梨树始花期与气象因子的影响分析及预报模型建立

邓锐捷; 陈志龙; 蔡欣明; 赵桂琼

doi:10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2024.20.021

安徽农学通报 >

2024 , Vol. 30 >Issue 20: 103 - 108

DOI: https://doi.org/10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2024.20.021

农业信息·农业气象

梨树始花期与气象因子的影响分析及预报模型建立

邓锐捷 ,
陈志龙 ,
蔡欣明 ,
赵桂琼

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成都市新津区气象局，四川成都 611432

赵桂琼（1969—），女，四川梓潼人，高级工程师，从事综合气象业务与服务研究。

邓锐捷（1991—），男，四川成都人，硕士，工程师，从事综合气象业务与服务研究。

Copy editor: 胡立萍

收稿日期: 2024-06-24

网络出版日期: 2024-10-29

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Analysis of the influence of meteorological factors and forecasting model building for the flowering phase of pear

DENG Ruijie ,
CHEN Zhilong ,
CAI Xinming ,
ZHAO Guiqiong

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Chengdu Xinjin District Meteorological Bureau, Chengdu 611432, China

Received date: 2024-06-24

Online published: 2024-10-29

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摘要

为开展梨属植物开花期精细化气象服务，提升梨树始花期预报精度。本研究基于1999—2023年四川成都新津区梨树物候观测数据与气象资料，采用Julian日换算法分析梨树始花期特征，运用数理统计方法分析梨树始花期与气象因子的相关性。选取1999—2018年数据资料，利用逐步回归法建立梨树始花期预报模型，并利用2019—2023年数据进行模型预报检验。梨树始花期特征表明，梨树始花期在3月上旬至3月下旬，常年平均始花期在3月13日，始花期最早和最晚相差22 d，花期持续日数最短与最长相差14 d。相关性结果显示，始花期与花前14 d平均最低气温呈负相关（P<0.01)，与花前21 d降水日数呈正相关（P<0.05），花前14 d的7日滑动平均气温稳定通过11.6 ℃后3～10 d为梨树进入始花期的气象指标；梨树花期持续日数与雨日、降水量、日照时数呈正相关（P<0.05），小雨天气有利于延长花期。预报模型建立和检验结果表明，通过当年1—2月≥0 ℃活动积温和1月最高气温能有效预报梨树始花期，较常年花期提前13 d进行预测。本研究为梨花观赏精准化的气象服务提供参考。

关键词： 梨树; 始花期; 气象因子; 相关性分析; 气象预报模型

本文引用格式

邓锐捷 , 陈志龙 , 蔡欣明 , 赵桂琼 . 梨树始花期与气象因子的影响分析及预报模型建立[J]. 安徽农学通报, 2024 , 30(20) : 103 -108 . DOI: 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2024.20.021

Abstract

To develop refined meteorological services for pear plant flowering period and improve the prediction accuracy of pear first flowering period in Xinjin District Chendu of Sichuan Province. Based on the phenological and meteorological data of pear trees in the research area from 1999 to 2023, the Julian day conversion method was used to analyze the characteristics of pear tree first flowering date, and the mathematical statistics method was used to analyze the correlation between pear tree first flowering date and meteorological factors. The stepwise regression method was used to select the data from 1999 to 2018 to establish the prediction model of pear tree first flowering date. The data from 2019 to 2023 was used to test the model prediction. The characteristics of the first flowering date of pear trees showed that the first flowering date of pear trees was from early to late March, and the average annual first flowering date was March 13. The difference between the earliest and latest first flowering date was 22 days, and the difference between the shortest and the longest flowering duration was 14 days. The correlation analysis results showed that the first flowering stage was negatively correlated with the mean minimum temperature in the 14 days before anthesis (P<0.01), and positively correlated with the rainfall days in the 21 days before anthesis (P<0.05). The 7-day moving average temperature in the 14 days before anthesis was stable through 11.6 ℃, and 3-10 days after the 7-day moving average temperature in the 14 days before anthesis was a meteorological indicator for pear trees to enter the first flowering stage. The duration of flowering was positively correlated with rain days (P<0.05), rainfall amount and sunshine hours. Light rain was beneficial to prolong flowering period. The establishment and test of the prediction model showed that the accumulated active temperature of January and February (≥0 ℃) and the maximum temperature of January could effectively predict the first flowering date of pear trees, which was 13 days earlier than the annual flowering date. The above studies provided reference for accurate meteorological services of pear flower viewing.

