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福建省台湾青枣寒害综合气候指标与等级划分

杨凯 陈彬彬 陈惠 陈福梓 杨锡琼 李丽容 李丽纯 林晶

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福建省台湾青枣寒害综合气候指标与等级划分

Comprehensive Climatic Index and Grade Classification of Cold Damage for Taiwan Green Jujube in Fujian

  • 摘要: 通过专家走访和寒害灾情调查,建立福建省台湾青枣寒害受害症状分级标准。基于果园定位观测、地理移置试验和冬季寒害灾情调查得到的2004—2016年32个寒害实例,采用主成分分析和K-means聚类分析方法,研究了福建省台湾青枣寒害综合气候指标及其等级划分。结果表明:台湾青枣寒害临界气温为5.0℃,其致灾因子包括过程极端最低气温(X1)、小于等于5.0℃低温持续日数(X2)、小于等于5.0℃过程有害积寒(X3)、小于等于5.0℃过程降温幅度(X4),对各因子归一化处理,构建台湾青枣寒害综合气候指标(Ih),寒害等级包括:轻度,0.02≤Ih < 0.72;中度,0.72≤Ih < 1.76;重度,1.76≤Ih < 2.72;严重,Ih≥2.72。通过典型年对比印证,建立的福建省台湾青枣寒害综合气候等级指标与实际发生的寒害情况吻合较好,研究结果可供台湾青枣的寒害评估、引种、扩种参考。
  • 图 1  福建省平和县和南靖县台湾青枣寒害综合气候指标逐年变化

    Fig.1  Comprehensive climatic index of cold damage of Taiwan green jujube at Pinghe and Nanjing in Fujian

    表 1  福建省台湾青枣野外观测点地理位置

    Table 1.  Location of Taiwan green jujube field observations in Fujian

    类型 观测点 地理位置 海拔高度/m 树龄/a
    平行观测点 南安市农科所 24.92°N,118.35°E 199.2 5
    南靖县高港村 24.67°N,117.35°E 810.0 1
    易灾果园 南靖县船场棚内 24.50°N,117.17°E 152.7 15
    南靖县船场棚外 24.50°N,117.16°E 152.7 15
    南靖县五川村 24.49°N,117.44°E 26.0 15
    长泰县陈巷镇 24.66°N,117.79°E 13.0 8
    平和县山格镇 24.42°N,117.39°E 29.4 10
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    表 2  地理移置试验点信息

    Table 2.  Information of geographical transplantation experiments

    试验点 地理位置 海拔高度/m 年极端最低气温平均值/℃
    福鼎市气象局 27.20°N,120.12°E 36.2 -1.9
    永泰县气象局 25.87°N,118.94°E 85.6 -1.2
    罗源县气象局 26.50°N,119.55°E 60.5 -0.1
    长泰县气象局 24.63°N,117.76°E 43.0 2.1
    平和县气象局 24.23°N,117.18°E 108.5 1.0
    龙海市气象局 24.43°N,117.83°E 32.1 3.1
    云霄县气象局 23.96°N,117.34°E 22.8 3.7
    南靖县高港村 24.50°N,117.16°E 810.0 -3.0
    漳州市天宝农试站 24.63°N,117.52°E 44.0 1.3
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    表 3  福建省台湾青枣寒害受害症状分级标准

    Table 3.  Classification standard of cold damage symptoms for Taiwan green jujube in Fujian

    寒害等级 果实变化 叶片变化 枝条变化 主干变化
    轻度 果皮变色、果肉不变色 嫩叶卷曲 枝条无变化 无变化
    中度 果皮、果肉均变色,果实受冻率不大于20% 外围叶片出现卷曲 末端嫩梢受冻干枯,次级枝梢无冻伤 无变化
    重度 果皮、果肉均变色,果实受冻率大于20% 树体中上部及外围叶片卷曲、干枯、脱落 外围枝条受冻干枯,主枝部分冻伤 无变化
    严重 受冻率为100%,烂果 叶片全部干枯、脱落 枝条、主枝均褐变、干枯 部分主干形成层褐变、植株死亡
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    表 4  福建省台湾青枣野外观测和地理移置试验结果

