刘延莉，张宏利，王一格，雷宇

（西安市灞桥区气象局，西安 710038）

西安市灞桥区作为中国西北地区最大的樱桃产业基地，目前种植面积达3 133 hm2，特别是白鹿原东的塬上塬下已成连片规模种植，有万亩樱桃谷之称［1］。每年樱桃花盛开时的景色颇有名气，常有游人如织之场景。但每年樱桃花开早晚、时长参差不齐，花期的不确定性一直困扰着旅游管理者及游客。花期预报有利于樱桃种植户应用天气预报及相应技术使樱桃花迟开或早开，从而避开灾害性天气；有利于种植户提前采取花期病虫害防治、人工辅助或蜜蜂授粉及杂交育种等措施，从而提高樱桃坐果率和品质［2-4］。许多关于树木物候期与气候条件相关关系的研究表明，在北半球中高纬度地区影响树木物候期的诸多环境要素（气温、降水、光照等）中，气温的作用最大［5，6］。Bradley等［7］对美国威斯康辛州不同树木物候期统计分析后得出，受近几十年气候变暖影响，多种树木始花期有所提前；陈汇林等［8］应用费歇尔准则组建了荔枝花芽分化期预测模型；李美荣［9］、刘红等［10］分别利用数理统计新方法建立了陕西洛川塬区和安塞山地苹果始花期预测模型；张倩等［11］、王存真等［12］、郭连云等［13］分别通过统计模型预报库尔勒香梨盛花期、桂林桂花始花期和贵德县梨树始花期，研究表明用统计学方法对树木开花期进行预测预报是可行的。目前其他树木的花期预报研究较多，但就樱桃树花期的研究较少。姜玉莲［14］利用回归分析法建立模型，预报大樱桃的花期；尹文昱等［2］通过统计模式进行大连地区大樱桃始花期预报，未见西安灞桥樱桃花期预报研究方面的动态与信息。本研究利用灞桥樱桃、临潼桃树物候观测资料和周边国家站、区域站气象资料，应用相关分析法找出始花期的气象影响指标，采用偏最小二乘回归分析方法，建立西安灞桥樱桃始花期预测模型，以实现樱桃花期有效预报及科学应用。

1 资料来源与研究方法

1.1 资料处理

1.1.1 资料来源

1）花期资料。使用2013—2020年西安市灞桥区席王街道办事处毛西管区樱桃始花期记录资料，该地为灞桥樱桃谷中心地带，海拔高度510 m；使用2004—2020年西安市临潼区秦陵街道办事处砖房村桃树始花期物候期观测资料，该地为城乡结合部的桃花园，海拔高度425 m。两地相距20 km。

2）气象资料。使用2004—2020年西安市蓝田县国家一般气象站多要素气象资料；使用西安市蓝田县华胥镇自动气象站气温、降水量气象资料。两地与灞桥区毛西管区樱桃园直线距离分别为15、12 km，三地的海拔高度接近。

3）网格预报资料。网格预报资料源自国家气象中心的网格预报服务平台，最长预报时效为240 h，有气温、降水量等要素预报。经过当地气象台解释应用后，完全能满足灞桥樱桃始花期预测模型中所需预报资料的要求。

1.1.2 资料处理方法始花期日序数：将1月1日日序数确定为1，开花日期转化为日序数［15］，如始花期为2020年3月21日的日序数为81。同理，≥界限温度（0、3、5、10℃等）初日的日序数计算也用此方法。

樱桃始花期数据序列：通过已有的灞桥樱桃始花期与临潼桃树始花期资料，建立多项式回归关系，延长樱桃始花期的年份日序数，得出新的樱桃始花期年份日序数序列。在确定樱桃始花期数据序列时，使用实地樱桃种植户调查资料，对部分统计数据进行了订正。2004—2018年数据用于建立预测模型，2019—2020年数据不参与建模，用于预测模型检验。

1.2 预报模型与检验方法

采用偏最小二乘回归分析方法建立灞桥樱桃始花期预测模型［16-18］。偏最小二乘回归是一种较新型的多元因子数据统计分析方法，可以较好地解决自变量之间的多重相关性问题。模型检验时使用回代和预留年份比较法［19］。

2 结果与分析

2.1 樱桃始花期变化特征分析

从数据资料来看，灞桥樱桃始花期一般在3月25日，不同年份差异较大，最早的年份在3月20日（2014年）进入始花期，最晚的年份在4月4日（2011年）才进入始花期，二者相差15 d。2004—2020年灞桥樱桃始花期日序数见图1，由图1可知，近17年灞桥樱桃始花期变化有偏后的抛物线趋势，有明显的提早现象。偏度值和峰度值的计算表明，灞桥樱桃始花期数据序列服从正态分布，故采取三分位法确定始花期偏早偏晚的指标值，得到2004—2020年始花期迟早年型（表1）。从表1可以看出，花期偏晚及正常年份规律不明显，而花期偏早年份明显偏多且多出现在近年。

