于 成， 費(fèi)永成， 孫 磊， 陳 樂(lè)， 亢 強(qiáng)

(1.成都市氣象局，四川成都 610071；2.成都市農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站，四川溫江 611130；3.雙流縣氣象局，四川雙流 610200)

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水稻灌漿期動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)氣象模型研究

于 成1， 費(fèi)永成2， 孫 磊1， 陳 樂(lè)2， 亢 強(qiáng)3

(1.成都市氣象局，四川成都 610071；2.成都市農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站，四川溫江 611130；3.雙流縣氣象局，四川雙流 610200)

摘要利用成都市農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站的水稻發(fā)育期和氣象資料，在研究水稻灌漿期天數(shù)與水稻前期氣象因子關(guān)系的基礎(chǔ)上，建立了水稻灌漿期動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)模型。結(jié)果表明，模型的回代和試報(bào)結(jié)果均與實(shí)際觀(guān)測(cè)值相接近，可在水稻進(jìn)入抽穗期后實(shí)現(xiàn)對(duì)灌漿期天數(shù)的動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)。

關(guān)鍵詞水稻；灌漿期；動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)；氣象模型

成都市的水稻自抽穗期后一般須經(jīng)過(guò)近1個(gè)月左右的灌漿期才能進(jìn)入成熟期，水稻成熟后能否順利收曬關(guān)系到全市糧食安全生產(chǎn)是否得到實(shí)現(xiàn)。成都市的水稻產(chǎn)量不僅與種植制度、植保措施等農(nóng)業(yè)技術(shù)相關(guān)，也受制于氣候因素，其中，秋季陰雨是影響水稻產(chǎn)量的主要?dú)庀笠蜃?。通過(guò)準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)水稻灌漿期天數(shù)，從而推測(cè)出水稻成熟時(shí)期，對(duì)于提前做好收割準(zhǔn)備工作、合理安排機(jī)械收割作業(yè)進(jìn)度、確保全市糧食優(yōu)質(zhì)增產(chǎn)均具有十分顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。國(guó)內(nèi)許多學(xué)者對(duì)水稻生育期預(yù)報(bào)方法開(kāi)展了研究，如沈國(guó)權(quán)的非線(xiàn)性溫度模型[1]、高亮之等的“水稻鐘”模型[2]、甘維廉等的水稻品種模糊相似聚類(lèi)法[3]、鄭新峰等的物候相關(guān)法[4]，也有許多水稻生長(zhǎng)模擬模型，如ORYZA2000、CERES-Rice模型[5]。筆者利用常規(guī)的農(nóng)業(yè)氣象資料，建立一種簡(jiǎn)便的動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)方法，可用于業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)服務(wù)。

1資料與方法

1.1資料來(lái)源水稻發(fā)育期資料取自溫江區(qū)的成都農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站1980～2014年作物觀(guān)測(cè)資料，觀(guān)測(cè)方法遵循《農(nóng)業(yè)氣象觀(guān)測(cè)規(guī)范》。由于溫江地區(qū)水稻常年播種期在清明節(jié)前后，成熟期在8月下旬～9月上旬，故依照平行觀(guān)測(cè)原理，選取溫江區(qū)1980～2014年4月上旬～8月下旬逐旬平均氣溫、降雨量和日照時(shí)數(shù)作為氣象分析數(shù)據(jù)。

1.2研究方法水稻發(fā)育期數(shù)據(jù)為日期序列，水稻灌漿期須經(jīng)過(guò)Df=Dm-Dh處理，式中，Df為水稻從抽穗揚(yáng)花普遍期到成熟之間的灌漿期天數(shù)，Dm為水稻成熟日期，Dh為水稻抽穗揚(yáng)花普遍期。成都的水稻常年抽穗揚(yáng)花期一般在7月下旬～8月上旬，因此在8月中旬初～9月上旬初以各旬的第1天作為動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)時(shí)間。在對(duì)各旬氣象因子與灌漿期天數(shù)進(jìn)行相關(guān)分析基礎(chǔ)上，對(duì)水稻前期各旬氣象因子進(jìn)行如公式(1)的加權(quán)處理，得到水稻前期各綜合氣象因子；再與灌漿期天數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析。利用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS對(duì)水稻前期生長(zhǎng)期間各氣象因子進(jìn)行逐步回歸分析，以氣象因子為自變量、灌漿期天數(shù)為因變量，建立相應(yīng)動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)模型。

