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Construction and application of meteorological forecast model for minimum temperature in Dangshan crisp pear orchard during flowering period

  • ZHANG Xinran ,
  • JIN Lei ,
  • SONG Zhenyan ,
  • CHEN Luyao
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  • Dangshan Meteorological Bureau, Dangshan 235300, China

Received date: 2024-10-14

  Online published: 2025-06-03

Abstract

To provide accurate meteorological forecasting services to crisp pear farmers in Dangshan County, Anhui Province, this article uses daily minimum temperature data from 5 orchards, A, B, C, D, and E, in the concentrated pear planting area of Dangshan County from March to April of 2017 to 2023, as well as daily minimum temperature data from the Dangshan National Basic Meteorological Observation Station. A simple linear regression equation was used to establish a meteorological forecasting model for the minimum temperature of crisp pear orchards during the flowering period, and this model was used to test and forecast the minimum temperature of crisp pear orchards during the flowering period in March to April 2024. The results showed that the 5 minimum temperature prediction models for orchards A, B, C, D, and E were as follows: y A=0.917 6x A-1.164 9,y B=0.908 6x B-0.342 6,y C=0.984 1x C-1.792 1,y D=0.974 7x D-0.314 6,y E=0.928 4x E-0.547 1, where x was the daily minimum temperature forecast value for Dangshan, and y was the daily minimum temperature forecast value for the orchard. The R 2 values of the model tests were all greater than 0.8, indicating that the model had a good forecasting effect; the average absolute errors of the 5 minimum temperature prediction models for orchards were 1.6, 1.2, 1.4, 0.6, and 1.2 ℃, respectively, all of which were less than 2 ℃, and the average absolute error was smaller and more accurate than using the minimum temperature of Dangshan National Basic Meteorological Observatory as the minimum temperature prediction for orchards. The average absolute errors between the forecast results and the actual situation were 1.4, 1.1, 1.2, 0.8, and 1.1 ℃, respectively, all of which were less than 2 ℃, and were smaller than the average absolute error of using the lowest temperature forecast value of Dangshan as the lowest temperature forecast value for orchards, making the prediction more accurate. This indicates forecasting model for the orchard is convenient to use, has good forecasting effects, and can be applied to practical meteorological forecasting operations. This article provides a reference for improving the accuracy of regional daily minimum temperature forecasting.

Cite this article

ZHANG Xinran , JIN Lei , SONG Zhenyan , CHEN Luyao . Construction and application of meteorological forecast model for minimum temperature in Dangshan crisp pear orchard during flowering period[J]. Anhui Agricultural Science Bulletin, 2025 , 31(10) : 98 -101 . DOI: 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2025.10.023

安徽砀山酥梨花期对温度较为敏感,尤其是温度过低可能导致花朵受冻、落花落果,严重时可能影响其产量。建立准确的果园最低温度气象预报模型,有助于果农有效应对突发低温天气,降低因气象灾害带来的风险,避免造成重大经济损失。相关学者对果园最低温度气象预报方面的研究大多是采用回归分析等统计学方法建立温度与气象因子之间的关系模型。例如,张维敏等[1]使用一元线性回归方法进行猕猴桃园高低温预测;魏月娥等[2]采用逐步回归法建立番茄、辣椒日光温室的最低气温预报模型;孟翠丽等[3]采用逐步回归方法构建冬季大棚最低温预报模型;蔡军等[4]采用统计学方法和加权最小二乘法,分析贵州威宁县近几年最高最低气温的变化特征及国家站和部分区域站最高最低气温的相关性;施俊怡等[5]采用统计学方法分析订正江苏张家港市乡镇各区域站最高最低气温。目前,对砀山县果园最低温度预报的研究有待深入。基于此,本文采用2017—2023年3—4月砀山县梨树种植集中区域的A、B、C、D、E果园每日最低温度数据和砀山县国家基本气象观测站每日最低气温数据,通过一元一次线性回归方程建立酥梨花期果园最低温度气象预报模型,并对该模型进行验证和应用。

1 材料与方法

1.1 供试材料

对2017—2023年3—4月研究区梨树种植集中区域的A(116 °31′43″ E,34 °25′35″ N)、B(116 °34′36″ E,34 °26′40″ N)、C(116 °15′59″ E,34 °33′13″ N)、D(116 °19′51″ E,34 °32′30″ N)、E(116 °25′31″ E,34 °26′52″ N)共5个果园酥梨花期每日最低温度数据和砀山县国家基本气象观测站每日最低气温数据进行分析研究。5个果园(A、B、C、D、E)的最低温度数据均来源于果园内固定布设的区域气象观测站,每个果园对应1个独立观测站。