    Table 4.  Field observation and geographical displacement experiment results of Taiwan green jujube in Fujian

    极低温出现日期 观测地点 极端最低气温/℃ 果树受害症状 受害症状指标等级
    2004-01-25 平和县小溪镇 0.9 青枣受害, 部分植株叶片枯死 中~重度
    2009-01-11 平和县山格镇 -1.0 果实受冻品质差,主要表现在果皮受冻,内部纤维化,受灾70% 重度
    2010-12-16 平和县山格镇 -1.8 果实受冻品质差,主要表现在果皮受冻,内部纤维化,受灾50%,结合2011年3月3日调查照片,青枣烂果严重超过20%,叶片失水卷曲、变黄 重度
    2010-12-17 平和县小溪镇 -0.4 露天栽培的台湾青枣出现冻果、烂果,叶片卷曲 重度
    2011-12-24 平和县山格镇 0.6 果实受冻品质差,主要表现在果皮受冻,内部纤维化,受灾40% 中~重度
    2014-12-05 南靖县高港村 4.1 部分叶片出现斑点,与前期相比叶片颜色变黄。 轻度
    2014-12-17 长泰县气象局 4.8 果苗幼果变色,叶片未变色 轻度
    2014-12-18 永泰县气象局 1.8 青枣部分幼果萎蔫,轻微变色 中度
    2014-12-18 平和县山格镇 0.6 部分幼果受冻变色,脱水 中度
    2014-12-22 南靖县高港村 -2.6 果苗50%以上叶片变色,幼果受冻变色。 重度
    2014-12-22 南安市农科所 3.6 幼果受冻变色,叶片未变色 轻度
    2015-01-02 罗源县气象局 1.5 青枣幼果变色萎蔫 中度
    2015-01-23 南靖县高港村 -3.1 果苗死亡 严重
    2015-02-13 平和县山格镇 1.4 果实接近成熟期,叶片变色 中度
    2015-12-18 南靖县高港村 -1.9 果苗幼果变色萎蔫,叶片变黄100% 重度
    2015-12-18 南靖县船场棚内 3.3 果树叶片少量变黄、卷曲 轻度
    2015-12-18 南靖县船场棚外 2.1 果苗幼果变色萎蔫,叶片变黄约50% 中度
    2015-12-18 永泰县气象局 2.4 果苗幼果变色萎蔫,少量叶片变黄 轻度
    2015-12-18 福鼎市气象局 0.2 果苗幼果变色萎蔫,叶片变黄50%、脱水卷曲 中度
    2015-12-18 长泰县气象局 5.4 无症状
    2016-01-25 长泰县气象局 0 青枣果苗果实变黄、核褐变100%,叶片变色萎蔫 重度
    2016-01-25 永泰县气象局 -2.2 果苗幼果变色萎蔫,叶片脱水卷曲、变黄70%以上;果树脱水卷曲、变色50%以上 重度
    2016-01-25 平和县气象局 -1.4 果苗幼果变色萎蔫,叶片变黄100% 重度
    2016-01-25 福鼎市气象局 -4.2 果苗地上部分枯死 严重
    2016-01-25 南靖县船场棚外 -3.1 棚外青枣顶部枝条、叶片全部干枯,烂果严重,已找不到正常的果实,剩余的零星果实果小,产量损失严重,整树叶片干枯达60%~80% 严重
    2016-01-25 南靖县船场棚内 -2.3 棚内青枣顶部叶片萎蔫10%~30%,烂果5%~10%,小果较多,预计产量损失达50% 重度
    2016-01-25 南靖县五川村 -0.2 棚外果苗叶片萎蔫100% 重度
    2016-01-25 南靖县气象局 -0.7 叶片变色、卷曲80%以上 重度
    2016-01-25 平和县气象局 -1.4 果苗叶片变色、脱水100% 严重
    2016-01-25 平和县山格镇 -3.0 棚外叶片干枯30%~50%, 末次梢受冻干枯,烂果20%左右,果实偏小;棚内受害程度明显较轻,叶片局部干枯萎蔫,枝条未受害 重度
    2016-01-25 云霄县路边 1.7 青枣顶部叶片变色30% 中度
    2016-01-25 南靖县高港村 -6.8 青枣果苗全部冻死 严重
    2016-02-07 长泰县青枣园 2.6 果实、叶片、枝条轻度受冻,部分叶片受冻干枯,比例约为5%~10% 轻度
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    表 5  气象因子与寒害实例灾情等级的相关系数

