承德縣國光蘋果始花期與氣象因子的相關分析及預報模型

劉紅霞

承德縣氣象局，河北承德 067000

承德縣地處燕山山脈，屬于溫帶大陸性季風型山地氣候，四季分明，雨熱同季，晝夜溫差大，有利于果品的著色、糖分積累和果實硬度的增加。所產國光蘋果因品質出眾、風味獨特在國內享有盛譽，被譽為“中國國光蘋果之鄉”，是目前全國最大的國光蘋果生產區和國光蘋果保有面積最大的縣，已通過國家A級綠色食品認證和國家地理標志保護產品認證。

目前，全縣國光蘋果年產量16萬t，產值6億元，有力帶動了當地農民脫貧致富。根據2010—2023年國光蘋果物候觀測資料，始花期最早出現在4月23日，最晚出現在5月4日，花期6～8 d。4月下旬至5月上旬正值果樹花期，氣溫起伏晝夜溫差大。花期常見氣象災害有大風、高溫、晚霜凍害等，近幾年花期呈提前趨勢，遭受花期凍害的風險增大，對國光蘋果產量、品質的影響較大。

花期預報是指導農業生產、防災減災的重要依據，可為花期病蟲害防治、人工授粉、疏花疏果等生產工作提供依據[1-3]。通過花期預報，提前發布花期風險預警，果農可采取相應措施減輕不利天氣的影響，確保蘋果的品質和產量[4-8]。

利用氣象條件預報蘋果始花期預報常用的方法有2類：積溫法和相關分析預報法[9]。利用2010—2023年國光蘋果發育期觀測資料和同期地面氣象觀測數據，綜合分析各氣象因子和國光蘋果始花期的相關性，選取相關系數顯著的各類因子構建始花期預報模型，旨在更準確地預測國光蘋果始花期和花期，及時發布花期風險預警，為防災減災提供科學依據。

1 資料與方法

1.1 資料來源

采用承德縣國家氣象觀測站2010—2023年1月—4月中旬各旬(月)平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫、相對濕度、降水量、日照時數、0 cm地溫(平均地溫、平均最高地溫、平均最低地溫)和淺層地溫(5、10、15、20 cm)，以及穩定通過≥0 ℃、≥5 ℃、≥10 ℃的初日及相應的通過日至始花期的有效積溫、活動積溫值、同期承德縣氣象局國光蘋果發育期觀測資料。綜合分析各類氣象因子與國光蘋果始花期的相關性，挑選顯著因子利用逐步回歸法建立國光蘋果始花期預測模型。其中，2010—2021年數據用于相關分析及模型建立，2022—2023年數據用于試報試驗。利用SPSS 19、Excel軟件進行數據統計、分析及繪圖。

1.2 研究方法

1.2.1 數據處理將始花期和穩定通過≥0 ℃、≥5 ℃、≥10 ℃的初日轉換為儒歷(每年1月1日記為1，2月1日記為32，……以此類推)，獲得每年的始花期和穩定通過≥0 ℃、≥5 ℃、≥10 ℃的日期序列。

1.2.2 各類界限溫度和積溫的計算采用5 d滑動平均法確定≥0 ℃、≥5 ℃、≥10 ℃的穩定通過初日，計算初日至始花期前1 d≥0 ℃、≥5 ℃、≥10 ℃的平均氣溫積溫值。

2 結果與分析

2.1 各氣象因子對國光蘋果始花期的影響

果樹花期是全生育期中一個重要階段，也是產量形成的關鍵時期[10]。分析了承德縣國光蘋果2010—2021年始花期與對應年份1—4月的旬(月)氣溫、濕度、降水、日照、各界限溫度初日與積溫值、地溫數據等氣象因子的相關性，得出國光蘋果始花期與溫度類的氣象因子相關性顯著高于其他類，≥10 ℃初日相關極顯著(表1)。

表1 影響國光蘋果始花期的顯著氣象因子

2.1.1 氣溫對始花期的影響根據統計分析，如圖1可見：(1)1—4月各氣溫因子的相關系數變化趨勢基本一致；(2)1月上旬、3月上旬、3月下旬的平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫與始花期顯著相關。其中，除3月上旬平均氣溫呈顯著正相關外，其余均呈顯著負相關；3月下旬平均氣溫、最高氣溫的相關系數分別為-0.710(P＜0.01)、-0.716(P＜0.01)，呈極顯著負相關，表明氣溫因子對國光蘋果始花期的影響較大，氣溫越高，初花越早。

圖1 氣溫因子與國光蘋果始花期的相關性分析

2.1.2 相對濕度對始花期的影響由圖2可知，蘋果始花期與相對濕度大多呈正相關，相對濕度越大，花期越延遲，但始花期與4月中旬的相對濕度相關系數為-0.602(P＜0.05)，呈明顯負相關，表明花前適宜的濕度對開花有促進作用。

圖2 相對濕度因子與國光蘋果始花期的相關性分析

2.1.3 光照和降水量的影響蘋果喜光，光照充足才能有效保證蘋果樹正常生長結果[11-13]。通過對2010—2021年1—4月的旬(月)日照時數、降水量與始花期的相關性分析(圖3)，日照、降水因子均不顯著，表明日照和降水對始花期早晚的影響可以忽略。