(1)

式中，WXi為水稻前期綜合氣象因子值(如綜合氣溫因子、綜合雨量因子、綜合日照因子)，xij為第j旬的氣象因子值(如旬平均氣溫、旬降雨量、旬日照時(shí)數(shù))，rij為第j旬該氣象因子與灌漿期天數(shù)的相關(guān)系數(shù)，k表示預(yù)報(bào)時(shí)間的前一旬，分別取13、14和15來(lái)代表8月上旬、8月中旬和8月下旬，j=1、2、…、k分別表示4月上旬、4月中旬、…、預(yù)報(bào)時(shí)間的前一旬。

2結(jié)果與分析

2.1氣象因子對(duì)灌漿期的影響分析選取各旬平均氣溫、降雨量、日照時(shí)數(shù)與水稻灌漿期天數(shù)進(jìn)行相關(guān)分析，從表1可以看出，8月上旬和8月中旬的旬平均氣溫及8月中旬的旬日照時(shí)數(shù)與水稻灌漿期天數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)(顯著水平α=0.05)，說(shuō)明在灌漿期間，氣溫越高、日照充足，水稻灌漿期就越短。

作物生長(zhǎng)是一個(gè)連續(xù)的過(guò)程，前期氣象因子未通過(guò)顯著檢驗(yàn)并不表明對(duì)作物生長(zhǎng)不會(huì)產(chǎn)生影響。為進(jìn)一步研究水稻前期氣象因子是否對(duì)灌漿期天數(shù)產(chǎn)生影響，將前期各旬氣象因子按公式(1)進(jìn)行加權(quán)處理得到的水稻前期綜合氣象因子，再與灌漿期天數(shù)進(jìn)行相關(guān)分析。結(jié)果表明(表2)，各綜合氣象因子與水稻灌漿期天數(shù)的相關(guān)系數(shù)均達(dá)到極顯著水平，說(shuō)明水稻前期的平均氣溫、降雨量、日照條件均會(huì)對(duì)水稻后期灌漿期長(zhǎng)短產(chǎn)生重要影響。

表1　水稻灌漿期天數(shù)與氣象因子相關(guān)分析

注：*為通過(guò)α=0.05檢驗(yàn)。

表2　綜合氣象因子與灌漿期天數(shù)相關(guān)性分析

注：*為通過(guò)α=0.05檢驗(yàn)，**為通過(guò)α=0.01檢驗(yàn)。

2.2動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)模型建立8月中旬～9月上旬以每一旬的第1天為預(yù)報(bào)時(shí)間，以前期綜合氣象因子為自變量，灌漿期天數(shù)為因變量，依據(jù)逐步回歸原理，建立的預(yù)報(bào)模型分別為：Df82=58.803+1.003WT81+0.037WR81+0.115WS81(r=0.719)、Df83=33.985+0.044WR82+0.086WS82(r=0.693)、Df91=34.178+0.045WR83+0.086WS83(r=0.697)，這3個(gè)預(yù)報(bào)模型均通過(guò)α=0.05顯著性檢驗(yàn)，其中Df82、Df83、Df91分別表示在8月11日、8月21日和9月1日對(duì)水稻灌漿期天數(shù)的預(yù)測(cè)值；WT81表示4月上旬～8月上旬所計(jì)算出的綜合氣溫；WR81、WR82、WR83分別為4月上旬～8月上旬、4月上旬～8月中旬和4月上旬～8月下旬所計(jì)算出的綜合雨量；WS81、WS82、WS83分別為4月上旬～8月上旬、4月上旬～8月中旬和4月上旬～8月下旬所計(jì)算出的綜合日照。

