包云軒，曹 云，謝曉金，陸明紅，李 軒，王純枝，劉萬才

1 江蘇省農業(yè)氣象重點實驗室，南京信息工程大學，南京 210044 2 農業(yè)部全國農業(yè)技術推廣服務中心，北京 100125 3 國家氣象中心，北京 100081

中國稻縱卷葉螟發(fā)生特點及北遷的大氣背景

包云軒1,*，曹 云1，謝曉金1，陸明紅2，李 軒3，王純枝3，劉萬才2

1 江蘇省農業(yè)氣象重點實驗室，南京信息工程大學，南京 210044 2 農業(yè)部全國農業(yè)技術推廣服務中心，北京 100125 3 國家氣象中心，北京 100081

稻縱卷葉螟因其發(fā)生面積大、暴發(fā)頻率高、致害程度重而成為我國水稻生產上的重要害蟲。為了闡明大氣背景對其北遷重大過程的影響，利用2000—2012年中國稻縱卷葉螟燈誘數(shù)據分析了我國水稻主產區(qū)稻縱卷葉螟遷入的主要特征；選取2007年7月下旬的一次重大北遷過程作為典型個例，運用中尺度天氣研究和預報模式WRF，結合NCEP氣象再分析資料，模擬了這一過程的大氣背景，推算了稻縱卷葉螟的遷飛軌跡，并分析了大氣背景對稻縱卷葉螟災變性遷入的影響。研究表明：(1)這13年中，我國稻縱卷葉螟的遷入大多在3月初始見，3—8月為北遷期，從南到北先后在華南、西南、江嶺、江淮稻區(qū)出現(xiàn)遷入峰；9—11月為南遷期，從北到南先后遷入江淮、江嶺、華南稻區(qū)并出現(xiàn)相應的遷入峰，10月底至11月初為終見期。(2)北遷個例中各站逆推軌跡分析顯示：包括再遷飛在內的不同時段蟲源地基本上位于降蟲區(qū)的西南方，遷飛高度都變化于550—850 m之間，但在沿海地區(qū)降落的稻縱卷葉螟遷飛軌跡是復雜的。(3)水平氣流是稻縱卷葉螟遠距離北遷的主要運載動力，925 hPa上南方稻區(qū)一致的偏南氣流對稻縱卷葉螟北遷極為有利；三維流場的起伏、特別是垂直氣流的強弱變化對遷飛高度的變化起重要的作用。(4)下沉氣流和降水是稻縱卷葉螟降落的關鍵動力因素，兩者都對降蟲有明顯影響。(5)在這一北遷過程中，稻縱卷葉螟種群多降落在相對濕度大的區(qū)域，降蟲區(qū)的相對濕度均在75%以上。

稻縱卷葉螟；遷入；WRF模式；遷飛軌跡；大氣背景

稻縱卷葉螟，Cnaphalocrocismedinalis，是廣泛分布在亞洲和東非水稻生長區(qū)的一種遠距離遷飛性害蟲。我國作為世界上水稻生產和消費的最大國家，自20世紀60年代以來，一直遭受著其危害和困擾。稻縱卷葉螟在我國的分布較廣，向北可達吉林，向南可至海南、中國臺灣，東至沿海島嶼，西至云貴高原，均有觀測記載。每年3月份開始，其種群從中南半島隨西南氣流遷入我國兩廣南部和云南南部地區(qū)，隨后不斷向北深入，夏秋之交開始南遷，10月下旬后陸續(xù)遷出我國[1]。我國稻縱卷葉螟的主要危害區(qū)在淮河以南的水稻主產區(qū)，尤其以華南、江嶺和江淮稻區(qū)為甚[2]。本世紀以來，稻縱卷葉螟在我國各稻區(qū)的發(fā)生蟲量和危害面積明顯上升，自2003年來多年大發(fā)生，造成了我國水稻產量的巨大損失，已成為目前我國糧食安全的重大威脅。因此，揭示稻縱卷葉螟的發(fā)生規(guī)律，探明影響其發(fā)生和災變的因素，提高稻縱卷葉螟發(fā)生的測報水平，對于保障我國糧食安全、維護社會穩(wěn)定有著重要的意義。