Key words： pear; flowering phase; meteorological factors; correlations analysis; meteorological forecast model

影响梨树生长发育的因素有气候、品种、土壤、栽培技术、地势和生物因子等。在一定的环境下，品种、土壤和栽培技术等变化不大，而气候条件变化差异较大，是影响梨树生长发育的主要原因之一^[1]。果树的开花时间受温度、空气相对湿度、光照、土壤养分和水分等环境因素的影响，开花前期气候条件的积累在一定程度上反映了开花的早迟。目前已有诸多学者开展了植物花期与气候关系的研究。陈乐等^[2]、阙欣欣等^[3]和赵桂琼等^[4]分别对不同地区的桂花花期与花前气象条件进行关联分析，得出花前温度是影响桂花开花的关键因素之一，相对低温能促进其花芽分化。董海涛等^[5]、王晓默等^[6]和张惠霞^[7]通过对桃树始花期与气象因子的相关性进行分析，成功建立了桃树花期预报模型，为桃树始花期预报提供参考。张倩等^[8]分析表明，影响库尔勒香梨盛花期的最优势相关气象因子是3月平均最高气温、4月至始花期平均气温与4月至始花期合计日照时数。毛明策等^[9]利用苹果物候观测资料和相应气象资料，分析了温度对其初花期的影响，得出当日平均气温10 ℃左右苹果开始进入初花期。吕清华等^[10]通过数学公式法和物候法成功预报了阳信鸭梨花期。郭连云等^[11]对影响梨树始花期的气象因子进行分析，得出影响梨树始花期的主要气象因子是气温稳定通过5.0 ℃到3月底的积温值。李德等^[12]从酥梨始花期和整个花期的日最低气温的概率分布入手，建立了酥梨花期低温冷害风险评估模型。

近年来，多因子气象预报模型等方法的引入有效提升了梨树始花期和盛花期预测的准确性。李焕梅等^[13]分析了气象因子与黄花梨花期相关性，结果表明，开花期天数与降水量、>5 ℃积温、>10 ℃积温、日照时数呈明显正相关关系；其中，>5 ℃积温相关性最好，可作为预测黄花梨花期天数的重要依据。各地气象部门发布的梨树花期预报，有助于游客安排观赏梨花的行程，为当地旅游业带来了良好的经济效益。同时，梨树花期预报对农业生产也具有一定的指导意义，有助于种植者合理安排梨树的栽培和管理。在全球气候变化背景下，各地梨树花期呈现不同的变化趋势，给现有花期预报技术带来了新的挑战。准确可靠的梨树花期预报对开展旅游宣传、规划景区接待方案等工作具有重要的现实意义。

本文以四川成都新津梨花溪景区梨花为研究对象，分析1999—2023年该区的梨树花期特征、梨树始花期与气象因子的相关性，选取相关性较大的气象因子建立始花期预测模型，为研究区开展赏花旅游气象服务提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区基本情况

研究区属四川盆地西北部气候分区，受季风影响较大，雨热同期，春季湿润多雨，气温回升较快；受地形地貌影响，局地气候差异较大。内部以丘陵地形为主，平均海拔535 m。该区梨树花期通常在3月上旬开始，4月下旬结束。

1.2 数据来源

1999—2023年梨花物候观测资料来源于成都新津区文化体育和旅游局，气温、降水和日照时数等气象资料来源于新津区国家气象观测站。

1.3 试验方法

1.3.1 梨树花期特征分析

采用Julian日换算法对物候期记载时间进行物候期天数转换，将逐年梨树花期出现日期转化成距1月1日的实际日数（日序），设1月1日为1，1月2日为2，1月3日为3，以此类推。统计梨树1999—2023年花期物候观测资料，根据其年际变化进行花期特征分析。

