桃树花期预测

桃树花期预测
董海涛;刘洪林;左晓强
【摘要】利用2005-2015年丹东河口桃树花期物侯观测资料和宽甸国家基准气象站的气象观测资料,分析桃树花期前的光、温、湿等气象要素与花期的相关系数,通
过分析花期前每候的气象要素平均值与花期的内在关系,并根据相关系数的极值来
确定预报因子,采用逐步回归方法,利用SPSS软件,建立桃树花期预测模型.结果表明:花期预测模型拟合效果较好,预报准确率满足业务要求,及时为政府和果农提供准确
的桃树花期预报.
【期刊名称】《北方果树》
【年(卷),期】2017(000)002
【总页数】5页(P6-10)
【关键词】回归方法;预测;丹东桃树;花期
【作者】董海涛;刘洪林;左晓强
【作者单位】辽宁省丹东市气象局,辽宁丹东118000;辽宁省丹东市气象局,辽宁丹
东118000;辽宁省宽甸县气象局,辽宁宽甸118200
【正文语种】中文
【中图分类】S662.1
丹东河口位于辽宁宽甸满族自治县长甸镇境内，地处鸭绿江的下游，是我国‘燕红’桃的主要生产基地，占地总面积为43.5km2，产量近7500万kg，收入近2亿元，
成为河口的主导产业。

宽甸河口依山傍水，年平均气温7.1℃，年平均降水量约1051.3mm，光、热资源丰富，四季分明，日照充足。

土壤及气候适宜发展桃树生产。

随着社会经济的发展和人民生活水平的不断提高，以赏花为主题的地方节日在全国各地蓬勃兴起。

自2005年以来丹东已成功举办了十一届“鸭绿江之春”桃花节旅游活动，每年吸引中外游客数十万人之多，经济效益显著，河口已成为丹东重要的旅游景点。

活动期通常提前20d左右定出，由于每年冬季和早春的天气不同，开花期存在着明显的波动，曾出现过桃花节期间游客只能看到花蕾的情况，开展花期预报已成为气象服务社会的工作之一。

同时人工辅助授粉已成为重要的保花保果、增加产量的措施，果农也迫切需要提供准确的花期预报。

物候模型是预测植物花期的有效方法。

物候模型是基于植物对环境因子的响应机理而建立的可以模拟植物生长发育的数学模型[1，2]。

目前许多学者建立了多种物候模型[3～8]，被归纳为静态模型（统计模型）和动态模型（过程模型）。

静态模型是直接利用统计方法拟合物候期与气象因子关系建立的物候模型。

如刘流等[6]研究了气温和降水对桃花迟早年型的冬季气候特点；王晓默等[7]分别采用有效积温预报和逐步回归预报模式分析了济宁桃花花期预报；姚日升等[8]分析了前期光、温、湿条件的变异系数与花期的相关系数以BP神经网格预报模式，构建了14种预报因子，结合数值预报预测未来花期。

动态模型是通过数学方法再现生物过程与环境关系，试图从机制上探讨物候期发生条件的模型。

截至目前，物候模型已被成功用于重建过去气候变化、预测物种分布范围变化及灾害风险评估等方面。

本文采取静态模型方法，以1—4月气温、相对湿度、降水量、日照时数和地温等气象要素的候值作为预报因子，分析与桃花花期距平的相关性，研究探讨丹东河口桃花花期预报模型，为地方政府和果农提供精确的花期预报。

1 资料与方法
1.1 物候资料
本研究报告所用的物候资料是2005—2015年丹东市宽甸县旅游局提供的桃花始
花期序列物候观测资料。

桃树观测资料的地点、品种如表1。

根据“中国物候观测网”的观测标准，始花期定义为观测植株上开始出现第1个完全开放的花朵日期；花期定义为观测的树上有一半以上的花蕾都展开花瓣的日期。

表1 丹东河口‘燕红桃’花期观测年份实际始花期（月-日）花期距平2005 05-09 3 2006 05-12 6 2007 05-06 0 2008 04-22 -14 2009 05-10 4 2010 05-15
9 2011 05-11 5 2012 05-03 -3 2013 05-13 7 2014 04-25 -11 2015 05-01 -5 1.2 气象资料
本研究所用气象资料来源于丹东市宽甸县气象局国家基准站2005—2015年地面
气象观测资料，包括温度、湿度、降水、日照和辐射等气象数据，所有的气象资料都经过严格的人工质量控制。

未来预测数据采用的是ECMWF（欧洲数值预报）细网格预报资料，来源于国家气象信息中心，经过本地化可以获取最大预报时效为240h资料数据。

其中0～72h预报时效间隔为3h，72～240h预报时效为6h，
主要应用的资料有气温、降水量、相对湿度等直接的预报
1.3 资料处理
做回归分析时，引入气象因子间存在单位和尺度的不同，如温度以℃为单位，湿度为%，日照为h等，且数据大小有很大差别，因此需要对气象资料用以下式做标
准化出来，以克服不同气象因子量纲之间的差异。

