劉 歡，饒麗娟，林 行，劉建波

(1.青島市專業(yè)氣象臺，山東 青島 266003； 2.青島市黃島區(qū)氣象局，山東 青島 266400)

青島杜鵑花可觀賞初始日方法初探

劉 歡1，饒麗娟2，林 行1，劉建波1

(1.青島市專業(yè)氣象臺，山東 青島 266003； 2.青島市黃島區(qū)氣象局，山東 青島 266400)

許多植物的花期或果期，因缺乏歷史物候期資料而無法開展預(yù)報(bào)方法的研究工作。本文跟蹤記錄9年杜鵑花開花情況，采集現(xiàn)場數(shù)碼照片，以及利用網(wǎng)絡(luò)信息等現(xiàn)代技術(shù)手段，結(jié)合積溫等氣象要素的關(guān)聯(lián)性分析，嘗試恢復(fù)大珠山杜鵑花可觀賞初始日的序列。同時(shí)，針對積溫與植物物候期關(guān)系密切的特點(diǎn)，提出了進(jìn)行可觀賞初始日預(yù)報(bào)方法研究的思路，分析了預(yù)報(bào)的可能時(shí)效。

大珠山杜鵑花； 可觀賞初始日； 積溫閾值； 序列； 起報(bào)日

國內(nèi)外關(guān)于植物花期的預(yù)報(bào)研究有很多，大多從氣溫、積溫、日照和降水等氣象要素著手[1-7]。氣候異常是植物花期差異的主因。常規(guī)的物候觀測，是從植物的發(fā)芽、展葉、始花、末花、落葉等基本的物候現(xiàn)象入手進(jìn)行觀察并記錄。開展杜鵑花花期預(yù)報(bào)的研究，首先要分析杜鵑花物候期與氣候變化的關(guān)聯(lián)性，再依據(jù)其規(guī)律性組建預(yù)報(bào)方程。而青島地區(qū)未曾開展過杜鵑花的物候期觀測，即缺少研究必需的基礎(chǔ)資料物候期歷史資料。因而，本研究參照已有的時(shí)間序列建立方法[8-10],首先從建立大珠山杜鵑花物候序列入手，利用數(shù)碼照相技術(shù)及現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)信息資料，以期恢復(fù)重建青島大珠山杜鵑花開花初期的物候序列。

1 材料與方法

1.1 地理位置

由圖1可以看出，膠南氣象觀測站與大珠山風(fēng)景區(qū)均位于黃海岸邊向西約2 km處，氣象站位于北部城區(qū)(橢圓形區(qū)域)，風(fēng)景區(qū)位于氣象站正南約10 km處(長方形區(qū)域)。由于兩地相距不遠(yuǎn)，且離海岸線的距離十分相近，所以其資料相互有一定的代表性。此外，圖1中的菱形區(qū)域?yàn)槟z州物候觀測站，六棱形區(qū)域?yàn)楸闭瑱烟夜?jié)所在地。

圖1 氣象和物候采集點(diǎn)的位置

1.2 氣象資料

參照膠南氣象站自1961年起的氣溫、降水、日照、地溫等氣象記錄。

1.3 物候資料

無常規(guī)物候觀測資料。本研究收集的物候資料有：開幕式日期、杜鵑花不同時(shí)期的照片、風(fēng)景區(qū)門票收入信息、網(wǎng)上游客的評論、有關(guān)部門試預(yù)報(bào)的記錄等。

1.4 研究方法

首先確定預(yù)報(bào)對象，即開花程度；再根據(jù)照片等現(xiàn)有資料，確定已知年份的相應(yīng)日期；最后利用氣象資料與其進(jìn)行相關(guān)性分析，并擇其最佳相關(guān)要素推測其他年份的預(yù)報(bào)對象序列，從而為正式預(yù)報(bào)方法研究打下基礎(chǔ)。

2 可觀賞標(biāo)準(zhǔn)及確認(rèn)過程

根據(jù)旅游部門要求，以一般市民認(rèn)為杜鵑花開放達(dá)到可觀賞的程度，作為杜鵑花初開放的預(yù)報(bào)對象。經(jīng)比較討論認(rèn)為，這個(gè)可觀賞的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該是珠山秀谷中藍(lán)荊子有30%～40%開放。遂將每年藍(lán)荊子開放達(dá)此范圍的第一天作為大珠山杜鵑花可觀賞初始日。按照上述標(biāo)準(zhǔn)，對近幾年與大珠山杜鵑花花期有關(guān)的照片、網(wǎng)評、門票等信息資料進(jìn)行了篩查整理，部分情況列于表1。先對以上每項(xiàng)資料進(jìn)行單獨(dú)分析，各自確定出一個(gè)日期或時(shí)間段，綜合比較后，再推測出一個(gè)確定的日期作為可觀賞初始日。

