天津蓟州山楂树主要物候期气象条件分析

金海东1,田淙海2,宋雨润,张 碧,袁淑杰

(1.天津市蓟州区气象局,天津 301900;2.山西省气象局,山西 太原 030002;3.成都信息工程大学 大气科学学院,四川 成都 610225)

1 引言

气象条件不仅决定了作物的分布和品种布局,还是决定作物产量丰欠和品质好坏的关键因素,了解作物生长发育对气象条件的要求,根据本地的气候特点和变化规律布置和指导作物生产,做到趋利避害,是促进作物生产发展的重要保证[1]。

有关气象条件对作物生长发育影响的分析,可概括为以下两个方面:①通过田间试验，结合气象资料,分析气象条件对作物生长发育的影响。叶海龙等[2]应用1999—2008年浙江省衢州市龙游县的油菜连续观测资料,认为油菜生长发育对气温最为敏感,温度高、光照足是油菜物候加快的主要气象因素;陈焕武等[3]认为,陕西榆林枣树开花期空气湿度<40%,出现“焦花”现象,枣花授粉受到限制,坐果率明显下降;鄢德锐等[4]研究认为,1978—1979年河南辉县、林县山楂花期日平均气温为10—23℃时,气温升高有利于开花;毕伯钧等[5]在辽宁恒仁、本溪通过气候考察,指出山楂产量与生产季≥10℃积温呈“S”形关系;1982—1986年李清田[6]以人工气候棚为主结合田间试验,指出山楂花期空气湿度过低会危害开花座果,每日12—15时低湿危害最显著,此时适宜的相对湿度为35—70%;1986—1991年李长存[7]研究发现日最高气温>30℃、空气相对湿度<70%时,有日烧病发病的可能。随着气温升高和空气相对湿度下降,日烧病率相应提高。②通过分析作物和当地气象条件的关系,研究当地作物生长发育期间的主要气象条件。张雅昕等[8]分析认为,广西壮族自治区桂林市永福县年降水量为1800mm,年均温为17.0—18.0℃,空气湿度多数月份在75%以上,适宜罗汉果生长发育;黄廷炎等[9]认为1996—2005年福建省南平市≥10℃年活动积温为5438.1—6164.9℃,满足烟草生长所需,且季节温度变化规律与烤烟生长相一致;邹玲等[10]指出广西壮族自治区桂林市11月昼夜温差可达到20℃,有利于马铃薯生长;龙振熙等[11]指出贵州省遵义市湄潭县4—5月连绵阴雨天气较多,常出现5—10d的连阴雨天气,空气湿度持续在80%以上,应注意抑制病害的发生和流行;毕伯钧[12]对辽宁省本溪市恒仁县1965—1987年的山楂产量与气象因子相关分析和积分回归分析得出影响山楂产量的主要气象因素和关键期为秋季日照时数与冬季气温、降雪量,若日照充足、气温高、降雪多则有利于山楂花芽形成和增强越冬寒能力,促进山楂产量提高;李吉洲[13]利用河南省新乡市辉县1981—2010年的气温与降水资料,得出山楂短期可忍受43.5℃的高温,较长时期可忍耐40℃的高温。

山楂含有丰富的碳水化合物、膳食纤维、钙、铁和维生素C,具有降血压、降血脂、降血糖、抗氧化、抗肿瘤、增强免疫等功能[14]。山楂树冠美观、花果艳丽,是一种良好的绿化树种[16]。山楂树喜光，不仅具有较强的耐旱性,还具有一定的抗涝性。山楂的栽培区域较广,在年平均气温5—15℃、年降水量500mm以上的地区均可种植[17]。天津市蓟州区位于39°45′N—40°15′N、117°05′E—117°47′E,地势北高南低,呈阶梯分布,九山顶(海拔1078.5m)为最高点,最低处为马槽洼(海拔1.8m),属于暖温带半湿润大陆性季风型气候,年平均气温11.5℃,降水量678.6mm,无霜期约195d,适宜山楂树的种植。蓟州山楂肉质松软而肥厚、色泽鲜艳、籽小皮薄、酸甜适口,是山楂中的佳品。目前关于天津蓟州山楂树主要物候期气象条件的分析相对较少,因此有必要进行详细的分析研究。