1.2 模型设计

1.2.1 预报模型构建

采用Excel软件,将A、B、C、D、E共5个果园每日最低温度数据作为因变量(y),砀山县国家基本气象观测站每日最低气温数据作为自变量(x),采用一元一次线性回归方程分析其相关关系,建立果园最低温度预报模型。

1.2.2 预报模型检验

(1)决定系数R 2检验。在一元线性回归方程中,R 2代表回归方程对因变量的解释程度,其取值范围在0~1。当R 2=1时,表示回归方程完全解释了因变量的变化,拟合效果非常完美;当R 2=0时,表示回归方程完全不能解释因变量的变化。R 2值越接近1,说明回归方程对因变量的解释能力越强,模型的拟合效果越好;R 2值越接近0,说明对因变量的解释能力越弱。在砀山酥梨花期果园最低温度预报模型的检验中,如果R 2 >0.8,则表明该模型预报效果较好。
(2)平均绝对误差MAE检验。这是一种用于衡量预测值与真实值之间平均误差大小的指标,用预测值与真实值之差的绝对值来衡量误差,其值越小,说明预测精准度越高。计算模型预报结果与果园最低温度实况的平均绝对误差MAE1,并计算使用砀山县国家基本气象观测站最低气温预报作为果园最低温度预报结果与果园最低温度实况的平均绝对误差MAE2。在实际业务中,最低温度预报和最低温度实况差值在±2 ℃以内,代表预报准确;如果MAE1和MAE2均在±2 ℃以内,且MAE1小于MAE2,则表明模型预报结果更精准。

1.2.3 预报模型应用

将气象预报业务软件MICAPS中EC细网格预报出的砀山某日最低气温(EC细网格预报的当日20时至次日20时的2 m温度最小值)代入酥梨花期果园最低温度预报模型公式,计算出果园最低温度预报值。

2 结果与分析

2.1 预报模型构建

砀山酥梨花期A、B、C、D、E果园最低温度预报模型分别为y A=0.917 6x A-1.164 9,y B=0.908 6x B-0.342 6,y C=0.984 1x C-1.792 1,y D=0.974 7x D-0.314 6,y E=0.928 4x E-0.547 1。其中,x为砀山县国家基本气象观测站每日最低气温,y为A、B、C、D、E果园每日最低温度预报值(图1)。
图1 砀山酥梨集中种植地区的最低温度预报模型

2.2 预报模型检验

2.2.1 决定系数R 2检验

图1可知,在酥梨花期A、B、C、D、E 5个果园最低温度预报模型中,模型R 2检验结果分别为0.827 6、0.878 0、0.842 9、0.964 6、0.889 9,均大于0.8,说明该回归方程对因变量的解释能力较强,模型预报效果较好(表1)。
表1 各果园模型预测检验
果园 决定系数R 2 平均绝对误差MAE1 平均绝对误差MAE2
A 0.827 6 1.6 2.0
B 0.878 0 1.2 1.4
C 0.842 9 1.4 1.9
D 0.964 6 0.6 0.7
E 0.889 9 1.2 1.3

2.2.2 平均绝对误差MAE检验

酥梨花期A、B、C、D、E 5个果园最低温度预报模型预报结果与最低温度实况的平均绝对误差MAE1分别为1.6、1.2、1.4、0.6、1.2 ℃;使用砀山县国家基本气象观测站最低气温预报作为果园最低温度预报结果与最低温度实况的平均绝对误差MAE2为2.0、1.4、1.9、0.7、1.3 ℃。MAE1和MAE2均在±2 ℃以内,代表该模型预报的最低温度准确,且MAE1均小于MAE2,表明该模型预报的A、B、C、D、E 5个果园最低温度总体更精准(表1)。
两种检验方法均证明酥梨花期果园最低温度预报模型预报效果较好,预报精准度较高,可应用于实际预测业务。

2.3 预报模型应用

用该预报模型对2024年3—4月研究区酥梨花期A、B、C、D、E果园的最低温度进行预报应用。果园最低温度预报结果与最低温度实况的平均绝对误差MAE1分别为1.4、1.1、1.2、0.8、1.1 ℃。使用砀山最低气温预报值作为果园最低温度预报结果与最低温度实况的平均绝对误差MAE2为1.9、1.3、1.3、0.9、1.1 ℃。MAE1和MAE2均在±2 ℃以内,代表最低温度预报准确,且MAE1均小于MAE2,表明模型预报的A、B、C、D、E果园最低温度更精准。砀山酥梨花期果园最低温度预报模型使用便捷,预测效果较好,可应用于实际业务。

