清镇市樱花始花期预测分析

2021-12-09杨涛陈宇张皓蔡志颖

南方农业·上旬 2021年11期

杨涛陈宇张皓蔡志颖

摘要利用贵州省清镇市2013—2020年逐日气象数据及樱花花期观测资料，对清镇樱花始花期特征及其气象影响因子进行了分析。结果表明：清镇樱花始花期平均日序为68.6 d，对应日期为3月8—9日，平均花期可达17.6 d，始花期变化幅度较大，最大可达9 d;樱花花期与各阶段气温、最高温度、日照时数紧密相关，尤其是与2月下旬最高气温存在极显著负相关;采用逐步回归分析方法，得到了清镇樱花始花期预测模型并进行了历年回测，发现预测始花期与实际始花期平均绝对误差为1.0 d，最大误差为3 d，模型检验效果较好。采用积温分析法得到了清镇樱花始花期预测指标为1月15日起，日最高温度累积值≥611.8 ℃时，即为清镇樱花花开日;用该指标同样进行了历年回测，发现始花期平均预测误差天数为1.5 d，差距为2 d之内的预测准确率达88%。所建立的预测模型能够较准确地预测出清镇樱花始花期。

关键词樱花;花期;气象因子;预测模型;贵州省清镇市

中图分类号：S162.5+5 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2021.31.043

观赏性植物的始花期预测已成为近年来倍受关注的焦点问题之一，植物物候期的变化与气象条件密切相关。研究表明，诸多环境要素（温度、降水、光照、风速、养分等）都会影响植物物候期，其中温度作用最大[1]。饶红欣等利用谷城樱花开花前1～2月的最高温度建立了始花期线性回归方程，结果表明当年1—2月的平均最高气温升高1℃，樱花始花期可提前2.4 d[2]。肖丹等对眉山晚樱盛花期和气温进行了相关性分析发现，樱花盛花期受上年11月、12月气温影响较小，与当年1—3月平均气温的相关性最高[3]。樱花花期与温度呈显著负相关，开花前一段时间内温度越高，花期时序越短。陈正洪等用武汉大学樱花园连续62年的花期资料研究了樱花始花期、落花期、持续天数的气候变化特征，并建立了始花期预报模型，发现始花期与冬季及2月平均气温密切相关，其中基于2月平均气温的非线性模型对异常花早开有较好的模拟效果[4]。魏华兵等利用积温方法研究了樱花花期，发现下限温度和不同起始日期都会影响花期积温指标[5]。

本文研究清镇气象条件对樱花始花期的影响，以期为当地有关部门提供服务决策依据，指导人们合理安排时间观赏樱花，助力乡村旅游发展。

1 资料与方法

1.1 研究区概况

清镇市位于贵州省中部，东经106°07′～106°33′，北纬26°21′～26°59′，总面积1 386.6 km2，属北亚热带季风湿润气候，平均海拔1 200 m，年平均气温14.3 ℃，其中夏季平均气温22.7 ℃，年均降雨量1 168.9 mm，年均日照时数1 228.8 h。气候温和，舒适宜人，季风明显，总储水量近20亿立方米。清镇樱花园位于清镇市红枫湖上游，紧连贵安新区，共同占地1 300余公顷的农场，种植了近70万株名贵樱花，其面积之广，密度之大，享有“贵州最佳樱花观赏区”的美誉。每年3月樱花盛开时期都会吸引上百万人参观游览，为当地经济发展作出了巨大贡献。

1.2 数据来源

气象数据来源于贵州省信息中心，选用清镇市2013—2020年逐日平均气温、最高气温、降水、日照时数、平均风速等气象数据，并采取调查及专业观测方法，参照《农业气象观测规范》获取了清镇樱花2013—2020年花期的相关资料。

1.3 研究方法

1.3.1 数据处理

首先将始花期、落花期转换为日序数（每年1月1日记为1，1月2日记为2，……以此类推），其次计算始花期至落花期的持续天数作为花期天数，从而得到了始花期、落花期、花期天数等3个物候期的完整时序资料。