本文利用1957—2018年天津蓟州地面常规观测站逐日资料和43个区域自动站建站到2018年的逐小时气象资料,采用5日滑动平均法计算天津蓟州的山楂树萌芽期、展叶期、开花期初日,确定了天津蓟州山楂树的主要物候期持续时间,应用气候倾向率和克里金插值法进行空间插值,并叠加DEM数据提取的山体阴影,分析了天津蓟州山楂树萌芽期、展叶期、开花期、果实发育期的主要气象条件与时空分布特征,希望为天津蓟州山楂树的种植提供科学依据。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

本文所采用的数据主要来自于天津市蓟州区气象局,包括地面常规气象观测站1957—2018年的逐日日最高气温、最低气温、平均气温、降水,43个自动观测站自建站到2018年的逐小时气温、降水等资料，以及由地理数据云网站提供的分辨率为90m×90m天的津蓟州区边界图层和数字高程地图(DEM)。

2.2 研究方法

本文采用的方法主要包括:①五日滑动平均法，以消除不稳定的波动,显示出气象要素变化的平稳性。②气候倾向率，主要用以表征气候要素的变化趋势。③克里金插值，主要是对气象要素进行空间插值。

2.3 蓟州山楂树主要物候期

李桂荣[15]指出,山楂树日平均气温在5—5.5℃时芽开始萌动,8—8.5℃时开始展叶;鄢德锐等[4]认为,山楂花期的最适宜日平均气温为15.5℃;刘汝诚[18]得出山楂树的花期为10d;赵焕谆等[17]指出山楂树果实发育期在150d左右。根据上述研究结果，山楂树萌芽期、展叶期、开花期起始温度分别为5.5℃、8.5℃、15.5℃,开花期、果实发育期分别为10d、150d。由于缺少山楂树物候期的观测记录,天津蓟州山楂树物候期参考相关文献[19](表1),将山楂树划分为6个物候期,并应用5日滑动平均法,确定每年稳定通过5.5℃、8.5℃、15.5℃初日为天津蓟州山楂树该年萌芽期、展叶期、开花期、果实发育期分布持续10d、150d,各日期与表1基本相符。

表1 天津市蓟州区山楂树各物候期时间分布

3 山楂树物候期初日时间变化特征

本研究根据以上方法确定了天津市蓟州区山楂树1957—2018年逐年初日,得到天津蓟州山楂树的萌芽期、展叶期、开花期、果实发育期初日时间变化图，见图1。

由图1可见,天津市蓟州区山楂树萌芽期、展叶期初日随时间变化通过了0.05的显著性检验,气候倾向率分别为-1.7d/10a、-1.6d/10a,每10年天津市蓟州区山楂树萌芽期、展叶期初日分别提前1.7天、1.6天。开花期、果实发育期初日时间变化未通过检验,时间变化不明显。

注:(a)萌芽期;(b)展叶期;(c)开花期;(d)果实发育期。

图1天津市蓟州区山楂树主要物候期初日时间变化(1957—2018年)

4 山楂树主要物候期气象条件分析

4.1 山楂树萌芽期气象条件时间变化

天津市蓟州站1957—2018年萌芽期日最高气温、日最低气温、日平均气温和降水量时间变化见图2。

由图2可见,天津市蓟州区山楂树萌芽期日最高气温、日最低气温分别为11.8—24.3℃、-4.9—4.4℃。随时间变化通过了0.05的显著性检验,气候倾向率分别为-0.4℃/10a、0.5℃/10a。萌芽期日最高气温每10年降低0.4℃,日最低气温每10年升高0.5℃,日平均气温、降水量分别为5.0—10.2℃、0—35.6mm。随时间变化未通过显著性检验,时间变化不明显。

注:(a)日最高气温;(b)日最低气温;(c)日平均气温;(d)降水量。

图2天津市蓟州区山楂树萌芽期气象条件时间变化(1957—2018年)