稻縱卷葉螟屬鱗翅目螟蛾科，趨光、趨濕、趨嫩，具有遠距離遷飛性，且具有較強的再遷飛能力，能經過幾個夜晚的多次飛行，實現(xiàn)遠距離轉移[3]，這給監(jiān)測預報工作帶來了很大的困難。經過國內外學者多年的研究，已經明確了影響遷飛性害蟲災變性遷入的重要因素有害蟲自身的生理生態(tài)特性、寄主環(huán)境、大氣背景及地理條件等，其中它們的遠距離遷飛和輾轉成災只能借助適宜的氣象條件才能實現(xiàn)。因此，在全面了解害蟲生理生態(tài)特征的基礎上，運用現(xiàn)代氣象學理論和技術，系統(tǒng)地研究和闡明大氣背景對稻縱卷葉螟災變性遷入的影響機理顯得尤為重要。國內外已有許多學者運用氣象學理論和方法研究了影響遷飛性害蟲災變的大氣背景，如有研究指出不同類型的天氣系統(tǒng)如鋒面、副熱帶高壓、大陸冷高壓等對褐飛虱降落有不同的影響[4]，有研究發(fā)現(xiàn)氣象條件如風場、垂直氣流、降水、溫度和濕度等是影響稻縱卷葉螟遷飛的重要因子[5]。Curtis R Wood等[6]曾用雷達觀測英國南部蛾類夜間遷徙動態(tài)時發(fā)現(xiàn)，溫度、濕度以及風速條件對蛾的起飛和成層遷飛有很大的影響。包云軒等[7]運用MICAPS軟件繪制氣象背景圖，分析得出高空大氣環(huán)流形勢對稻縱卷葉螟的南、北遷降落起著重要的宏觀調控作用，高空風場盛行偏南風時對北遷有利，盛行偏北風時對南遷有利，而降水條件則是稻縱卷葉螟集中遷入和降落的重要動力脅迫因子。王翠花等[2，8]分析了大氣動力機制和水汽條件對2003年中國稻縱卷葉螟遷入成災的影響，并指出高空的水汽輸送狀況和相對濕度分布對稻縱卷葉螟的遷入有著很強的指示意義。高月波等[9]在對稻縱卷葉螟的遷飛進行多普勒雷達觀測的基礎上，推算了夏秋季發(fā)生在長江中下游稻區(qū)的多個稻縱卷葉螟重大遷飛過程的后推軌跡，并簡要分析了其遷入的大氣背景。前人主要從二維大氣背景場的水平分布上探討氣象條件對稻縱卷葉螟遠距離遷飛的影響，極少結合多個大氣物理量場的垂直梯度變化從三維動態(tài)上來研究大氣背景場對稻縱卷葉螟遷飛和再遷飛的影響，也鮮少運用WRF模式輸出的精細化大氣背景場來系統(tǒng)分析各大氣物理量場對稻縱卷葉螟災變性遷入的影響。

本文針對過去研究中存在的問題，在分析2000—2012年我國水稻主產區(qū)稻縱卷葉螟遷入主要特征的基礎上，選取2007年7月下旬一次典型北遷過程作為個例逆推稻縱卷葉螟的遷飛軌跡，運用中尺度天氣研究和預報模式WRF，結合NCEP氣象再分析資料，精細化地模擬這一過程的三維大氣背景場，分析其動態(tài)變化對稻縱卷葉螟災變性遷入的影響，旨在探明導致我國稻縱卷葉螟災變性遷入的大氣物理機制，為我國遷飛性害蟲的災變監(jiān)測和預警提供科學依據。

1 資料與方法

1.1 資料

1.1.1 蟲情資料

稻縱卷葉螟蟲情資料是由農業(yè)部全國農業(yè)技術推廣服務中心提供的全國168個病蟲測報站的逐日燈誘數(shù)據，資料時長為2000—2012年，選取了資料較為完整且具有代表性的45個站點用于分析稻縱卷葉螟的發(fā)生特征。在此基礎上，選取了2007年7月下旬一次重大遷入過程(2007年7月22—24日)作為典型的災變性北遷個例。

1.1.2 氣象資料

本文降水場實測資料由國家氣象信息中心提供。運行WRF模式所用的初始場資料為美國國家環(huán)境預測中心(NCEP)提供的每6 h一次的水平分辨率為1°×1°的氣象再分析格點資料。

1.1.3 基礎地理信息

研究所用的基礎地理圖層為國家基礎地理信息中心提供的1∶4000000中國電子地圖。

1.2 方法

1.2.1 稻縱卷葉螟燈誘數(shù)據的處理

首先，在Excel中整理出歷年各站點稻縱卷葉螟逐日燈誘資料，繪制出各站點稻縱卷葉螟歷年遷入蟲量的時間變化曲線，分析得出13年來各站遷入的始見期、南北遷高峰期、峰次數(shù)、終見期。因農業(yè)部病蟲測報規(guī)范中常以候為單位，候，每月25日以前，每5d為1候，最后一候可以是3、4、5d或6d，本文在統(tǒng)計發(fā)生期時也應用單位候。其次，在ArcGIS中繪制逐日稻縱卷葉螟燈誘蟲量的空間分布圖，通過同期突增現(xiàn)象分析單站蟲情遷入動態(tài)，并初步判斷出蟲源地、遷飛路徑和降蟲區(qū)。最后，從稻縱卷葉螟大發(fā)生的2007年燈誘資料中篩選出一個典型的重大遷飛過程2007年7月22—24日作為本文研究個例，詳細分析其遷飛的時空動態(tài)。

1.2.2 軌跡分析方法

本文稻縱卷葉螟的遷飛軌跡計算是在NOAA官網(www.noaa.gov)上的HYSPLIT- 4軟件平臺上進行的，采用后推示蹤法推算遷出蟲源地和遷飛路徑，采用前推法分析主、副降蟲區(qū)和遷飛路徑。采用UTC(標準世界時)，可以每1 h輸出1組軌跡參數(shù)，這些參數(shù)包括軌跡點所在的緯度、經度、海拔高度等。模式中用于分析的氣象數(shù)據為GDAS格點值，NOAA官網同樣提供該類數(shù)據的下載。選取了主、副降蟲區(qū)的4個代表性站點(安徽太湖、江蘇張家港、江蘇丹陽、浙江象山)為逆推軌跡起點，進行蟲源地的逆推分析；考慮到盛夏7月稻縱卷葉螟的起飛峰時在18：00前后、降落峰時06:00前后，選取逆推時段為當日06：00逆推至前一日18：00；根據昆蟲雷達觀測結果[9- 10]，稻縱卷葉螟盛夏的飛行高度變化于100—1500 m之間，聚集遷飛層在750 m上下。因此，逆推軌跡起點高度設為750 m，據此逆推出3個夜間12 h的遷飛軌跡線，并在Excel中繪制出相應的逆推軌跡高度，以反映稻縱卷葉螟的三維遷飛動態(tài)。在分析軌跡及軌跡落點時，考慮到該昆蟲的生物學習性，軌跡終止落點必須在水稻種植區(qū)內，且該稻區(qū)正值稻縱卷葉螟遷出高峰[11]。

