基于辐热积的油菜始花期预报模型

随着人们生活水平的提高，旅游赏花已成为人 们的一种生活时尚。提前预测观赏性植物的开花 时间，对举办旅游活动以及公众安排出行计划具有 一定的指导意义。目前，在植物花期与气候变化以 及观赏性植物花期预报等方面前人已经做了大量 的研究工作，张利华等分别针对梨树、牡丹、迎春花 和樱花等木本 植 物 构 建 模 型 预 测 花 期 ［１－４］，并 得 到 了很好的验证，但是针对农业旅游的油菜花花期预 报的研究则鲜有报道。
总光合有效 辐 射，Ｊ／（ｍ２· ｈ）；ＲＴＥＰ为 每 日 相 对 辐
热积，Ｊ／（ｍ２·ｄ）；ＲＥＴ（ｉ）为 １ｄ内第 ｉ小时的平均
相对热效应；ＰＡＲ（ｉ）为 １ｄ内第 ｉ小时的平均光合 有效辐射，Ｊ／（ｍ２· ｄ）；ＴＥＰ为 累 积 辐 热 积，Ｊ／ｍ２。
其中 油 菜 生 长 的 下 限 温 度 为 ５℃，上 限 温 度 为 ３２℃，最适温度为 ２０℃［６，２４］。
（江苏省兴化市气象局，江苏兴化 ２２５７００）
摘要：为探索江苏省兴化市油菜花期 的 变 化 规 律，研 究 其 花 期 预 报 方 法，助 力 兴 化 市 开 展 “千 垛 菜 花 节 ”旅 游 活 动，现利用 ２０００—２０１９年兴化市油菜始花期观测资料和同期气象资料，分析油菜始花期的特征，构建基于辐热积 （ＴＥＰ）油菜始花期预报模型。结果表明，兴化市油菜平均始花期为 ３月 １７—１８日（闰年为 ３月 １６—１７日），始花期呈 逐年提前的趋势，提前速率为 ０．５ｄ／年，且变率比较大；基于辐热积模型预报结果与实际始花期平均相差最小为 ２５１ｄ，有效积温方法预报结果与实际始花期平均相差 ３．６７ｄ；基于辐热积建立的油菜始花期预报回归模型，有效地 提高了预报精度。 关键词：油菜；始花期；辐热积；始花期预报；有效积温 中图分类号：Ｓ１６５＋．２１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００２－１３０２（２０２１）１１－０１５３－０５
收稿日期：２０２０－０９－１５ 基金项目：江苏省气象局预报员专项（编号：ＪＳＹＢＹ２０１８０８）。 作者简介：吴 芳（１９９２—），女，江苏兴化人，硕士，助理工程师，主要
从事农业气象研究。Ｅ－ｍａｉｌ：６９５９９６３１２＠ｑｑ．ｃｏｍ。 通信作者：邹学智，硕士，工程师，主要从事农业气象研究。Ｅ－ｍａｉｌ：
本研究针对兴化市油菜赏花期乡村旅游经济 对花期预报 的 需 求，以 兴 化 市 为 研 究 区 域，以 油 菜 始花期的气象要素为研究对象，通过对 ２０００—２０１９ 年近 ２０年油菜花期的研究以及同期气象要素分析， 建立基于辐热积的油菜始花期预报模型，指导乡村 旅游赏花活动，以期为兴化市“千垛菜花旅游节”的 顺利召开提供科学保障。
０００１）；
（９）
Ｙ＝ －０．２３１Ｘ１ －０．１７５Ｘ２ ＋８５．５９６（Ｒ２ ＝
— １５６—
江苏农业科学 ２０２１年第 ４９卷第 １１期
０５４４，Ｐ＜０．００１）；
（１０）
Ｙ＝－０．２６０Ｘ３－０．１７０Ｘ４ ＋８７．４０７（Ｒ２ ＝０６３９，Ｐ＜
０００１）。
（１１）
采用 ２０１４—２０１９年辐热积预报油菜始花期，将
计算油菜始花期的日序数，分析油菜始花期的变化
特征，同时 分 析 油 菜 始 花 期 与 辐 热 积 的 相 关 性，建
立基于辐热积的油菜始花期预报的回归模型。
２ 结果与分析
２．１ 油菜始花期变化特征 对 ２０００—２０１９年兴化市油菜花生育期资料进
行统计分析。由图 １可知，油菜平均始花期的日序 数为 ７６．８５ｄ，出现在 ３月中旬（平年是 ３月 １７日至 １８日；闰年是 ３月 １６日至 １７日），最早出现在 ３月 上旬（３月 ６日，２０１９年），最晚出现在 ３月下旬（３ 月 ２９日，２０１２年），两者相差了 ２４ｄ，２０００—２０１９年 兴化市区域油菜始花期呈逐年提前趋势，提前速率 为 ０．５ｄ／年，且变率较大。由图 ２可知，２月份有效 积温变率也较大，与始花期日序数变化相对应。 ２．２ 油菜始花期与辐热积相关性
江苏农业科学 ２０２１年第 ４９卷第 １１期