1.3.2 梨树始花期与气象因子相关性分析

对梨树开花前1~28 d的气象要素（日平均气温、日最高气温、日最低气温、日照时数、降水量和降水日数）按每7 d为周期进行统计，应用SPSS软件计算其与始花期的皮尔逊相关系数（r），并通过t检验进行差异性分析，得出影响始花期的花前气象因子，计算公式如式（1）～（2）；然后对影响始花期的花前气象因子进行滑动平均分析，得出梨树进入始花期的气象指标。滑动平均公式如式（3）所示。对梨树花期持续日数与花期平均气温、平均最高气温、平均最低气温、日照时数、降水量和降水日数等气象要素进行相关性分析。

r = ∑ i = 1 n (X i - X ¯) (Y i - Y ¯) ∑ i = 1 n (X i - X ¯) 2 ∑ i = 1 n (Y i - Y ¯) 2

（1）

式中，r为相关系数，X、Y为变量，

X ¯

、

Y ¯

为平均值，n为序列长度。

t = r n - 2 1 - r 2

（2）

式中，n是样本大小。

x^j = 1 k ∑ i = 1 k x j + i - 1 j = 1, 2, ⋯, n - k + 1

（3）

式中k为滑动长度，取值7；n是样本数量。

1.3.3 梨树始花期气象预报模型建立与检验

逐步回归是一种线性回归模型自变量选择方法，其基本思想是将变量依次引入，每引入一个新变量后，对已入选回归模型的旧变量进行逐个检验，将无统计学意义的变量删除，以保证所得自变量子集中每一个变量都具有统计学意义，直到不能再引入新变量为止。选取1999—2023年梨树始花期与上年12月至次年2月显著相关的气象因子，应用SPSS软件通过逐步回归法构建预报模型。将2019—2023年气象资料代入预报模型，得到梨树始花期预测值，并与真实值进行比较，验证其模型准确性。

2 结果与分析

2.1 梨树花期特征

根据研究区1999—2023年物候观测资料（表1）统计结果，得知梨树始花期在3月上旬至下旬，常年平均始花期在3月13日；始花期最早年（2020年）较常年平均早8 d，始花期最晚年（2011年）较常年平均晚14 d，最早和最晚始花期相差22 d。花期持续日数10～24 d，平均日数17 d，最短年份为2008年，花期10 d，最长年份为2004年，花期24 d，最短与最长年份相差14 d。以上结果表明，梨树始花期波动较大，花期持续日数存在明显的年际波动。

表1 1999—2023年梨树始花期物候观测

年份	始花期/ (月-日）	始花期日序	始花期距常年平均/d	花期持续日数/d
1999	03-06	65	-7	16
2000	03-19	79	7	14
2001	03-08	67	-5	17
2002	03-09	68	-4	15
2003	03-07	66	-6	19
2004	03-10	70	-2	24
2005	03-18	77	5	18
2006	03-18	77	5	15
2007	03-11	70	-2	19
2008	03-23	83	11	10
2009	03-10	69	-3	17
2010	03-10	69	-3	19
2011	03-27	86	14	20
2012	03-21	81	9	16
2013	03-09	68	-4	17
2014	03-14	73	1	16
2015	03-09	68	-4	17
2016	03-12	72	-1	19
2017	03-09	68	-4	18
2018	03-14	73	1	18
2019	03-15	74	2	12
2020	03-04	64	-8	16
2021	03-07	66	-6	15
2022	03-14	73	1	16
2023	03-09	68	-4	14

2.2 梨树始花期与气象因子的相关性

2.2.1 梨树始花期与花前气象因子

花前温度、降水和日照时数等气象因子对梨树开花有重要影响。对梨树开花前1~28 d的日平均气温、日最高气温、日最低气温、日照时数、降水量和降水日数按每7 d为周期进行统计，对其始花期进行相关性分析，结果见表2。始花期与花前14 d平均最低气温呈负相关（P<0.01），与花前21 d降水日数呈正相关（P<0.05），说明花前14 d平均最低气温越高，开花越早；花前21 d降水日数越多，花期将推迟。