1.2.3 個例大氣背景的數(shù)值模擬

本文應用WRF-ARW3.4模式對所選稻縱卷葉螟重大遷飛過程的大氣背景進行數(shù)值模擬，采用NCEP 1°×1°氣象再分析資料作為初始場，設置雙重嵌套區(qū)域，區(qū)域中心設為(116°E，28°N)，外層網格水平方向為222×200個格點，格距為30 km；內層網格水平方向為280×229個格點，格距為10 km；嵌套區(qū)域覆蓋我國稻縱卷葉螟各發(fā)生區(qū)域，模式積分步長為60 s，考慮到稻縱卷葉螟的夜間遷飛特點及遷飛的時效性，模擬初始時刻選為2007年7月22日08:00(北京時)，積分36 h，1 h輸出一次結果，在選擇微物理方案時，內外層微物理過程均采用WSM3簡單冰方案，長波輻射采用RRTM方案，短波輻射采用Dudhia方案，邊界層采用YSU方案，積云參數(shù)化采用Grell方案，模式輸出結果用氣象專用繪圖軟件Grads 2.0繪制各物理量場。

2 結果與分析

2.1 2000—2012年中國稻縱卷葉螟發(fā)生特點

本文分析了2000—2012年中國稻縱卷葉螟燈誘資料，得出13年來平均的始見期、高峰期、終見期，并制作成圖1所示的GIS空間分布圖。

稻縱卷葉螟的全國各地始見期分布圖(圖1)，3月份，我國南方稻區(qū)西南季風開始盛行[12- 13]，將境外的蟲源不斷帶入我國境內。這13年中，常年燈下見蟲為3月5日—10日，最早的為3月1日，出現(xiàn)在2007年廣東陽春，最遲的為3月25日，出現(xiàn)在2002年廣東陽春、廣西合浦。在經過平均時長35候的順序北遷后，可蔓延至我國淮河以南的整個南方水稻主產區(qū)，其間14—21候遷入兩廣南部；22—27候遷入兩廣北部、云南、貴州、湖南、福建和江西南部；28—33候遷入重慶、江西北部、湖北南部、安徽南部和浙江南部；34—39候遷入湖北北部、安徽北部、浙江北部及江蘇大部。

稻縱卷葉螟的北遷高峰期分布圖(圖1)，在西南季風(特別是低空急流)的輸送下，伴隨著西太平洋副高的北抬西伸，從南到北我國各稻區(qū)依次出現(xiàn)北遷高峰期：25—33候，廣西東南部和廣東西南部首先出現(xiàn)北遷高峰期；緊接著34—39候，西南稻區(qū)進入北遷高峰期；37—42候江嶺稻區(qū)經歷北遷高峰期；43—47候江淮地區(qū)最后進入北遷高峰期。

南遷高峰期分布圖(圖1)，和北遷相比，南遷具有遷入快、時間短、范圍小的特點。該時期，副高南撤，西南季風和東南季風開始迅速衰退，偏北季風開始盛行，此時的運載氣流有利于稻縱卷葉螟向南回遷，從北向南，江淮稻區(qū)南遷高峰期在50—51候；江嶺稻區(qū)在50—55候進入南遷高峰期；華南稻區(qū)在56—59候進入南遷高峰期；西南稻區(qū)只有貴州有回遷蟲源出現(xiàn)，其南遷高峰期在50—51候，云南和重慶地區(qū)由于海拔高、地形障礙和稻縱卷葉螟南遷高度比一般地形低等因素很難監(jiān)測到回遷蟲源，而使得這兩個地區(qū)的稻縱卷葉螟遷入在8月底就已終見。

稻縱卷葉螟的終見期分布圖(圖1)，稻縱卷葉螟的遷入終見期最先于50—55候在江淮稻區(qū)出現(xiàn)；其后是江嶺稻區(qū)，發(fā)生在53—58候；59—62候華南稻區(qū)進入終見期。

本文對稻縱卷葉螟南北遷高峰次數(shù)進行了一次統(tǒng)計，北遷持續(xù)時間長，在各地峰次較多，峰期較長，從圖2看出，華南稻區(qū)常年平均有3—4個遷入峰，西南稻區(qū)一般有3—4個遷入峰，江嶺稻區(qū)一般有2—3個遷入峰，江淮稻區(qū)一般出現(xiàn)2—3個遷入峰；華南稻區(qū)是峰次發(fā)生較多的一個區(qū)域，華南稻區(qū)溫度、日照、降水適宜，稻田多分布在江河平原和丘陵谷底，多生長以雙季稻為主的一年多熟水稻，豐富的食料和有利的地理條件使該地區(qū)成為稻縱卷葉螟北遷重要的輸送必經之地，而江淮地區(qū)發(fā)生峰次則較少，該地區(qū)大部分水稻一季有余，兩季不足，雖峰次不多，但該地區(qū)有著地理優(yōu)勢，尤其長江中下游平原這一魚米之鄉(xiāng)，在季風影響之下，氣候溫潤，降水豐富，豐富的食料環(huán)境通常導致該地區(qū)稻縱卷葉螟暴發(fā)成災。

