莊若南

（1.信陽(yáng)市茶葉氣象重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 信陽(yáng) 464000；2.信陽(yáng)市氣象局，河南 信陽(yáng) 464000）

0 引言

近年來(lái)，隨著人民生活水平和精神需求的不斷提高，賞花旅游已成為人們外出旅游的主要方式之一?！澳档せü?jié)”“櫻花節(jié)”“油菜花節(jié)”等賞花節(jié)的舉辦日期與植物實(shí)際開花日期密切相關(guān)［1］。油菜花期又分為開花始期、普遍期、盛期和末期，游客在開花盛期前往觀賞的效果最佳［2］。如果賞花節(jié)的舉辦時(shí)間較植物實(shí)際開花日期偏早或偏晚，游客的觀賞感受也將有所下降［3］。

國(guó)外學(xué)者關(guān)于植物花期模擬和花期預(yù)測(cè)技術(shù)開展了大量的研究，主要包括：一是氣候變化對(duì)植物花期的影響。在全球氣候變暖的影響下，最近20 a來(lái)，幾乎全部林木和農(nóng)作物3—5月的發(fā)育期均有不同程度的提前［4］。在歐洲［5］、美國(guó)［6-7］和加拿大［8］，木本及農(nóng)作物的春季物候期均提前了3~28 d；在日本，城市熱島效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致櫻花開花期提前了1~8 d［9］。二是植物花期與氣候要素的關(guān)系。根據(jù)物候?qū)W可知，光、溫、水等是影響植物開花期早、晚的主要?dú)夂蛞蜃?，氣溫是主?dǎo)因子，降水量、空氣相對(duì)濕度、光照強(qiáng)度和日照時(shí)數(shù)等對(duì)植物花期亦有影響［10-11］。三是植物花期的預(yù)測(cè)技術(shù)。如Morin等［12］預(yù)測(cè)了北美地區(qū)22種木本植物展葉始期在未來(lái)100 a間的變化情況。Ge等［13］發(fā)現(xiàn)在1952—2007年間有20種中國(guó)落葉闊葉林的始葉期平均提前了1.14 d/10 a。Hur等［14］利用全球和區(qū)域氣候模式的季節(jié)預(yù)報(bào)，預(yù)測(cè)了1999—2008年間韓國(guó)的櫻花、桃和梨的初花期。Chung等［15］應(yīng)用溫帶落葉喬木物候模型，預(yù)測(cè)了華盛頓特區(qū)潮汐盆地和周邊的大西洋中部各州櫻花樹（染井吉野、關(guān)山櫻）的盛花期。

上述研究均為針對(duì)特定研究區(qū)域建立的油菜花期預(yù)報(bào)模型，但對(duì)非研究區(qū)域的油菜花期預(yù)報(bào)并不適用。目前，針對(duì)豫南地區(qū)油菜花期預(yù)報(bào)技術(shù)的研究仍處于空白。信陽(yáng)作為河南省的油菜主產(chǎn)區(qū)，常年種植面積13.3萬(wàn)hm2左右，因此，開展豫南地區(qū)油菜開花期預(yù)報(bào)模型研究，找到適合本地的油菜花期預(yù)報(bào)方法，不僅能為政府相關(guān)部門制定決策提供科學(xué)依據(jù)，以及為油菜花節(jié)舉辦日期的確定提供決策依據(jù)［18-19］，而且還可以更好地推動(dòng)鄉(xiāng)村振興，促進(jìn)油菜花節(jié)旅游資源的開發(fā)和利用，由此帶動(dòng)當(dāng)?shù)芈糜谓?jīng)濟(jì)，進(jìn)而促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

信陽(yáng)市位于河南省南部，為亞熱帶向暖溫帶過渡區(qū)域，同時(shí)具有亞熱帶氣候和暖溫帶氣候的部分特點(diǎn)，該地區(qū)季風(fēng)氣候顯著，年平均溫度15.2~15.6℃，≥10 ℃活動(dòng)積溫為4900~5200 ℃·d，年平均降水量為900~1300 mm，光、熱、水資源匹配較為合理，且綜合利用率高，區(qū)域內(nèi)適合多種作物生長(zhǎng)，油菜種植面積較大，約占河南省油菜面積的50%［20］。