根據(jù)景區(qū)管理人員的經(jīng)驗(yàn)，大珠山山谷中藍(lán)荊子的盛花期，每年有所不同。其時(shí)間范圍少則一周，多則兩周，平均約10 d左右。花期長度影響因素較多，遇有大風(fēng)、強(qiáng)降水等劇烈天氣變化時(shí)，花期將縮短?？紤]到花期長度的復(fù)雜性，分析中統(tǒng)一取10 d作為花期長度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。按此標(biāo)準(zhǔn)，則可觀賞初始日即為整個(gè)花期的第一天。分析照片時(shí)，首先推測該照片處于花期的初、中、后期哪個(gè)階段；再確定大約處于花期第幾日；最后推測出一個(gè)可觀賞初始日。

2014年黃島區(qū)氣象局組織了由青島市氣象局、黃島區(qū)科技局和黃島區(qū)氣象局有關(guān)專家組成的專家組，分別于3月19日和26日赴現(xiàn)場觀察杜鵑花生長發(fā)育情況，并拍攝了大量的照片資料。由照片可以看出，2014年3月19日始有花芽裂開，3月26日開花量已超過了40%(圖2)。遂確定3月25日為該年可觀賞初始日。

圖2 2014年大珠山杜鵑花的開花情況

2013年年3月30日舉行開幕式時(shí)，杜鵑花尚未開放，《半島都市報(bào)》對此進(jìn)行了報(bào)道并附上了當(dāng)日拍下的照片(圖3)。結(jié)合4月9日網(wǎng)上發(fā)布杜鵑花盛開的照片判斷，當(dāng)年杜鵑花可觀賞初始日應(yīng)為4月5—6日，選用4月6日。

2012年4月2日舉辦開幕式，同樣尚未開花。4月9日有一張照片顯示花已盛開，但因拍攝視角遠(yuǎn)離現(xiàn)場，稍顯不清。結(jié)合4月14日仍有盛開中期的圖片，遂將4月9日確定為可觀賞初始日。

2011年開幕式時(shí)間與2012年相同。媒體4月2日采訪景區(qū)負(fù)責(zé)人，曾預(yù)測9—10日將盛開；4月2日照片(圖4)顯示花芽裂開程度應(yīng)與2014年3月19日和2013年3月30日(圖3)相當(dāng)，因而確定4月8—9日為可觀賞初始日，選用4月8日。

圖4 2011年4月2日大珠山杜鵑花芽裂開

2010年4月3日開幕。旅游局提供有4月15日和17日的照片，顯示15日已盛開?？紤]到照片中應(yīng)處于盛開期的中前期，按花期總計(jì)10日計(jì)算，初始日不應(yīng)早于4月10日。選中間日4月12—13日為可觀賞初始日，確定用12日。

2006—2009年，由于年代稍久遠(yuǎn)，網(wǎng)上資料和照片均不多，暫難以確定出確切的日期，列出可能的范圍供參考。實(shí)際上，在表1中已確定的5年中，也同樣是離當(dāng)前時(shí)間越近，供分析的資料越多，其可信度也就越大。

5年統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，可觀賞初始日平均是4月6日(均值5.8)，最早3月25日，最遲4月12日，極差達(dá)18 d。表1給出了6年的開幕式日期，可見，大多數(shù)年份在4月2—3日，反映了管理者期望引導(dǎo)市民利用清明節(jié)假期賞花的思路。但杜鵑花初花時(shí)間大多與開幕式時(shí)間不一致，其中有4年的開花時(shí)間較開幕式晚了5～9 d，2014年則提前了8 d，平均誤差7.2 d。開花時(shí)間與開幕式時(shí)間相差太大會導(dǎo)致游客的不滿情緒，因此有必要借助花期預(yù)報(bào)，將開幕式調(diào)整到適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)。

