苹果气象研究

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苹果气象服务系统研究——以运城市为例

摘要

运城市是山西省的苹果产业基地，是全国苹果优生区。目前苹果面积已达328万亩，年产量达300多万吨，约占全国总产量的18％。气象条件是影响苹果产量和品质的重要气候生态因子，研究苹果产业与气候生态环境的关系，对于趋利避害挖掘气候资源潜力，减轻气象灾害危害，加快发展苹果产业，增强运城市苹果市场竞争力，获得更大的经济效益都具有重要的现实意义和深远的战略意义。

为了使运城市苹果产业更好的发展，使得苹果的生长发育适合气候变化的趋势，需要深入研究气象影响因子（包含气象条件、气象灾害等）对苹果生长、发育、产量、质量影响及相应对策。运城市的气候条件有适合苹果生长、发育并且高产的优质气候资源，也存在着病虫害和气象灾害等对苹果生长、发育影响的不利因素，例如冬春干旱、花期冻害、冰雹、秋季连阴雨等。

本文针对山西省运城市苹果产业实际发展的需求，对影响山西省运城市苹果的上述方面进行了比较全面系统的研究，以期能为提高苹果产业气象服务水平提

供更多的科学依据。

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第一章 绪论

1.1 研究背景

。

1.2 国内外研究现状

1.2.1. 国外相关研究

国外对苹果产业化发展非常重视，已进行了大量的苹果气候生态关系研究，美、日、俄等国家在这方面取得了较多研究成果。日本苹果栽培专家根据日本气候生态环境条件的特点，在日本青森县南津轻郡藤崎町进行杂交培育举世闻名的“富士”优等果品[2]。20世纪60年代开始大力推广富士苹果，该品种被认为是“划时代品种”，是苹果冲向世界的市场竞争的一张王牌。

关于气象条件的关系方面，Heinicke对苹果树内的光照分布模式做过研究[3]；Reinhard Paulesich对形状不同的树冠光照分布状况做过研究[4]；Michael Glantz研究过苹果不同树型树冠内太阳辐射分布状况[5]；PaFaHHer研究得出不同地区不同苹果品种需要的正积温900～2850℃，个别品种达到3000℃左右；H．JIpar研究表明在积温3000～3200℃左右时，苹果树干最大，产量最高[6]。A.n.JIocOB研究表明，苹果果实体积与蓄水量之间相关系数达0.96，J.E.Goode研究表明干旱使苹果体积减少50％，优果率下降65％。

在气象灾害方面对苹果的专门研究比较少，但有气象灾害对其他作物的影响，StevenM.Quiring, Timothy N. Papakryiakou分析了加拿大小麦干旱的影响，利用曲线回归模型建立了小麦干旱指数 [7] ；Ashok K. Mishra Vijay P. Singh基于概率模型分析干旱时空变化，对干旱进行预测 [8] 。国外科学家在应用雷达识别冰雹云方面做了大量的工作，Mather把45dBz 高 度≥0℃层高度（H0）+3.3km作为地面降雹的判据[9]。瑞士、法国、意大利等国，将45dBz高度≥H0+1.4km作为冰雹识别指标[10]。

在果树病虫害与气象条件的关系研究方面，日本走在前列。日本学者森下争产对近100年日本褐飞虱大发生与ElNino的关系进行了研究，得出E1Nino次年为日本褐飞虱大发生年。韩国利用气象卫星收视系统建立了果树病虫害信息可视网络咨询服务系统采用国际互联网，开发果树病虫害监测、预报及管理系统。

对于产量预测预报，国外对此研究较早，60年代中期，美国的W．GDuncun和R．S．Loomis与荷兰的Dewit同时提出作物群体模式研究[11]，现在苏联、美国、荷兰、日本等国家对棉花、小麦、糖用甜菜等作物在农业气象预报方面的研究已取得了明显成果。

国外早在20世纪70年代就开始将计算机技术应用到农业生产中，以解决病

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虫防控和农业生产问题。如：1996年，瑞士开发出谷物预测预报系统EPIPRE，可准确地预报杀虫剂的施用日期，为化学药剂的合理使用提供决策，降低环境污染

[12]

。

1.2.2. 国内相关研究

我国苹果生产从上世纪中期开始起步，80年代迅速发展并从国外引进不少新

品种，苹果产量和品质在不断提高。如何合理利用当地气候生态环境优势，充分发挥当地气候资源潜力，建立适宜的栽培管理技术规范，趋利避害，促进苹果产量，尤其是品质提高，已成为各果区关注的热点。深化果业气象服务内容，规范果业气象服务技术体系越来越引起国内外果业管理部门、经销商和种植户的重视。

国内对果树与气象条件进行了大量的研究。蒲金涌等[13]人研究发现，甘肃黄土高原自1971-2005年，年平均气温增加了0.9~1.8℃,受此影响，苹果叶芽放、展叶、开花等早期物候期提前了14d左右，叶变色、落叶等后期物候期后延了2~5d；郭海英等[14]研究发现随着气候变暖，果树在春季发育的物候期普遍提前，而果树的春季各发育期间隔并未出现缩短的趋势；毛明策等[15]研究了陕西省长武温度与苹果初花期之间的关系；李美荣[16]分析了陕西省7个果区气候变化及对苹果开花期的影响,并建立了苹果始花期物候模型；杨小利等[17]研究陇东黄土高原典型站苹果生长对气候变化的响应。

