稻飛虱發生等級的時空變化范文

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《自然災害學報》2014年第二期

1資料和方法

1．1資料來源蟲情資料選用廣西農業廳植保總站提供的60個農作物病蟲測報站1988－2010年廣西逐年稻飛虱發生等級資料。稻飛虱發生等級共分為1－6級的6個級別標準［26］:1級(輕)程度為百叢蟲量(頭)＜500，2級(中偏輕)程度為百叢蟲量(頭)500～1000，3級(中等)程度為百叢蟲量(頭)1000～2000，4級(中偏重)程度為百叢蟲量(頭)2000～3000，5級(重)程度為百叢蟲量(頭)3000～8000，6級(極重)程度為百叢蟲量(頭)＞8000。

1．2選用方法本文統計1988－2010年逐年上半年和下半年平均發生等級并建立時間序列，用算術平均求取區域平均序列，運用正交函數分解(EOF)、旋轉經驗正交函數分解(REOF)、趨勢分析、線性傾向計算、階段性分析、M－K檢測等方法［27］進行統計分析研究，揭示廣西稻飛虱發生等級的時空演變特征。

2結果與分析

2．1廣西稻飛虱上半年和下半年發生等級的分布特征從廣西上半年稻飛虱等級1988－2010年多年平均分布圖(圖1(a))，可以看到廣西東北部和東部地區等級普遍較高，多年平均值在4級以上，等級最高的是廣西東北部的臨桂，多年平均值為5．2級，等級次高的是廣西東北部的永福，多年平均值為5．0級;廣西沿海地區和西部山區等級普遍較低，多年平均值為2～3級，等級最低的是廣西沿海的防城縣，多年平均值為2．4級，等級次低的是廣西沿海的合浦，多年平均值為2．5級;廣西中部和西部其它地區發生等級普遍為3～4級。可見各地平均發生等級是不同的，最高值和最低值相差近3個等級，桂東平均等級比桂西或沿海地區偏高2級左右。從廣西下半年稻飛虱等級1988－2010年多年平均分布圖(圖1(b))上可見，等級較高的區域仍然是桂東地區，多年平均值為3．0～4．7，等級最高的是廣西東部的桂平，多年平均值為4．7級，等級次高的是廣西東北部的全州、荔浦等地，多年平均值為4．6級;廣西西部地區和沿海地區，以及北部高海拔山區等級普遍較低，多年平均值為2～3級，等級最低的是廣西中部海拔較高的金秀，多年平均值為2．4級，等級次低的是廣西西部的龍州，多年平均值為2．5級;廣西中部大部分地區發生等級普遍為3～4級。各地平均發生等級最高值和最低值相差2．3級，而桂東平均等級比桂西或沿海地區偏高1～2級。分析可見，下半年稻飛虱平均發生等級普遍比上半年偏低0．5～1．2級，東北部和西部偏低更明顯。

2．2廣西稻飛虱發生等級的變化趨勢以廣西60個農作物病蟲測報站的上半年稻飛虱發生等級的算術平均作為區域平均序列。1988－2010年廣西上半年稻飛虱平均等級最高的為2007年4．6級，最低的是1989年3．4級，累年平均值為3．9級;序列略呈上升趨勢，趨勢系數為0．32，未達到0．10的顯著性檢驗水平;序列呈現顯著的階段性，存在2個偏高時期，分別是1990－1996年和2005－2009年，和1個偏少期1997－2004年，t檢驗結果表明，在α=0．05的顯著性水平上，1997－2004年和2005－2009年的等級均值有顯著差異(圖2(a))。由于上半年稻飛虱平均等級變化具有顯著的階段性特征，因此進一步分析其突變特征。時間序列突變是指在短時期內由一種相對穩定狀態過渡到另一種狀態的變化，它是時間變量非線性性質的一種表現。本文采用檢測范圍寬、定量化程度高，且被廣泛認為理論基礎和應用效果均較好的M－K突變檢測法來檢驗序列的突變性。上半年平均等級序列的M－K突變檢測曲線(圖2(b))表明，1990－2010年UF(正序)線的值都大于0，表明序列呈上升趨勢，且1995－1998年，2007－2008年UF線有短暫時期超過α=0．05顯著性檢驗水平，但UB線與UF線出現了多個相交點，因此可以判斷整個序列未檢出突變的發生。說明上半年稻飛虱平均等級序列為上升趨勢，但增高趨勢顯著性達不到α=0．05顯著性水平。1988－2010年廣西下半年稻飛虱平均等級最高的為2008年4．1級，最低的是1993年2．7級，累年平均值為3．4級;序列呈顯著上升趨勢，趨勢系數為0．78，達到α=0．001的顯著性檢驗水平(圖3(a))。下半年平均等級序列的M－K突變檢測曲線(圖3(b))表明，1988－2010年UF(正序)線的值基本都大于0，表明序列呈上升趨勢，且2003－2010年UF線超過α=0．01顯著性檢驗水平，UB線與UF線在2001年附近出現相交點，交點在置信線±2．56之間，說明該時間區域內序列發生了突變，下半年稻飛虱平均等級增高趨勢顯著，2001年是稻飛虱等級明顯增高的突變點。以廣西60個農作物病蟲測報站的稻飛虱發生等級變化趨勢系數，分別繪制區域分布圖(圖4(a))顯示，1988－2010年廣西上半年稻飛虱發生等級趨勢系數分布呈現較強的局地性，桂東大部地區趨勢系數在－0．4～0．2之間，上升和下降趨勢都不顯著，但桂東北的資源和灌陽上升趨勢顯著，趨勢系數分別達0．4以上;桂西南和沿海地區的趨勢系數在－0．1～0．5之間，略呈上升趨勢，但多數站點未通過α=0．05的顯著性檢驗;而桂西北大部趨勢系數分別在0．4以上，通過α=0．05的顯著性檢驗，呈顯著上升趨勢。1988－2010年廣西下半年桂北大部地區稻飛虱發生等級變化趨勢系數在0．4以上，桂西北和桂東北部分地區趨勢系數達到0．6以上，通過ɑ=0．001的顯著性檢驗，呈顯著上升趨勢。桂南大部趨勢系數在－0．3～0．5之間，略呈上升趨勢，大部分未通過ɑ=0．1的顯著性檢驗，但沿海地區趨勢系數在0．4～0．5之間，通過ɑ=0．05的顯著性檢驗，呈顯著上升趨勢。