表2 梨树始花期与花前28 d气象因子相关性

气象因子	相关系数
花前14 d平均最低气温	-0.67**
花前21 d降水日数	0.45*

注： ^**表示在0.01水平差异具有统计学意义；^*表示在0.05水平差异具有统计学意义。

梨树开花前14 d平均气温如图1所示，花前7 d平均气温11.8 ℃，日平均气温在4.9～18.2 ℃，平均最低气温8.6 ℃。花前14 d平均气温11.8 ℃，日平均气温在5.7～17.8 ℃，平均最低气温8.4 ℃，反映出花前1~7 d平均最低气温略高于花前8~14 d。对开花前1~14 d日平均气温进行7日滑动平均分析，结果如图1所示，经滑动后的日平均气温在花前第8天至第7天呈上升趋势，花前第7天至第4天呈下降趋势，期间起伏明显，花前第4天至第1天较为稳定，花前第4天平均气温为11.6 ℃。将花前14 d 7日滑动平均气温稳定通过11.6 ℃作为界限温度进行回代，发现平均气温稳定通过11.6 ℃后3～10 d进入始花期的年份出现概率82%。说明可将7日滑动平均气温稳定通过11.6 ℃后的3～10 d定为梨树进入始花期的气象指标。

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图1 梨树花前14 d平均气温与7日滑动平均气温

2.2.2 梨树花期持续日数与气象因子

通过对梨树花期持续日数与花期平均气温、平均最高气温、平均最低气温、日照时数、降水量、降水日数等气象要素进行相关性分析，其相关系数见表3。降水日数与日照时数通过0.01水平差异性检验，降水量通过0.05水平差异性检验，说明花期持续日数与降水日数、日照时数和降水量呈正相关。

表3 梨树花期持续日数与气象因子的相关性

气象因子	相关系数
降水日数	0.63^**
日照时数	0.49^**
降水量	0.43^*

选取梨树花期最长年份及最短年份的气象资料进行对比。由表4可知，花期最长年份（2004年）开花期间以雨晴相间天气为主，平均气温14.5 ℃，较平均偏高0.2 ℃，降水量较平均偏多2倍，降水日数较平均偏多10 d。而花期最短年份（2008年）平均气温15.1 ℃，较平均偏高0.8 ℃，降水量较历年偏多1.5倍，日照时数和降水日数均偏少。说明梨树花期长短与温度、降水和日照各因子相互配合、相互影响。

表4 花期最长年份及最短年份气象资料对比

年份	花期持续日数/d	平均气温/℃	累计降水量/mm	日照时数/h	雨日/d
2004	24	14.5	43.4	65.5	15
2008	10	15.1	35.8	29.2	4
1999—2023平均	17	14.3	14.2	50.2	5

对1999—2023年梨树花期阶段的雨日数进行统计（表5），得知小雨（0 mm≤降水量<10 mm）雨日占花期降水日数的95%，中雨（10 mm≤降水量<25 mm）占4%，大雨（降水量≥25 mm）占1%，说明梨树花期降雨以小雨为主。由于花期持续日数与降水日数呈正相关，降水日数越多花期持续越长，但降水量过大过急将引起大量落花，造成花期缩短。因此梨树花期喜雨湿相间，小雨天气有利于延长花期。

表5 梨树花期降水日数 (d)

年份	0 mm≤降水量<10 mm	10 mm≤降水量<25 mm	降水量≥25 mm
1999	1
2000
2001	2
2002	5
2003	9
2004	15
2005	7	1
2006	5
2007	2
2008	3	1
2009	1
2010	6
2011	5
2012	5
2013	4
2014	2
2015	4
2016	6	1
2017	8
2018	5	1
2019	4	1
2020	5
2021	8
2022	4		1
2023	5	1

2.3 梨树始花期气象预报模型建立

2.3.1 选取气象因子

将1999—2023年梨树始花期与上年12月至次年2月降水量、日照时数、相对湿度、平均气温、平均最高气温、平均最低气温、月最高气温、月最低气温≥0、≥5和≥8 ℃活动积温等气象因子进行相关性分析，其显著因子及相关系数见表6。结果表明，通过0.01差异性检验的有1、2月≥0、≥5和≥8 ℃活动积温；1—2月≥0、≥5和≥8 ℃总活动积温；1、2月平均气温、最高气温、平均最高气温和平均最低气温；2月最低气温；12月至次年2月降水日数。通过0.05差异性检验的有2月总降水量；12月和1月日照时数。