稻縱卷葉螟南遷的周期短于北遷周期，通常在9月初開始回遷，至11月初結束，從圖2看出，江淮稻區(qū)常出現(xiàn)1—2個遷入峰，江嶺稻區(qū)一般有1—2個遷入峰，華南稻區(qū)常有2—3個遷入峰，西南稻區(qū)常年有1個遷入峰。

圖1 2000—2012年我國稻縱卷葉螟遷入期的時空分布圖

圖2 2000—2012年我國不同稻區(qū)稻縱卷葉螟遷入峰次圖

圖3 2007年7月22—24日我國稻縱卷葉螟燈誘量空間分布圖

2.2 2007年北遷個例分析

2.2.1 稻縱卷葉螟蟲情分析

2007年是稻縱卷葉螟在我國稻區(qū)發(fā)生較重的一年，江淮稻區(qū)是主要受災害的地區(qū)，田間蟲量之大，災害持續(xù)時間之長，實屬罕見，對水稻生產造成了嚴重的威脅[14]。通過在Excel中對2007年的稻縱卷葉螟燈誘數(shù)據進行單站時間序列分析，可以知道2007年稻縱卷葉螟始見期早、終見期遲、在我國稻區(qū)為害時間長的特點。燈誘始見期最早出現(xiàn)在廣東陽春站，為3月1日，最晚出現(xiàn)在江蘇靖江，為7月4日；燈誘終見期最早出現(xiàn)在重慶墊江，為8月20日，最晚出現(xiàn)在廣西大多數(shù)站點，均為11月10日。2007年7月23日，江淮稻區(qū)和江南稻區(qū)出現(xiàn)了一次同期突增現(xiàn)象，迎來了一次遷入高峰期，這一峰值時期也正與北遷高峰期統(tǒng)計結果一致，在此后的10 d內，這兩個稻區(qū)多個植保站的燈誘蟲量居高不下。

圖3是7月22日—24日稻縱卷葉螟燈誘蟲量空間分布圖，可以看出，這幾天我國南方稻區(qū)都有蟲源遷入，22日降蟲區(qū)域主要分布在皖、湘、黔以及浙江、福建沿海地區(qū)，降蟲量相對較少，分布比較均勻，而23日降蟲顯著增加，尤其以江、浙、皖稻區(qū)最明顯，浙江沿海站點日降蟲量竟達到了上萬頭，對比接下來幾天的降蟲分布圖(2007-07-24)，可以很清晰的看到此次同期突增持續(xù)時間較長、范圍廣，主要降蟲區(qū)域為浙江沿海地區(qū)和長江中下游稻區(qū)的蘇、皖、鄂地區(qū)，主要集中在30°N南北，副降蟲區(qū)為湘、黔和閩東地區(qū)，通過比較分析，可以確定7月23日是大氣背景對稻縱卷葉螟遷入產生作用的關鍵日。

2.2.2 稻縱卷葉螟遷飛軌跡分析

圖4 2007年7月23日06：00起、22日06：00起和21日06：00起太湖、象山、張家港和丹陽站稻縱卷葉螟各夜夜間12h逆推軌跡的連線

為了了解此次長江中下游稻區(qū)稻縱卷葉螟同期突增的遷入過程，選取了代表性站點進行高峰日逆推軌跡模擬，從圖4可以看出，23日蘇皖地區(qū)的蟲源主要來源于其西南方向，逆推蟲源地集中在江嶺稻區(qū)中部，說明稻縱卷葉螟在這3個夜晚的遷飛中主要受西南氣流的影響，由湖南南部、江西中部輾轉至江蘇南部、安徽、浙江地區(qū)，進而到達長江中下游地區(qū)，而沿海稻區(qū)象山是此次重發(fā)生區(qū)域，其燈誘遷入量達到上萬頭，其首次逆推路徑來自南路，逆推起點正好落在海上，無法判斷出蟲源地，因此，在沿海地區(qū)降落的稻縱卷葉螟的遷飛路徑是復雜的。

本文以750 m作為逆推起點，從逆推軌跡高度變化來看(圖5)，第一次逆推(2007-07-23)，到達太湖站的蟲群隨風高度先降低后升高，丹陽站的蟲群則隨風而上升，而到達張家港的蟲群則一開始就在較高的高度，此后的高度一致穩(wěn)定在750—800 m之間；第二次逆推(2007-07-22)、第三次逆推(2007-07-21)蟲群遷飛高度也呈現(xiàn)一定的起伏變化，但遷飛高度大多集中在550—850 m之間。

圖5 2007年7月23日、22日和21日分別于06:00起太湖、象山、張家港和丹陽站稻縱卷葉螟各夜夜間12 h逆推軌跡高度曲線

2.2.3 大氣環(huán)流形勢分析

結合7月22日08:00 500 hPa天氣圖(圖6a)和7月23日08:00 500 hPa天氣形勢圖(圖略)可以發(fā)現(xiàn)：500 hPa高度上，歐亞大陸高空維系著兩槽一脊的形勢，兩低壓分別位于新西伯利亞西部和鄂霍次克海上空，高壓脊位于貝加爾湖上空附近，中高緯阻高處于減弱崩潰時期。在我國境內，河套地區(qū)有一切斷低壓，冷渦形勢不斷發(fā)展將會對我國北方地區(qū)造成降溫和不穩(wěn)定的雷陣雨天氣，在東部沿海地區(qū)西太平洋副熱帶高壓控制著粵東、福建大部和浙南地區(qū)，并逐漸向北向西推移，副高脊線位于25°N—28°N之間，西南暖濕氣流和北方低壓后部南下的西北干冷氣流在副高西北側相遇，形成對流，有利于降水的發(fā)生。7月22日08:00(圖6b)以及23日08:00(圖略)700 hPa天氣圖上，可以清楚地看到江淮流域北部與朝鮮半島南部之間有一切變線，切變線以南是我國水稻主產區(qū)，盛行強勁的西南暖濕氣流，其中湘、鄂、皖、蘇、滬、浙等稻區(qū)的風速已達到了低空急流的量級，這對遷飛性害蟲從蟲源地大規(guī)模遷出十分有利。7月22日20：00 850 hPa(圖6c)天氣圖上顯示對流層低層高低壓配置與對流層中高層槽脊分布密切對應，我國長江以南大部分地區(qū)受強盛的西南氣流控制，并與來自西北的冷性偏北風形成切變線，西南氣流源源不斷地將孟加拉灣和南海的水汽輸送至我國南方地區(qū)，形成大片濕區(qū)范圍。