    Table 5.  Correlation coefficients between meteorological factors and disaster level of cold damage examples

    致灾因子 相关系数
    X1 -0.928
    X2 0.594
    X3 0.755
    X4 0.758
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    表 6  致灾因子间的相关系数矩阵

    Table 6.  Correlation coefficient matrix among disaster-inducing factors

    致灾因子 X1 X2 X3 X4
    X1 1
    X2 -0.528 1
    X3 -0.854 0.637 1
    X4 -0.775 0.649 0.814 1
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    表 7  聚类分析最终类中心

    Table 7.  Final class center of cluster analysis

    类中心 寒害等级 Ih
    1 轻度 0.02
    2 中度 0.72
    3 重度 1.76
    4 严重 2.72
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-01-14
  • 修回日期:  2020-03-23
  • 刊出日期:  2020-07-31

福建省台湾青枣寒害综合气候指标与等级划分

  • 1. 福建省灾害天气重点实验室, 福州 350001
  • 2. 福建省气象科学研究所, 福州 350001
  • 3. 福建省漳州市热带作物气象试验站, 漳州 363001
  • 4. 福建省漳州市气象局, 漳州 363001

摘要: 通过专家走访和寒害灾情调查,建立福建省台湾青枣寒害受害症状分级标准。基于果园定位观测、地理移置试验和冬季寒害灾情调查得到的2004—2016年32个寒害实例,采用主成分分析和K-means聚类分析方法,研究了福建省台湾青枣寒害综合气候指标及其等级划分。结果表明:台湾青枣寒害临界气温为5.0℃,其致灾因子包括过程极端最低气温(X1)、小于等于5.0℃低温持续日数(X2)、小于等于5.0℃过程有害积寒(X3)、小于等于5.0℃过程降温幅度(X4),对各因子归一化处理,构建台湾青枣寒害综合气候指标(Ih),寒害等级包括:轻度,0.02≤Ih < 0.72;中度,0.72≤Ih < 1.76;重度,1.76≤Ih < 2.72;严重,Ih≥2.72。通过典型年对比印证,建立的福建省台湾青枣寒害综合气候等级指标与实际发生的寒害情况吻合较好,研究结果可供台湾青枣的寒害评估、引种、扩种参考。

English Abstract

    • 福建、广东、广西、海南等省区地处热带、亚热带,水热资源丰富,具有种植台湾青枣、莲雾等新兴热带果树的优越气候条件。近年来,台湾青枣(Ziz-yphus mauritiana Lam.)因早结丰产、种植效益高[1-2],得到广泛的引种扩种,种植面积和产量迅速增加。但这些地区属热带果树种植北缘地带,冬季低温常给青枣生产造成不同程度的损失,而且在全球增暖趋势的背景下,北半球区域性极端低温事件频繁发生[3-4],增加了青枣遭受寒害的几率。同时在果树引种、扩种过程中,部分果农不遵循气候规律,在不适宜区盲目引种,加重了冬季台湾青枣寒害损失,严重影响台湾青枣产业的健康稳定发展[5-7]。因此,开展台湾青枣冬季低温灾害监测预警,对该区域台湾青枣生产的防灾减灾和可持续发展等具有重要意义。