关于苹果花期冻害引起了多位专家学者的关注，已有多位学者对其进行了灾害特征及影响分析、气候适宜性及灾害风险等的研究。关于受冻指标，李健[18]等以2 ℃、0 ℃、 -2 ℃为不同冻害等级临界气温，采用统计结合试验等方法确定陕西苹果花期冻害主要危害地区为延安和渭北西部果区，主要危害时段为4月中旬；李美荣等以0 ℃、 -2 ℃、 -4 ℃为不同冻害等级临界气温，统计分析得出陕西苹果花期冻害发生频率呈西北向东南减少的特征。董能利[19]对黄河河道地区果树冻害发生规律及防治对策进行过研究；杨梅宁、王秋萍[20]分别对苹果花蕾期冻害发生规律及防御对策进行了研究；毛明策等[21]分别对苹果初花期与温度的关系及气候变暖对苹果物候期的影响进行了研究 ,为防御苹果花期冻害提供气象信息；夏丽花等[22]利用逐步回归分析建立了短期最低气温预报方程,对果树低温冻害进行短期预报。

旱涝气候预测应是气候预测的重点，对旱涝气候规律和预测方法的研究已是当务之急。然而，旱涝灾害特别是降水量的预测是大气科学中最为复杂、最为困难的课题之一。20世纪90年代以来，随着气候系统研究的深入，海～气相互作用、陆～气相互作用、冰雪～大气相互作用等研究领域都取得了令人瞩目的成果。为气候预测提供了新理论和新方法。季劲钧[23]对陆面物理和生物学过程进行了模拟研究。吴国雄等研制出全球海洋～大气～陆面系统模式(GOALS)，广泛应用于气候研究。汤懋苍从地气相互作用出发，根据冬季深层地温场与夏季降水场有明显

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的相关关系，研制出“地气图法”，多年来用于制作汛期旱涝预报，取得了一定的效果。利用场时间序列做区域旱涝气候预测是最诱人的一个应用方面。于是，我们以陆～气相互作用为物理基础，结合运城的自然环境和气候特点，建立预测指标，进行预测试验。

多年来，国内外许多专家致力于冰雹预报方法的研究。如雷雨大风等。冯晋勤[24]对福建地区的冰雹天气进行了系统研究，并详尽介绍了冰雹的形成机理和预报方法，为以后开展冰雹研究奠定了基础。河南省把40dBz作为有无冰雹的判据之一，陕北地区用711雷达的45dBz强回波顶高≥H0+2.3km作为判据来识别冰雹云。这些研究为预测冰雹天气提供了参考。

我国学者在20世纪80年代以前,主要是以寻找、观察农作物病虫害发生发展的周边气象条件为主,并以指标法、物候、统计等方法进行了短期预报。进入80年代以后,大尺度的气候背景(如厄尔尼诺事件、海温、副热带高压和大气环流特征量等)与农作物病虫害发生流行的相关关系及其亲合机制研究开始出现,气象条件与害虫生命表、农作物产量损失、防治指标和预测模型的研究得到了加强；80年代末始,农作物病虫害的中、短期预测进入研究应用阶段,长期预测研究进入探索阶段；20世纪90年代以来,由于气候变化的影响,气候变暖对农作物病虫害发生流行影响研究逐步开展。

在作物产量预测方面，国内其它省研究状况不尽相同，采取的方法也不同。如：用遥感技术方法预报产量，利用ARMA模型及岭回归即以趋势产量和气象产量分别建模的方法，利用灰色马尔柯夫链动态预测模型模拟趋势产量，应用自然正交方法将趋势产量和气象产量展开，利用交叉谱分析方法，从农业气象角度建立不同作物群体的光合生产模式分析作物生长季(5～9月)气温的变化对粮食产量高低的影响[25-29]等等。研究的作物也不尽相同，其中对水稻和小麦的研究较多，包括主要对水稻及冬小麦产量的主要影响因子和影响时期进行研究。利用随机天气模型研究气候变化对我国小麦发育及产量的可能影响，分析小麦和水稻的气象产量特征，根据作物产量形成与农艺性状的关系，对Baier-Robertson的模型作了改进，建立了小麦预报模式，利用化肥施用量、一季稻种植面积和l～3月平均温度建立预测模型[29-32]等等。我国在水稻生长动态模拟研究和遥感技术用于冬小麦估产方面取得了较大进展，但在玉米、大豆等早作物发育期、产量跟踪预报技术方面都还没有重要的突破，更没有形成完整的体系。由于近年农产品的产量预报工作主要集中在小麦和玉米等大田作物，鲜有针对果品等经济作物进行产量预报的具体方法或模式。

在我国，农业气象服务系统起步较晚。当前，已建立了一些用于苹果病虫害管理平台，例如，莱阳农学院秦淑莲等[33]研制的苹果园病虫害测报计算机信息系统；中国农业大学赵朋等[34]开发的苹果病虫害管理信息系统等。这些系统各适合不同的区域范围， 但目前在山西省尚没有专门的，全面的苹果预警系统在业务服务及生产中使用。