圖6 不同高度位勢高度場(gpm)和風場(m/s)

2.2.4 稻縱卷葉螟遷飛的大氣動力背景分析

(1)水平流場分析

7月22日20:00(圖7a)925 hPa風場上，來自南海的偏南風直入我國兩廣地區(qū)，西南氣流在我國兩廣地區(qū)和湘、贛南部地區(qū)強勁而有力，深入內陸，風速減緩，海上黃海中部以南和陸上淮河以南的東部地區(qū)盛行較一致的強西南氣流，但此時我國陸地上的風速并未達到低空急流的量級，隨著整個環(huán)流形勢的發(fā)展，23日02：00(圖7b)925 hPa上風場圖上，我國湘南地區(qū)出現(xiàn)了低空急流，且我國大部分地區(qū)均以西南氣流為主，風速較大，對稻縱卷葉螟從南部稻區(qū)的北遷十分有利，而在淮河沿岸，西南氣流與東亞大槽后部南下的東北氣流交綏，形成對流，并產生降水。23日08：00(圖7c)925 hPa風場上，兩廣南部有西南暖濕氣流不斷向東北方向輸送，湘南地區(qū)的西南低空急流向東北方向移動，已經影響到贛北地區(qū)。而自東北方向南下的干冷氣流不斷加強南壓，逐漸影響到江淮稻區(qū)上空的風場格局，皖南、蘇南及浙北地區(qū)氣流逐漸由西南向西偏，由于西南氣流與東北氣流的交綏導致蘇、皖、鄂形成降水帶，更有利于稻縱卷葉螟的降落成災。圖8a是02：00沿30°N各層次水平風場的緯向剖面圖，可以看出113°E—125°E之間風向均為西南風，且925 hPa高度風速達到10 m/s以上，高度越高風速越大；圖8b是02：00沿120°E各層次水平風場的經向剖面圖，可以看出23°N—33°N之間風向均為西南風，925 hPa高度風速也達10 m/s以上，而這兩個范圍所形成的的集中區(qū)域正是稻縱卷葉螟降蟲最頻繁的區(qū)域，主要遷飛層的風向以西南風為主，風速大小也對稻縱卷葉螟向東北方向的遷飛極為有利。

圖7 2007年7月22日20：00(a)、7月23日02：00(b)和08：00(c)925 hPa風場(m/s)

圖8 2007年7月23日02：00沿30°N緯向風場(m/s)剖面圖(a)和沿120°E經向風場(m/s)剖面圖(b)

(2)垂直速度場分析

稻縱卷葉螟在空中順風而行時如遇一定強度的下沉氣流或降水，會被迫降落地面，從7月23日02：00和08：00 925 hPa垂直速度分布圖(圖9)上可以看出，23日夜間下沉氣流分布在30°N以南地區(qū)：湘贛南部地區(qū)、東部沿海地區(qū)和皖鄂南部地區(qū)，從02：00到08：00，下沉氣流區(qū)域呈縮小趨勢。從圖10中可以看出，沿30°N緯向分布，02：00(圖10a)，850 hPa以上的高層主要以上升氣流為主，尤其是113°E附近有強的上升氣流；850 hPa以下的低層區(qū)域主要以下沉氣流為主，尤其是在113°E—120°E之間，存在著兩個較為明顯的下沉氣流區(qū)域，分別位于鄂南、皖南地區(qū)和浙北地區(qū)。到了08：00(圖10b)，高層113°E—116°E之間下沉氣流明顯增強，低層下沉氣流區(qū)范圍縮小，集中至114°E—117°E之間，即范圍縮至鄂南、皖南地區(qū)。圖11是垂直速度的緯向分布圖，02：00(圖11a)，有利于稻縱卷葉螟降落的下沉氣流主要集中在25°N—29°N之間，即集中在福建和浙江的沿海地區(qū)，而至08：00(圖11b)，下沉氣流主要集中在30°N以南，對閩浙兩地區(qū)稻縱卷葉螟的降落極為有利。根據以上的分析，我國東南部水稻主產區(qū)下沉氣流的分布與稻縱卷葉螟的集中降落區(qū)基本吻合。

圖9 2007年7月23日02：00(a)和08：00 (b) 925 hPa垂直速度分布(10-2 m/s)

圖10 2007年7月23日02：00 (a)和08：00 (b)沿30°N緯向垂直速度剖面圖(10-2 m/s)

圖11 2007年7月23日02：00 (a)和08：00 (b)沿120°E經向垂直速度剖面圖(10-2 m/s)