      目前研究果树低温寒害指标的方法很多。唐力生等[8-9]、熊弦子等[10]采用人工控制试验对果苗进行低温胁迫,分析果苗受害症状和生理生化指标,确定果苗的低温寒害等级指标,但指标主要在人工气候室模拟低温条件下获得。有学者针对冬季极端最低气温单一因子,对果树遭受不同等级寒害的极端低温阈值进行划分,但未考虑低温强度、低温持续时间等影响果树受害程度的因子,无法判定不同程度寒害过程对果树的影响[11-15]。曾有研究以香蕉、荔枝、枇杷等果树的寒害过程为研究对象,分析寒害临界气温和致灾因子,构建果树的寒害综合气候指标[16-20],但针对近年来引种的新特优热带果树的寒害综合气候指标研究较少,导致农业防寒措施存在不足。此外,寒害指标等级分级的制订存在差异,缺乏统一标准,不利于各地寒害监测预警发布和灾情上报评估。因此,本文基于福建省自然条件下台湾青枣低温寒害过程,以寒害调查实例中每个低温过程为研究对象,确定台湾青枣寒害临界气温,通过分析寒害实例的致灾因子,构建福建省台湾青枣寒害综合气候指标,采用聚类分析方法使寒害指标等级分级更加精细化,以期为当地农业生产部门制定适宜的引种扩种、防灾减灾决策提供参考。

    • 2000—2014年福建省各县(市)台湾青枣产量数据,来源于历年《福建省农村统计年鉴》;2000—2016年冬季(12月—次年2月)福建省地面气象观测站逐日平均气温、逐日最低气温数据由福建省气象信息中心提供;台湾青枣寒害灾情样本所对应的极端最低气温由青枣果园内自动气象站或邻近的区域自动气象站数据订正获得。

    • 本研究主要通过田间调查、走访专家和果农、文献收集、果园定位观测、地理移置试验等方法收集灾情数据。根据灾情调查和试验需要,分别设计《台湾青枣寒害灾情调查表》和《台湾青枣寒害记录表》,灾情调查表主要记录调查地点台湾青枣受灾时间、详细灾情说明及灾后果树枝、干、叶变化,寒害记录表要求试验观测人员详细记录果树叶片和叶柄变色情况、枯叶和落叶情况、枯枝和主干受冻情况等。灾情数据获取后,汇总建立台湾青枣灾情样本集。

    • 自2014年10月起,在福建省台湾青枣的平行观测点和易灾果园(表 1),各布设1套小气候自动观测系统(北京雨根RR-9140型和HOBO U12型),获取气温、湿度、降水、光合有效辐射数据,用于果树的寒害监测;并在其中的6个观测点分别安装红外自动夜视监测仪(夜鹰SG-008型),设置每日07:00(北京时,下同)至19:00,每隔10 min自动拍照记录台湾青枣果树、果苗生长发育状况,了解其形态变化。

      表 1  福建省台湾青枣野外观测点地理位置

      Table 1.  Location of Taiwan green jujube field observations in Fujian

      类型 观测点 地理位置 海拔高度/m 树龄/a
      平行观测点 南安市农科所 24.92°N,118.35°E 199.2 5
      南靖县高港村 24.67°N,117.35°E 810.0 1
      易灾果园 南靖县船场棚内 24.50°N,117.17°E 152.7 15
      南靖县船场棚外 24.50°N,117.16°E 152.7 15
      南靖县五川村 24.49°N,117.44°E 26.0 15
      长泰县陈巷镇 24.66°N,117.79°E 13.0 8
      平和县山格镇 24.42°N,117.39°E 29.4 10
    • 目前各地引种的台湾青枣优质品种主要为“脆蜜”,因此, 试验采用盆栽方式培育“脆蜜”果苗,并从中筛选健壮植株进行地理移置。试验主要在福建省开展,为了获得台湾青枣遭受寒害后最准确的气象数据,根据福建省历史年极端最低气温平均值的分布规律,本试验分别于2014年10月底和2015年10月底,提前将“脆蜜”果苗3~4盆分别安放在7个县气象局观测场附近、漳州市天宝农试站和南靖县高港村试验点(表 2),安排试验人员管理果苗,并要求在冬季出现冷空气过程时,按照《台湾青枣寒害记录表》逐日记录果树寒害受害症状并拍照。