2.3模型檢驗(yàn)?zāi)Ｐ蜋z驗(yàn)結(jié)果表明(表3)，從平均絕對(duì)誤差和均方根誤差RMSE來(lái)看，8月11日、8月21日和9月1日3次對(duì)水稻灌漿期天數(shù)做出的預(yù)測(cè)結(jié)果沒(méi)有很大區(qū)別，誤差結(jié)果均未超過(guò)3 d。通過(guò)模型逐年回代檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，8月21日預(yù)測(cè)的絕對(duì)誤差超過(guò)8月11日預(yù)測(cè)的絕對(duì)誤差的年份數(shù)僅為31%，9月1日預(yù)測(cè)的絕對(duì)誤差超過(guò)8月21日預(yù)測(cè)的絕對(duì)誤差的年份數(shù)僅為43%。利用動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)模型對(duì)2015年的水稻灌漿期天數(shù)進(jìn)行試預(yù)報(bào)，預(yù)測(cè)的絕對(duì)誤差最多相差3 d。因此，建立的模型對(duì)灌漿期天數(shù)的模擬有較高的精度，可滿(mǎn)足農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)服務(wù)需求。

表3　動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)模型回代檢驗(yàn)分析結(jié)果

3結(jié)論與討論

利用成都市農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站的水稻發(fā)育期和氣象資料，將水稻前期各旬氣象因子進(jìn)行加權(quán)處理得到的水稻前期綜合氣象因子(綜合氣溫、綜合雨量和綜合日照)，再與水稻灌漿期天數(shù)進(jìn)行相關(guān)分析，建立水稻灌漿期動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)模型，結(jié)果表明，各綜合氣象因子與灌漿期天數(shù)均呈顯著的正相關(guān)，模型回代檢驗(yàn)和試預(yù)報(bào)結(jié)果與實(shí)際觀(guān)測(cè)情況比較吻合。說(shuō)明以綜合氣象因子為自變量建立的動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)模型能客觀(guān)反映水稻灌漿期天數(shù)的變化，可在水稻進(jìn)入抽穗期后實(shí)現(xiàn)對(duì)灌漿期天數(shù)的動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)。

在業(yè)務(wù)服務(wù)中，各旬氣象數(shù)據(jù)及水稻觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)均易獲取，綜合氣象因子可通過(guò)編程自動(dòng)計(jì)算，使得利用模型進(jìn)行業(yè)務(wù)預(yù)測(cè)具有可操作性，有極強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。

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Study on Dynamic Meteorological Prediction Model of Rice Grain Filling Stage

YU Cheng1, FEI Yong-cheng2, SUN Lei1et al(1. Chengdu Meteorology Bureau, Chengdu, Sichuan 610071; 2. Chengdu Experimantal Station of Agricultural Meteorology, Wenjiang, Sichuan 611130)

AbstractBased on the study of the relationship between the filling stage of days and the meteorological factors of early growth in rice, the dynamic forecasting model of rice grain filling stage was established by using rice growing period and meteorological data of Chengdu agro- meteorological station. The results showed that the results of the model are close to the actual observation, and the model can be used to predict the filling stage of days after heading stage.

Key wordsRice; Filling stage; Dynamic prediction; Meteorological models

收稿日期2015-11-26

作者簡(jiǎn)介于成(1975- )，男，四川成都人，工程師，碩士，從事農(nóng)業(yè)氣象、農(nóng)業(yè)氣候資源研究和服務(wù)工作。

基金項(xiàng)目成都市氣象局2014年度業(yè)務(wù)技術(shù)研究課題“成都市農(nóng)業(yè)氣象指標(biāo)集研究”。

中圖分類(lèi)號(hào)S 165

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611(2015)36-270-02