3 结论与讨论

安徽砀山县酥梨花期易遭受低温冻害,研究其花期果园最低温度气象预报模型,可以帮助果农提前采取有效防护措施,减少对梨花、梨树果实产量和果实品质的损害。酥梨花期是其生长过程中的关键时期,温度对花朵的发育、授粉等至关重要。研究出一套针对砀山本地的酥梨花期果园最低温度气象预报模型,能够及时为果农提供精准的气象预报服务。本研究结果表明,研究区酥梨花期A、B、C、D、E果园最低温度气象预报模型分别为y A=0.917 6x A-1.164 9,y B=0.908 6x B-0.342 6,y C=0.984 1x C-1.792 1,y D=0.974 7x D-0.314 6,y E=0.928 4x E-0.547 1,其中x为砀山县国家基本气象观测站每日最低气温,y为果园最低温度预报值。研究区酥梨花期5个果园最低温度预报模型检验R 2均大于0.8,表明模型预报效果较好。5个果园最低温度预报模型的平均绝对误差分别为1.6、1.2、1.4、0.6和1.2 ℃。均小于2 ℃,且比使用砀山县国家基本气象观测站最低气温作为果园最低温度的平均绝对误差更小,预测更精准。用砀山酥梨花期果园最低温度预报模型对2024年3—4月酥梨花期5个果园最低温度进行预报应用。预报结果与实况的平均绝对误差分别为1.4、1.1、1.2、0.8和1.1 ℃,均小于2 ℃,且比使用砀山最低气温预报值作为果园最低温度预报值的平均绝对误差更小,预测更精准。
在果树花期低温气象服务方面,众多学者已开展了相关研究。黄小静等[6]对甘肃天水市麦积区“花牛”苹果花期冻害及防控措施进行了研究,结果表明,花期频频出现的低温霜冻,已成为当地果品生产的主要灾害之一;采取必要的防控措施,可以减轻冻害对苹果生产的影响,实现灾前有预防、灾后有补救,将花期冻害损失降到最低,确保当地果农稳产增收。李丙智等[7]开展了甘肃、宁夏苹果花后霜冻防控技术效果调查,在大多数苹果园严重减产的情况下,有5处果园坐果情况良好;对这5处果园基本情况、肥水管理情况以及保花保果措施应用情况进行调查分析,提出果园预防花期晚霜冻害综合技术实施建议。以上研究证明,精准的果园花期低温预报和合理的防范措施可有效降低霜冻灾害带来的经济损失。
砀山酥梨花期果园最低温度气象预报模型的建立,对农业生产有重要作用。一是预防酥梨花期低温冻害。该模型能为果园管理者提供及时、准确的最低温度预报信息,让果农及时掌握花期可能出现的低温情况。当有低温冻害风险时,果农可提前采取相应预防措施,如在果园熏烟、喷水、覆盖保温材料等,减轻低温对花朵的伤害,降低冻害损失,保证坐果率和果实产量。二是指导花期管理。通过果园最低温度气象预报模型,果农可根据温度变化合理安排花期各项工作。在温度适宜时段进行人工授粉,提高授粉成功率。根据温度情况合理灌溉和施肥,避免因低温或高温导致肥料吸收不良或水分供应不当,影响果树生长和果实发育。三是提升果实品质。适宜的温度条件是保证砀山酥梨果实品质的关键因素之一。准确预报花期最低温度并采取相应措施,可减少低温胁迫导致的果实畸形、发育不良等问题,提高果实品质,为果农带来更高的经济效益。
该气象预报模型研究成果有助于提高气象预报在特定区域和时段的准确性,有利于气象部门提供更专业、更精细的气象服务,以满足区域个性化气象服务需求。
1
张维敏,王景红,李化龙,等. 基于猕猴桃园小气候特征的高低温灾害预测模型构建[J]. 果树学报202138(12):2236-2245.

2
魏月娥,杜宏娟. 日光温室最低气温预报技术研究[J]. 农业技术与装备2023(6):132-135.

3
孟翠丽,杨文刚,张淑娟,等. 湖北省冬季设施火龙果最低气温变化特征及预报模型研究[J]. 湖北农业科学201958(24):84-87,92.

4
蔡军,杨承梅,倪妮,等. 威宁县乡镇最高最低气温分析与预报方法探讨[J]. 中低纬山地气象201943(5):29-35.

5
施俊怡,张育萍,余佐励. 张家港市乡镇温度订正方法研究[J]. 现代农业科技2024(6):118-123.

6
黄小静,陈国亮,丁平安,等. 苹果花期冻害影响因素及防控措施[J]. 基层农技推广202513(1):106-109.

7
李丙智,王选强,马磊,等. 甘肃宁夏2023年苹果花后霜冻防控技术效果调查[J]. 西北园艺2023(12):62-64.

Outlines

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