1.2 資料來(lái)源

油菜的生育期資料主要來(lái)源于信陽(yáng)市氣象局和信陽(yáng)市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，包括2010—2020年的油菜抽薹始期、開花始期、開花普遍期、開花盛期等生育期資料；氣象資料為油菜觀測(cè)站點(diǎn)的逐日平均氣溫資料，來(lái)自信陽(yáng)市國(guó)家自動(dòng)觀測(cè)氣象站(114°2′36″E、32°8′14″N)，時(shí)間序列為抽薹始期至開花盛期。利用2021—2022年信陽(yáng)農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站觀測(cè)的油菜生育期資料、逐日平均氣溫觀測(cè)值進(jìn)行預(yù)報(bào)效果檢驗(yàn)。預(yù)報(bào)資料來(lái)自信陽(yáng)市氣象臺(tái)逐日1~7 d或1~15 d的氣溫預(yù)報(bào)，并通過每日2次定時(shí)(02:00和14:00)氣溫預(yù)報(bào)的平均值來(lái)計(jì)算日平均氣溫。

1.3 研究方法

統(tǒng)計(jì)2010—2020年信陽(yáng)市油菜逐年的生育期，包括抽薹內(nèi)的各發(fā)育時(shí)段(始期、普遍期)、開花內(nèi)的各發(fā)育時(shí)段(始期、普遍期、盛期)的日期，并求出各生育期的年平均日期。利用日平均氣溫計(jì)算抽薹始期至開花內(nèi)各發(fā)育時(shí)段(始期、普遍期、盛期)、開花始期至開花內(nèi)各發(fā)育時(shí)段(普遍期、盛期)的逐年有效積溫，將計(jì)算得到的逐年有效積溫進(jìn)行求和與求平均值，得到各發(fā)育階段的年平均有效積溫，并將其作為預(yù)報(bào)指標(biāo)，分別計(jì)算≥0、≥5、≥10 ℃的累積有效積溫，計(jì)算公式為：

式（1）中，T為累積有效積溫(℃·d)，Ti為日平均氣溫(℃)；t為有效積溫計(jì)算的下限溫度，取0、5、10 ℃，n為天數(shù)。

以站點(diǎn)實(shí)際觀測(cè)的油菜抽薹始期和開花始期日期為基準(zhǔn)，逐日計(jì)算實(shí)況日(實(shí)測(cè)抽薹始期或開花始期)至預(yù)報(bào)日的積溫，再疊加預(yù)報(bào)日至未來(lái)15 d的積溫，當(dāng)積溫達(dá)到或超過花期某發(fā)育時(shí)段(如始期、普遍期、盛期)的指標(biāo)時(shí)，當(dāng)日即為相應(yīng)花期(始期、普遍期、盛期)的日期；若積溫未達(dá)到相應(yīng)的指標(biāo)，則暫不考慮開花。

選取2021—2022年信陽(yáng)市油菜開花各發(fā)育時(shí)段(始期、普遍期、盛期)開展逐日預(yù)報(bào)檢驗(yàn)，對(duì)比下限溫度分別為0、5、10 ℃預(yù)報(bào)指標(biāo)的預(yù)測(cè)效果。為區(qū)分油菜花期模型存在的誤差與預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)誤差，利用2021—2022年油菜抽薹始期至開花盛期期間的實(shí)測(cè)日平均氣溫再次對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)，對(duì)比2次檢驗(yàn)的結(jié)果，得出最適宜的預(yù)報(bào)指標(biāo)。

2 結(jié)果與分析

2.1 豫南地區(qū)油菜花期的特征

對(duì)2010—2020年信陽(yáng)市農(nóng)試站觀測(cè)的油菜各年發(fā)育期時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，去除站點(diǎn)異?；蛉笔У臄?shù)據(jù)，得到信陽(yáng)市油菜抽薹至開花期發(fā)育期間隔日數(shù)并計(jì)算得到各時(shí)段的日期（表1、表2）。通過分析近10 a豫南地區(qū)油菜抽薹至開花各時(shí)段發(fā)育期間隔平均值和平均發(fā)育日期，由此可知：油菜在3月2日開始陸續(xù)抽薹，2.9 d后達(dá)到抽薹普遍期；抽薹普遍期至開花始期經(jīng)歷時(shí)間最長(zhǎng)，為16.3 d；3月21日進(jìn)入始花期，開花始期與普遍期間隔時(shí)間3.0 d，開花7.6 d后達(dá)到開花盛期。

兩組治療前神經(jīng)功能評(píng)分比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）；觀察組治療后神經(jīng)功能缺損評(píng)分低于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。