图1 2004—2020年灞桥樱桃始花期日序数

表1 灞桥樱桃始花期迟早年型分布

2.2 樱桃始花期预测模型的因子选择

温度、光照和水分是果树重要的生存因子［20］。大田樱桃是喜温果树，气象因素中以温度条件影响最大，各个生育期对温度有不同要求［21］。大田樱桃要求年均气温7~14℃，当日均气温10℃左右时，花芽开始萌动，日均气温15℃左右开始开花［22］。因此，在选取30多个气象因子时，主要侧重于选取不同时段平均气温、平均最高气温、平均最低气温及各界限温度（0、3、5、10℃等）［23］初日等因子。运用相关分析法分析灞桥樱桃始花期与所选气象因素之间的相关性，选取相关性较高的气象因子。

1）冬季气温。通过对2004—2018年灞桥樱桃始花期与冬季（12月至翌年2月）平均气温进行相关分析，发现樱桃始花期与冬季气温之间呈显著的负相关关系（r=-0.493 8，P＜0.05。r为相关系数，P为达到检验显著性水平的值，下同），即冬季气温越低，春季樱桃始花期越晚。冬季气温异常可用冷冬或暖冬表示，因此，进一步依据国家标准［24，25］，得到冷冬年和暖冬年，通过分析冬季冷、暖年可以对春季樱桃始花期早晚进行定性预报，暖冬年樱桃始花期为正常或偏早，冷冬年樱桃始花期为正常或偏晚。

2）≥5℃初日。界限温度是标志某些重要物候现象或农事活动开始终止的温度，其中≥5℃初日预示着早春作物播种、喜温作物以及多数树木开始生长［26］。灞桥樱桃≥5℃初日年变化幅度较大，5 d平均气温达到5℃，樱桃花芽开始发育，其初日出现的早晚反映了初春的热量条件，影响樱桃开花的早晚。灞桥樱桃环境条件统计显示，≥5℃初日平均为3月6日，最早出现在2013年2月21日，最晚出现在2006年3月16日。相关分析表明，灞桥樱桃始花期与≥5℃初日日序数之间为显著的正相关关系（r=0.544 4，P＜0.05），即≥5℃初日早或晚直接影响花期的早或晚。

3）春季气温。春季大气和地面温度回升，当达到樱桃花开的温度条件时樱桃花开放。若此时遭遇倒春寒天气，会对樱桃花芽造成伤害。日均温＜12℃会影响樱桃开花授粉，日极端最低温＜0℃时，樱桃花柱头会有冻害发生［21］。对灞桥樱桃始花期与2—3月不同时段平均气温、平均最高气温、平均最低气温进行相关分析，得到樱桃始花期与春季气温（以3月上中旬平均气温为代表）存在较显著的负相关关系（r=-0.489 8，P＜0.05），即春季气温偏高、偏低时，樱桃花期偏早、偏晚。

2.3 模型的建立与检验

2.3.1 模型构建应用灞桥樱桃2004—2018年始花期和冬季气温（12月至翌年2月平均气温）、≥5℃初日日序数和春季气温（3月上中旬平均气温）统计资料，采用偏最小二乘回归分析方法，建立灞桥樱桃始花期预测模型。

式中，Y为樱桃始花期，X1为冬季气温（12月至翌年2月平均气温），X2为≥5℃初日日序数，X3为春季气温（3月上中旬平均气温）。

在上述模型中，统计量F=4.76，当显著性水平α=0.05时，F0.05（3，11）=3.59，F>F0.05，因此认为，模型在α=0.05水平上具有显著性［27］，建模可行。

2.3.2 回代检验用灞桥樱桃始花期日序数的观测和拟合序列值绘制效果图（图2），由图2可以看出，所有点都能在图的趋势线附近均匀分布，模型的观测值与拟合值差异较小，呈现较好的拟合效果。

图2 灞桥樱桃始花期预测效果

2.3.3 模型检验对2019、2020年灞桥樱桃始花期进行检验，结果见表2。由表2可知，模型基本预测出当年灞桥樱桃始花期的出现时间，预报误差在3 d之内。

表2 灞桥2019、2020年樱桃始花期预测结果

3 小结与讨论

通过创建灞桥樱桃物候观测及周围环境气象数据库，对灞桥樱桃始花期进行系统分析、预测建模及检验，得出以下结论。

1）采用已有的灞桥樱桃始花期与临潼桃花始花期资料，建立多项式回归关系，延长樱桃始花期的年份日序数，得出新的樱桃始花期年份日序数序列，分析显示，2004—2020年灞桥樱桃始花期变化有偏后的抛物线趋势，为明显的提早现象。

2）选取诸多灞桥樱桃周围环境气象因子，利用相关分析法，分析灞桥樱桃始花期与所选气象因素之间的相关性，筛选出冬季气温、≥5℃初日、春季气温3个气象因子。结果表明，冬季气温、春季气温与灞桥樱桃始花期呈较大的负相关关系，即气温偏高、偏低时，花期偏早、偏晚；≥5℃初日与灞桥樱桃始花期呈较大的正相关关系，≥5℃初日偏早、偏晚时，花期偏早、偏晚。

3）应用偏最小二乘回归分析方法建立灞桥樱桃始花期预测模型，通过回代及预测检验，误差在3 d以内，预测效果较为理想。此模型应用灞桥樱桃前期的气象因子资料，结合后期的网格预报资料，可以较好地预测灞桥樱桃始花期，其实用性、简捷性较强。

本研究所用资料年代仅有较短的17年，虽然所用气象资料站址离樱桃物候观测地很近，但仍有距离，故分析及结论还有待进一步验证。