１．２ 方法
１．２．１ 辐热积计算 温度和辐射是影响作物生长 发育的 ２个重要环境因子［１９－２１］，温度对油菜生长的
影响用热效应来表示，辐射对油菜生长的影响用辐
射效应来表示。在一定的栽培条件下，将热效应与 光合有效辐射的乘积定义为辐热积（ＴＥＰ）［１３，２２－２３］。
ｚｈｉｃｕｎ００１＠１２６．ｃｏｍ。
“千垛菜花旅游节”的成功举办和推动兴化市旅游、 经济发展有着重要意义。
目前，预 报 油 菜 花 期 最 常 采 用 的 是 积 温 模 型 ［１０－１２］，此方法操 作 简 单，模 式 稳 定 准 确 且 生 物 学 意义明显，但未考虑日照、辐射等其他气象因子，存 在不确定因素，预报精度相对较低。倪纪恒等综合 考虑温度和太阳辐射对作物生长发育指标的影响 累积模型，提出辐热积模型［１３］，被广泛应用于黄瓜、 番茄、甜瓜等 作 物 的 生 长 模 拟 ［１４－１６］。 迄 今 为 止，基 于辐 热 积 法 模 拟 油 菜 生 长 发 育 模 型 的 研 究 较 少［１７－１８］，尤其是基于辐热积法预报油菜始花期的研 究鲜有报道。
具体计算按公式（１）～（４）进行：
０（Ｔ＜Ｔｂ）
ＴＴｏ－－ＴＴｂｂ（Ｔｂ≤Ｔ＜Ｔｏ）
ＲＴＥ（Ｔ）＝１（Ｔ＝Ｔｏ）
ＴＴｍｍ－－ＴＴｏ（Ｔｏ≤Ｔ＜Ｔｍ）
０（Ｔ≥Ｔｍ）；
ＰＡＲ＝０．５Ｑ；
（１） （２）
２４
ＲＴＥＰ＝∑［ＲＥＴ（ｉ）·ＰＡＲ（ｉ）］； ｉ＝１
ＴＥＰ＝∑（ＲＴＥＰ）。
（３） （４）
式中：Ｔ为平均温度，℃；Ｔｂ 为生长下限温度，℃；Ｔｍ 为生长上限温度，℃；Ｔｏ为生长最适温度，℃；０．５为 光合有效 辐 射 在 太 阳 总 辐 射 中 的 比 例［２５－２６］；Ｑ为 １ｈ内的太阳总辐射，Ｊ／（ｍ２·ｈ）；ＰＡＲ为 １ｈ内的
为提高油菜始花期预报精度，本研究引入辐热 积。根据 ２０００—２０１９年油菜花生育期资料统计分 析结果显示，油菜始花期正常在 ３月中旬，因此本研
江苏农业科学 ２０２１年第 ４９卷第 １１期
— １５５—
究选取表 １中所示的与始花期相关性较高的辐热 积，用来进行始花期预报。将选取的 ８个辐热积与 油菜实测始花期进行相关性分析，结果表明，１月 １ 日至 ３月 １日辐热积、２月 １日至 ３月 １日辐热积、１ 月 １日至 ３月 ５日辐热积、２月 １日至 ３月 ５日辐热 积与油菜始花期在 ０．０１水平上显著负相关；１月 １ 日至 ３月 １０日辐热积、２月 １日至 ３月 １０日辐热 积、１月 １日至 ３月 １５日辐热积、２月 １日至 ３月 １５ 日辐热积与油菜始花期在 ０．０５水平上显著负相关。 由图 ３可知，１月 １日至 ３月 ５日辐热积和 ２月 １日 至 ３月 ５日辐热积与油菜始花期的相关性最好，相 关系数分别为 －０．７９７和 －０．７９３，拟合精度 ｒ２都在 ０．６以上。综上所述，选择 １月 １日至 ３月 １日辐热 积、２月 １日至 ３月 １日辐热积、１月 １日至 ３月 ５
以油菜始花 期 作 为 因 变 量，辐 热 积 作 为 自 变 量，建
立两者之间的动态关系。首先计算 １ｈ内的相对热
效应（ＲＥＴ）和光合有效辐射（ＰＡＲ），然后将两者相
乘得到每小时的辐热积，将 １ｄ中的小时辐热积累
加得到每 日 相 对 辐 热 积 （ＲＴＥＰ），最 后 累 加 每 日 相
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
对辐热积得到累积辐热积（ＴＥＰ）。
日辐热积、２月 １日至 ３月 ５日辐热积来预报油菜 始花期。
表 １ 油菜始花期与辐热积相关性（２０００—２０１３年）
辐热积 １月 １日至 ３月 １日（Ｘ１） ２月 １日至 ３月 １日（Ｘ２） １月 １日至 ３月 ５日（Ｘ３） ２月 １日至 ３月 ５日（Ｘ４） １月 １日至 ３月 １０日（Ｘ５） ２月 １日至 ３月 １０日（Ｘ６） １月 １日至 ３月 １５日（Ｘ７） ２月 １日至 ３月 １５日（Ｘ８）
江苏农业科学 ２０２１年第 ４９卷第 １１期
