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北方地区小麦蚜虫气象适宜度预报模型构建

王纯枝 霍治国 张蕾 郭安红 黄冲 陆明红

王纯枝, 霍治国, 张蕾, 等. 北方地区小麦蚜虫气象适宜度预报模型构建. 应用气象学报, 2020, 31(3): 280-289. DOI: 10.11898/1001-7313.20200303..
引用本文: 王纯枝, 霍治国, 张蕾, 等. 北方地区小麦蚜虫气象适宜度预报模型构建. 应用气象学报, 2020, 31(3): 280-289. DOI: 10.11898/1001-7313.20200303.
Wang Chunzhi, Huo Zhiguo, Zhang Lei, et al. Construction of forecasting model of meteorological suitability for wheat aphids in the Northern China. J Appl Meteor Sci, 2020, 31(3): 280-289. DOI:  10.11898/1001-7313.20200303.
Citation: Wang Chunzhi, Huo Zhiguo, Zhang Lei, et al. Construction of forecasting model of meteorological suitability for wheat aphids in the Northern China. J Appl Meteor Sci, 2020, 31(3): 280-289. DOI:  10.11898/1001-7313.20200303.

北方地区小麦蚜虫气象适宜度预报模型构建

DOI: 10.11898/1001-7313.20200303
资助项目: 

国家重点研究发展计划 2017YFC1502402

详细信息
    通信作者:

    霍治国, huozg@cma.gov.cn

Construction of Forecasting Model of Meteorological Suitability for Wheat Aphids in the Northern China

  • 摘要: 根据1958—2015年我国北方地区8个主产省(市)小麦蚜虫分省发生面积和发生程度资料、1958—2015年601个气象站点相应逐日气象资料和农业气象站小麦发育期资料,采用相关分析、主成分分析和逐步回归等方法,并利用相关系数法进行因子普查,结合小麦蚜虫适宜生理气象指标和华北、黄淮小麦生育期规律,筛选影响小麦蚜虫年发生程度的关键气象因子,构建分区域的小麦蚜虫气象适宜度预报模型,并将气象适宜度指数划分为非常适宜、适宜、较适宜、不适宜4个等级,以反映气象条件对小麦蚜虫发生发展的适宜程度。结果表明:筛选出影响华北小麦蚜虫年发生程度的8个关键气象因子,影响黄淮小麦蚜虫年发生程度的6个关键气象因子。建立的华北、黄淮模型回代检验等级准确率分别为91.2%,93.1%,2016—2018年3年外推预报平均准确率均在75%以上;利用黄淮模型反演苏皖两省2016—2018年小麦蚜虫发生等级、异地检验3年预报效果均较理想。模型适用于从气象角度对华北、黄淮及江淮地区小麦蚜虫发生等级进行监测和预报。
  • 图  1  研究区内气象站点分布

    Fig. 1  Distribution of meteorological stations in the study area

    表  1  小麦蚜虫发生等级划分

    Table  1  Classification for occurrence area of wheat aphids

    小麦主产省(市) 小麦蚜虫发生面积等级划分/万公顷次
    偏轻 偏重
    河北 [0, 83) [83, 164) [164, 245] >245
    山西 [0, 25) [25, 49) [49, 72] >72
    北京 [0, 6) [6, 10) [10, 15] >15
    天津 [0, 5) [5, 7) [7, 10] >10
    河南 [0, 107) [107, 213) [213, 318] >318
    山东 [0, 105) [105, 208) [208, 310] >310
    江苏 [0, 51) [51, 100) [100, 149] >149
    安徽 [0, 30) [30, 58) [58, 86] >86
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    表  2  北方小麦主产区小麦蚜虫为害特点[4-5, 27, 35]

    Table  2  Damage characteristics of wheat aphids in the main wheat growing areas in the northern China(from Reference [4-5, 27, 35])

    冬小麦主产区 麦蚜为害特点 开始为害期(苗蚜) 主要为害期(苗蚜、穗蚜) 为害盛期(穗蚜) 为害末期(穗蚜)
    华北 麦蚜发生时段 11月上旬左右 4月上旬—5月中旬 4月下旬—5月上旬 5月下旬—6月上旬
    冬小麦发育期 分蘖期 拔节-乳熟前期 抽穗开花期 乳熟期
    黄淮 麦蚜发生时段 11月中旬左右 3月下旬—5月上旬 4月中下旬 5月中下旬
    冬小麦发育期 分蘖期 拔节-乳熟前期 抽穗开花期 乳熟期
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    表  3  华北地区小麦蚜虫发生程度与关键气象因子相关系数

    Table  3  Correlation coefficients between the occurrence area of wheat aphids and key meteorological factors in North China

