張　慧，李　爽，高莉莉，陳　晨，史艷玲，高　全

（1.錦州市生態(tài)與農(nóng)業(yè)氣象中心，遼寧錦州121001；2.錦州市氣象局，遼寧錦州121001）

遼西地區(qū)玉米發(fā)育期動態(tài)預報模型研究

張慧1，李爽2，高莉莉2，陳晨2，史艷玲2，高全1

（1.錦州市生態(tài)與農(nóng)業(yè)氣象中心，遼寧錦州121001；2.錦州市氣象局，遼寧錦州121001）

本研究應用錦州農(nóng)業(yè)氣象試驗站2005-2011年的玉米發(fā)育期觀測數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)對玉米發(fā)育期動態(tài)模型的參數(shù)進行本地化，建立了適用于錦州玉米發(fā)育期預報的動態(tài)模型；并應用2012和2013年的觀測數(shù)據(jù)對預報數(shù)據(jù)進行了驗證。結(jié)果顯示玉米發(fā)育期預測值與觀測值一致性的相關系數(shù)R2＞0.89；誤差標準差為2.7-3.2 d。說明預測值與觀測值有較好的一致性，且預測準確性滿足農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務需求。

玉米；發(fā)育期；預報模型

1　引言

玉米是遼寧省第一大農(nóng)作物，玉米發(fā)育期的準確預報對于提高氣象為農(nóng)服務能力、指導玉米趨利避害生產(chǎn)、增加玉米產(chǎn)量具有重要意義［1］。研究并實現(xiàn)玉米發(fā)育期定量預報，是建立玉米農(nóng)用天氣預報、病蟲害預報、氣象條件診斷和精細化指導產(chǎn)品反演的基礎［2］。

目前在市局層面上，玉米的發(fā)育期預報方法多是借鑒往年的玉米發(fā)育期觀測資料，同時結(jié)合當前玉米的生長狀況，給出一個玉米發(fā)育期時間的經(jīng)驗值。應用理論性強的發(fā)育期模型預報玉米發(fā)育期是市局農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務需要填補的一項空白。

本研究以錦州農(nóng)業(yè)氣象試驗站為平臺，應用2005-2011年的玉米發(fā)育期觀測資料和氣象資料對玉米發(fā)育期動態(tài)模型參數(shù)進行本地化，建立適用于錦州玉米發(fā)育期預報的動態(tài)模型。并應用2012年和2013年的玉米發(fā)育期觀測數(shù)據(jù)對模型預報值的精度及準確度進行檢驗。同時將該方法的研究結(jié)果與氣候適宜度方法的研究結(jié)果進行了對比，分析該方法的優(yōu)點及不足。

2　材料與方法

2.1模型介紹

本研究預報采用鄭國清2000的玉米發(fā)育期模型。假設玉米開始第s發(fā)育階段時的進程為0，結(jié)束第s發(fā)育階段時的進程為1。完成第s發(fā)育階段所經(jīng)歷的天數(shù)t用Ns表示，該階段的玉米發(fā)育速度Vs可表示為

已有研究表明玉米發(fā)育期速度模型為［3］

f（K）表示玉米生長發(fā)育基本函數(shù)，即最適環(huán)境下玉米生長發(fā)育的速度。K反映了玉米的基本發(fā)育特性，表示為［3］

P是增溫促進系數(shù)，即P增大時表明在下限到最適溫度范圍內(nèi)，溫度升高可以促進玉米的發(fā)育。Q是高溫抑制系數(shù)，即Q增大時表明在最適到上限溫度范圍內(nèi)，溫度升高抑制玉米的發(fā)育［3，7］。

表1　玉米各發(fā)育期三基點溫度（℃）

D表示玉米發(fā)育期日照長度，DO表示玉米發(fā)育的臨界日長為12.5［7］。因為玉米是短日照作物［8］，f（D）是D的減函數(shù)。G是感光性系數(shù)，表示短日照對玉米生長發(fā)育的促進作用。當玉米經(jīng)歷Ns天完成第s發(fā)育階段的函數(shù)表達式為

根據(jù)公式1-7可得到玉米發(fā)育期預報模型為

2.2確定模型參數(shù)