式中，xt（t=1……n，为年序）为标准化气象因子序列，Xt为原始气象因子序列值，为原始气象因子序列平均值，δ为Xt的均方差。

平均值是时变量的瞬时值在
给定时间间隔内的算术平均值。

其公式如下：
式中，N为气象要素个数，xi为气象要素实际值。

均方差也即标准差，是各数据
偏离平均数的距离的平均数，它是离均差平方和平均后的方根，能反映一个数据集的离散程度。

其公式如下：
式中变量与上述公式中说明一致。

同样，对桃花花期资料处理按下式做距平处理：
式中，yt为桃花始花期距平序列值（正值为始花期晚于常年，负值为始花期早于
常年），Yt为桃花花期日期序列值，为2005—2015年平均始花期（为5月6日）。

回归分析统计软件为IBM SPSS，是世界公认的专业化的标准统计软件之一，其操作简单，易学易懂，简单实用，在社会和自然科学研究领域，提供丰富的统计产品与服务解决方案，用SPSS软件进行逐步回归，分析桃花花期与气象因子间的相关系数并建立预报模型，满足α=0.05的因子引入，α=0.1的因子剔除。

2 结果与分析
2.1 桃花花期与气象条件关系
2.1.1 气温对花期影响
开花前气象条件对果树花期早晚有很大影响，从温度角度看，主要受2个因子控制。

一是需要一定低温打破花芽的自然休眠，即需冷量。

果树需冷量得到满足才能完成自然休眠期，如果需冷量得不到满足，植物不能完成休眠全部过程，影响花期时间。

二是开花前需要一定的积温才能萌芽开花，即需热量。

这里包含着落叶果树对温度要求不同的两个重要时期，也是落叶果树提早开花两个重要依据。

以往研究证明，气温在植物不同的物候生长发育期起到关键性和决定性作用。

根据物候观测数据，河口桃花花期历年在4月22日—5月15日，年际变化较大，
但花期距平与旬平均温度有明显的相关性（图1）。

1—4月旬平均温度（包括旬
平均最高温度和旬平均最低温度）相关系数曲线走势基本一致。

从曲线上可以看出，花期距平与2月中旬平均温度（含最高和最低）呈正相关，旬平均温度（影响桃
树休眠期需冷量的累积）越高，花期距平值越大，延迟花期。

但相关不显著，因河口特殊的地理环境（距鸭绿江不足1km，面江背山）能满足桃树需冷量累积。

而
1月上旬、3月中下旬及4月中旬平均温度（含最高和最低）呈明显的负相关，
越接近花期相关系数越大。

随着后期气温的逐步升高和花期的临近，温度将对桃树需热量迅速累积起到了关键性作用。

图1 桃树花期距平与旬空气温度间的单相关系数曲线
2.1.2 湿度对花期影响
气象湿度因子的分析主要是考虑植物不同生长发育期对水分需求和影响程度。

在桃花花期距平与相对湿度的单相关分析中，除3月下旬和4月上旬，桃花花期距平
与旬平均相对湿度均呈正相关，其中，1月中旬、2月上旬和中旬正相关达到显著水平（0.05），湿度越大越延迟花期，进一步证明了2月中旬及前期低温低湿天
气不利于（甚至抵消）桃花休眠期需冷量的累积（图2）。

图2 桃树花期距平与旬平均相对湿度间的单相关系数曲线
2.1.3 日照对花期影响
植物在生长发育过程中需要一定的热量促使其生长，这部分热量不仅来源于空气温度，还有太阳的直接辐射。

本文考虑桃树花期前太阳辐射的影响，引进日照时数作为回归因子进行分析，其相关系数1—4月各旬合计日照时数与花期距平相关不显著（图3）。

分析原因有二，（1）日照时数是指太阳在一地实际照射的时数。

被
定义为太阳直接辐照度达到或超过120w/m2的各段时间的总和，该值是时间累积而非热量累积，植物吸收热量反映不准确；（2）桃树，蔷薇科，落叶小乔木，花芽生长所需要的气温比叶芽生长所需要的气温低，初春的温度可以满足胚芽的生长
所需低温，花芽逐渐开放。

但此时的气温对叶芽来说，还不能满足它生长的需要，仍在潜伏期，待以后气温逐渐升高，满足其生长需要时，叶芽才开始萌发。

而植物主要是通过叶片进行光合作用，花期前日照影响较小。

图3桃树花期距平与旬合计日照时数温度间的单相关系数曲线
2.1.4 降水量对花期影响
降水因子的引入与相对湿度一样，是为了考察水分（侧重于土壤水分）对桃树花期的影响。

降水因子为旬合计定时降水量（1—3月需人工测量）。

图4中桃花花期距平与旬合计定时降水量始终为负相关，始终未达到显著水平（图4）。

图4 桃树花期距平与旬合计定时降水量间的单相关系数曲线
2.1.5 地温对花期影响
以往学者研究植物花期建模引入因子更多为气温、日照和降水等气象数据，很少将地面温度作为预报因子与植物花期进行相关分析（图5）。