      表 2  地理移置试验点信息

      Table 2.  Information of geographical transplantation experiments

      试验点 地理位置 海拔高度/m 年极端最低气温平均值/℃
      福鼎市气象局 27.20°N,120.12°E 36.2 -1.9
      永泰县气象局 25.87°N,118.94°E 85.6 -1.2
      罗源县气象局 26.50°N,119.55°E 60.5 -0.1
      长泰县气象局 24.63°N,117.76°E 43.0 2.1
      平和县气象局 24.23°N,117.18°E 108.5 1.0
      龙海市气象局 24.43°N,117.83°E 32.1 3.1
      云霄县气象局 23.96°N,117.34°E 22.8 3.7
      南靖县高港村 24.50°N,117.16°E 810.0 -3.0
      漳州市天宝农试站 24.63°N,117.52°E 44.0 1.3
    • 本文采用文献[16-17]提出的过程有害积寒概念,作为台湾青枣寒害过程中的重要气象因子进行分析。过程有害积寒是指果树在低温过程中逐时低于临界受害气温的累积值,其计算公式可表示为

      (1)

      式(1)中,X为过程有害积寒(单位:℃·d),N为低温过程持续日数(单位:d),Tc为寒害临界气温(单位:℃),Tmin为日最低气温(单位:℃),TminTcTm为日平均气温(单位:℃)。

    • 导致台湾青枣寒害的致灾因子较多,为了增强数据可比性,对各致灾因子进行归一化处理[21-24]。对于青枣寒害等级呈正相关的因子采用正向因子归一化(式(2)),呈负相关的因子采用负向因子归一化(式(3))。

      正向因子归一化

      (2)

      负向因子归一化

      (3)

      其中,yi为归一化后的致灾因子值,xminxmax分别为因子xi最小值和最大值。处理后的归一化致灾因子最小值为0,最大值为1,其与原数值相比,只是数字形式的变换,将因子处理成量纲为1,保留了因子的统计学和生物学意义[25]

    • 为了分析福建省台湾青枣在遭受寒害后的灾情轻重,通过文献查阅、专家咨询和灾情调查分析,结合冬季各试验点和调查点台湾青枣遭受寒害后树体的形态变化和受害情况,根据树体的叶片、果实、枝条、主干受害程度进行分级,设轻度、中度、重度和严重4级, 受害症状分级标准见表 3

      表 3  福建省台湾青枣寒害受害症状分级标准

      Table 3.  Classification standard of cold damage symptoms for Taiwan green jujube in Fujian

      寒害等级 果实变化 叶片变化 枝条变化 主干变化
      轻度 果皮变色、果肉不变色 嫩叶卷曲 枝条无变化 无变化
      中度 果皮、果肉均变色,果实受冻率不大于20% 外围叶片出现卷曲 末端嫩梢受冻干枯,次级枝梢无冻伤 无变化
      重度 果皮、果肉均变色,果实受冻率大于20% 树体中上部及外围叶片卷曲、干枯、脱落 外围枝条受冻干枯,主枝部分冻伤 无变化
      严重 受冻率为100%,烂果 叶片全部干枯、脱落 枝条、主枝均褐变、干枯 部分主干形成层褐变、植株死亡
    • 通过文献收集、冬季寒害灾情调查、走访种植大户等方法,获取历史灾情样本。结合2014年12月—2015年2月、2015年12月—2016年2月冬季果园定位观测、地理移置试验结果,整理分析试验观测数据、拍照记录、观测人员记录资料及相关气象数据,可得到有明确时间、地点、台湾青枣受害症状、过程极端低温等寒害有效样本共33例,其中出现寒害症状的实例32个,无症状的实例1个(表 4)。对照台湾青枣寒害受害症状分级标准,确定32例灾情样本寒害等级,每个寒害实例包括寒害等级和对应的当时当地极端最低气温。

      表 4  福建省台湾青枣野外观测和地理移置试验结果

      Table 4.  Field observation and geographical displacement experiment results of Taiwan green jujube in Fujian

