祖山天女木蘭花期預報模型的構建

[摘 要] 利用2004-2016年天女木蘭花期資料和地面氣象觀測資料，采用相關分析法分析花期與氣象因子的相關關系。結果表明：影響天女木蘭花期主要因子為溫度和地溫，采用逐步回歸法建立的長期預報模型效果較好，可應用于實際生產。由于6月冷暖空氣活動頻繁，特制訂短期預報模式對長期預報模型訂正，使預報結果更準確。

[關鍵詞] 天女木蘭；花期；預報模型

[中圖分類號] S661.2 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-7909（2017）16-82-3

天女木蘭（Magnolia sieboldii）為木蘭科木蘭屬植物，是一種落葉小喬木，系太古第四紀冰川期幸存的珍稀名貴花卉，被列入國家瀕危植物名錄，是我國重點保護的世界珍稀植物。河北省青龍縣祖山擁有國內面積最大、株數最多、成片開放的野生原始天女木蘭，是中國東北地區唯一的野生木蘭屬植物。天女木蘭花每年開花一次，然而在自然條件下受氣候條件影響很大，花期并不固定，在歷屆天女木蘭節的舉辦中，“節開花未開”或“花開節未開”的現象頻繁出現，影響了青龍縣旅游業的發展和經濟收入。因此，對天女木蘭的研究引起了眾多學者的重視，這些研究對天女木蘭花期預報有很大的參考作用，筆者利用2004年以來的天女木蘭花花期資料及相應氣象資料，建立天女木蘭花期預報模型，為祖山天女木蘭節的舉辦提供科學、準確的依據[1-3]。

1 資料與方法

1.1 資料來源

天女木蘭花期資料為2004-2016年的資料，由當地旅游局提供。氣象資料為青龍國家基本氣象站提供的同期逐月、逐旬的氣溫、降水、地溫、濕度和日照等地面氣象觀測資料。

1.2 研究方法

1.2.1 資料處理。通過分析花期資料可以看出，2004-2016年天女木蘭開花最早出現在6月6日（2005、2011、2012、2015年），最晚出現在6月20日（2009、2010年），變幅達14 d。因此，為了方便計算分析，對花期資料進行整理，6月1日記1，6月2日記2，……，往后以此類推。

2004-2014年的氣象資料用于天女木蘭花期預報模型的構建，2015年和2016年的氣象資料用于模型的預報檢驗。

1.2.2 研究方法。根據天女木蘭花期資料，統計2004-2014年逐月、逐旬的氣象資料，包括溫度（平均氣溫、最低溫度、最高溫度）、降水、蒸發、水汽壓、地溫（平均地溫、最低地溫、最高地溫、5 cm地溫、10 cm地溫）、積溫、雨日和日照等，通過相關性分析，找出通過顯著性水平檢驗的氣象因子，采用逐步回歸方法建立天女木蘭花期長期預報模型。

為了更好地為祖山天女木蘭節的舉辦提供氣象服務，重點分析花期前7 d的逐日天氣變化，主要研究分析溫度變化、降水情況和地溫變化，建立天女木蘭花期短期預報模型。利用秦皇島氣象臺發布的天氣趨勢預報，對天氣的變化進行分析，發布天女木蘭花期短期預報。

2 結果與分析

2.1 天女木蘭花期與氣象因子的相關性分析

通過對2004-2014年天女木蘭花期資料與其相對應的氣象因子進行相關性分析，并進行顯著性水平檢驗，發現影響天女木蘭花期的主要氣象因子為溫度和地溫，降水和日照對其影響較小。

2.1.1 溫度的影響。溫度對樹木的生長發育有著極為重要的作用，在晝夜變溫的條件下，大多數樹木的種子發芽、樹木生長和開花要比恒溫條件下好，因為在晝夜溫差大的情況下，更有利于營養的積累。從表1可以看出，上一年12月上旬的溫度與花期的相關性很顯著，這是因為天女木蘭一般在11月下旬樹葉全部脫落，樹干和芽保護組織相應增厚并貯藏很多營養物質，以備嚴寒到來時休眠。而12月上旬的溫度偏高會增加樹干營養物質的消耗，并推遲休眠期，不利于天女木蘭越冬，使其花期偏晚。樹木的生長發育需要適宜的溫度，天女木蘭4月進入萌芽期，溫度不宜過低；5月進入展葉期和花蕾出現期，溫度不宜過高，否則會影響天女木蘭的生長，使得花期延遲。