1.3.2 积温计算方法

樱花花芽的发育与气温有关，樱花花期的相关研究表明樱花生长过程需要一定的总热量，总热量常用总积温或有效积温来表示[6]。对樱花花开前期总热量的表述，除了用日均有效积温表示外，日本预测樱花多利用日最高气温累加值的方法来表示并分析樱花花期影响指标。本研究采用一定温度条件下的日平均气温或日最高气温表示，如下：

[Q=i=1mTT=0ttc] （1）

式（1）中，Q为花开前期所需一定条件的阶段积温，m为一定温度条件下的发育历期，T为发育历期间的阶段温度值，c为影响发育的温度阈值。

1.3.3 统计分析

应用SPSS26.0、Excel软件对数据进行统计分析，用相关分析法分析清镇樱花始花期与气温、日照、风速等气象因子的相关性，利用逐步回归分析法找出对樱花始花期有显著影响的关键气象因子并建立预报模型，其中2013—2020年的资料用于模型建立与回测，2021年的资料则作为独立样本进行了预测检验。

2 结果与分析

2.1 清镇樱花花期特征分析

根据2013—2020年清镇樱花的物候资料，发现清镇樱花始花期平均日序为68.6 d，对应日期为3月8—9日，平均盛花期为3月14日，平均落花期为3月26日，平均花期可达17.6 d。清镇樱花始花期最早为2013年3月5日，最晚为2017年3月14日，变幅长达9 d。借助均方差的大小判定始花期的稳定性程度[7]，发现樱花始花期日序数均方差为3.2，超过63%的年份均偏离平均始花期2 d以上，这表明清镇樱花始花期近8年来并不稳定。

2.2 樱花始花期与气象因子的关系

2.2.1 影響樱花始花期的气象因子

将清镇历年1、2 月的日平均气象资料换算成逐旬并逐一进行相关性分析。表1为清镇樱花始花期序列与各气象因子的相关系数，可以看出气温是影响樱花花期的主要气象因子，其中1月中旬、2月下旬平均气温，1月下旬日照时数，2月最高气温与樱花始花期呈显著负相关关系，相关系数分别为-0.72、-0.83、-0.73、-0.76，尤其是2月下旬最高气温与樱花花期的相关性达极显著水平（a=0.01），这表明清镇樱花开花前，2月下旬的气温对花期影响最大，即2月下旬的最高气温越高，樱花开花越早。从表中可以看出降水量、平均风速和最大风速均未通过显著性检验，这表明此三项气象因子对清镇樱花的始花期影响较小。

2.2.2 清镇樱花花期预报模型建立

通过以上分析，从各气象因子中挑选出与始花期日序数最相关的2个气象因子，利用SPSS 26.0软件对始花期日序数与气象因子进行逐步回归分析，从而得到了清镇始花期预报模型：

Y= 79.564-0.114×X1-0.763×X2 （2）

公式（2）中，Y表示始花期日序数，X1表示2月下旬平均气温，X2表示2月下旬最高气温。方程通过了0.05显著性检验，即回归方程有效。

2.2.3 模型檢验与预测检验

用2013—2020年气象资料对所建立的花期预报方程进行回测，以验证模型的准确性。结果表明模型拟合值与实际观测值差异较小，绝对误差平均为1.0 d，最大误差为3 d（见图1）。利用清镇樱花始花期预测模型，将2021年的各预测因子代入得到Y值为65，换算成日期，得出2021年清镇樱花始花期为3月6日，与实际观测日期3月4日相差2 d，在允许误差范围内。

2.3 樱花始花期与前期积温

2.3.1 清镇樱花花期预报模型建立

大多数植物开花前的积温会在一定程度上影响花期早晚，而植物不同生长阶段所需要的积温是相对固定的，积温模型预测法就是利用樱花始花期所需要的积温，检验是否达到阈值。不同地方、不同植物始花期所需积温阈值各不相同。利用2013—2020年间清镇逐日气象数据，选取下限温度0、3、5 ℃和日最高气温，起算时间为1月1日、1月15日、2月1日至当年始花期日，分别计算从起始日期到始花期的活动积温值。表2为清镇樱花始花期序列的各积温平均值。方差大小可表示花期的稳定性程度[8]，差值越小，表明花期与平均花期差距越小，结果越稳定。研究发现1月15日最高温度累积平均值方差最小为542.3。因此采用起算日为1月15日、日最高温度累积温度来确定樱花始花期更为合适。具体指标为1月15日起，当日最高温度累积值≥611.8 ℃时，这天即为清镇樱花开花日。