      极低温出现日期 观测地点 极端最低气温/℃ 果树受害症状 受害症状指标等级
      2004-01-25 平和县小溪镇 0.9 青枣受害, 部分植株叶片枯死 中~重度
      2009-01-11 平和县山格镇 -1.0 果实受冻品质差,主要表现在果皮受冻,内部纤维化,受灾70% 重度
      2010-12-16 平和县山格镇 -1.8 果实受冻品质差,主要表现在果皮受冻,内部纤维化,受灾50%,结合2011年3月3日调查照片,青枣烂果严重超过20%,叶片失水卷曲、变黄 重度
      2010-12-17 平和县小溪镇 -0.4 露天栽培的台湾青枣出现冻果、烂果,叶片卷曲 重度
      2011-12-24 平和县山格镇 0.6 果实受冻品质差,主要表现在果皮受冻,内部纤维化,受灾40% 中~重度
      2014-12-05 南靖县高港村 4.1 部分叶片出现斑点,与前期相比叶片颜色变黄。 轻度
      2014-12-17 长泰县气象局 4.8 果苗幼果变色,叶片未变色 轻度
      2014-12-18 永泰县气象局 1.8 青枣部分幼果萎蔫,轻微变色 中度
      2014-12-18 平和县山格镇 0.6 部分幼果受冻变色,脱水 中度
      2014-12-22 南靖县高港村 -2.6 果苗50%以上叶片变色,幼果受冻变色。 重度
      2014-12-22 南安市农科所 3.6 幼果受冻变色,叶片未变色 轻度
      2015-01-02 罗源县气象局 1.5 青枣幼果变色萎蔫 中度
      2015-01-23 南靖县高港村 -3.1 果苗死亡 严重
      2015-02-13 平和县山格镇 1.4 果实接近成熟期,叶片变色 中度
      2015-12-18 南靖县高港村 -1.9 果苗幼果变色萎蔫,叶片变黄100% 重度
      2015-12-18 南靖县船场棚内 3.3 果树叶片少量变黄、卷曲 轻度
      2015-12-18 南靖县船场棚外 2.1 果苗幼果变色萎蔫,叶片变黄约50% 中度
      2015-12-18 永泰县气象局 2.4 果苗幼果变色萎蔫,少量叶片变黄 轻度
      2015-12-18 福鼎市气象局 0.2 果苗幼果变色萎蔫,叶片变黄50%、脱水卷曲 中度
      2015-12-18 长泰县气象局 5.4 无症状
      2016-01-25 长泰县气象局 0 青枣果苗果实变黄、核褐变100%,叶片变色萎蔫 重度
      2016-01-25 永泰县气象局 -2.2 果苗幼果变色萎蔫,叶片脱水卷曲、变黄70%以上;果树脱水卷曲、变色50%以上 重度
      2016-01-25 平和县气象局 -1.4 果苗幼果变色萎蔫,叶片变黄100% 重度
      2016-01-25 福鼎市气象局 -4.2 果苗地上部分枯死 严重
      2016-01-25 南靖县船场棚外 -3.1 棚外青枣顶部枝条、叶片全部干枯,烂果严重,已找不到正常的果实,剩余的零星果实果小,产量损失严重,整树叶片干枯达60%~80% 严重
      2016-01-25 南靖县船场棚内 -2.3 棚内青枣顶部叶片萎蔫10%~30%,烂果5%~10%,小果较多,预计产量损失达50% 重度
      2016-01-25 南靖县五川村 -0.2 棚外果苗叶片萎蔫100% 重度
      2016-01-25 南靖县气象局 -0.7 叶片变色、卷曲80%以上 重度
      2016-01-25 平和县气象局 -1.4 果苗叶片变色、脱水100% 严重
      2016-01-25 平和县山格镇 -3.0 棚外叶片干枯30%~50%, 末次梢受冻干枯,烂果20%左右,果实偏小;棚内受害程度明显较轻,叶片局部干枯萎蔫,枝条未受害 重度
      2016-01-25 云霄县路边 1.7 青枣顶部叶片变色30% 中度
      2016-01-25 南靖县高港村 -6.8 青枣果苗全部冻死 严重
      2016-02-07 长泰县青枣园 2.6 果实、叶片、枝条轻度受冻,部分叶片受冻干枯,比例约为5%~10% 轻度

