纳雍珙桐始花期与气候因子的相关性及预报模型

郑 园，谢 明，成春丽，赵庭飞，周 庶，刘兴平

(1.贵州省纳雍县气象局，贵州 纳雍 553300；2.贵州省毕节市气象局，贵州 毕节 551700；3.贵州省织金县气象局，贵州 织金 552100；4.贵州纳雍珙桐省级自然保护区管理局，贵州 纳雍 553300)

珙桐是我国特有的第三纪孑遗植物，又名鸽子花树，是一种落叶乔木，树高可超过20 m，1999年被列为国家一级重点保护野生植物，有植物中的大熊猫之称。作为我国独有、世界著名的珍稀名贵观赏植物，珙桐分布区气候要求凉爽湿润，年平均气温8.9～15℃，年降水量600～2 600 mm，>10℃的活动积温2 897.0～5 153.3℃。其一般生长在海拔1 500～2 200 m润湿的常绿阔叶与落叶阔叶混交林中，在我国主要生长在云贵川和湖北等地。根据贵州省林业科学研究院初步考察的结果显示，纳雍县境内自然分布有大量光叶珙桐，其面积达7 120 hm2，近100万株，集中区平均1 hm2有50株左右，树龄长者超过100 a，是目前世界上光叶珙桐自然分布面积最大、资源储量最丰富的地区，在国内尚属罕见。因此，2013年纳雍县被中国野生植物保护协会授予中国珙桐之乡称号。

目前，对于珙桐的研究主要集中在种群结构与数量动态、分子生物学、环境对生理生化的影响以及栽培繁殖等方面。罗世家[1]研究珙桐的遗传多样性与保护生物学；宋从文等[2]利用RAPD标记研究天然珙桐群体的遗传多样性；马宇飞等[3]研究了湖北七姊妹山珙桐的种群结构。已有研究均未涉及珙桐花花期的预报。

准确预测植物的花期具有重要作用，目前已有不少学者对此做出了大量研究。张玲等[4]利用气象因子预测牡丹花花期。郭连云等[5]研究表明，影响梨树始花期的主要因子是至3月底气温稳定通过5℃的积温值。张秀英等[6]研究发现，桃花始花期与花前2～3旬的平均旬积温和平均最高旬积温关系非常密切。万汉芸等[7]研究指出，百里杜鹃杜鹃花开花前期平均温度越高日序数越小，则花期提前。车少静等[8-9]分别对迎春花和银杏花的花期进行预测研究。已有的研究均认为，温度和日照对植物的花期影响较大，降水等因子影响略小；由此也发现，大多数学者对于花期的预报研究仅局限于气象因子与花期的关系，再利用回归分析或最小二乘法等方法建立花期预报模型，该预报模型对于花期预报的提前时间很短，且不能进行滚动预报，实时更新。

月动力延伸期预测模式业务系统DERF 2.0在中国主要应用于气温和降水的预测，其对气温的预测性能较降水好，该系统提供的大气初始场采用NCEP一日4次的再分析资料，包括月平均资料和周平均资料，在资料能够获取的情况下使用最近的周平均资料。第二代月动力延伸预测模式业务系统DERF 2.0从模式结果、分辨率等方面均可以应用于实际预测业务。王文青等[10]利用DERF 2.0建立山东省延伸期天气预报业务系统，成功提前滚动预报全国第十一届运动会(济南)开幕式天气。何慧根等[11]研究指出，DERF 2.0模式对中国气温的总体预测效果较好，可明显提升对气温的预测性能。

鉴于此，利用2012—2016年纳雍县珙桐始花期物候观测资料和纳雍国家一般站地面气象资料，采用相关性分析法与月动力延伸预测模式业务系统(DERF 2.0)相结合，研究珙桐始花期与气温、降水和日照等气象因子的相关性，并建立珙桐始花期预报模型，以期为纳雍县珙桐自然保护区始花期准确预报及其在旅游推介工作上的应用提供科学依据。

