關于蝗蟲災害預測的幾點思考

1大氣環(huán)流與水景觀蝗蟲熱是影響中國內蒙古生態(tài)環(huán)境和農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要自然災害之一。長期以來,蝗災監(jiān)測、預測和防治工作一直受到國內外相關領域的高度重視。國內在蝗蟲生理(郝錫聯等,2006)、區(qū)域分布(孫曉玲等,2006)、種群競爭(賀達漢等,1997a)、行為生態(tài)(顏忠誠和陳永林,1997)、生存環(huán)境(楊蓮梅和王建中,2004)和空間生態(tài)位(賀達漢等,1997b)等方面進行了大量研究,并取得許多成果;國外學者研究了蝗蟲生境(Schell&Lockwood,1997)、牧場蝗蟲壽命與死亡率的關系(Onsaber&Hewitt,1982)、信風對遷飛的影響(Rosenberg&Burt,1999)以及蝗蟲控制的經濟閾值(Davisetal.,1992)等。大氣環(huán)流在不同緯度、海-陸間進行水汽、熱量和能量交換與輸送,影響、控制著天氣、氣候狀況。副高(面積、脊線和北界)、極渦(強度和位置)和阻塞高壓(西風帶中暖高壓脊北伸脫離母體形成高壓暖氣堆)等是影響北方地區(qū)溫度和降水的主要大氣環(huán)流特征量,其異常變化可導致天氣、氣候異常,造成某些年份或時段降水和冷熱異常,直接或間接影響蝗蟲生理過程和生態(tài)環(huán)境,是蝗災發(fā)生重要影響因素。而利用大氣環(huán)流特征對內蒙古地區(qū)蝗蟲發(fā)生影響的研究尚未見報道。本文運用統計學理論分析了內蒙古地區(qū)蝗蟲發(fā)生與大氣環(huán)流特征的關系,為建立蝗災發(fā)生的天氣學監(jiān)測、預測模型及防災、減災和生態(tài)環(huán)境保護決策提供理論依據。2材料和方法2.1環(huán)流形勢及測量模型內蒙古自治區(qū)12個市(盟)蝗蟲發(fā)生面積資料(1981—2003年)來源于內蒙古自治區(qū)植保站等部門。1980—2003年逐月大氣環(huán)流相關資料(副熱帶高壓面積指數、強度指數、脊線位置、北界、西伸脊點;極渦面積指數、強度指數、中心位置;環(huán)流型(西方型W、經向型C、東方型E);緯向環(huán)流指數和經向環(huán)流指數;東亞槽位置和強度;印緬槽;西藏高原高度場以及冷空氣過程;臺風;太陽黑子;南方濤動指數等74項特征量)來自國家氣候中心氣候系統診斷預測室。2.2山魚屬angavilus內蒙古地區(qū)常發(fā)性蝗蟲有十幾個品種:亞洲小車蝗(Oedaleusdecorusasiaticus)、亞洲飛蝗(Locustamigratoriamigratoria)、寬須蟻蝗(Myrmeleotettixpalpalis)、狹翅雛蝗(Chorthippusdubius)、毛足棒角蝗(Dasyhippusbarbipes)、紅翅皺膝蝗(Angaracrisrhodopa)、白邊痂蝗(Bryodemaluctuosumluctuosum)等,主要危害禾本科和莎草科植物。根據歷年蝗蟲發(fā)生面積和影響程度,將蝗災面積(S)劃分為5個等級:1級(0<S≤100萬hm2)、2級(100<S≤170萬hm2)、3級(170<S≤340萬hm2)、4級(340<S≤667萬hm2)、5級(S>667萬hm2)。2.3成培育了早期大氣環(huán)境因素數據庫為增加大氣環(huán)流因子影響信息量,首先將大氣環(huán)流特征量分別按頭年和當年蝗蟲的發(fā)生組合成1776個因子(將有蝗蟲資料的首年1981年定為當年,則1980年大氣環(huán)流因子視為頭年因子,類推),消空頭年1—5月和當年6—12月資料,使其更具較明確的天氣-生物學意義,建成了888個因子的數據庫。運用SPSS統計軟件進行相關的統計分析。3結果與分析3.1影響內蒙古山海氣形勢的因子運用逐步回歸方法提取與內蒙古蝗蟲發(fā)生面積等級相關的大氣環(huán)流信息,考慮到蝗蟲產卵、越冬、孵化、蝗蝻到成蟲完成的1個世代周期較長,高空環(huán)流形勢配置及對天氣、氣候影響的復雜性,篩選出對全區(qū)不同氣候類型和植被類型、不同季節(jié)和主要生育期有重要影響的因子(表1)。表1表明,當年2月北非大西洋北美副高北界(x1)、當年1月太平洋區(qū)極渦強度指數(x2)、當年5月北半球極渦中心位置(x3)和頭年7月西太平洋副高脊線(x4)是對內蒙古蝗蟲面積(y)影響較大的大氣環(huán)流因子。