表1 2010—2020年豫南地區(qū)油菜抽薹至開花期間各發(fā)育期間隔日數(shù) d

表2 2010—2020年豫南地區(qū)油菜抽薹至開花期各時(shí)段日期 月/日

各發(fā)育期間隔日數(shù)最大與最小之間相差4~17 d，其中，抽薹普遍期—開花始期之間的最大間隔為29 d，最小間隔為12 d，兩者相差17 d。各發(fā)育期最早與最晚日期之間相差21~41 d，其中，最早抽薹始期在2月2日，最晚在3月14日，相差41 d；最早開花始期在3月8日，最晚在3月30日，相差22 d；開花盛期最早在3月16日，最晚在4月6日，相差21 d。

2.2 豫南地區(qū)油菜各發(fā)育階段積溫分析

計(jì)算2010—2020年信陽(yáng)市油菜逐年在抽薹、開花各發(fā)育期時(shí)段內(nèi)≥0、≥5、≥10 ℃積溫，并分別求出≥0、≥5、≥10 ℃的積溫在各發(fā)育時(shí)段內(nèi)的年平均值(表3)。由豫南地區(qū)油菜在各發(fā)育階段的年平均積溫可知，油菜抽薹始期至開花盛期生長(zhǎng)發(fā)育所需的積溫最高(≥0 ℃)可達(dá)到310.3 ℃·d，開花始期至開花普遍期所需要的積溫最少(≥0℃)只有39.2 ℃·d。從不同下限溫度計(jì)算的豫南地區(qū)2010—2020年年平均積溫來(lái)看，≥0、≥5、≥10℃的積溫情況整體相似，但≥0 ℃的積溫最高，≥5 ℃的積溫次之。如從抽薹始期至開花盛期階段，所需≥0 ℃的積溫為310.3 ℃·d、≥5 ℃的積溫為180.8 ℃·d、≥10 ℃的積溫僅需72.1 ℃·d。

表3 2010—2020年豫南地區(qū)油菜發(fā)育時(shí)段 ≥0、≥5、≥10 ℃年平均積溫 ℃·d

2.3 豫南地區(qū)油菜花期預(yù)報(bào)方法的建立

利用2.2中得到的抽薹始期至開花內(nèi)各發(fā)育階段(始期、普遍期、盛期)、開花始期至開花內(nèi)各發(fā)育階段(普遍期、盛期)的年平均積溫作為油菜花期預(yù)報(bào)指標(biāo)，根據(jù)油菜發(fā)育實(shí)際情況獲取油菜抽薹始期和開花始期，再通過實(shí)測(cè)氣溫?cái)?shù)據(jù)計(jì)算從抽薹始期、開花始期至當(dāng)前預(yù)報(bào)日的實(shí)況積溫，再累加1~15 d中期預(yù)報(bào)的平均氣溫求出總的積溫，判斷其是否達(dá)到開花(始期、普遍期、盛期)指標(biāo)，從而確定從抽薹始期至開花各發(fā)育期、開花始期至開花各發(fā)育期的日期，綜合2種預(yù)報(bào)結(jié)果后確定預(yù)報(bào)的油菜開花發(fā)育期的具體日期。

油菜開花期預(yù)報(bào)模型：

式（2）中，M為實(shí)際與模型的積溫之差；T為模型指標(biāo)；t分別取0、5和10 ℃。具體預(yù)報(bào)指標(biāo)如表4所示。

表4 豫南地區(qū)油菜開花期預(yù)報(bào)模型指標(biāo) ℃·d

預(yù)報(bào)模型建立之后，從油菜抽薹始期開始，每天定時(shí)更新發(fā)育期實(shí)況、氣溫實(shí)況、氣溫預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，計(jì)算M值，當(dāng)M值累加到大于0時(shí)，所對(duì)應(yīng)的日期即為預(yù)報(bào)的相應(yīng)油菜發(fā)育日期。

2.4 利用預(yù)報(bào)氣溫值進(jìn)行預(yù)報(bào)與檢驗(yàn)

利用上述油菜花期預(yù)報(bào)方法，選取≥0 ℃的積溫指標(biāo)，對(duì)2021年3月1—15日信陽(yáng)市油菜開花發(fā)育期(始期、普遍期、盛期)開展逐日預(yù)報(bào)。將實(shí)際觀測(cè)的發(fā)育期與每日預(yù)報(bào)的發(fā)育期日期進(jìn)行對(duì)比分析，部分檢驗(yàn)日預(yù)報(bào)的效果見圖1。結(jié)果顯示，總體預(yù)報(bào)效果較好，逐日預(yù)報(bào)結(jié)果都與實(shí)際發(fā)育期日相差±4 d之內(nèi)，從抽薹始期開始預(yù)測(cè)的開花各發(fā)育期與實(shí)況相比提前了1~4 d；從開花始期開始預(yù)測(cè)的開花各發(fā)育期與實(shí)況相比發(fā)育期推遲1~2 d。