2.3.2 模型检验与预测检验

用2013—2020年清镇逐日气象数据，将每年1月15日至始花期序列对各积温模型进行回测，算出历年樱花期的拟合日期，将拟合日期减去实际日期的绝对值，得出模型的拟合差异。结果表明（见表3），1月15日至樱花始花期的0、3、5 ℃有效积温及最高温度累积预报的始花期平均绝对误差分别为2.8 d、3.8 d、2.1 d、1.5 d，其中最高温度累积模型预报误差天数最小。从图2可以看出，其拟合结果与实际结果误差最大值为3 d，差距为2 d之内的预测准确率达88%。这表明最高温度积温预报模型对清镇樱花始花期预测有良好的拟合效果。利用清镇樱花始花期预测模型，预测2021年樱花始花期为3月4日，与实际观测日期3月4日符合，预测效果良好。

2.4 特早、特迟开花年份的气候分析

通过对清镇樱花开花特早年（2013年）、特迟年份（2017年）与近30年（1991—2020年）气象条件分析，发现2013年1—3月的平均气温和最高气温明显偏高，尤其是2月的平均气温、最高气温、日照时数较历史同期偏高32%、22%、19.7%，降水偏少47.6%，有利于清镇樱花始花期提前。分析2017年的气象资料，发现2 月下旬的平均气温、最高气温、日照时数较历史同期偏低35.8%、26.2%、50.3%，降水偏多，湿度偏大，从而导致樱花花期推迟。

3 小结

本文对清镇樱花始花期与气象因子的相关性进行了分析，建立了樱花始花期预测的线性回归方程，同时利用积温方法建立樱花始花期预测指标，并进行了回测检验及2021年始花期预测。

1）清镇樱花始花期平均日序为68.6 d，对应日期为3月8—9日，平均盛花期为3月14日，平均落花期为3月26日。清镇樱花始花期最早为3月5日，最晚为3月14日，变幅长达9 d。

2）清镇樱花始花期与1月中旬、2月下旬平均气温，1月下旬日照时数和2月下旬、2月最高气温呈显著负相关关系;利用相关气象因子建立了回归模型，模型拟合值与实际观测值差异较小，平均绝对误差为1.0 d，最大误差为3 d。

3）清镇樱花始花期积温模型具体指标为自1月15日起，当日最高温度累积值≥611.8 ℃时，这天即为清镇樱花始花期，利用该指标验证2013—2020年清镇樱花始花期预报平均误差天数为1.5 d，误差较小。因此，该指标可在未来清镇樱花始花期预报服务中使用。

4）通过对清镇樱花开花特早年和特迟年的气候分析，发现特早年1—3月平均气温和最高气温明显偏高，特别是2月气温偏高、日照偏多，有利于樱花始花期提前;特迟年2月下旬气温偏低、日照偏少、降雨偏多，导致花期推迟。

樱花始花期受到多种因素的影响，除气象因素外，樱花生长环境也有很大的影响。如果预测花期前一周的气温发生剧烈波动，花期不稳定性将大大增加。目前已有的清镇樱花物候观测资料不多，需进一步观测、收集更多樱花花期样本资料，继续优化预测模型，提高花期预报准确率。

参考文献：

[1] 刘亚辰，王焕炯，戴君虎，等.物候学方法在历史气候变化重建中的应用[J].地理研究，2014，33（4）：603-613.

[2] 韩路，徐星.谷城樱花谷樱花花期预报模型建设探讨[J].现代农业科技，2019（12）：173，176.

[3] 肖丹，徐卫红，黄保云，等.眉山市东坡区樱花盛花日预测[J].南方农业，2017，11（22）：20-23.

[4] 陈正洪，肖玫，陈璇.樱花花期变化特征及其与冬季气温变化的关系[J].生态学报，2008（11）：5209-5217.