4.2 山楂树萌芽期气象条件空间分布

天津市蓟州区山楂树萌芽期的平均日最低气温、平均日最高气温、极端最低气温、极端最高气温、平均气温、降水量空间分布见图3。从图3可见:①天津市蓟州区山楂树萌芽期的平均日最低气温、极端最低气温分别为-5.4—1.2℃、-7.2—-0.3℃,最低处位于桑园,最高处位于盘山,由西南向东北逐渐升高。②平均日最高气温为13.7—21.7℃,最低处为石矿山,最高处为洇溜,由东向西气温逐渐升高再逐渐降低;极端最高气温为15.6—28.9℃,最低值位于安棋盘,最高值位于石矿山,由西南向东北逐渐降低。③平均气温为6.3—9.2℃,最低值位于铁岭子,最高值位于洇溜、下仓,由西南向东北气温逐渐升高再逐渐降低。④降水量为0.0—7.9mm,最小值位于安棋盘、尤古庄,最大值位于下仓,由西南向东北降水量逐渐升高再逐渐降低。综上所述,天津市蓟州区山楂树萌芽期东北部气温较低,而西南部平原地区气温较高。

注:(a)平均日最低气温;(b)平均日最高气温;(c)平均气温;(d)极端最低气温;(e)极端最高气温;(f)降水量。

图3天津市蓟州区山楂树萌芽期气象条件空间分布

4.3 山楂树展叶期气象条件时间变化

天津市蓟州站1957—2018年展叶期的日最高气温、日最低气温、日平均气温及降水量时间变化见图4。由图4可见,天津市蓟州区山楂树展叶期的日最低气温为-1.6—4.9℃，随时间变化通过了0.05的显著性检验,气候倾向率为0.5℃/10a,日最低气温每10年升高0.5℃;日最高气温、日平均气温、降水量分别为33.6—20.9℃、16.0—10.6℃、0—99.2mm，随时间变化未通过显著性检验,变化趋势不太明显。

注:(a)日最高气温;(b)日最低气温;(c)日平均气温;(d)降水量。

图4天津市蓟州区山楂树展叶期气象条件时间变化(1957—2018年)

4.4 山楂树展叶期气象条件空间分布

天津市蓟州区山楂树展叶期平均日最低气温、平均日最高气温、极端最低气温、极端最高气温、平均气温、降水量空间分布见图5。从图5可见:①天津市蓟州区山楂树展叶期平均日最低气温为-1.9—3.7℃,最低值位于桑园,最高值位于石矿山,空间分布不均;极端最低气温为-3.1—2.6℃,最低值位于罗庄子,最高值位于石矿山,北部山区气温较低。②平均日最高气温为25.7—30.2℃,最低值位于盘山、石矿山,最高值位于上仓、下仓,空间分布由南到北降低又增高;极端最高气温为33.6—27.4℃,最低值位于蓟州站,最高值位于八仙山、石矿山,由南向北逐渐降低。③平均气温为13.0—14.7℃,最低值位于大红峪,最高值位于下仓、石矿厂及西龙虎峪,由西南向东北逐渐降低。④降水量为19.58—68.88mm,最低值位于东二营,最高值位于八仙山,由南到北逐渐变小再逐渐变大。

4.5 山楂树开花期气象条件时间变化

天津市蓟州站1957—2018年开花期日最高气温、日最低气温、日平均气温及降水量时间变化见图6。由图6可见,天津市蓟州区山楂树开花期日最高气温、日最低气温、日平均气温、降水量分别为24.2—33.3℃、12.2—3.8℃、22.4—16.0℃、0—49.4mm,均未通过0.05的显著性检验,变化趋势不明显。

