庫爾勒香梨盛花期預報模型初探

張 倩，李新建，吉春容，吳新國

（1.新疆師范大學地理科學與旅游學院，新疆烏魯木齊830054；2.新疆維吾爾自治區農業氣象臺，新疆烏魯木齊830002；3.中國氣象局沙漠氣象研究所，新疆烏魯木齊830002；4.庫爾勒市氣象局，新疆庫爾勒841000）

庫爾勒香梨是新疆名、特、優水果之一，它以香味濃郁、皮薄酥脆、汁多味甘、清爽可口等特點深受人們的喜愛，在國際市場上素有“中華蜜梨、梨中珍品”等美稱，具有極高的經濟價值。經過近10 a的跨越式發展，香梨種植業已經成為巴州地區農業增效、農民增收以及出口創匯的主要渠道。

物候的季節變化特征反映了過去一段時間為氣候條件的積累對作物生長、發育的綜合影響[1-2]。花期是植物發育過程中一個重要的物候期，是植物從營養生長轉向生殖生長的關鍵環節[3]。盛花期是香梨授粉、受精的關鍵時期，準確的盛花期預報，可以指導農戶及早加強花期的管理以及適時采取人工輔助授粉或蜜蜂傳粉措施，以提高香梨坐果率和香梨品質。目前，對于庫爾勒香梨花期的預報已有一些研究。李曉川等[4-5]分別采用基于matlab語言的偏最小二乘回歸分析法和自適應模糊神經推理系統（ANFIS）構建了庫爾勒香梨始花期的預測模型，認為影響庫爾勒香梨開花早晚的主要氣象因子為始花前期的氣溫、地溫和日照。

本研究擬選用庫爾勒市近32 a香梨物候觀測資料和氣象資料，應用相關分析找出影響香梨盛花期的關鍵氣象指標，采用多元線性逐步回歸法，建立庫爾勒香梨盛花期預報模型，旨在為香梨花期預報提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 研究區概況

庫爾勒市地處亞歐大陸腹心地區，北為南天山中段支脈霍拉山，南為塔里木盆地內的世界第2大沙漠——塔克拉瑪干大沙漠，孔雀河流域上中游。屬于中溫帶大陸性干燥氣候，年平均氣溫11.7℃，年平均日照時數2 854.0 h，年平均降水量57.4 mm，年平均蒸發量2 714.7 mm，全年盛行東北風。

1.2 資料處理

庫爾勒香梨物候資料為庫爾勒市氣象局提供的1981—2012年共32 a的資料，氣象數據為庫爾勒市氣象局同期不同時段的氣溫、日照等地面觀測資料。

庫爾勒香梨盛花期是指全樹半數以上花序的花瓣開放[6]。將各年香梨盛花日期轉換為日序數（從每年1月1日起記為1，2月1日記為32，……，依此類推），從而得到32 a香梨盛花期的時間序列。經統計，庫爾勒市香梨近32 a平均盛花期日序數為99.8，對應日期平年為4月10日，閏年為4月9日。最早盛花日期為4月2日（1997年），最遲為4月20日（1996年），變幅長達18 d。

其中，1981—2007年共27 a資料用于香梨盛花期的模型建立，2008—2012年的資料用于模型的預報檢驗。采用相關分析法分析香梨盛花期與氣溫、日照等氣象因子的相關性，利用逐步回歸分析法找出對盛花期早晚有顯著作用的關鍵氣象因子，建立預報模型。模型驗證時應用回代和預報2種方法。

1.3 建模方法

采用逐步回歸分析法建立香梨盛花期預測模型。在自變量比較多而且有的因素對因變量的影響不大，并且自變量之間有種種互作關系時，通常選用逐步回歸分析法進行自變量的篩選。

在建立多元回歸方程的過程中，按偏相關系數的大小次序將自變量逐個引入方程，對引入方程中的每個自變量偏相關系數進行統計檢驗，效應顯著的自變量留在回歸方程內，循此繼續遴選下一個自變量。如果效應不顯著，停止引入新自變量。由于新自變量的引入，原已引入方程中的自變量由于變量之間的相互作用其效應有可能變得不顯著，經統計檢驗確證后要隨時從方程中剔除，只保留效應顯著的自變量。直至不再引入和剔除自變量為止，從而得到最優的回歸方程。