2.1.2 積溫的影響。積溫是某一時段內逐日平均氣溫之和，是影響植物生長的重要因素之一。通過統計分析當年逐月氣溫穩定通過0、5、10 ℃的積溫，可以發現天女木蘭花期主要與穩定通過0 ℃的積溫密切相關。資料顯示，當地氣溫穩定通過0 ℃一般出現在2月或3月，而天女木蘭的花期在6月，統計分析2-5月穩定通過0 ℃的積溫發現基本上都>1 000 ℃，2010年和2013年春季氣溫異常偏低，不足1 000 ℃，這兩年的花期偏晚。由于2010年和2013年的氣溫異于常年，因此在做花期與逐月穩定通過0 ℃的積溫相關性分析時剔除這兩年的數據，結果表明花期與2月穩定通過0 ℃的積溫相關系數為0.735，在α=0.01的水平上顯著，說明2月積溫越高，花期越晚，這與表1中數據相符。

2.1.3 地溫的影響。地溫是影響樹木生長發育的重要指標，地溫偏高或偏低都不利于樹木的生長。冬季地溫對天女木蘭花期影響較大（見表1），12月上旬地溫偏高，不利于樹木根系進入休眠狀態，使得休眠期延遲，花期偏晚，2月地溫開始回升，但冷空氣活動頻繁使得地溫很不穩定，地溫回升過快，使得天女木蘭提前結束休眠，樹干開始生長發育，容易遭受晚霜和倒春寒的危害，使得花期延遲。

2.2 預報模型的建立

經過相關性分析，通過顯著性水平檢驗的氣象因子共17個，利用SPSS軟件對這17個氣象因子進行逐步回歸分析，得出天女木蘭花期的最優預報方程：Y=11.693+1.972X1+1.122X2+0.176X3，式中Y為天女木蘭花期日序，X1為上一年12月上旬平均最高地溫，X2為2月上旬平均最低地溫，X3為5月中旬最低氣溫。方程中R=0.976，F=90.850，顯著性為P<0.05，方程可用。

2.3 預報模型的回代檢驗

利用得出的預報模型對2004-2014年天女木蘭花期進行回代檢驗，用回代檢驗花期值與實際花期值進行對比來檢驗模型的準確度，定義擬合差異0～2 d為吻合，2.1～3.0 d為基本吻合。得出其中8 a為吻合，3 a為基本吻合，表明建立的預報模型有較高的準確度，擬合效果較好，可以用于天女木蘭花期預報。

2.4 預報模型的預報檢驗

將2015年的值X1=4.9、X2=-13.8、X3=6.6帶入預報模型，計算出Y=7.0，實際花期日序為6.0，誤差為1.0 d，實際花期比預測花期晚1.0 d。將2016年的值X1=8.2、X2=-16.1、X3=3.5帶入預報模型，計算出Y=10.3，實際花期日序為9.0，誤差為1.3 d，實際花期比預測花期晚1.3 d。通過這兩年的預報，證明預報模型的預報效果較好，能用于天女木蘭花期預報。

2.5 短期預報模式

為提高天女木蘭花期預報準確性，著重分析花期前7 d的天氣變化情況，發現天女木蘭花期主要與降水和溫度有關。花期前一般有2次降水過程，花期偏早年還與溫度有很大關系，第2次降水前出現明顯降溫，會在降水后平均氣溫回暖達到20 ℃以上開花，如果第2次降水前沒有降溫過程，會在降水前一天開花，花期偏晚年與溫度關系不大，一般在第2次降水后一兩天開花。短期預報主要是6月以后發布的天女木蘭花期預報，首先根據長期預報模型確定花期日序，然后利用氣象臺發布的天氣趨勢預報來制作，預報流程見圖1。

3 結論

①降水和日照對天女木蘭花期的影響較小，溫度和地溫是主要影響因子，采用逐步回歸分析法構建的天女木蘭花期長期預報模型，通過回代檢驗和預報檢驗，誤差≤3 d，擬合效果較好，有較強的可用性。

②天女木蘭的花期與氣溫穩定通過0 ℃的積溫密切相關，2-5月≥0 ℃的積溫一般都>1 000 ℃，而春季過于寒冷，積溫<1 000 ℃時，花期會偏晚。正常情況下，2月≥0 ℃的積溫越大，花期越晚。

③長期預報模型中的因子均是花期前的氣象因子，而6月氣象條件變化較大，冷暖空氣活動頻繁，因此特制訂短期預報模式根據天氣變化，對長期預報模型進行修訂，使得預報結果更準確。

④天女木蘭花期的影響因素眾多，本文只考慮了氣象因素，且樣本較少，因此預報模型存在著一定的局限性，需要在以后的實際觀測和花期預報中逐漸完善，建立出準確度更高的天女木蘭花期預報模型。

參考文獻

[1]闕欣欣，黃瑩，白先達.桂林市桂花花期與氣候因子關系研究[J].南方農學學報，2013（11）：1831-1834.

[2]李軍.桃始花期的長期預報模型[J].西北植物學報，2005（9）：1876-1878.

[3]張惠霞.桃樹始花期與氣象因子的相關分析及預報模型[J].安徽農業科學，2013（10）：4513-4515.