2．3廣西稻飛虱發生等級的空間分布型態由于廣西不同區域稻飛虱發生等級差異明顯，因此本文對廣西60個農作物病蟲測報站1988－2010年逐年上半年和下半年稻飛虱發生等級分別作EOF和REOF分解，計算其荷載向量和旋轉荷載向量，分析廣西各區域稻飛虱發生等級的空間異常特征。表1是上半年和下半年稻飛虱發生等級旋轉前后前3個模態對總方差的貢獻率和累積貢獻率。由表中可見，上半年和下半年稻飛虱發生等級旋轉前、后前3個模態累積解釋方差貢獻分別占總方差的56．1%和61．5%，因此前3個模態基本反映了廣西上半年和下半年稻飛虱發生等級的分布特征。研究表明，稻飛虱發生程度和溫度、濕度、食物、天敵等因素關系密切，高溫、高濕、降水日數多等氣候條件有利稻飛虱發生和繁殖。上半年廣西稻飛虱主要發生時段在4月下旬到6月下旬，此時正是華南前汛期，影響廣西的天氣系統主要有冷空氣、華南靜止鋒、西南季風等，各地氣候變化差異較大。REOF分解能突出稻飛虱發生等級的地域特征，根據上半年稻飛虱發生等級前3個旋轉空間模態的高載荷分布(等值線絕對值≥0．4)，將發生等級異常特征劃分為3個區域(圖5(a)－(c))。第1旋轉因子的荷載分布(圖5(a))以桂西北的高荷載為主要特征，高荷載中心在右江河谷地區，其值達0．823，該區域處在云貴高原東側余脈，峰高嶺峻，水稻種植面積較小，冬春季受西南低壓影響，光照充足、濕度小，初夏降水日數少，上半年稻飛虱發生等級普遍較低;但當夏季風爆發早的年份，西南暖濕氣流強盛，該區域濕度大，初夏降水日數較多，上半年稻飛虱發生等級較高。第2旋轉因子高荷載區(圖5(b))的主要特征是在桂東有一個負的高荷載區，中心在岑溪、蒼梧、藤縣附近達－0．786，上林、賓陽和橫縣等地荷載也較高，而其余地區荷載值均較小。該區域和廣東省相連，地勢平緩，多河谷平原，是廣西主要的水稻種植區域，冬春季冷暖氣團交匯，當暖氣團旺盛，氣溫高、濕度大，初夏降水日數較多時，上半年稻飛虱發生等級普遍較高、程度較重，而當冷氣團較強，氣溫低、濕度小，初夏降水較少時，稻飛虱發生等級較低、程度較輕。第3旋轉因子高荷載區(圖5(c))分布在廣西沿海和西南地區，以上思、寧明、江州為中心，最大值達0．719，其余地區大多在0．0～0．3之間。該區域和北部灣及越南北部相連，地勢低平，部分地區屬熱帶，氣候溫暖，水稻種植較多，當冬春季暖氣團強盛、冷空氣較弱，冬春季濕度小，初夏降水日數較少時，上半年稻飛虱發生等級普遍較低;但當夏季風爆發早的年份，西南暖濕氣流強盛，該區域濕度大，初夏降水日數較多，上半年稻飛虱發生等級較高。下半年廣西稻飛虱主要發生時段在8月上旬到9月下旬，此時正是華南后汛期，受熱帶氣旋、熱帶輻合帶(ITCZ)和南支槽前的暖濕氣流影響頻繁，且廣西位于西太平洋副高西部、南部邊緣，隨著這些熱帶、副熱帶系統的進退，廣西年際間氣候變化較大。常年8月下旬后，東亞季風轉向，北方稻區遷出蟲源在東北氣流運載下向南回遷。根據下半年稻飛虱發生等級前3個旋轉空間模態的高載荷分布(等值線絕對值≥0．4)，將發生等級異常特征劃分為3個區域，圖5(e)－(f)給出了前3個旋轉模態的空間分布。第1旋轉特征向量高值區(圖5(d))位于桂南，荷載中心值達0．865，位于玉林市和沿海地區，該區域和南海、越南北部及廣東省相連，地勢低平，是廣西主要水稻種植區，在夏末秋初夏季風向南撤退，北方稻區遷出蟲源也向南回遷，在副高系統強度較強、位置偏北的年份，桂南受熱帶氣旋和ITCZ影響頻繁，濕度大，降水日數較多，有利稻飛虱繁殖，因而發生等級普遍較高;而在副高位置偏南的年份，該區域常受副高脊控制，濕度小，降水日數較少，稻飛虱等級較低。第2旋轉特征向量高值區(圖5(e))位于桂東北，荷載中心值達－0．806，由于入秋比桂南早，該區域晚稻種植季節也比桂南早，此時桂東北處于副高西南側，在副高位置偏北的年份，處于西太平洋副高南部，受熱帶氣旋和ITCZ影響，濕度大，降水日數較多，有利稻飛虱繁殖，因而發生等級普遍較高;但在副高偏南的年份，該區域常受副高脊控制，濕度小，降水日數較少，稻飛虱等級較低。第3旋轉特征向量高值區(圖5(f))位于桂西北，荷載中心值達0．772，該區域夏末秋初處于副高西側，在副高位置偏東的年份，桂西北受西南暖濕氣流和ITCZ影響，濕度大，降水日數較多，有利稻飛虱繁殖，因而發生等級普遍較高;但在副高偏西的年份，該區域常受副高脊控制，濕度小，降水日數較少，稻飛虱等級較低。綜合上述分析，根據REOF的結果分別確定的1988－2010年廣西上半年和下半年稻飛虱發生等級的3個主要空間分區，基本概括了廣西稻飛虱發生等級異常的主要分布特征，按各自方差貢獻從大到小的順序，上半年分別是桂西北區、桂東區、桂西南區，下半年分別是桂南區、桂東北區和桂西北區。上半年和下半年稻飛虱發生等級的REOF前3個模態的方差貢獻都較大，是發生等級空間異常的3個最主要模態。

