基于關鍵氣象因子的阿克蘇地區蘋果產量預測模型

顧雅文，姚艷麗，傅瑋東＊

1.新疆農業氣象臺，烏魯木齊 830002 2.中亞大氣科學研究中心，烏魯木齊 830002

阿克蘇蘋果栽培歷史悠久，生長環境優于日本原產地和中國東部、西北東部蘋果產區。阿克蘇蘋果又稱加麗果，具有果面光滑細膩、色澤光亮、果肉細膩、果核透明、甘甜味厚、汁多無渣等特點，并富含豐富的維生素C、纖維素、果膠等營養。而阿克蘇蘋果果核透明(俗稱“糖心”)則是區別于其他產地紅富士蘋果的顯著標志。主產區位于最適宜蘋果種植的塔里木盆地北緣、天山南麓的渭干河流域、阿克蘇河流域。

阿克蘇地區地處北半球中緯度地帶的塔里木盆地西北部，是新疆重要的綠洲帶，屬暖溫帶大陸性氣候，其年平均氣溫8～12℃，年降水量53.5～136.6mm,日照時數為2549～2795h，無霜期達191～220d，穩定通過10℃積溫為3395～4320℃，得天獨厚的光熱資源為阿克蘇蘋果品質的提高起到了極佳的輔助作用，但不利的氣候條件也在制約著蘋果的產量和品質。不同的地區,天氣氣候條件不同,影響蘋果產量的氣象因子也不盡相同。本文利用1991-2015年阿克蘇蘋果生長期間的氣象資料,分析其與蘋果產量的相關關系，挑選出影響阿克蘇蘋果產量的關鍵氣象因子，建立基于關鍵氣象因子的阿克蘇蘋果產量預測模型，可為阿克蘇地區蘋果產量預報業務提供參考依據，同時為當地政府調控蘋果生產提供技術支撐。

1 數據與方法

1.1 資料選取

阿克蘇地區1991-2018年蘋果產量資料來源于新疆維吾爾自治區統計年鑒。

本文利用阿克蘇地區烏什縣、阿克蘇市、溫宿縣、拜城縣、新和縣、沙雅縣、庫車縣、柯坪縣、阿瓦提縣、阿拉爾市10個縣(市)的氣象站作為蘋果主產區的代表站。由于氣象部門在開展作物產量預報服務時，一般在農作物成熟前至少提前一個月進行該項產量預報業務服務工作，因此，氣象資料為上述10個站點1991-2018年冬季至8月間的平均氣溫、降水、日照、大風沙塵日數、高溫日數≥10℃積溫等。

1.2 產量資料提取

由于農作物產量是綜合因素共同作用的結果，除了受氣象條件的影響外，還受農業技術水平(土壤性質、品種特性、農業政策、科學技術、農業投入等)的影響，即：作物產量=趨勢產量+氣候產量，因此，在進行農作物產量與氣象條件的相關分析中，首先要剔除由于農業生產水平提高引起的產量變動，使之成為隨氣象條件變化而波動的氣候產量序列。

本文采用二次多項式回歸方法對1991-2015年阿克蘇地區蘋果單產序列進行擬合(圖1)，分離出趨勢產量項(生產技術水平提高對產量影響)和氣候產量項(產量受氣候影響而產生波動的部分)，用氣候產量指數 來表征氣象條件對阿克蘇地區蘋果產量的影響。

圖1 阿克蘇地區蘋果單產kg/hm擬合（1991—2015）

氣候產量指數=1+氣候產量/趨勢產量=實際產量/趨勢產量

式(1)中I為氣候產量指數，Y為實際產量,Yt為趨勢產量。其中：

式(2)中x為序列號，相關系數(R)為0.9640，通過α=0.001的顯著性檢驗。

由圖1可見：阿克蘇地區蘋果的趨勢單產與實際單產的變化趨勢基本一致。20世紀90年代阿克蘇地區蘋果單產量波動不顯著，21世紀開始單產量基本呈明顯上升趨勢，2011—2015年平均單產為22423.6kg/hm2，比2001—2010年平均單產增加了1倍，比20世紀90年代增加了近3倍。

