基于大氣環(huán)流的中國(guó)稻飛虱發(fā)生面積預(yù)測(cè)模型

基于大氣環(huán)流的中國(guó)稻飛虱發(fā)生面積預(yù)測(cè)模型

水稻是中國(guó)最重要的水稻病蟲(chóng)害之一，具有“國(guó)際、遷移性、爆發(fā)性和毀滅性”的特點(diǎn)。在中國(guó)，它主要受到棕櫚樹(shù)和白臉飛虱的影響，這是一種遷移性害蟲(chóng)。其發(fā)生程度與遷入蟲(chóng)量、氣候生態(tài)條件、水稻品種及栽培管理措施等有密切的關(guān)系,其中遷入蟲(chóng)量是決定其發(fā)生輕重的關(guān)鍵。稻飛虱在北遷及回遷過(guò)程中,起飛、遷飛和降落都是發(fā)生在一定的大氣背景下,大氣環(huán)流形勢(shì)的時(shí)空變化直接決定了稻飛虱的降落區(qū)域和時(shí)段,也間接決定了降落區(qū)水稻的危害程度,適宜的大氣環(huán)流場(chǎng)是中國(guó)稻飛虱遷飛的動(dòng)力和載體。因此,研究影響稻飛虱發(fā)生的氣候條件對(duì)于其防控具有十分重要的意義。大氣環(huán)流影響稻區(qū)的日照、氣溫和降水條件,導(dǎo)致地面氣象要素影響稻飛虱發(fā)生的時(shí)間主要在夏季和冬季。我國(guó)稻區(qū)冬季和初春偏暖、多雨寡照及夏季陰雨寡照的年份,易出現(xiàn)稻飛虱的大面積暴發(fā)。已有的研究也表明:大氣環(huán)流與夏季我國(guó)稻區(qū)的降水密切相關(guān);冬暖年份稻飛虱發(fā)生嚴(yán)重,因?yàn)榕粌H使稻飛虱冬季繁殖,蟲(chóng)卵安全越冬,還可使害蟲(chóng)發(fā)育速度加快,遷入期提前,為害期拉長(zhǎng);長(zhǎng)江中下游地區(qū)夏季多雨,也常導(dǎo)致稻飛虱發(fā)生偏重。筆者從全面反應(yīng)大氣環(huán)流的74項(xiàng)特征指數(shù)入手,研究影響中國(guó)稻飛虱發(fā)生面積的大氣環(huán)流因子,建立預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型,探索大尺度環(huán)流背景對(duì)稻飛虱發(fā)生的影響,以期能為有關(guān)部門及時(shí)準(zhǔn)確地防治提供科學(xué)依據(jù),減輕蟲(chóng)害和損失。1材料和方法1.1大氣環(huán)流特征量與類別1988～2009年我國(guó)白背飛虱和褐飛虱的發(fā)生面積資料來(lái)源于農(nóng)業(yè)部中國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心。1987～2009年74項(xiàng)大氣環(huán)流特征量逐月資料來(lái)自中國(guó)氣象局國(guó)家氣候中心網(wǎng)站,其含義見(jiàn)表1,類別包括:①副熱帶高壓類,11個(gè)區(qū)副熱帶高壓強(qiáng)度和位置(編號(hào)01～45);②極渦類,5個(gè)區(qū)極渦強(qiáng)度和位置(編號(hào)46～57);③環(huán)流類,環(huán)流型及環(huán)流指數(shù)(編號(hào)58～64);④槽類,幾種槽的位置與強(qiáng)度(編號(hào)65～69);⑤其他類,包括冷空氣、臺(tái)風(fēng)、太陽(yáng)黑子及南方濤動(dòng)指數(shù)(編號(hào)70～74)。1.2稻飛梭的確立稻飛虱從產(chǎn)卵、越冬、孵化、若蟲(chóng)到成蟲(chóng)為一個(gè)世代周期,其中各發(fā)育期經(jīng)歷的時(shí)段都不同。一般,上一年7～12月的環(huán)流資料會(huì)影響稻飛虱的順利產(chǎn)卵和安全越冬,當(dāng)年1～12月的資料會(huì)影響其從越冬、孵化、若蟲(chóng)到成蟲(chóng)的各個(gè)階段,并影響其遷飛及后期暴發(fā)等過(guò)程。將1988～2009年中國(guó)白背飛虱與褐飛虱的發(fā)生面積分別與發(fā)生前一年7～12月份和當(dāng)年1～12月份的74項(xiàng)大氣環(huán)流特征量進(jìn)行相關(guān)性分析,篩選出與其發(fā)生面積顯著相關(guān)的大氣環(huán)流因子,并采用逐步回歸方法建立稻飛虱發(fā)生面積的預(yù)測(cè)模型。2結(jié)果與分析2.1大氣環(huán)流特征量的篩選分別將1988～2009年白背飛虱和褐飛虱發(fā)生面積與1987年7月至2009年12月逐月的74項(xiàng)大氣環(huán)流特征量,通過(guò)SPSS13.0進(jìn)行相關(guān)性分析,篩選出了通過(guò)0.05顯著性水平檢驗(yàn)的大氣環(huán)流因子及時(shí)段(表2和3)。接下表2.2預(yù)測(cè)模型的構(gòu)建2.2.1極群強(qiáng)度指數(shù)w將篩選出來(lái)的86個(gè)大氣環(huán)流指數(shù)因子作為預(yù)報(bào)因子,與白背飛虱發(fā)生面積進(jìn)行逐步回歸分析,得到預(yù)測(cè)模型(表4)。