表1列出了由門票收入推測出的景區(qū)賞花人數(shù)高峰日期?？捎^賞初始日在4月上旬的2年(2011和2013年)，峰值日正好落在盛花期(可觀賞初始日后10 d)內(nèi)?；ㄆ谔赝砗吞卦绲哪攴?2010年和2014年)，峰值日沒有落在理論上的盛花期內(nèi)。這說明，氣候變化異常時(shí)，游人易錯(cuò)過藍(lán)荊子的最佳觀賞期。

表1 大珠山杜鵑花(藍(lán)荊子)可觀賞初始日的調(diào)查情況

3 可觀賞初始日氣象要素分析

植物的物候變化，往往是在氣象條件變化到一定程度后發(fā)生的[11-13]。因此，考察可觀賞初始日的各種氣象要素或其累積值，例如積溫，或累計(jì)日照時(shí)數(shù)等，若存在某種閾值，則可據(jù)此補(bǔ)充完善杜鵑花可觀賞初始日的序列。可供分析考察的要素有：累積日照時(shí)數(shù)，氣溫的積溫和地溫的積溫。其中積溫又可分為有效積溫和活動(dòng)積溫，這樣就衍生出5種計(jì)算公式如下：

R=∑aRi；

TTqy=∑(Tqi—b),當(dāng)Tqi>b；

TTdy=∑(Tdi—c),當(dāng)Tdi>c；

TTqh=∑Tqi,當(dāng)Tqi>b；

TTdh=∑Tdi,當(dāng)Tdi>c。

式中，R為累積日照時(shí)數(shù)，Ri為i日的日照時(shí)數(shù)，a為權(quán)重系數(shù)，1—12月的取值依次為0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.0、0.8、0.6、0.4、0.2、0.1。TT為積溫，T為日平均溫度，q為氣溫，d為10 cm地溫，y為有效積溫，h為活動(dòng)積溫，b、c分別為氣溫積溫和地溫積溫的生物學(xué)零度。i=j…k，是計(jì)算天數(shù)，j為計(jì)算起始日，k為可觀賞初始日。

比較式子，除了可變參數(shù)i之外，還有3個(gè)待定參數(shù)：j、b、c。確定這3個(gè)參數(shù)的方式是進(jìn)行試驗(yàn)，尋找可觀賞初始日方差最小者。其中，j在每年12月1日至次年3月1日的3個(gè)月中，每隔5 d一組，共計(jì)19組中搜尋，而b、c則從1～10 ℃共計(jì)10組中每隔1 ℃進(jìn)行甄選。各式取方差最小的參數(shù)列于表2。

表2 日照和積溫均方差最小者參數(shù)

注：均方根差率=最小方差/目標(biāo)日要素均值。

表2中，氣溫的3 ℃以上有效積溫方差最小，其次為氣溫的5 ℃以上活動(dòng)積溫。但考慮到可觀賞初始日的積溫均值，后者遠(yuǎn)高于前者，而且，后者的方差或均方根，與積溫的比率明顯小于前者。由于均方差大小表示花期的穩(wěn)定性程度，差額越小表明花期與平均花期差距越小[6]。所以，采用j=12月11日，b=5 ℃的活動(dòng)積溫(氣溫積溫)更為合理。

用TTqh式和表2中參數(shù)計(jì)算的5年積溫及誤差分布列于表3。可見，雖然表1中第二列的可觀賞初始日的日期前后相差很大，最長差18 d，但該日的積溫差異卻很小，極差僅為17.6 ℃。因此，可考慮用某一個(gè)固定的積溫值作為閾值，來確定杜鵑花可觀賞初始日的日期。

表3還分別列出了閾值為210～230 ℃每隔5 ℃的誤差天數(shù)。除最后一列外，其他的平均誤差絕對值都不到1 d?？梢哉f，210～225 ℃任何一個(gè)值，都可以作為可觀賞初始日的閾值使用。但是，225 ℃時(shí)4個(gè)有誤差的年份均為-1，晚一天時(shí)間，花朵開放的范圍擴(kuò)大，游客會更滿意。積溫為220 ℃或225 ℃時(shí)，2013年和2014年的誤差最小(≤±1)。對大珠山杜鵑花可觀賞初始日來說，5個(gè)已知樣本的積溫值與平均值的差距很小：平均5.25 ℃，最大10 ℃，極差僅有17.6 ℃，平均差率僅為2.45%。由此可見，大珠山杜鵑花同一物候期積溫值有很高的收斂度，可用一個(gè)積溫的閾值推測物候期。故確定用225 ℃作為可觀賞初始日的積溫閾值。