4.6 山楂树开花期气象条件空间分布

天津市蓟州区山楂树开花期平均日最低气温、平均日最高气温、极端最低气温、极端最高气温、平均气温、降水量空间分布见图7。从图7可见:①天津市蓟州区山楂树开花期平均日最低气温为3.4—10.2℃,最低处位于大红峪,最高处位于盘山,由南到北日最低气温逐渐降低;极端最低气温为-3.1—2.6℃,最低值位于罗庄子,最高值位于石矿山,由西南向东北逐渐升高。②平均日最高气温为26.8—31.1℃,最低值位于盘山,最高值位于穿芳峪、桑梓、下仓,由南到北逐渐降低;极端最高气温为30.0—34.5℃,最低值位于九顶山、漳泗河,最高值位于桑梓,空间分布不均。③平均气温为17.4—19.7℃,最低值位于大红峪,最高值位于下仓,由南到北逐渐增高。④降水量为1.10—20.42mm,最低值位于洇溜,最高值位于仓上屯,由东向西逐渐降低再逐渐升高。

4.7 山楂树果实发育期气象条件时间变化

天津市蓟州站1957—2018年果实发育期的日最高气温、日最低气温、日平均气温及降水量时间变化见图8。由图8可见,天津市蓟州区山楂树果实发育期的日最低气温、日平均气温分别为0.1—12.4℃、21.9—25.5℃,随时间变化通过了0.05的显著性检验,气候倾向率为1.0/10a,0.3/10a,日最低气温每10年升高1.0℃,日平均气温每10年升高0.3℃;日最高气温和降水量分别为33.8—41.7℃、265.2—1242.5mm,随时间变化未通过显著性检验,变化趋势不明显。

4.8 山楂树果实发育期气象条件空间分布

天津蓟州山楂树果实发育期平均日最低气温、平均日最高气温、极端最低气温、极端最高气温、平均气温、降水量空间分布见图9。从图9可见:①平均日最低气温为1.8—9.8℃,最低值位于大红峪,最高值位于石矿山,由南向北逐渐降低;极端最低气温为-1.1—8.1℃,最低值位于大红峪,最高值位于石矿山,由南向北逐渐降低。②平均日最高气温为34.6—40.6℃,最低值位于盘山,最高值位于下仓,由南到北逐渐降低;极端最高气温为33.6—27.4℃,最低值位于蓟州站,最高值位于八仙山、石矿山,空间分布不均。③平均气温为19.3—24.9℃,最低值位于八仙山,最高值位于洇溜,呈南高北低形势。④降水量为406.62—725.54mm,最低值位于白庄子,最高值位于八仙山,由南到北逐渐变小。

综上所述,天津蓟州山楂树果实发育期平均气温、日最高气温、日最低气温空间分布均由南向北逐渐降低。

注:(a)平均日最低气温;(b)平均日最高气温;(c)平均气温;(d)极端最低气温; (e)极端最高气温;(f)降水量。

图5天津市蓟州区山楂树展叶期气象条件空间分布

注:(a)日最高气温;(b)日最低气温;(c)日平均气温;(d)降水量。

图6天津市蓟州区山楂树开花期气象条件时间变化(1957—2018年)

注:(a)平均日最低气温;(b)平均日最高气温;(c)平均气温;(d)极端最低气温;(e)极端最高气温;(f)降水量。

图7天津市蓟州区山楂树开花期气象条件空间分布

注:(a)日最高气温;(b)日最低气温;(c)日平均气温;(d)降水量。

图8天津市蓟州区山楂树果实发育期气象条件时间变化(1957—2018年)

注:(a)平均日最低气温;(b)平均日最高气温;(c)平均气温;(d)极端最低气温;(e)极端最高气温;(f)降水量。

图9天津市蓟州区山楂树果实发育期气象条件空间分布

5 结论

主要结论为:①天津市蓟州区山楂树萌芽期、展叶期、开花期、果实发育期的多年平均降水量分别为0—35.6mm、0—99.2mm、0—49.4mm、265.2—1242.5mm,平均气温分别为5.0—10.2℃、16.0—10.6℃、22.4—16.0℃、21.9—25.5℃。②天津市蓟州区山楂树萌芽期日最低气温显著升高0.5℃/10a,日最高气温显著降低0.4℃/10a;展叶期日最低气温显著增高0.5℃/10a;开花期日最低气温、日最平均气温变化不明显;果实发育期日最低气温、日平均气温显著增高1.0℃/10a,0.3℃/10a。③天津市蓟州区气象条件适宜山楂树的种植。