2005-2011年的數(shù)據(jù)用來確定模型參數(shù)，建立適用于錦州地區(qū)的玉米發(fā)育期模型。2012年和2013年的數(shù)據(jù)用來檢驗模型的準確性。模型參數(shù)K、P、Q和G的確定方法如下：

根據(jù)公式1-6可得

對公式9兩邊取對數(shù)可得

運用多元回歸的方法y=a0+a1x1+a2x2確定KP和 G的初始值。其中

x2=--D0），a0、a1和a2分別表示-K、P和G。

首先將參數(shù)初始值帶入（8）式中，然后對參數(shù)作進一步調(diào)整，直至模擬值與觀測值的誤差最小時的參數(shù)值為最終的模型參數(shù)。因為確定參數(shù)時運用的是玉米第s發(fā)育階段的平均氣象數(shù)據(jù)，而進行發(fā)育期預測時運用的是逐日的氣象數(shù)據(jù)，為了減少其中存在的誤差，所以運用兩步來確定模型參數(shù)。

3　結(jié)果

3.1模型參數(shù)的確定

本研究應用錦州2005-2011年的玉米發(fā)育期觀測數(shù)據(jù)和逐日氣象資料通過多元回歸分析和回代檢驗的方法確定玉米不同發(fā)育期的模型參數(shù)見表2。

表2　玉米不同類型品種各生育階段的模型參數(shù)值

根據(jù)表2參數(shù)結(jié)果得出錦州影響玉米發(fā)育期的主要因素是玉米的品種。溫度對玉米發(fā)育期的影響大于光照。表2中G的系數(shù)都非常小說明在錦州光照條件是滿足玉米生長發(fā)育需要的，其并不是限制玉米發(fā)育的影響因子。

3.2模型準確性驗證

應用2012年和2013年玉米發(fā)育期觀測資料和逐日氣象資料對模型進行檢驗，圖1給出了預測值與觀測值一致性的檢驗結(jié)果，其相關系數(shù)R2均達到0.89以上；表3給出了2012年和2013年的預測值與觀測值誤差大小，其誤差標準差分別為3.2 d和2.7 d。說明預測值與觀測值有較好的一致性，且預測準確度滿足農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務需求。

由表3可知模型預報準確性是播種-抽雄期好于抽雄-成熟期。模型對于玉米從抽雄到乳熟這一發(fā)育階段的預報誤差較大為5-6 d。其他階段預報誤差小于3 d。

圖1?。╝）2012年（b）2013年玉米發(fā)育期天數(shù)預測值與觀測值一致性檢驗

表3　玉米發(fā)育期天數(shù)模型值與觀測值的對比

4　討論

4.1模型在拔節(jié)期-成熟期的預報性減弱原因

玉米發(fā)育期動態(tài)模型考慮了玉米的品種、溫度和光照條件，但是沒有考慮水分條件。所以適用范圍限定在水分適宜的條件下，即土壤相對濕度在全發(fā)育期內(nèi)維持在60-90%。忽略水分條件的限制可能是該模型在抽雄到成熟期預報準確性下降的一個主要原因。玉米拔節(jié)期后進入旺盛生長階段，對水分要求迫切，抽雄前10 d至后20 d，是水分臨介期。穗分化及開花期對水分的反應敏感［9］。

4.2與氣候適宜度模型比較結(jié)果

玉米發(fā)育期動態(tài)模型的預報結(jié)果要優(yōu)于用氣候適宜度模型［4，6，10，11］的預報結(jié)果。圖2給出了兩種模型預報結(jié)果與實際觀測值的對比圖。玉米發(fā)育期動態(tài)模型的預測值比氣候適宜度的預測值更靠近真實值。這是因為氣候適宜度模型只考慮了氣象因素，忽略玉米品種對發(fā)育期的影響，而品種是影響玉米發(fā)育期的一個重要因素不應被忽略［7］。

圖2　玉米發(fā)育期動態(tài)模型與氣候適宜度模型對比

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1002-252X（2016）03-0017-03

2016-6-1

張慧（1986-），女，黑龍江省佳木斯市人，南京信息工程大學，碩士生，工程師.