表3 大珠山杜鵑花可觀賞初始日積溫閾值及誤差

注：積溫為12月11日起5 ℃以上活動(dòng)積溫；誤差為正值表示提前，負(fù)值表示推后；平均誤差天數(shù)為每年誤差絕對值的平均值。

4 杜鵑花可觀賞初始日序列及預(yù)測方法研究思路

由積溫閾值225 ℃計(jì)算得到1994年至2014年共21年的可觀賞初始日序列如表4。大珠山杜鵑花可觀賞初始日平均為4月1日，最早3月17日(1999年)，最遲4月14日(1996年)，極差為28 d。比較表1和表4可見，2006年到2009年4年的花期零散信息判斷趨勢基本正確，但2007年和2008年的誤差稍大。這一序列的建立，為開展可觀賞初始日預(yù)報(bào)方法的研究提供了可能。

表4 用225 ℃積溫推測的大珠山杜鵑花可觀賞初始日序列等資料信息

注：預(yù)報(bào)時(shí)效為積溫從130 ℃到225 ℃所經(jīng)歷的天數(shù)。

基于大珠山杜鵑花可觀賞初始日序列，開展針對該序列的預(yù)報(bào)研究工作。研究途徑有2種：一是借助5～15 d的日平均氣溫預(yù)報(bào)，推測5 ℃以上活動(dòng)積溫通過225 ℃的時(shí)間來獲取可觀賞初始日；二是篩選普查與表4序列相關(guān)的氣象因子，組建可觀賞初始日預(yù)測方程直接預(yù)報(bào)。但上述兩種方法均涉及一個(gè)何時(shí)起報(bào)的重要問題。氣象問題大都選擇固定的起報(bào)日期，例如，汛期降水預(yù)報(bào)可選5月31日，也即汛期到來的前一天起報(bào)。上述分析發(fā)現(xiàn)，積溫與物候期關(guān)系緊密。因而，可以用另一個(gè)積溫閾值來甄選可作為起報(bào)日的某個(gè)準(zhǔn)物候期。例如，2014年3月19日花芽裂開時(shí)的積溫值是163.1 ℃，那么，163 ℃左右的某個(gè)積溫值，可作為花芽裂開的閾值。但是，從163 ℃到225 ℃的間隔時(shí)間很短，一般只有4～7 d，預(yù)報(bào)時(shí)效不能滿足景區(qū)管理部門開幕式準(zhǔn)備所需的時(shí)間要求。將其調(diào)整為130 ℃后，平均時(shí)效11.8 d，最長18 d(2013年)，最短的也有7 d(2012年)，這就可為開幕式準(zhǔn)備工作留足了時(shí)間。而積溫130 ℃所反映的物候階段，應(yīng)該比圖2早3 d左右，處于芽膨大后期至花芽裂開初期，可稱之為花芽初開裂期。

5 小結(jié)

利用現(xiàn)代數(shù)碼照片包含拍攝時(shí)間的優(yōu)勢，結(jié)合部分網(wǎng)評資料，可以較準(zhǔn)確地判定部分年份的杜鵑花可觀賞初始日等準(zhǔn)物候期。沿海多無谷地與喜陰濕的習(xí)性，使得大珠山杜鵑對日照和降水等其他氣象要素不敏感，其物候期只受氣溫或積溫的控制[13]，因而可用某個(gè)積溫閾值確定物候或準(zhǔn)物候期。其中，可觀賞初始日的閾值在220 ℃左右(12月11日起，5 ℃以上活動(dòng)積溫)。利用長期氣象序列資料建立大珠山杜鵑花可觀賞期起始日完整序列資料，可利用積溫閾值確定起報(bào)日。預(yù)報(bào)的時(shí)效與閾值的高低關(guān)系密切，閾值高時(shí)時(shí)效短，反之則時(shí)效長。與單棵植物相比，無窮多植物的物候期積溫，各年間差距更小。因此，對大面積植物物候期的觀察記錄有重大意義。

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(責(zé)任編輯：張 韻)

2017-09-04

劉 歡(1990—)，女，山東高密人，助理工程師，本科，研究方向?yàn)闅庀蠓?wù)，E-mail：544176420@qq.com。

文獻(xiàn)著錄格式：劉歡，饒麗娟，林行，等. 青島杜鵑花可觀賞初始日方法初探[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，58(11)：1948-1952.

10.16178/j.issn.0528-9017.20171127

S685.21

A

0528-9017(2017)11-1948-05