2 結果與分析

2.1 影響香梨盛花期的氣象因子分析

溫度、光照和水是植物重要的生存因子[7]。據研究，影響香梨開花的主要環境因素是溫度[8]，香梨根系一般在5℃以上時開始活動，7～8℃時新根開始生長，花芽發育的臨界溫度為8～10℃，開花始期要求溫度在10℃以上，影響花期的主要溫度與開花前一個月內10℃以上的積溫有關[9]。日照時數是表征一個地區光照條件優劣和熱量大小的重要指標[10]，香梨是喜光植物，良好的光照條件能使香梨樹體生長健壯、花芽分化良好。南疆屬于干旱地區，年降水量僅為0～30 mm，香梨所需水分主要靠灌溉補給[5]。因此在氣象因子選取上，主要傾向于選取3月至始花期之間不同階段的平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫、合計日照時數和3月至始花期之間≥5℃以及≥10℃積溫等氣象因素。

利用相關分析法，分析庫爾勒香梨盛花期與所選氣象因素之間的相關性，結果（表1）顯示，相關性較高的有3月平均氣溫、3月平均最高氣溫、3月平均最低氣溫、3月下旬平均氣溫、3月下旬平均最高氣溫、3月下旬平均最低氣溫、3月到始花期合計日照時數以及4月1日至始花期的合計日照時數，最大的相關系數為0.922**。

表1 庫爾勒香梨盛花期與氣象因子的相關關系

將庫爾勒市1981—2007年（2008—2012年進行預報檢驗，不參與模型構建）香梨盛花期日序數選為因變量（y），所選氣象因子作為自變量（x），采用逐步回歸分析法，從一個自變量開始，視自變量對因變量作用的顯著程度，選出對香梨盛花期（因變量y）作用顯著的氣象因子，結果如表2所示。

表2 變量進入模型的順序及檢測結果

由表2可知，對香梨盛花期出現早晚作用最顯著的氣象因子是4月1日至始花期合計日照時數（x22）、3月平均最高氣溫（x4）以及 4月 1日至始花期平均氣溫（x15）。

2.2 預測模型構建

以庫爾勒市1981—2007年（2008—2012年進行預報檢驗，不參與建模）及相關氣象因子為基礎，采用逐步回歸分析法建立庫爾勒香梨盛花期的最優預測模型如下：y＝109.756＋0.087x22－0.958x4－0.130x15。（R＝0.956，F＝80.699）。式中，y為香梨盛花期日序數，x22為4月1日至香梨始花期合計日照時數，x4為3月平均最高氣溫，x15為4月1日至始花期平均氣溫。

2.3 回代檢驗

回代檢驗結果如圖1所示，由圖1可知，所有點都能在圖對角線附近分布，方程擬合值與觀測值差異比較小。

用1981—2007年物候資料進行回代檢驗，用預報值與觀測數據對比以檢驗模型精度。結果表明，預報盛花期與實際盛花期在同一天的準確率為29.6%，相差1～2 d的準確率可達66.7%，相差3 d的準確率為3.7%，回代檢驗效果比較理想。

2.4 預報檢驗

對2008—2012年庫爾勒香梨盛花期進行預報檢驗，結果如表3所示。由表3可知，香梨盛花期預測模型對2010年預測誤差較大，其余年份誤差均在3 d以內。

表3 香梨盛花期預報結果

通過分析預測值和觀測值的相關關系可以得出，預測值和觀測值具有較好的相關性，相關系數為0.894 1（圖2），經t檢驗，其顯著性水平大于0.05，說明該模型具有較高的精度。

3 結論與討論

本研究利用相關分析法找出對香梨盛花期影響較大的氣象因子，并采用逐步回歸分析法建立了香梨盛花期預測模型，通過回代和預報檢驗，誤差在2 d以內的約占96.3%，預測效果較為理想，此模型可以根據香梨始花前期氣候條件于始花期后作出預報，預報效果較好，有較強的實用性。

本研究在香梨始花期模型建構的因子選擇上，只限于對氣溫、日照和積溫等歷年數據進行分析，而并沒有考慮庫爾勒香梨生育過程中各個時期受物候變化的影響，有一定局限性，這還有待于進一步研究。

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［5］李曉川，李新虎，潘新民，等.基于ANFIS的香梨始花期預測研究[J].沙漠與綠洲氣象，2012，6（1）：46-48.

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