2 分析結果

2.1 影響蘋果產量的關鍵氣象因子分析

據研究表明，在阿克蘇地區，溫度是影響蘋果生長的主要氣象因素，春季溫度及其變化影響蘋果的萌芽、開花和坐果，夏季溫度影響蘋果的花芽分化、果實生長、產量和品質，冬季溫度影響蘋果樹休眠期是否能安全越冬以及病蟲害的發生。阿克蘇地區蘋果生長期間的主要氣象災害有冬季低溫凍害、春季大風沙塵、高溫熱害及7-8月局地大降水。

本文利用1991-2015年阿克蘇地區蘋果產量，分別與蘋果主產區10個代表站的冬季極端最低氣溫、冬季平均氣溫、1月平均氣溫、4月平均氣溫、4月≥30℃日數、4月浮塵日數、4月大風日數、5月大風日數、4-8月日照時數、5-8月平均氣溫、6-8月平均氣溫、7月≥35℃日數、8月平均氣溫、8月降水量、至8月底≥10℃積溫等氣象因子進行相關分析。經檢驗(表1)，阿克蘇地區蘋果產量與5-8月平均氣溫呈正相關，表明蘋果主要生長季(5-8月)氣溫偏高有利于蘋果果實生長及產量的形成；而與1月平均氣溫、4月浮塵日數、8月降水量則呈負相關，表明1月氣溫越低則蘋果休眠期存在越冬隱患越大；4月浮塵日數偏多影響蘋果的開花、授粉；8月降水偏多易使枝梢生長過旺。

表1 1991-2015年蘋果單產與關鍵氣象因子的相關性

2.2 基于影響蘋果產量關鍵氣象因子的產量預測模型的建立

利用1991-2015年阿克蘇地區蘋果氣候產量指數與影響蘋果產量的關鍵氣象因子：1月平均氣溫(T)、4月浮塵日數(D)、5-8月平均氣溫(T)、8月降水量(P)建立阿克蘇地區蘋果氣候產量預測模型，即：

式(3)中的R=0.6654，α=0.05。

2.3 2016-2018年阿克蘇地區蘋果產量預測與檢驗

利用2016-2018年阿克蘇蘋果主產區氣象資料，通過式(1)～式(3)，計算出相應年份阿克蘇地區蘋果氣候產量指數(I)、趨勢產量(Yt)以及預測產量(Y1)(表2)。

表2 2016-2018年阿克蘇地區蘋果產量預測

根據2016-2018年阿克蘇地區蘋果實際產量，結合相應年份阿克蘇地區蘋果的預測產量，用絕對誤差或準確率進行模型預報效果檢驗。由表3可見：2016-2018年產量的絕對誤差在3.1%～7.1%之間，平均為5.5%；其準確率結果為92%～97%之間，平均為94.5%。

表3 2016-2018年阿克蘇地區蘋果單產絕對誤差（%）

3 結論與討論

本文通過相關分析確定了影響阿克蘇地區蘋果產量的關鍵氣象因子為1月平均氣溫、4月浮塵日數、5-8月平均氣溫、8月降水量，其中：阿克蘇地區蘋果氣候產量指數與5-8月平均氣溫呈正相關，與1月平均氣溫、4月浮塵日數、8月降水量則呈負相關。

根據阿克蘇地區蘋果趨勢產量預測模型，以及基于關鍵氣象因子建立阿克蘇地區蘋果氣候產量指數預測模型的計算結果，對2016-2018年阿克蘇地區蘋果產量進行預報，經檢驗：產量預報結果的絕對誤差在3.1%～7.1%，準確率為92%～97%之間，基本能滿足業務服務的需求。

基于關鍵氣象因子建立阿克蘇地區蘋果氣候產量指數預測模型雖然方法簡單、參數少、易于使用，但在氣象數據的處理、因子的選擇、時段的選擇等方面仍然存在局限性，需進一步完善,提高預報精度。