圖1 2021年3月1—15日采用≥0 ℃積溫指標(biāo)預(yù)報(bào)開花各發(fā)育期與實(shí)際日期檢驗(yàn)對(duì)比

采用≥10 ℃積溫指標(biāo)對(duì)2021年3月1—15日信陽(yáng)地區(qū)油菜開花發(fā)育期(始期、普遍期、盛期)進(jìn)行預(yù)報(bào)，并將實(shí)際觀測(cè)的發(fā)育期與每日預(yù)報(bào)的發(fā)育期日期進(jìn)行對(duì)比分析，部分檢驗(yàn)日預(yù)報(bào)的效果如圖2所示。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，預(yù)報(bào)的開花各發(fā)育期結(jié)果與實(shí)況相差較大，最大誤差可達(dá)-12 d，且在開花各發(fā)育期實(shí)測(cè)日期已經(jīng)出現(xiàn)時(shí)，部分預(yù)報(bào)指標(biāo)仍未達(dá)到。由此可知，≥10 ℃積溫指標(biāo)誤差較大，因而不能實(shí)際運(yùn)用于豫南地區(qū)油菜花期預(yù)報(bào)中。

圖2 2021年3月1—15日采用≥10 ℃積溫指標(biāo)預(yù)報(bào)開花各發(fā)育期與實(shí)際日期檢驗(yàn)對(duì)比

采用≥5 ℃積溫指標(biāo)對(duì)2021年3月1—15日信陽(yáng)地區(qū)油菜開花發(fā)育期(始期、普遍期、盛期)進(jìn)行預(yù)報(bào)，并將實(shí)際觀測(cè)的發(fā)育期與每日預(yù)報(bào)的發(fā)育期日期進(jìn)行對(duì)比分析，部分檢驗(yàn)日預(yù)報(bào)的效果如圖3所示。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，大部分預(yù)報(bào)結(jié)論與實(shí)際發(fā)育期相比均有不同程度的提前，預(yù)報(bào)日期比實(shí)際日期延后的相對(duì)較少。從抽薹始期開始預(yù)報(bào)的開花始期較≥0 ℃積溫指標(biāo)預(yù)報(bào)效果相差不大；從抽薹始期開始預(yù)報(bào)的開花普遍期和開花盛期以及從開花始期開始預(yù)報(bào)的開花普遍期誤差較小，最大誤差為2 d，比采用≥0 ℃積溫指標(biāo)預(yù)測(cè)的效果好；從開花始期開始預(yù)測(cè)的開花盛期誤差較≥0 ℃積溫指標(biāo)預(yù)報(bào)的大。整體來(lái)看，若需從開花始期預(yù)報(bào)開花盛期使用≥0 ℃積溫指標(biāo)預(yù)報(bào)結(jié)果較好，其他則使用≥5 ℃積溫指標(biāo)預(yù)測(cè)誤差較小。

圖3 2021年3月1—15日采用≥5 ℃積溫指標(biāo)預(yù)報(bào)開花各發(fā)育期與實(shí)際日期檢驗(yàn)對(duì)比

采用≥0、≥5、≥10 ℃積溫指標(biāo)分別對(duì)2022年3月1—15日信陽(yáng)地區(qū)油菜開花發(fā)育期(始期、普遍期、盛期)逐日進(jìn)行預(yù)報(bào)，逐日對(duì)比開花各發(fā)育期預(yù)報(bào)和實(shí)況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，2022與2021年的預(yù)報(bào)結(jié)論整體相似。

2.5 利用實(shí)測(cè)氣溫值進(jìn)行預(yù)報(bào)與檢驗(yàn)