本文将旬平均地面温度、旬平均地温最高温度和旬平均地面最低温度作为因子与桃花花期距平进行单相关分析，结果如图5所示。

从图中曲线变化情况可以看出，花期距平与1—2月下旬平均地温和旬最低温度2个因子呈正相关，其中与1月中旬2个因子正相关达显著
水平（0.05），而后期呈现为负相关；与3月中下旬及4月的平均地温负相关达
显著水平。

旬地面最高温度一直与花期距平呈现为负相关，并在2月下旬和4月
中旬负相关达显著水平（0.05）。

地面温度因子对桃树花期的影响与气温因子一致，2月中旬前对桃树休眠期的需冷量的积累有一定影响。

图5 桃树花期距平与旬地面温度间的单相关系数曲线
3 预报模型
3.1 预报因子的选择
通过2.1桃花花期与气象条件的分析，其中气温因子（旬平均温度，旬平均最高
温度和旬平均最低温度）1月上旬、3月中旬至4月中旬（除4月上旬），地面温
度因子3月中旬至4月中旬（除4月上旬）的旬平均地面温度和4旬中旬平均地
面最高温度，与桃树花期距平存在显著的负相关，说明开花前温度的积累对桃花开花早晚影响特别大，累积积温充足，开花就早，反之就延迟花期；而相对湿度因子1月中旬和2上旬，地面温度因子1月中旬平均地温和平均最低地温，与桃花花
期距平存在显著的正相关，影响着桃树休眠期需冷量的累积，温度越高，需冷量不足，延迟花期。

从预报时效角度，每年桃树花期平均在5月6日前后，业务需要
提前20 d左右做出当年的花期预报，虽然4月中旬与桃树花期相关性很好，但不能用于建模。

因此，预报因子的选择从1—4月气温、相对湿度和地温等数据中作为备选因子进行建模使用。

3.2 预报模型的建立
利用SPSS统计分析软件对桃树花期距平与备选标准化气象因子进行逐步回归，得到下列桃树花期预报方程：
式中，y为桃树花期距平，xi为标志准化气象因子序列，其中，x1为4月第4候
平均温度，x2为3月第5候平均最高温度，x3为4月第1候相对湿度，x4为3
月第5候日照时数。

方程的R2=0.953，拟合回归方程平均方差88.991，剩余平方差24.909，总方差为524.900。

利用上述回归方程可3月31日前做出桃树花期预报，从模型入选的气象因子来看，3月平均温度和3月中旬平均最低温度和地面平均温度越低，温度积累不足，桃树花期距平值越大，花期时间越晚；反之花期距平越小，花期时间越早。

1月中旬前平均相对湿度越小，天气越干燥，以及2月中旬平均最低温度越高，即2月中旬
前低温低湿的天气有利于桃树休眠期需冷量的积累，花期距平越小，花期时间越早；反之较高空气的温度和湿度减少（甚至抵消）需冷量的积累，花期距平大，花期时
间晚。

3.3 预报模型的检验
利用所建的花期预报模型，拟合河口桃树花期，结果表明，桃树花期年际变化较大，但模型的拟合率较高。

将模型回代，模拟样本年桃树花期（表2），拟合值与实际值相关系数0.997，平均误差1.1 d，最大相差为1 d的有6年，其他没有误差有2年，预报模型对桃树花期有非常好的拟合作用。

表2 预报模型检验年份实际始花期（月-日）拟合始花期（月-日）拟合差异/d 评价2005 05-09 05-10 -1 吻合2006 05-12 05-13 -1 吻合2007 05-06 05-06 0 吻合2008 04-22 04-21 1 吻合2009 05-10 05-09 1 吻合2010 05-15 05-12 3 吻合2011 05-11 05-13 -2 吻合2012 05-03 05-04 -1 吻合2013 05-13 05-14 -1 吻合2014 04-25 04-25 0 吻合
3.4 试报
以2015年作为独立样本，将气象因子代入花期预报模型，预测2015年丹东宽甸河口桃花花期5月3日，当年桃花实际花期5月2日。

4 结论
（1）建立的桃树花期预报模型对样本有较高的拟合和较好的预报效果，具有重要的应用价值。

（2）桃树不同时段（1—4月）气象因子对花期的影响表现为，后期影响大，前
期影响较小；气温和湿度影响较大，日照和降水等因子影响相对较小；地温虽与桃树花期距平有一定的相关性并达到显著水平，但对模型方程的贡献率不如气温和湿度。

桃树开花前需要一定的温度积累，高温低湿花期越早，反之花期越晚。

（3）通过桃树花期与气象因子标准化的单相关分析，气温和湿度与桃树花期相关性较强，说明桃树花期早晚对这些气象因子的变化比较敏感，但并不意味着其他气
象因子的影响不重要。

（4）宽甸国家基准气象站与河口桃花生产基地地理上有一定的距离，使气象数据不能准确代表河口桃花实际天气状况，只能是相对值。

若想使模型模更好地模拟花期接近实测值，可在河口桃花区域内建立物候观测气象站，以获得更具代表性气象资料。

【相关文献】
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