吴 芳，邹学智，李 静，等．基于辐热积的油菜始花期预报模型［Ｊ］．江苏农业科学，２０２１，４９（１１）：１５３－１５７． ｄｏｉ：１０．１５８８９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２－１３０２．２０２１．１１．０２７
— １５３—
基于辐热积的油菜始花期预报模型
吴 芳，邹学智，李 静，王葳葳
１．２．２ 有效积温计算 植物需要在一定的温度以
上才开始生长发育，此温度在生态学中称为发育阈
温度或生态学零度，但仅是温度达到要求还不能满
足完成发育和生长的需求，植物完成某一阶段的发
育必须向外界摄取一定的热量，此热量为总积温或
者有效积温。有效积温计算方法详见公式（５）：
ｎ
Ｋ＝ｉ∑＝１（Ｔ－Ｔｂ）。
（５）
表 ２ 油菜始花期预报与检验（２０１４—２０１９年）
年份
实际 始花期
式（６）预报结果 ／ 式（７）预报结果 ／ 式（８）预报结果 ／ 式（９）预报结果 ／ 式（１０）预报结果 ／式（１１）预报结果 ／
Ｙ＝－０．３８８３Ｘ１＋８５．７４１０（Ｒ２ ＝０．５３９９，Ｐ＜
０００１）；
（６）
Ｙ＝－０．４２１５Ｘ２＋８５．２３４０（Ｒ２ ＝０．５３５８，Ｐ＜
０００１）；
（７）
Ｙ＝－０．４１４３Ｘ３＋８７．５２２０（Ｒ２ ＝０．６３５１，Ｐ＜
０００１）；
（８）
Ｙ＝－０．４４４６Ｘ４＋８７．００８０（Ｒ２ ＝０．６２８５，Ｐ＜
式中：Ｋ为 累 积 有 效 积 温，℃；ｎ为 完 成 某 阶 段 发 育
所需要的有效天数。
１．３ 数据分析与利用
在 Ｅｘｃｅｌ表中计算出油菜始花期的日序数（即
距离 １月 １日的实际天数），分类汇总这 ２０年数据，
将其中前 １４年的数据作为样本建立预报模型，后 ６
年的数据作为检验样本来评价模型。本研究首先
相关系数 －０．７３５ －０．７３２ －０．７９７ －０．７９３ －０．６５７ －０．６５７ －０．５９４ －０．５９１
注：表示 ０．０１水平上差 异 显著； 表 示 ０．０５水 平 上 差异 显著。
２．３ 基于辐热积构建模型预报油菜始花期 基于以上的相关性分析结果，以油菜始花期作
为因变量，以表 １中相关性较高的 ４个辐热积作为 自变量，即 １月 １日至 ３月 １日辐热积、２月 １日至 ３月 １日辐热积、１月 １日至 ３月 ５日辐热积、２月 １ 日至 ３月 ５日辐热积，采用回归分析，依次构建油菜 始花期 ３月 １日、３月 ５日共 ６个预报模型：
近年来随着“菜花节”休闲观光农业的发展，以 千岛样式形成的江苏省兴化油菜花景观享誉全国， 油菜逐步发展成为兴化市主要休闲观光观赏作物 之一。前人研究结果表明，气候条件对油菜的生长 有重要影响，如张佩等分析了江苏省油菜全生育期 气候因子的时空分布特征［５］；董芹等划分了油菜各 生育期的气象指数等级和灾害预警等级［６］；叶海龙 等分析了气象因子对油菜生育期的影响，气温因子 影响最显著［７－８］；方丽等研究发现，影响油菜生长的 主要气象因 子，不 同 生 育 期 有 所 差 异，且 气 候 资 源 时空变化 对 油 菜 生 长 有 利［９］。 本 研 究 在 前 人 气 象 因子研究 的 基 础 上 构 建 花 期 预 报 模 型，对 兴 化 市
油菜始花期预测结果与实际观测结果对比，由表 ２
可知，这 ６个模型预报结果的平均绝对误差在 ８～
９ｄ，预报结果较差。经实地考察调研发现，近几年
为促进开 展 兴 化 市 油 菜 花 节，提 前 采 取 人 工 干 预， 包括选择早 熟 品 种、提 前 播 种 等 手 段，促 使 油 菜 始 花期提前，去掉 ２０１４—２０１９年始花期早于 ３月 １０ 日的最后 ３年（２０１７—２０１９年），６个模型预报结果 中误差最小的仅 ２．５１ｄ，采用预报模型（８）（表 ２平 均绝对误差数据中括号内表示去除最后 ３年后各模 型预报结果与实测结果的平均绝对误差）。
１ 材料与方法
１．１ 数据获取 油菜始 花 期 资 料 来 自 兴 化 市 农 业 农 村 局，以
２０００—２０１９年的冬油菜作为研究对象，始花期的标 准是大田栽培的油菜田中 １％的花朵开放之日。同 步年份的 气 象 资 料 来 自 兴 化 市 气 象 局，采 用 温 度、 日照时数等观测数据。
— １５４—