1 资料与方法

1.1 资料来源

2012—2016年连续5 a珙桐始花期的物候观测资料，以及相应花期时段的气温、积温、日照时数和降水量等气象因子，资料来源于纳雍县林业局和纳雍县国家一般气象站。

1.2 研究方法

1.2.1 珙桐始花期与气象因子的相关性 利用2012—2016年连续5 a的珙桐始花期的物候观测资料，先将始花期日期均转换成距3月1日的实际日数[12]，再分析珙桐始花期日期序列与2012—2016年1—5月逐日气温稳定通过12～17℃的日期序列、珙桐始花期与≥5℃积温及初、终日和≥10℃积温及初终日、日照时数、降水量的相关性，以确定影响始花期最关键的气象因子。

1.2.2 模型建立与检验 将分析得出的5日滑动平均气温稳定通过15℃和16℃作为预报指标，采用DERF 2.0结合延伸期预报结论建立珙桐花始花期的预报模型，再对模型的预报分别做相关性分析之后确定主要预报指标。该研究分析珙桐始花期与气象因子的相关性发现，珙桐始花期关键影响因子为气温，在气候延伸期预报结论的基础上结合该预报因子，建立珙桐始花期预报模型，即从气候延伸期温度预报产品图中读取每5 d滚动制作未来40 d的逐10 d的气温数据为延伸期温度距平值；历年平均气温由统计而得，将温度距平值与历史同期平均值相加即可得出所需要的延伸期温度预报值。国家气候中心气候延伸期预测产品中预测起始日期为2014年，由其提供的每5 d滚动制作未来40 d的逐10 d的气温和降水延伸期气候预测图，为建立珙桐始花期预报模型提供极好的定量化预报依据。对模型的逐10 d气温预报准确率进行检验，检验标准误差±2℃为正确。由于气候延伸期温度预报产品提供的是10 d的平均温度预报结果，珙桐花预报需要的是5 d平均温度。为此，采用相似替代法，找出4月上旬分别与之对应的第1至第6个滑动5 d平均温度，将其替代逐10 d平均温度。最后进行珙桐始花期预报模型检验。

2 结果与分析

2.1 珙桐始花期与气象因子的相关性

2.1.1 气温 从表1可见，虽然珙桐始花期与滑动6～10日平均气温稳定通过12～14℃的相关性大多通过显著性检验，但相关性较小；而平均气温稳定通过16～17℃的相关性虽然理想，但是大多未能通过显著性检验。其中，滑动5日平均气温与稳定通过15℃的相关系数为-0.513，与稳定通过16℃的相关系数为-0.952，且二者均通过显著性检验(α=0.05)。

表1 珙桐始花期日期与气温滑动平均的相关性Table 1 Correlation between early flowering period of D.involucrate and temperature moving average

注：*表示通过显著性检验(α=0.05)，下同。
Note: * indicates significance of difference atP<0.05 level.The same below.

2.1.2 临界温度及其初终日和积温 珙桐始花期与≥5℃积温的相关系数为0.774，与≥10℃积温的相关系数为0.938，均通过显著性检验(α=0.05)，表明，与≥10℃积温呈显著正相关且相关性较好。与≥5℃积温初日的相关系数为0.698，与≥10℃积温初日的相关系数为0.931，均未通过显著性检验(α=0.05)，表明，与≥10℃积温初日呈正相关关系但不显著。与≥5℃积温终日的相关系数为0.730，与≥10℃积温终日的相关系数为-0.757，均通过显著性检验(α=0.05)，表明，与≥10℃积温终日呈显著负相关且相关性较好。

2.1.3 日照时数和降水量 由表2可见，珙桐始花期与4月初至始花期时的日照时数相关系数为0.923，呈正相关但不显著(α=0.05)；与2月和3月日照时数的相关系数分别为0.225和0.534，均呈显著正相关(α=0.05)。珙桐始花期与1—4月降水量的相关系数分别为0.039、0.222、-0.28和0.328，其中，与1月、2月和4月的降水量呈显著正相关(α=0.05)，与3月降水量呈负相关但不显著。

表2 珙桐始花期日期与日照时数和降水量的相关性Table 2 Correlations between early flowering date of D.involucrate and sunshine duration, precipitation