此外，垂直氣流的強弱變化還對稻縱卷葉螟空中遷飛種群的遷飛高度有著至關重要的影響，如7月23日08：00從安徽太湖站(30.494°N，116.1698°E)和江蘇丹陽站(31.9581°N，119.6336°E)逆推的軌跡在有強上升氣流存在的時刻(02：00)和地區(qū)，其遷飛高度上升(圖4、圖9a、圖10a、圖11a、圖5)，而從張家港站(31.9002°N，120.6294°E)逆推的軌跡在有強下沉氣流存在的時刻(02：00)和地區(qū)，其遷飛高度下降(圖4、圖9a、圖10a、圖11a、圖5a)。同樣，在其它時次、軌跡經過的其它地區(qū)也出現(xiàn)了相同的現(xiàn)象。

(3)降水場分析

對于稻縱卷葉螟的降落，在不考慮稻縱卷葉螟由于生理原因主動降落的情況下，大氣動力脅迫(如下沉氣流、降水)和地形脅迫都是造成稻縱卷葉螟集中降落的重要機制[7]。在了解下沉氣流對此次降蟲影響的基礎上，為了更全面地闡明稻縱卷葉螟的降落機制，將7月22日08：00至23日08：00各站點的降水量按照氣象部門規(guī)定的24h降雨量級別劃分后繪制出如圖12所示的空間分布圖。從圖12中可以看出，大部分稻區(qū)有少量的降水，在30°N以北降水區(qū)主要分布在東部，以蘇、皖、鄂地區(qū)為主；在鄂、皖、豫交界處以及湘鄂交界處都出現(xiàn)了強降水，雨量達到了大到暴雨級別；江蘇北部以及西南大部分稻區(qū)雨量大多為大雨級別；蘇、浙交界處雨量為小到中雨級別。在30°N以南降水區(qū)集中在海拔高的高原和山區(qū)，即云南、四川和重慶地區(qū)，但因為該地區(qū)海拔高于稻縱卷葉螟的主要遷飛高度，大部分地區(qū)并未見蟲。因此，此次蘇皖部分地區(qū)的降蟲是由降水引起的，降水條件能導致稻縱卷葉螟降落，但降蟲的主降區(qū)并不在降水區(qū)域最強的區(qū)域，而是分布在降水區(qū)附近。

圖12 2007年7月22日08：00至7月23日08：00中國南方水稻主產區(qū)降水分布圖(mm)

(4)相對濕度場和水汽通量場分析

稻縱卷葉螟是趨濕性遷飛害蟲，通過對比分析稻縱卷葉螟遷入的空間分布，以及夜間降水情況，可以發(fā)現(xiàn)：此次主降蟲區(qū)主要在沿江、沿湖和沿海地區(qū)，在福建沿海地區(qū)有著密集的降蟲區(qū)，說明稻縱卷葉螟的遷飛和降落與水汽條件有關。在氣象學中，相對濕度、水汽通量等可以表征一個地區(qū)的水汽條件。從7月22日20：00 925 hPa的相對濕度場上來看(圖13a)，相對濕度低數(shù)值區(qū)主要集中在浙江沿海、福建沿海和湖南、江西兩省的大部分地區(qū)，其值大約在55%—70%之間。而高值區(qū)集中在云南、兩廣地區(qū)，其值在75%—95%左右，經過12 h的醞釀，降蟲區(qū)925 hPa相對濕度均超過了75%(圖13b)，對比可以發(fā)現(xiàn)，浙江沿海稻區(qū)相對濕度上升了20%之多，而其余稻區(qū)的相對濕度也上升了10%之多，圖15是08：00相對濕度沿30°N和120°E的垂直剖面圖，鄂南—皖南—浙北一帶(113°E—122°E)和福建—浙江—江蘇一帶(28°N—31°N)正是此次稻縱卷葉螟集中降落區(qū)域，稻縱卷葉螟遷飛層的相對濕度達到了80%—95%，這為稻縱卷葉螟的遷入成災提供了絕好的水汽條件。

再看水汽通量的分布(圖14a)，7月22日20:00水汽通量最大值位于廣西南部的沿海地區(qū)，通量值達到18 g/s以上，南海的水汽直接在西南氣流的輸送下，已經開始影響到了兩廣和湘南地區(qū)空氣中的水汽含量，使這幾個地區(qū)的水汽通量值達到10 g/s以上，另一個水汽通量大值區(qū)位于蘇南和浙北沿海地區(qū)，其值達到了16 g/s，水汽來源于西北太平洋，其余地區(qū)的水汽通量普遍低于6 g/s，但都為正值，表明有水汽輸入。隨著水汽不斷向內陸的輸送，經過一夜，各地區(qū)的水汽通量格局發(fā)生了變化，如圖14b 所示，除了降水多的地區(qū)外，大部分地區(qū)的水汽通量值高于10 g/s，蘇皖鄂的雨帶地區(qū)水汽通量低于6 g/s，這是由于該地區(qū)降水條件的發(fā)生，水汽含量已趨飽和，與其他地區(qū)的水汽梯度相對較小。而來自南海的水汽通過廣西—湘南—贛南有一水汽輸送帶，不斷向北輸送，這正與稻縱卷葉螟的北遷主徑相吻合，贛南地區(qū)的水汽通量達到了較高值，高于20 g/s。另外，來自西北太平洋的水汽也不斷向江浙皖稻區(qū)輸送，水汽通量普遍高于10 g/s，圖15是08：00水汽通量沿30°N和120°E垂直剖面圖，降蟲區(qū)域水汽通量維持在10 g/s以上，降水區(qū)對流層中低層水汽通量維持在較高的水平，此次我國南方稻區(qū)水汽主要有兩個來源：一是來自南海和孟加拉灣，由西南方向向東北方向輸送；二是來自東海海面，由東南偏南至西北偏北方向向陸地輸送，水汽條件對稻縱卷葉螟的遷入起著很好的輔助作用。

