

［92］徐興新，李棟.探地雷達(dá)探測堤壩白蟻巢研究［J］.昆蟲學(xué)報(bào)，1996，39（1）：46－52.

［93］Henderson G.The termite menace in New Orleans：did they cause the floodwalls to tumble？［J］.American Entomologist，2008，54（3）：156－162.

［94］陳家銀，李富長，司馬軍.白龜山水庫白蟻隱患的探地雷達(dá)檢測試驗(yàn)［J］.河南水利與南水北調(diào)，2007，2007（1）：54－55.

［95］Yang X H，Henderson G，Mao L X，et al.Application of ground penetrating radar in detecting the hazards and risks of termites and ants in soil levees［J］.Environ Entomol，2009，38（4）：1241－1249.

［96］Drake V A，Reynolds D R.Radar entomology：observing insect flight and migration［M］.CABI，2011：304.

［97］齊會會.稻飛虱的雷達(dá)監(jiān)測與遷飛軌跡分析［D］.北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院，2011.

［98］齊會會，張?jiān)苹?，程登發(fā)，等.褐飛虱2009年秋季回遷的雷達(dá)監(jiān)測及軌跡分析［J］.昆蟲學(xué)報(bào)，2010，53（11）：1256－1264.

［99］楊秀麗，陳林，程登發(fā)，等.毫米波掃描昆蟲雷達(dá)空中昆蟲監(jiān)測的初步應(yīng)用［J］.植物保護(hù)，2008，34（2）：31－36.

［100］高月波，陳曉，陳鐘榮，等.稻縱卷葉螟（Cnaphalocrocismedinalis）遷飛的多普勒昆蟲雷達(dá)觀測及動態(tài)［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2008，28（11）：5238－5247.

［101］張?jiān)苹?，陳林，程登發(fā)，等.草地螟2007年越冬代成蟲遷飛行為研究與蟲源分析［J］.昆蟲學(xué)報(bào)，2008，51（7）：720－727.

［102］張?jiān)苹?，喬紅波，程登發(fā)，等.垂直監(jiān)測昆蟲雷達(dá)空中昆蟲監(jiān)測的初步應(yīng)用［J］.植物保護(hù)，2007，33（3）：23－26.

［103］Zhang P F，Ryzhkov A，Zrnic D.Polarimetric prototype of the WSR－88Dradar observation of birds and insects［C］∥Preprints CD，12th Conference on Aviation，Range，and Aerospace Meteorology，Atlanta，GA，28January－3February 2006.American Meteorological Society：Boston，2006.

［104］Leskinen M，Markkula I，Koistinen J，et al.Pest insect immigration warning by an atmospheric dispersion model，weather radars and traps［J］.Journal of Applied Entomology，2010，135（1－2）：55－67.

［105］Nieminen M，Leskinen M，Helenius J.Doppler radar detection of exceptional mass－migration of aphids into Finland［J］.Int J Biometeorol，2000，44（4）：172－181.

［106］Markkula I，Ojanen H，Tiilikkala K，et al.Insect migration case studies by polarimetric radar［C］.In ERAD 2008－The Fifth European Conference on Radar in Meteorology and Hydrology，Helsinki，F(xiàn)inland，30June－4July 2008.Finnish Meteorological Institute：Helsinki，2008.

［107］吳博，封洪強(qiáng)，趙奎軍，等.視頻軌跡分析技術(shù)在昆蟲行為學(xué)研究中的應(yīng)用［J］.植物保護(hù)，2009，35（2）：1－6.

［108］施翔宇，封洪強(qiáng)，劉中芳，等.實(shí)驗(yàn)條件下黏蟲、棉鈴蟲和小地老虎的定向行為比較［J］.植物保護(hù)，2010，36（4）：60－63.

Applications of radar in entomological research

Feng Hongqiang
（HenanKeyLaboratoryofCropPestControl，InstituteofPlantProtection，HenanAcademyofAgriculturalSciences，Zhengzhou450002，China）

Insect radar has been used as an excellent tool in entomological research，such as flight behavior of insects during high－altitude and long－distance migration or just above ground，because of its fascinating ability in detecting flight behavior of insects in natural free flying from a long distance with little disturbance to them.Weather radar has increasingly been used to monitor birds and insects，and GPR （Ground Penetrating Radar）has also been used to detect nests of termites and ants in soil levees.This review evaluated the capability of different types of radars and their performance in entomological research，to tell what the radar can do and the challenges in using radar from the view of an entomologist.

radar； insect； migration； target identification； application

S 431.9

A

10.3969／j.issn.0529－1542.2011.05.001

2011－09－05

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（30971873）；河南省杰出青年基金項(xiàng)目（094100510024）；河南省重大公益項(xiàng)目（081100911300）

＊ 通信作者E－mail：feng＿h(yuǎn)q＠163.com