      表 4可知,台湾青枣在5.4℃未出现寒害症状,当气温降至4.8℃时,青枣出现轻度寒害。为了指标在监测预警中应用方便,确定5.0℃为台湾青枣寒害的临界气温,即当最低气温小于等于5.0℃时,青枣寒害过程开始。

    • 由于32个寒害实例多发生在台湾青枣果园和野外观测点,部分实例为历史灾情数据,收集的气象因子中仅气温的数据完整,降水、日照等其他气象因子均有缺失,因此,本文主要分析了寒害过程降温幅度(日最低气温降温幅度)、过程有害积寒(寒害过程气温累积值)、过程极端最低气温、过程持续日数等以气温为主的气象因子。通过对各因子与寒害实例灾情等级进行相关分析,结果表明:过程极端最低气温(X1)、小于等于5.0℃低温持续日数(X2)、日最低气温小于等于5.0℃的过程有害积寒(X3)、小于等于5.0℃过程降温幅度(X4)与灾情等级均为极显著相关关系,其中X1与灾情等级为负相关,其他因子为正相关(表 5),4个气象因子与灾情等级的相关系数均达到0.01显著性水平。故选取这4个气象因子作为台湾青枣寒害的致灾因子。选取的4个致灾因子是基于福建省台湾青枣主产县灾情样本分析的结果,因此,选取的致灾因子具有一定代表性。

      表 5  气象因子与寒害实例灾情等级的相关系数

      Table 5.  Correlation coefficients between meteorological factors and disaster level of cold damage examples

      致灾因子 相关系数
      X1 -0.928
      X2 0.594
      X3 0.755
      X4 0.758
    • 计算致灾因子间的相关性,4个致灾因子相关显著,均达到0.01显著性水平(表 6),说明4个致灾因子并不独立,互有影响。因此,本文采用主成分分析方法对4个致灾因子进行综合简化并构建公式。

      表 6  致灾因子间的相关系数矩阵

      Table 6.  Correlation coefficient matrix among disaster-inducing factors

      致灾因子 X1 X2 X3 X4
      X1 1
      X2 -0.528 1
      X3 -0.854 0.637 1
      X4 -0.775 0.649 0.814 1

      文中对各致灾因子进行归一化处理,运用SPSS统计软件中的主成分分析工具,对归一化后的台湾青枣寒害4个致灾因子X1X2X3X4序列进行分析,软件提取了第1主成分,其累计方差贡献率达到78.5%,说明这一主成分已能充分说明数据间的波动原因,并得到协方差矩阵的特征值λ=(3.142,0.513,0.213,0.133)。将各主成分载荷向量除以各主成分特征值的算术平方根,可得到各主成分系数分别为-1.255,1.688,0.53和2.52。

      由此可构建台湾青枣寒害综合气候指标(Ih)为

      (4)

      由式(4)可知,寒害综合气候指标Ih与冬季极端最低气温X1呈负相关关系,而与其他3个致灾因子呈正相关关系,即冬季极端最低气温越低,小于等于5.0℃低温持续日数越多,小于等于5.0℃有害积寒越大,小于等于5.0℃寒害过程降温幅度越大,则寒害综合气候指标Ih越大,台湾青枣遭受的寒害等级就越高,这与果树实际发生的寒害过程相符。

    • K-means聚类分析是经典的基于划分聚类算法,在气象数据分析和农业气象灾害等级划分等方面得到应用[26-29]。本文采用SPSS统计软件中的K-means聚类分析工具,对32个灾情样本的寒害等级和对应的寒害综合气候指标进行分析,获取各寒害等级对应的Ih阈值。研究中选择寒害综合气候指标作为聚类分析的变量,寒害等级作为标识变量,聚类数为4类,初始类中心由系统指定方式确定。结果表明:4个类中心点经过2次迭代后,得到最终的各聚类中心分别为0.02,0.72,1.76,2.72(表 7)。由此可知,台湾青枣的轻度、中度、重度、严重寒害综合气候指标分级分别为0.02≤Ih<0.72,0.72≤Ih<1.76,1.76≤Ih<2.72,Ih≥2.72。