預(yù)測(cè)因子分別是x1:D58(10),當(dāng)年10月大西洋歐洲環(huán)流型W;x2:D47(10),當(dāng)年10月太平洋區(qū)極渦面積指數(shù);x3:D18(8),當(dāng)年8月北美副高強(qiáng)度指數(shù);x4:D58(6),當(dāng)年6月大西洋歐洲環(huán)流型W;x5:D43(2),當(dāng)年2月北美大西洋副高北界;x6:D54(10),當(dāng)年10月大西洋歐洲區(qū)極渦強(qiáng)度指數(shù);x7:S51(11),上年11月亞洲區(qū)極渦強(qiáng)度指數(shù)。研究得到的預(yù)測(cè)模型中,2～7號(hào)模型均通過(guò)了0.001水平顯著性檢驗(yàn)。利用表4的模型,對(duì)1988～2009年中國(guó)白背飛虱發(fā)生面積進(jìn)行擬合檢驗(yàn),其中模型4、5、6、7擬合值與實(shí)際值的相對(duì)誤差均小于15%,擬合效果較好(圖1)。2.2.2研究結(jié)果及預(yù)測(cè)模型建立將篩選出來(lái)的120個(gè)大氣環(huán)流指數(shù)因子作為預(yù)報(bào)因子,與褐飛虱發(fā)生面積進(jìn)行逐步回歸分析,得到預(yù)測(cè)模型(表5)。預(yù)測(cè)因子分別是x1:D17(7),當(dāng)年7月東太平洋副高強(qiáng)度指數(shù);x2:S50(10),上年10月北半球極渦面積指數(shù);x3:S51(11),上年11月亞洲區(qū)極渦強(qiáng)度指數(shù);x4:D43(9),當(dāng)年9月北美大西洋副高北界;x5:D36(1),當(dāng)年1月北非大西洋北美副高北界;x6:S73(9),上年9月太陽(yáng)黑子;x7:D6(9),當(dāng)年9月東太平洋副高面積指數(shù)。研究得到的7個(gè)預(yù)測(cè)模型均通過(guò)了0.001水平顯著性檢驗(yàn)。利用表5的模型,對(duì)1988～2009年中國(guó)褐飛虱發(fā)生面積進(jìn)行擬合檢驗(yàn),其中模型5、6、7擬合值與實(shí)際值的相對(duì)誤差幾乎都在20%以下,擬合效果較好(圖2)。2.3國(guó)外市場(chǎng)高北界專家對(duì)極群強(qiáng)度指數(shù)的影響由模型可知,中國(guó)稻飛虱的發(fā)生面積與上年的亞洲區(qū)極渦強(qiáng)度指數(shù)(11月)、太陽(yáng)黑子(9月)、北半球極渦面積指數(shù)(10月)、當(dāng)年的北美大西洋副高北界(2月、9月)、大西洋歐洲環(huán)流型W(6、10月)、太平洋區(qū)極渦面積指數(shù)(10月)、北美副高強(qiáng)度指數(shù)(8月)、大西洋歐洲區(qū)極渦強(qiáng)度指數(shù)(10月)、東太平洋副高強(qiáng)度指數(shù)(7月)、北非大西洋北美副高北界(1月)具有顯著相關(guān)性。2.3.1熱帶高壓偏北移當(dāng)年1月北非大西洋北美副高北界和2月北美大西洋副高北界與稻飛虱發(fā)生面積呈正相關(guān),即當(dāng)副熱帶高壓越偏北移,其發(fā)生面積越大。這可能與其影響冬季氣溫偏高,有利于稻飛虱蟲(chóng)卵的安全越冬有關(guān)。而7月東太平洋副高強(qiáng)度指數(shù)、8月北美副高強(qiáng)度指數(shù)和9月的北美大西洋副高北界與稻飛虱發(fā)生面積呈正相關(guān),可能是由于其調(diào)控降水和氣溫,有利于稻飛虱田間種群的生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖。2.3.2極豫強(qiáng)度對(duì)發(fā)生空間的影響上年11月的亞洲區(qū)極渦強(qiáng)度指數(shù)和10月北半球極渦面積指數(shù)與稻飛虱的發(fā)生面積呈負(fù)相關(guān),即亞洲區(qū)極渦強(qiáng)度越強(qiáng),北半球極渦面積越大,其發(fā)生面積越小。這可能與其影響冬季氣溫偏高,使得稻飛虱卵安全越冬有關(guān)。當(dāng)年10月的太平洋區(qū)極渦面積指數(shù)和大西洋歐洲區(qū)極渦強(qiáng)度指數(shù)與稻飛虱的發(fā)生面積呈負(fù)相關(guān),這可能是由于其影響秋季氣溫偏高,有利于稻飛虱田間種群的生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖。2.3.3循環(huán)類別當(dāng)年6月和10月的大西洋歐洲環(huán)流型W與稻飛虱的發(fā)生面積呈負(fù)相關(guān),這可能與其影響我國(guó)夏、秋季的氣溫和降水有關(guān)。2.3.4其他類型上年9月太陽(yáng)黑子與稻飛虱的發(fā)生面積呈負(fù)相關(guān),因?yàn)樘?yáng)黑子活動(dòng)頻繁會(huì)導(dǎo)致惡劣天氣,使氣候轉(zhuǎn)冷,從而影響稻飛虱的產(chǎn)卵及其冬季的存活。3稻飛病發(fā)生面積研究大氣環(huán)流影響時(shí)空尺度大,多年相對(duì)穩(wěn)定,天氣意義明確,涵蓋生態(tài)信息豐富,是用于較大空間尺度研究的較好因子。該研究是基于大尺度