综上所述，日照时数和降水量与珙桐始花期的相关性较弱，影响较小，而与滑动5日平均气温稳定通过15℃及16℃呈显著负相关，相对于与≥10℃积温及积温终日的相关性而言，气温与珙桐始花期的相关性最高，可以将其作为珙桐始花期的预报因子。

2.2 预报模型的建立与模型检验

2.2.1 DERF 2.0模型的预报准确率 由收集到的珙桐始花期物候期资料可知，珙桐始花期一般在3-5月，因此计算出其相应年份的DERF 2.0的气温预报准确率，从表3看出，2014—2016年3—5月气温预报的准确率均>50%，特别是在珙桐始花期预测最重要的4月，平均准确率为75.6%，为珙桐始花期预报提供了有力的气候趋势预测数据支撑。说明，国家气候中心发布的延伸期预报产品具有很好的业务应用价值，为长期气候趋势预测从传统的定性预报向定量预报转变奠定了基础。

表3 2014—2016年纳雍县延伸期气温预报的准确率Table 3 Precision rate of temperature forecast during the elongating period in Nayong County during 2014—2016 %

2.2.2 珙桐始花期预报模型检验 珙桐始花期模型中利用的是滑动5日平均气温稳定通过15℃时的温度作为预报指标，但是由于DERF 2.0提供的数据为逐10 d的气温，因此对其进行数据转换处理。从表4可见，经数据转换后10 d平均气温接近第4个5 d平均气温，因此，可以采用10 d平均气温代替5 d平均气温，将始花期确定为10 d通过临界指标第4个5 d的中间1天为珙桐花始花期。按此标准，得出2014—2017年珙桐花始花期在气温稳定通过15℃时分别为4月11日、4月16日、4月6日、4月16日，稳定通过16℃时为4月16日、4月21日、4月11日、4月21日。经相关性分析，珙桐始花期与气温稳定通过15℃和16℃预报值之间呈显著正相关，其相关系数分别为0.958和0.672(α=0.05)。因此，选择气温稳定通过15℃作为珙桐始花期的预报因子。考虑到始花期预报是使用10 d替代5 d资料，将始花期预报与实际时间在正负5日内都计为正确。由表5看出，气温稳定通过15℃的珙桐始花期预报最大误差为4 d，最小误差为1 d，平均误差为3 d，准确率为100%；提前预报时间平均为40.8 d。气温稳定通过16℃的预报最大误差为9d，最小误差为4 d，误差平均为7.5 d，准确率为25%；提前预报时间平均为28.5 d。从图1可见，对稳定通过15℃和16℃始花期实际值与预报值进行拟合，气温稳定通过15℃预报值与实际值差异较小，说明，通过15℃的拟合比通过16℃的效果好。

表4 毕节市8个观测站4月上旬的10 d平均气温与滑动5 d平均气温Table 4 10 d moving average temperature and 5 d moving average temperature recorded by 8 meteorological stations during the first ten-day period of April in Bijie City ℃

表5 2014—2017年气温稳定通过15℃和16℃时的珙桐始花期预报Table 5 Forecast of D.involucrate early flowering period when the daily temperature is steadily above 15℃ and 16℃ during 2014—2017

图 1 气温稳定通过15℃和16℃珙桐始花期实际值与预报值的拟合曲线Fig.1 Fitted curves between actual value and forecast value of D.involucrate early flowering period when the daily temperature is steadily above 15℃ and 16℃

3 结论与讨论

纳雍县珙桐始花期与5日滑动平均气温、降水和日照等气象因子的相关性分析表明，珙桐始花期与气温的相关性较好，其中，选择滑动5日平均气温稳定通过15℃作为花期预报指标最好。应用月动力延伸预测模式业务系统(DERF 2.0)预报产品建立珙桐始花期预报模型，模型最长可以提前30 d得出预报结论，且预报准确率为100%。对推动纳雍珙桐自然保护区旅游业发展意义重大。

目前收集到的纳雍珙桐始花期资料较短，还需收集更长时段的花期资料，对预报模型进行检验和优化，从而进一步提高珙桐始花期预报精确度，减少预报误差。