随着社会经济发展和人民生活水平提高, 旅游活动蓬勃兴起, 以观赏自然景观为主题的旅游节庆活动如“桃花节”等应运而生。为适应旅游气象服务需求, 提前准确做好桃花期预测, 为经济建设服务显得十分必要。国内对于植物物候期的分析预报, 已有不少研究成果, 如河北省石家庄气象局对迎春始花期预报方法进行了研究^[1]。我国幅员辽阔, 南北气候差异大, 植物种类多, 植物物候与气候具有明显的地域特点。据了解, 就广西而言, 目前尚未见桃树物候与气候关系的系统分析研究成果。因此, 本文选用多年桃树物候观测数据, 分析桃花开花迟早年型的冬季平均气候特征, 对影响桃花开花迟早年型的气候指标和出现频率作进一步分析, 确定出影响开花迟早的主要气候指标, 并利用模糊数学方法建立桃花花期预测模型。

1 资料处理及方法 1.1 资料处理

桃树物候数据为广西桂林农业气象试验站提供的1983~2004年共21年(缺1991年)桃花开花始期和盛期, 气候数据为本站同期气象观测数据。

经统计, 桂林站桃树多年平均始花期为3月9日, 最早为2月22日(2002年), 最迟为3月28日(2000年), 变幅达36天; 盛花期平均为3月14日, 最早为2月26日(2002年), 最迟为4月8日(1999年), 变幅也高达41天。设定早于平均始、盛花期5天(始期3月4日、盛期3月9日以前)开花的年型定为花期偏早年型, 迟于平均始、盛期5天(始期3月有14日、盛期3月19日以后)开花的定为花期偏迟年型, 其它年份定为花期正常年型。历年桃花花期迟早所属年型见表 1。

1.2 花期预测建模方法

气象要素变化影响着植物的生长发育, 其影响程度和界限常常是不分明的, 即模糊的。通过选定影响植物生长发育迟早的前期气候因子, 根据模糊数学理论, 可以作出植物发育期的长期趋势预测。

根据模糊数学理论^[2], 设以表示论域Ũ(y)上预报对象模糊集, 以Ã_IJ表示论域U(x)上预报因子模糊集。根据样本按一定标准将Ũ(y)划分G个等级, 对x中的每一个元素可依下列函数来确定隶属度:

或

根据各因子模糊隶属函数, 对n个因子隶属函数计算平均, 即

以μ为指标, 设定一定阀值, 预报出样本归属于G级。

2 结果与讨论 2.1 桃花迟早年型的冬季气候特征

多年桃树物候观测表明, 桃树经芽开放→展叶→开花→结果→叶变色→落叶等主要物候期完成周年物候发育阶段, 周而复始。据分析冬季气候与桃花开花迟早有明显关系, 选用温度和降水两大气候要素进行分析。

2.1.1 旬气温对比分析

桃花开花迟、早年型的冬季气温有明显差异, 由图 1可见:

(1) 旬平均气温:12月上旬至1月上旬, 开花偏迟年型各旬平均气温略高于开花偏早年型; 1月中旬至2月下旬; 开花偏迟年型气温明显低于偏早年型, 偏低幅度达1.5~2.4℃。

(2) 旬平均最高气温:类似地, 12月上旬至1月上旬, 开花偏迟年型亦明显比偏早年型高, 差值一般在0.4~1.5℃; 而1月中旬至2月下旬, 花期偏迟年型却明显比偏早年型低, 偏低幅度为1.7~3.3℃, 除1月中旬低于2℃外, 其它各旬均在2.3℃以上, 尤以1月下旬最大达3.3℃。

(3) 旬平均最低气温也具有开花偏晚年型前冬高于、后冬低于偏早年型的特点, 除12月中旬至1月上旬外, 其它时段差值小于平均气温和最高气温。

可见冬季前期气温偏低、后期气温偏高, 桃花表现出开花期偏早, 反之开花期偏迟的特征。

2.1.2 旬降雨量对比分析

桃花开花偏迟年型冬季降水量明显少于偏早年型, 开花偏早年型12~2月总降雨量平均为258.0mm, 比开花期偏晚年型降雨量(平均175.6℃)偏多近5成; 其中12月中下旬和2月下旬偏差幅度最大, 偏早年型降水量是偏迟年型的2~3倍。

2.2 影响桃花迟早的气候指标及出现频率分析

综上所述, 选用12月中下旬平均最低气温、1月下旬至2月中旬平均最高气温及12月中旬至2月下旬降水量作为指示桃花迟早的气候评价指标, 各指示因子临界指标和出现频率及在各种年型中3个气候评价指标出现频率见表 2、表 3。

由表 3结果看出, 3个气候评价指标中, 利于桃花偏早年型气候指标出现的数量, 偏早年型平均出现2.3个, 多数年份有2个及以上指标达标; 而偏迟年型平均只出现0.7个, 多数年份只有1个或没有指标达标。

2.3 桃花花期预测

选取桂林站1983~2002年桃花始花期序列作为花期预测建模样本, 设桂林桃花始花期为预报对象y, 当始花期偏早时y_G=1;始花期偏迟y_G=0;当始花期属正常时y_G= 0.5。综上所述选用三个有一定预测时效的气候因子:

x₁:12月中下旬平均最低气温

x₂:1月下旬~2月中旬平均最高气温

x₃:2月上中旬降雨量

三个因子与桃花始花迟早关系的隶属函数如下:

当为偏早年, 报1;≤ 0.65为正常年, 报0.5;为偏迟年, 报0。

得出各预报因子的隶属度计算结果及拟合情况(表 4)。

用模式对1983~2002年序列进行历史检验, 总拟合率为15/19=79%。对2003、2004年试报, 计算出μ分别为1和0.67, 均预测为偏早年型。实况:2003年始花期为2月23日, 2004年为2月26日, 试报两年正确。该模式预报思想清晰, 计算方法简单, 准确率较高, 有较好的业务应用价值。