圖13 2007年7月22日20:00(a)和23日08:00(b)925 hPa相對濕度場(%)

圖14 2007年7月22日20:00(a)和23日08:00(b)925 hPa水汽通量場(g/s)

圖15 2007年7月23日08：00相對濕度(%，等值線)和水汽通量(g/s，彩色陰影)沿30°N(a)和120°E(b)的垂直剖面圖

3 討論

稻縱卷葉螟南北往返的遷入和為害與我國的水稻種植制度、地理條件以及大氣背景都有著很重要的關系，本文利用2000—2012年中國稻縱卷葉螟逐日燈誘數(shù)據分析了最近10多年來稻縱卷葉螟在我國水稻主產區(qū)的遷入特征，發(fā)現(xiàn)：稻縱卷葉螟在我國的遷入時空特征與以往基本相似[15]，但最早始見期有所提前，最晚終見期有所推遲，特別是2003年，這與全球氣候變暖和氣候異常有關[16]。軌跡分析顯示：此次過程的稻縱卷葉螟蟲源地基本上都位于降蟲區(qū)的西南方，這與這一時期西南季風的盛行和湖南、江西及安徽南部稻區(qū)的早稻黃熟有關；遷飛高度的起伏變化范圍則由稻縱卷葉螟的生理生態(tài)特征和遷飛行為學參數(shù)及這一時期遷飛層的大氣物理結構所決定的，也與以往的昆蟲雷達觀測結果相吻合[9-10]。沿海降蟲區(qū)復雜的軌跡走向是由大尺度大氣環(huán)流背景、中尺度天氣過程和局地海陸風環(huán)流共同作用造成的，需要耦合WRF模式與海陸風模式進一步探明，本文限于篇幅，沒有展開。925 hPa等壓面所處高度約為750 m，正好是稻縱卷葉螟的適遷層，該高度上的水平氣流速度遠大于稻縱卷葉螟主動遷飛的速度，因此，受氣流脅迫，種群只能隨風而行，此次北遷過程的925 hPa上南方稻區(qū)盛行強而一致的西南氣流，這就決定了稻縱卷葉螟種群遷向東北。雖然垂直氣流的強弱與水平氣流相比，差了1—2個量級，但兩者合成以后產生的慣性對北遷方向及遷飛高度的變化起了至關重要的作用。稻縱卷葉螟晝伏夜行，可以經過多次輾轉飛行到達受災地，在其異地轉移時需要借助有利的大氣動力條件，高空大氣環(huán)流形勢、風場、垂直速度場、降水無疑是影響稻縱卷葉螟遷飛降落的關鍵動力因素，本文通過一次典型北遷個例的分析，探討大氣動力場對稻縱卷葉螟遷入降落的影響，所得結論與以往的研究基本吻合[8]，而三維流場特別是垂直氣流的強弱變化對稻縱卷葉螟遷飛高度的影響卻是初次探討，變化大氣動力條件和水汽條件對稻縱卷葉螟的遷入成災均有很好的指示作用：水平氣流是稻縱卷葉螟遠距離遷飛的主要運載動力，下沉氣流和降水是稻縱卷葉螟降落的關鍵動力因素，兩者都對降蟲有明顯的影響。稻縱卷葉螟是趨濕性害蟲，適宜的水分條件有助于其遠距離遷飛和降落，稻縱卷葉螟遷入種群多降落在濕度大的區(qū)域，降蟲區(qū)地面的相對濕度均在75%以上，這與其對大氣水分環(huán)境的生態(tài)要求(70%以上相對濕度才能正常生存)是吻合的，與筆者以往的研究[2]不一樣的是：以往只間斷性地考慮了850、925 hPa和1000 hPa三個高度的相對濕度條件，而本文從緯向和經向垂直剖面上連續(xù)性地考慮了稻縱卷葉螟遷飛發(fā)生區(qū)的相對濕度條件，這樣更科學、更全面。以往的研究發(fā)現(xiàn)：稻縱卷葉螟的遷入與溫度的變化直接相關，適宜稻縱卷葉螟遷入的溫度大于18 ℃[5]，但盛夏稻縱卷葉螟北遷的溫場條件極易滿足，對其遷出、空中飛行和降落很難形成脅迫。而本文所選個例中的遷飛過程正好發(fā)生在盛夏時節(jié)，稻縱卷葉螟遷入所需的熱量條件不成問題，故沒有考慮溫度條件對其遷入的限制。