      表 7  聚类分析最终类中心

      Table 7.  Final class center of cluster analysis

      类中心 寒害等级 Ih
      1 轻度 0.02
      2 中度 0.72
      3 重度 1.76
      4 严重 2.72
    • 平和县和南靖县的台湾青枣产量占福建省产量的82%以上,具有一定的代表性,故选取台湾青枣主产区平和县和南靖县进行对比印证。由图 1可以看到,平和县台湾青枣寒害综合气候指标在1999年、2004年、2008年、2013年的冬季(12月—次年2月)数值较大,说明台湾青枣在这些年份遭受了较大的寒害,其中1999年、2008年冬季台湾青枣寒害达到了重度等级。经过相关文献查询,1999年12月21—26日平和县受强冷空气影响气温急速下降,此次冷空气强度大,持续时间长,县城所在地小溪镇气温为-2.9℃,芦溪镇等地降至-7.0℃,为近40年来所罕见,台湾青枣遭受严重寒害,经济损失很大;2005年1月1—3日平和县、南靖县、长泰县、华安县热带果树(香蕉、青枣、芒果、番木瓜、杨桃等)遭受重度寒害,产量损失约为50%;2009年1月10—18日平和县、南靖县、华安县热带优良水果遭受重度寒害,产量损失约为40%[6-7, 30];2014年1月19—24日平和县极端最低气温达到了0.3℃,作者曾对该过程造成的平和县青枣寒害进行调查, 调查显示平和县郊区露天栽培的青枣幼果受冻变色、脱水,叶片出现卷曲变色,属于中度寒害受害症状特征,而当年冬季寒害综合气候指标值为1.45,按分级标准为中度寒害等级,两者相符。上述对比表明:台湾青枣寒害综合气候指标及其分级与实际发生的寒害情况较吻合,验证了指标的可靠性,即可用本文的寒害综合气候指标分析福建省台湾青枣遭受寒害的程度。

      图  1  福建省平和县和南靖县台湾青枣寒害综合气候指标逐年变化

      Figure 1.  Comprehensive climatic index of cold damage of Taiwan green jujube at Pinghe and Nanjing in Fujian

    • 本文以自然条件下福建省台湾青枣的低温寒害过程为研究对象,并针对32个寒害调查实例中每个过程进行分析,基于过程有害积寒、过程最大降温幅度等致灾因子构建了新的寒害综合气候指标,得到如下结论:

      1) 本文综合果树灾害调查、地理移置试验、果园定点观测等多种方法确定台湾青枣寒害临界气温为5.0℃,即当最低气温小于等于5.0℃时,寒害过程开始;当最低气温大于5.0℃时,寒害过程结束。

      2) 确定过程极端最低气温、过程有害积寒、过程持续日数和过程最大降温幅度为台湾青枣寒害的4个致灾因子,因子间相关明显。通过对4个致灾因子进行归一化处理,并综合简化所得到的寒害综合气候指标,物理意义清晰,且第1主成分累计方差贡献率达到78.5%。

      3) 采用K-means聚类分析方法,结合寒害等级,确定台湾青枣的轻度、中度、重度、严重寒害综合气候指标分级分别为0.02≤Ih<0.72,0.72≤Ih<1.76,1.76≤Ih<2.72,Ih≥2.72。通过对平和县台湾青枣寒害综合气候等级指标与历史实际发生的寒害情况进行对比,结果较为吻合,验证了指标的可靠性和实用性。

      影响果树寒害的因子很复杂,其发生及程度还受植物学因子的影响[31-33],由于未对台湾青枣遭受寒害后的植物生理指标进行测定,受数据限制,本文只针对影响果树寒害重要的气象因子气温进行了分析,如何结合阴雨、大风、日照等其他因子设计寒害指标研究的试验,并得到寒害预警评估业务的综合性指标,还有待今后进一步研究。

参考文献 (33)

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