辽西地区玉米发育期动态预报模型研究

2016-11-15高莉莉史艳玲

黑龙江气象 2016年3期

关键词：发育期锦州预测值

张　慧，李　爽，高莉莉，陈　晨，史艳玲，高　全

（1.锦州市生态与农业气象中心，辽宁锦州121001；2.锦州市气象局，辽宁锦州121001）

辽西地区玉米发育期动态预报模型研究

张慧1，李爽2，高莉莉2，陈晨2，史艳玲2，高全1

（1.锦州市生态与农业气象中心，辽宁锦州121001；2.锦州市气象局，辽宁锦州121001）

本研究应用锦州农业气象试验站2005-2011年的玉米发育期观测数据和气象数据对玉米发育期动态模型的参数进行本地化，建立了适用于锦州玉米发育期预报的动态模型；并应用2012和2013年的观测数据对预报数据进行了验证。结果显示玉米发育期预测值与观测值一致性的相关系数R2＞0.89；误差标准差为2.7-3.2 d。说明预测值与观测值有较好的一致性，且预测准确性满足农业气象业务需求。

玉米；发育期；预报模型

1　引言

玉米是辽宁省第一大农作物，玉米发育期的准确预报对于提高气象为农服务能力、指导玉米趋利避害生产、增加玉米产量具有重要意义［1］。研究并实现玉米发育期定量预报，是建立玉米农用天气预报、病虫害预报、气象条件诊断和精细化指导产品反演的基础［2］。

目前在市局层面上，玉米的发育期预报方法多是借鉴往年的玉米发育期观测资料，同时结合当前玉米的生长状况，给出一个玉米发育期时间的经验值。应用理论性强的发育期模型预报玉米发育期是市局农业气象业务需要填补的一项空白。

本研究以锦州农业气象试验站为平台，应用2005-2011年的玉米发育期观测资料和气象资料对玉米发育期动态模型参数进行本地化，建立适用于锦州玉米发育期预报的动态模型。并应用2012年和2013年的玉米发育期观测数据对模型预报值的精度及准确度进行检验。同时将该方法的研究结果与气候适宜度方法的研究结果进行了对比，分析该方法的优点及不足。

2　材料与方法

2.1模型介绍

本研究预报采用郑国清2000的玉米发育期模型。假设玉米开始第s发育阶段时的进程为0，结束第s发育阶段时的进程为1。完成第s发育阶段所经历的天数t用Ns表示，该阶段的玉米发育速度Vs可表示为

已有研究表明玉米发育期速度模型为［3］

f（K）表示玉米生长发育基本函数，即最适环境下玉米生长发育的速度。K反映了玉米的基本发育特性，表示为［3］

P是增温促进系数，即P增大时表明在下限到最适温度范围内，温度升高可以促进玉米的发育。Q是高温抑制系数，即Q增大时表明在最适到上限温度范围内，温度升高抑制玉米的发育［3，7］。

表1　玉米各发育期三基点温度（℃）

D表示玉米发育期日照长度，DO表示玉米发育的临界日长为12.5［7］。因为玉米是短日照作物［8］，f（D）是D的减函数。G是感光性系数，表示短日照对玉米生长发育的促进作用。当玉米经历Ns天完成第s发育阶段的函数表达式为

根据公式1-7可得到玉米发育期预报模型为

2.2确定模型参数

2005-2011年的数据用来确定模型参数，建立适用于锦州地区的玉米发育期模型。2012年和2013年的数据用来检验模型的准确性。模型参数K、P、Q和G的确定方法如下：

根据公式1-6可得

对公式9两边取对数可得

运用多元回归的方法y=a0+a1x1+a2x2确定KP和 G的初始值。其中

x2=--D0），a0、a1和a2分别表示-K、P和G。

首先将参数初始值带入（8）式中，然后对参数作进一步调整，直至模拟值与观测值的误差最小时的参数值为最终的模型参数。因为确定参数时运用的是玉米第s发育阶段的平均气象数据，而进行发育期预测时运用的是逐日的气象数据，为了减少其中存在的误差，所以运用两步来确定模型参数。

3　结果

3.1模型参数的确定

本研究应用锦州2005-2011年的玉米发育期观测数据和逐日气象资料通过多元回归分析和回代检验的方法确定玉米不同发育期的模型参数见表2。

表2　玉米不同类型品种各生育阶段的模型参数值

根据表2参数结果得出锦州影响玉米发育期的主要因素是玉米的品种。温度对玉米发育期的影响大于光照。表2中G的系数都非常小说明在锦州光照条件是满足玉米生长发育需要的，其并不是限制玉米发育的影响因子。

3.2模型准确性验证

应用2012年和2013年玉米发育期观测资料和逐日气象资料对模型进行检验，图1给出了预测值与观测值一致性的检验结果，其相关系数R2均达到0.89以上；表3给出了2012年和2013年的预测值与观测值误差大小，其误差标准差分别为3.2 d和2.7 d。说明预测值与观测值有较好的一致性，且预测准确度满足农业气象业务需求。

由表3可知模型预报准确性是播种-抽雄期好于抽雄-成熟期。模型对于玉米从抽雄到乳熟这一发育阶段的预报误差较大为5-6 d。其他阶段预报误差小于3 d。

图1　（a）2012年（b）2013年玉米发育期天数预测值与观测值一致性检验

表3　玉米发育期天数模型值与观测值的对比

4　讨论

4.1模型在拔节期-成熟期的预报性减弱原因

玉米发育期动态模型考虑了玉米的品种、温度和光照条件，但是没有考虑水分条件。所以适用范围限定在水分适宜的条件下，即土壤相对湿度在全发育期内维持在60-90%。忽略水分条件的限制可能是该模型在抽雄到成熟期预报准确性下降的一个主要原因。玉米拔节期后进入旺盛生长阶段，对水分要求迫切，抽雄前10 d至后20 d，是水分临介期。穗分化及开花期对水分的反应敏感［9］。

4.2与气候适宜度模型比较结果

玉米发育期动态模型的预报结果要优于用气候适宜度模型［4，6，10，11］的预报结果。图2给出了两种模型预报结果与实际观测值的对比图。玉米发育期动态模型的预测值比气候适宜度的预测值更靠近真实值。这是因为气候适宜度模型只考虑了气象因素，忽略玉米品种对发育期的影响，而品种是影响玉米发育期的一个重要因素不应被忽略［7］。