為區(qū)分油菜花期模型存在的誤差與預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)誤差，利用2021—2022年抽薹始期至開花盛期的實(shí)測(cè)日平均氣溫再次對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)，2021年預(yù)報(bào)的效果如圖4所示。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，≥10 ℃的積溫指標(biāo)預(yù)報(bào)結(jié)果與實(shí)測(cè)發(fā)育期日期相差較大，故不再進(jìn)行分析；≥5 ℃積溫指標(biāo)在從抽薹始期開始預(yù)測(cè)開花普遍期時(shí)的預(yù)報(bào)效果較好；≥0 ℃積溫指標(biāo)在從開花始期預(yù)測(cè)開花盛期時(shí)的預(yù)報(bào)效果較好，其他發(fā)育時(shí)段的預(yù)報(bào)效果基本一致。

圖4 2021年采用≥0、≥5 ℃積溫指標(biāo)預(yù)報(bào)開花各發(fā)育期與實(shí)際日期檢驗(yàn)對(duì)比

2022年預(yù)報(bào)效果如圖5所示。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，≥5℃積溫指標(biāo)在從抽薹始期開始預(yù)測(cè)開花始期時(shí)預(yù)報(bào)效果較好，≥0 ℃積溫指標(biāo)在從開花始期預(yù)測(cè)開花盛期時(shí)的預(yù)報(bào)效果較好，其他發(fā)育時(shí)段的預(yù)報(bào)效果基本一致。對(duì)比2021年與2022年檢驗(yàn)結(jié)果可知，≥0 ℃積溫指標(biāo)在從開花始期預(yù)測(cè)開花盛期時(shí)預(yù)報(bào)效果較好，這與前期采用預(yù)報(bào)氣溫值檢驗(yàn)時(shí)得出的結(jié)論一致，其他發(fā)育階段≥0 ℃與≥5 ℃積溫指標(biāo)的預(yù)測(cè)結(jié)果基本一致，這與前期采用預(yù)報(bào)氣溫值檢驗(yàn)時(shí)的結(jié)論不同。除從開花始期預(yù)測(cè)開花盛期外，采用預(yù)報(bào)氣溫值檢驗(yàn)時(shí)有一定的誤差，導(dǎo)致≥5 ℃積溫指標(biāo)的預(yù)報(bào)效果好于≥0 ℃?？偟膩?lái)看，排除氣溫預(yù)報(bào)存在的誤差，采用≥0 ℃積溫指標(biāo)預(yù)報(bào)效果優(yōu)于≥5、≥10 ℃。

圖5 2022年采用≥0、≥5 ℃積溫指標(biāo)預(yù)報(bào)開花各發(fā)育期與實(shí)際日期檢驗(yàn)對(duì)比

3 結(jié)論與討論

近10 a來(lái)，豫南地區(qū)油菜平均在3月2日開始陸續(xù)抽薹，2.9 d后達(dá)到抽薹普遍期，抽薹普遍期至開花始期經(jīng)歷時(shí)間最長(zhǎng)，為16.3 d；3月21日進(jìn)入始花期，開花始期與普遍期間隔時(shí)間3.0 d，開花7.6 d后可達(dá)到開花盛期。各發(fā)育期的最早與最晚日期之間相差21~41 d，間隔日數(shù)的最大與最小之間相差4~17 d。

豫南地區(qū)油菜抽薹始期至開花盛期所需的積溫最高(≥0 ℃)可達(dá)到310.3 ℃·d，開花始期至開花普遍期所需要的積溫最少(≥0 ℃)只有39.2℃·d。3種指標(biāo)的年平均積溫情況整體相似，但≥0、≥5、≥10 ℃的積溫依次降低。

通過2021—2022年春季部分時(shí)段花期預(yù)報(bào)結(jié)果檢驗(yàn)看出，本文建立的預(yù)報(bào)模型的總體預(yù)報(bào)效果較好。其中，大部分預(yù)報(bào)結(jié)論與實(shí)際發(fā)育期相比均有不同程度的提前，預(yù)報(bào)結(jié)論比實(shí)際日期延后的相對(duì)較少。整體來(lái)看，≥10 ℃積溫指標(biāo)預(yù)報(bào)結(jié)果與實(shí)測(cè)發(fā)育期的日期相差較大。排除氣溫預(yù)報(bào)存在的誤差，采用≥0 ℃積溫指標(biāo)的預(yù)報(bào)效果比采用≥5、≥10 ℃積溫指標(biāo)的好。由于農(nóng)作物生育期資料不完整，預(yù)報(bào)和檢驗(yàn)站點(diǎn)數(shù)量不多，且油菜花期的早晚還與日照、降水等氣象因子有關(guān)，但本預(yù)報(bào)方法未考慮其他氣象因子的影響，所以預(yù)報(bào)結(jié)果與實(shí)際相比可能存在一定的差異。