表6 梨树花期与气象因子相关性分析

气象因子	相关系数（r）
2月总降水量	0.492^*
12月日照时数	0.459^*
1月日照时数	0.455^*
1月≥0 ℃活动积温	0.777^**
1月≥5 ℃活动积温	0.736^**
1月≥8 ℃活动积温	0.673^**
2月≥0 ℃活动积温	0.778^**
2月≥5 ℃活动积温	0.773^**
2月≥8 ℃活动积温	0.799^**
1—2月≥0 ℃总活动积温	0.946^**
1—2月≥5 ℃总活动积温	0.938^**
1—2月≥8 ℃总活动积温	0.934^**
1月平均气温	0.775^**
2月平均气温	0.789^**
1月最高气温	0.697^**
2月最高气温	0.478^**
2月最低气温	0.563^**
1月平均最高气温	0.778^**
2月平均最高气温	0.739^**
1月平均最低气温	0.571^**
2月平均最低气温	0.722^**
12月至次年2月降水日数	0.695^**

2.3.2 构建预报模型

选取以上与梨树始花期显著相关的气象因子为预报因子，通过逐步回归法建立预报方程，结果如式（4）所示。

Y = 116.559 - 0.077 X 1 - 0.604 X 2

（4）

式中，Y表示始花期预报日序，X ₁表示1—2月≥0 ℃总活动积温，X ₂表示1月最高气温。因此，可以运用1—2月≥0 ℃总活动积温、1月最高气温两个因子建立始花期预报模型。

2.3.3 预报检验

将2019—2023年气象资料代入预报模型，得到梨树始花期预测值，分别为3月16日、3月4日、3月6日、3月16日和3月7日，绝对误差的平均值为1.2 d（表7），具有良好的预报效果。说明可以通过1—2月的气象资料，在2月最后1天建立模型进行预报，较常年平均始花期3月13日，能提前约13 d进行较精准的预测，为梨花观赏提供精准化的气象服务。

表7 梨树始花期预测结果

年份/年	1—2月≥0 ℃ 总活动积温	1月最高气温	预测值	实际值	误差
2019	434.1	14.3	75	74	-1
2020	563.0	15.0	64	64	0
2021	528.0	17.3	65	66	1
2022	450.3	14.7	75	73	-2
2023	500.4	16.8	70	68	-2

3 结论与讨论

周美燕等^[14]根据物候资料及春季气候特点，利用榆树初花期与鸭梨初花期≥0 ℃的积温，预报鸭梨初花期；根据花前生育期特点，利用逐步回归的方法，对开花前的29种气象要素进行回归筛选，成功建立鸭梨初花期统计预报模式。本研究方法与上述方法相似，通过筛选成功建立了梨树始花期预测模型。

本研究基于1999—2023年研究区梨树物候观测数据与气象资料，分析梨树花期特征，运用数理统计方法分析梨树始花期与气象因子之间的关系，选取1999—2018年数据资料建立梨树始花期预测模型，利用2019—2023年数据进行模型检验，得出以下结论。

（1）梨树始花期在3月上旬至下旬，常年平均始花期在3月13日；最早和最晚始花期相差22 d。花期持续日数最短与最长相差14 d。表明梨树始花期波动较大，花期持续日数存在明显的年际波动。

（2）始花期与花前气象条件密切相关，始花期与花前14 d平均最低气温呈负相关，与花前21 d降雨日数呈正相关，且花前14 d 7日滑动平均气温稳定通过11.6 ℃后3～10 d为梨树进入始花期的气象指标。

（3）梨树花期持续日数与雨日、降水量和日照时数呈正相关。降雨日数越多，花期持续日数越长，但降水量过大过急将引起大量落花，造成花期缩短。梨树花期喜雨湿相间，小雨天气有利于延长花期。

（4）针对梨树始花期历年上年12月至次年2月的气象因子，用逐步回归方法建立的梨树始花期预报模型具有良好的预报效果，其影响因子均在1、2月，能较常年平均花期提前13 d进行预测，为梨花观赏提供精准化的气象服务。

参考文献

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