構建蝗蟲發(fā)生面積等級的多息線性回歸模型,借以定量分析大氣環(huán)流因子的影響:y=7.220+0.358x1-0.038x2-0.005x3-0.174x4-0.015x5-0.012x6+0.022x7(F=82.367>F0.05)(1)3.2內蒙古蝗蟲發(fā)生水平與環(huán)境因素特征之間的關系3.2.1中小型天氣引發(fā)抗特殊特性內蒙古地區(qū)常發(fā)性蝗蟲產卵期一般為7月上旬至8月中旬,多集中在7月中旬,溫度和降水條件對成蟲生長和產卵影響較大。氣溫偏高、降水適宜或偏少有利于蝗蟲生長和產卵;低溫、寡照或暴雨對生長發(fā)育和產卵不利,甚至導致大量死亡,影響產卵數量,可能影響第2年蝗蟲發(fā)生程度。圖1表明,1983、1991、1997及2001—2003年內蒙古幾次蝗蟲大發(fā)生都與頭年7月西太平洋副高脊線位置南移有關,其中2001—2003年與頭年脊線位置南移(17°N以南)關系尤為密切(P<0.05)。當其異常偏南時,不利于夏季季風加強北上,水汽輸送受到影響,導致該地區(qū)出現高溫少雨天氣,適于蝗蟲生長和產卵。7月西太平洋副高脊線平均移動5～6個緯距(1緯距=111.14km),蝗災等級可變化1個量級。3.2.2極群強度與災害發(fā)生關系影響蝗災發(fā)生程度的冬季主要大氣環(huán)流特征為當年2月北非大西洋北美副高北界位置和當年1月太平洋區(qū)極渦強度指數。圖2表明,當年2月北非大西洋北美副高北界位置與蝗災等級相關顯著。一般當其位于12°N以北時對蝗蟲越冬有利,達到14°N以北時,災害發(fā)生等級多為3級以上。當年2月北非大西洋北美副高北界位置北移2～3個緯距,蝗災等級平均可增加1個量級。當年1月太平洋區(qū)極渦強度指數與蝗蟲發(fā)生面積等級呈負相關(表1)。1月太平洋區(qū)極渦強度越強,表明北半球冷空氣活動越強,由較強極渦分裂出冷空氣南下可導致內蒙古蝗卵越冬死亡率增加,或發(fā)育延遲,蝗蟲大發(fā)生的可能性減小。當年1月太平洋區(qū)極渦強度還影響夏季降水(黃嘉佑等,2004),可對蝗蝻和成蟲生長產生一定影響。此外,1月北半球極渦強度指數和西藏高原高度場一定程度上影響蝗蟲發(fā)生面積。3.2.3極群中心位置的變化內蒙古地區(qū)蝗卵孵化期一般為5月中旬至6月中旬。圖3表明,5月北半球極渦中心位置從1981年至2003年逐漸西移,內蒙古地區(qū)蝗災等級呈增加趨勢。當極渦中心位置移至60°—90°W時,災害等級均為3級以上。極渦強度指數對蝗災等級的影響規(guī)律不如極渦中心位置的影響明顯。3.3—內蒙古蝗蟲發(fā)生等級的模擬圖4為根據式(1)計算得出的內蒙古蝗蟲發(fā)生理論面積與實際面積的比較。從圖4可見,二者變化趨勢極其相似(擬合準確率達96%),1981—2003年蝗災等級變化可分為3個階段:1981—1990年蝗蟲發(fā)生面積等級為1～3級,平均為2級,其中災害最嚴重的1983年為3級;1991—2000年發(fā)生面積等級為2～4級,平均為3級,其中1991年災害面積達409萬hm2,為前20年最高值;2001—2003年災害發(fā)生面積均為5級,2001年高達1398萬hm2,為歷史最重年,比前10、20年最高值分別高5和3.4倍。4大氣環(huán)流特征與內蒙古東南角區(qū)域引發(fā)重災的現實環(huán)境背景大氣環(huán)流影響時、空尺度大,多年相對穩(wěn)定,天氣意義明確,涵蓋生態(tài)信息豐富,是用于較大空間尺度研究的較好因子。汪青春和邵玉紅(1997)曾利用大氣環(huán)流因子進行糧食產量預報,高蘋等(2005)研制了稻飛虱發(fā)生程度的大氣環(huán)流模型,劉富明等(1994)分析了小麥赤霉病流行的大氣環(huán)流特征變化,這些研究都取得較好效果。本文大氣環(huán)流特征對內蒙古蝗災發(fā)生程度模擬結果與實際發(fā)生面積等級基本相同?；认x產卵、蝗卵越冬、發(fā)育和孵化、蝗蝻和成蟲的取食、蝗蟲棲境的選擇都與氣象和氣候條件直接相關,大氣環(huán)流特征的時間和空間配置、強度變化、移動路徑、波及范圍及對天氣影響的不確定性對蝗蟲發(fā)生產生復雜影響。本研究認為,當年2月北非大西洋北美副高北界、當年1月太平洋區(qū)極渦強度指數、當年5月北半球極渦中心位置和頭年7月西太平洋副高脊線位置是影響內蒙古蝗蟲發(fā)生的重要因子。20世紀80