圖3 日照、降水因子與國光蘋果始花期的相關性分析

2.1.4 各界限溫度穩定通過初日和積溫對始花期的影響分析了始花期與穩定通過≥0 ℃、≥5 ℃、≥10 ℃的初日和≥0 ℃、≥5 ℃、≥10 ℃有效積溫及≥10 ℃活動積溫7個因子的相關性。

由圖4可知，國光蘋果始花期與≥10 ℃的初日和≥10 ℃有效積溫、活動積溫顯著相關，其中，≥10 ℃的初日相關系數為0.800(P＜0.01)呈極顯著正相關，表明≥10 ℃的初日越早，蘋果始花期越早；≥10 ℃有效積溫相關系數為-0.678(P＜0.05)，呈顯著負相關，≥10 ℃活動積溫相關系數為-0.731(P＜0.01)，呈極顯著負相關，表明積溫值高，國光蘋果始花期提前。

圖4 各界限溫度初日及積溫與國光蘋果始花期的相關性分析

2.1.5 地溫對始花期的影響在前人研究中，大多將氣溫因子作為主要研究對象，但對0 cm地溫和淺層地溫對蘋果始花期的影響研究甚少。氣象站觀測的地溫資料對一定區域內的土壤溫度有一定的代表性。

如圖5、圖6所示，蘋果始花期與3月下旬0 cm平均地溫、0 cm最低地溫及5～20 cm地溫、4月上旬20 cm地溫、4月中旬0 cm最低地溫呈顯著負相關，其中，3月下旬0、5 cm地溫相關系數分別為-0.747(P＜0.01)、-0.708(P＜0.01)，呈極顯著負相關，說明3月下旬和4月上、中旬地溫越高，始花期越早。

圖5 0 cm平均、最高、最低地溫與國光蘋果始花期的相關性分析

圖6 淺層地溫與國光蘋果始花期的相關性分析

2.2 預報模型

通過對各類氣象因子的綜合分析，選取20個顯著或極顯著因子：1月上旬平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫，3月上旬平均氣溫，3月下旬平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫，3月下旬0 cm平均地溫、0 cm最低地溫、5～20 cm地溫，3月0 cm平均地溫，4月上旬20 cm地溫，4月中旬相對濕度、0 cm最低地溫及穩定通過≥10 ℃的初日、≥10 ℃有效積溫、≥10 ℃活動積溫，利用SPSS19軟件建立回歸模型：

Y=93.721+0.249x

式中，Y表示始花期日序數，x為穩定通過≥10 ℃的初日日序數。

由表2可知，差異性檢驗值sig為0.002，說明因子差異顯著，回歸系數不為0，即方程有效。

表2 預報模型回歸方差

2.3 花期預測回代檢驗

將2010—2021年觀測數據代入預報模型進行回代檢驗，檢驗結果如圖7所示。始花期預報值與實際值相差0～2 d的準確率為83%，相差3 d的準確率為17%，其中，2016、2019、2021年的誤差為0 d，2014年誤差為1 d，絕對誤差為2 d的有6年。

圖7 2010—2021年國光蘋果始花期預測值與實際值差異

2.4 國光蘋果花期預報檢驗

用始花期預報模型對2022—2023年承德縣國光蘋果始花期進行預報實驗，2022—2023年預測日期分別為4月28日和4月25日，與實際相差分別為3 d和1 d，預報值基本吻合，證明該預測模型的可信度。

3 結論與討論

3.1 討論

針對蘋果始花期的預測，前人做了大量的研究，本研究對影響蘋果始花期的各氣象因子，即氣溫、相對濕度、日照時數、降水量、各界限溫度、積溫、地面溫度及淺層地溫，找到了與始花期相關顯著的因子，進一步證實了蘋果花期與前期溫度相關最顯著的結論。

本研究建立的預測模型表明承德縣國光蘋果始花期主要與氣溫穩定通過≥10 ℃的初日關系密切，在實際應用中具備一定的提前量，有一定的可操作性。但承德縣春季冷空氣活動頻繁，氣溫波動大，還需綜合考慮氣溫、積溫、日照、降水等因素的影響，使預報結果與實際更符合。此外，國光蘋果發育期觀測資料時間較短，且未綜合考慮果樹生長環境、水肥條件、小氣候地形等對花期的影響，有待進一步優化和完善。

3.2 結論

(1)對2010—2021年承德縣國光蘋果始花期與氣象因子的相關性分析表明，氣溫、地溫是影響國光蘋果始花期早晚的主要因素。國光蘋果始花期與最冷月1月上旬平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫呈顯著負相關，表明暖冬會使果樹生命活動旺盛，使花期提前；始花期與3月下旬氣溫、0 cm地溫、淺層地溫及4月上旬20 cm地溫、4月中旬0 cm最低地溫顯著負相關，與穩定通過≥10 ℃的初日極顯著正相關，與≥10 ℃的有效積溫、活動積溫顯著負相關，表明氣溫穩定通過≥10 ℃的初日越早，花前30～40 d氣溫、地溫越高，國光蘋果始花期越早。

(2)本研究挑選影響國光蘋果始花期的顯著相關因子建立始花期預報模 型，Y=93.721+0.249x，x為日平均氣溫穩定通過≥10 ℃的初日日期序列，通過擬合回代和試報試驗，預報效果較好。確定了日平均氣溫穩定通過≥10 ℃的初日即可預測蘋果始花期，具備較長時間的預報提前量，有利于實際生產中針對花期災害提前采取防御措施。