HYSPLIT模型是用于計算和分析大氣污染物輸送、擴散軌跡的專業(yè)模型，隨著模型的不斷完善，它開始被廣泛應用于昆蟲遷飛軌跡研究及蟲源地分析中[17- 18]。通過這一軌跡分析平臺，可以很清楚的追溯稻縱卷葉螟的遷入蟲源地分布并查看各時空點的遷飛高度。本文利用該模型推算軌跡時，充分考慮了稻縱卷葉螟的較強再遷飛能力，同時根據前人的昆蟲雷達觀測結果[9- 10]，選取相關軌跡計算判斷依據(包括起始和終止時間、盛行遷飛層高度、軌跡落點區(qū)域等)，與從實際蟲情數(shù)據分析推斷的結果有較好的一致性。但軌跡起終點、遷飛路徑和遷飛距離與實際蟲源區(qū)、遷飛路徑和降蟲區(qū)的偏差還是難免的，原因是軌跡計算模型中沒有考慮稻縱卷葉螟在起飛、空中飛行和降落過程中的主動性。尤其是在推算降落在沿海稻區(qū)的稻縱卷葉螟的遷飛路徑和蟲源地時，較容易出現(xiàn)軌跡落點出現(xiàn)在海上、導致逆推軌跡中斷的現(xiàn)象。后續(xù)研究將通過風洞試驗獲取其主動遷飛速度與環(huán)境條件(如氣流、溫度、濕度等)關系的參數(shù)，將其導入軌跡模型使之更為精確。WRF模式已廣泛用于世界上多數(shù)國家的天氣過程研究和數(shù)值預報業(yè)務中，其功能和效果得到國際氣象界的廣泛公認，因此，它對稻縱卷葉螟遷飛過程發(fā)生期間的大氣背景的模擬是準確而可行的。在掌握大范圍基本蟲源信息的前提下，可以利用它來對稻縱卷葉螟遷飛的軌跡和發(fā)生大氣背景進行短期預測，為了驗證這種預測的可行性，需要通過大量的個例試驗獲取可靠的準確率和誤差數(shù)據，只有達到一定的準確率并將誤差控制在允許的范圍內才能業(yè)務化應用。

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Migration pattern of rice leaf roller and impact of atmospheric conditions on a heavy migration event in China

BAO Yunxuan1,*, CAO Yun1, XIE Xiaojin1, LU Minghong2, LI Xuan3, WANG Chunzhi3, LIU Wancai2

1JiangsuKeyLaboratoryofAgriculturalMeteorology,NanjingUniversityofInformationScience&Technology,Nanjing210044,China2NationalAgriculturalTechnologyExtensionandServiceCenter,MinistryofAgricultural,Beijing100125,China3NationalMeteorologicalCenter,Bejing100081,China

Rice leaf roller,CnaphalocrocismedinalisGuenee, is one of the most important crop pests in China due to its large area of occurrence, high frequency of outbreaks and serious damage to rice yields. In this paper, the lighting trap observational data of rice leaf rollers from 2000 to 2012 were analyzed to assess the impacts of atmospheric conditions on the migration and landfall of rice leaf roller. We have identified the main features of rice leaf roller′s migration in the main rice-growing areas of China and presented a detailed analysis on a typical migration event occurred in late July, 2007 and verified the assessment result. By means of the Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trojectory Model for Version 4.0 (HYSPLIT- 4), a software of calculating particle trajectory in the air, the backward migration trajectories of the rice leaf roller landfalled the rice growing regions in the the Yangtze River Valley were calculated and the Weather Research and Forecast model (WRF) ′s simulations on the atmospheric backgrounds in this event combined with the reanalysis data of the National Ceter of Environmental Predicting (NCEP) were used to assess the impacts of weather conditions on the catastrophic migrations of rice leaf roller. Several important findings are obtained from this study. First, during the studying period from 2000 to 2012, the migration of rice leaf roller started at the beginning of March in a year, the period during March to August was the period of prevailing migration northward in which the populations immigrate into the south China, the southwest China, the regions between the Nanling Mountain and the Yangtze River and the valley regions between the Yangtze River and the Huaihe River in China successively and emerge a series of immigration peaks. During the period from September to November each year, the southward migration is the reversed processes in the above regions. The rice leaf roller migrated backward to the valley region between the Yangtze River and the Huaihe River, the regions between the Nanling Mountain and the Yangtze River and South China in turn. Second, the backward trajectories calculations of rice leaf roller′s migration northward included the beginning and re-emigrating populations in the selected event indicated that the sources of the rice leaf roller′s populations were situated at the southwest parts of the landfall regions and the migration altitudes varied from 550 m to 850 m above ground level. As a comparison, the migrating trajectories in the coastal regions were more complicated than the other regions. Third, the horizontal wind is the main driving force for the long-distance migration of rice leaf roller′s populations and the prevailing southerly at 925 hPa height is favorable for the migration northward. Three-dimensional windfield, especially the strong vertical airstream plays a dominant role in the up and down of the migration heights. Fourth, the downward flow and rainfall are the two key dynamic factors for the landfall of the rice leaf rollers. Fifth, as a kind of hygrotaxis pest, the suitable atmospheric moisture condition is beneficial to the long-distance migration and landfalling of rice leaf roller′s populations. In this event, most of the rice leaf rollers landfalled in the areas of the relative humidity higher than 75%.

CnaphalocrocismedinalisGuenee; migration; WRF model; migration trajectory; atmospheric conditions

國家自然科學基金面上項目(41075086);國家公益性行業(yè)(氣象)科研專項(GYHY201306053);江蘇省農業(yè)科技自主創(chuàng)新項目(SCX(12)3058);江蘇省高校優(yōu)勢學科建設工程

2013- 09- 26;

2014- 06- 03

10.5846/stxb201309262367

*通訊作者Corresponding author.E-mail: baoyx@nuist.edu.cn，baoyunxuan@163.com

包云軒，曹云，謝曉金，陸明紅，李軒，王純枝，劉萬才.中國稻縱卷葉螟發(fā)生特點及北遷的大氣背景.生態(tài)學報,2015,35(11):3519- 3533.

Bao Y X, Cao Y, Xie X J, Lu M H, Li X, Wang C Z, Liu W C.Migration pattern of rice leaf roller and impact of atmospheric conditions on a heavy migration event in China.Acta Ecologica Sinica,2015,35(11):3519- 3533.