    主要气象因子 关键影响时段 相关系数
    平均气温(Tw) 上年冬季 0.39***
    平均气温(T41) 4月上旬 0.332***
    温雨系数(C3) 3月 -0.24**
    最高气温大于等于25℃的日数(DTmx3) 3月 0.393***
    最高气温大于等于28℃的日数(DTmx43) 4月下旬 -0.32***
    日照时数(S33) 3月下旬 -0.36***
    大雨日数(DP4) 4月 -0.312***
    空气相对湿度40%~80%的日数(DH51) 5月上旬 0.27**
      注:①TTmxCDSHP分别表示平均气温、最高气温、温雨系数、日数、日照时数、空气相对湿度、降水量,各指标后下标数字表示╳月╳旬,如T41C3分别表示4月上旬平均气温、3月温雨系数,Tw表示冬季平均气温,以此类推。下同。DTmx3DTmx43DP4DH51分别表示3月最高气温大于等于25℃的日数、4月下旬最高气温大于等于28℃的日数、4月大雨日数、5月上旬空气相对湿度介于40%~80%的日数。
    ②*,**和***分别表示达到0.05,0.01和0.001显著性水平(样本量为217)。
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    表  4  黄淮地区小麦蚜虫发生程度与关键气象因子相关系数

    Table  4  Correlation coefficients between the occurrence area of wheat aphids and key meteorological factors in the Huanghuai Area

    主要气象因子 关键影响时段 相关系数
    平均气温(Tw) 上年冬季 0.59***
    平均气温(T3) 3月 0.61***
    降水量(P13) 1月下旬 -0.56***
    空气相对湿度大于80%的日数(DH31) 3月上旬 -0.355***
    温雨系数(C4) 4月 -0.233*
    无雨日数(DP43) 4月下旬 0.381***
      注:P表示降水量。DH31DP43分别表示3月上旬空气相对湿度大于80%的日数、4月下旬无雨日数,其余各指标后下标紧跟数字同表 3类推。*,**和***分别表示达到0.05,0.01和0.001显著性水平(样本量为116)。
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    表  5  华北、黄淮小麦蚜虫发生发展气象适宜度指数分级表

    Table  5  Classification of meteorological suitability index for the occurrence and development of wheat aphids in North China and the Huanghuai Area

    气象条件 气象适宜度综合指数Z 气象适宜度等级 虫害发生等级
    非常适宜虫害发生发展 Z≥3.5 4 重发生
    适宜虫害发生发展 2.5≤Z < 3.5 3 偏重发生
    较适宜虫害发生发展 1.5≤Z < 2.5 2 偏轻发生
    不适宜虫害发生发展 Z < 1.5 1 轻发生
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    表  6  1958—2015年华北和黄淮小麦蚜虫气象适宜度模型回代拟合准确率

    Table  6  Hindcast accuracy of forecast models of meteorological suitability for wheat aphids in North China and the Huanghuai Area from 1958 to 2015

    区域 各级别数量 等级
    1级 2级 3级 4级 合计
    实际发生相应级别数量 57 43 60 57 217
    华北 预报与实际相符数量 46 43 60 49 198
    准确率/% 80.7 100.0 100.0 86.0 91.2
    实际发生相应级别数量 41 19 20 36 116
    黄淮 预报与实际相符数量 36 18 20 34 108
    准确率/% 87.8 94.7 100.0 94.4 93.1
      注:预报与实际一致为正确,相差1个等级为基本正确,相差2个或2个以上等级为错误。
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    表  7  2016—2018年华北和黄淮小麦蚜虫气象适宜度预报模型预报准确率

    Table  7  Extrapolated accuracy of forecast models of meteorological suitability for wheat aphids in North China and the Huanghuai Area from 2016 to 2018

    区域 省/市 年份 实际发生面积分级 预报气象等级 误差(与发生面积分级比) 实际发生程度等级 误差(与实发程度等级比)
    华北 河北 2016 3 3 一致 4 基本一致
    2017 3 4 基本一致 4 一致
    2018 3 3 一致 3 一致
    山西 2016 2 3 基本一致 3 一致
    2017 2 4 相差2级 3 基本一致
    2018 2 2 一致 3 基本一致
    天津 2016 3 3 一致 2 基本一致
    2017 4 4 一致 3 基本一致
    2018 4 2 相差2级 3 基本一致
    北京 2016 1 2 基本一致 2 一致
    2017 1 4 相差3级 2 相差2级
    2018 1 2 基本一致 2 一致
    黄淮 山东 2016 4 4 一致 3 基本一致
    2017 4 4 一致 3 基本一致
    2018 4 3 基本一致 3 一致
    河南 2016 4 4 一致 3 基本一致
    2017 4 4 一致 3 基本一致
    2018 3 2 基本一致 3 基本一致
      注:预报与实际一致为正确,相差1个等级为基本正确,相差2个或2个以上等级为错误。
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    表  8  2016—2018年黄淮小麦蚜虫气象适宜度预报模型外推预报准确率

    Table  8  Extension forecasting accuracy of meteorological suitability models for wheat aphids in the Huanghuai Area from 2016 to 2018

    区域 年份 实际发生面积分级 预报气象等级 误差(与发生面积分级比) 实际发生程度等级 误差(与实发程度等级比)
    安徽 2016 4 4 一致 3 基本一致
    2017 4 4 一致 3 基本一致
    2018 3 2 基本一致 3 基本一致
    江苏 2016 4 3 基本一致 2 基本一致
    2017 4 4 一致 3 基本一致
    2018 3 3 一致 3 一致
      注:预报与实际一致为正确,相差1个等级为基本正确,相差2个或2个以上等级为错误。
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-11-21
  • 修回日期:  2020-03-15
  • 刊出日期:  2020-05-31

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