2．4不同空間分布型態代表站發生等級的變化特征

2．4．1年際和年代際變化特征由于REOF各模態高值中心站點能較好地代表各分區稻飛虱等級變化特征，本文分別利用上半年和下半年各分區中心的3個代表站點稻飛虱發生等級平均序列來研究該地區的時間變化特征。圖5分別給出了各分區代表站點平均發生等級的時間演變曲線、線性趨勢或階段性特征。由于影響稻飛虱發生等級的因素很復雜，致使各分區等級的變化有較大差異。上半年桂西北區平均等級最低為1．7級(1991年)，最高為4．5級(2009年)，最低和最高相差近3級，序列呈顯著上升趨勢，其趨勢系數為0．74(n=23)，通過了α=0．001的顯著性水平檢驗，傾向率為0．85級/10a，即在23a中發生等級每10年增加0．85級(圖6(a))。桂東區的平均等級較高，序列平均為4．5級，其變化趨勢不明顯，趨勢系數為－0．16(n=23)，達不到α=0．1的顯著性水平，平均等級最低的2006年(3．6級)，和最高的2007年(5．4級)相差不到2級(圖6(b))。桂西南區的平均等級較低，在1．7級(1988年)到4．0級(1990年、2008年)之間波動，序列有顯著的階段性，1991－1997年和2004－2008年平均等級偏高，為3．5級，1998－2003年平均等級較低，為2．8級，略呈上升趨勢，趨勢系數為0．25(n=23)，達不到α=0．1的顯著性水平(圖6(c))。下半年各分區平均發生等級都呈上升趨勢，其中桂東北區和桂西北區上升趨勢顯著。桂東北區平均等級較高，在3．2～4．9之間變化，2000年以前等級都不超過4．0級，但2000年之后幾乎都在4級以上，從年代際平均等級看，20世紀80年代和90年代分別為3．4級和3．7級，21世紀初的10年平均達到4．5級，序列趨勢系數為0．837(n=23)，通過了α=0．001的顯著性水平檢驗，氣候傾向率為0．63級/10a，即每10a增加0．63級(圖6(e))。桂西北區平均等級在1．7～4．3之間變化，1990－1991年等級較高，達到3．5級以上，1992－2000年回落到2～3級之間，2001年以后迅速上升，平均等級都在3級以上，從年代際平均等級看，20世紀80年代和90年代分別為2．8級和2．5級，21世紀初的10a平均為3．5級，序列趨勢系數為0．557(n=23)，通過了α=0．01的顯著性水平檢驗，氣候傾向率為0．58級/10a，即每10a增加0．58級(圖6(f))。桂南區平均發生等級在2．9～5．3之間變化，從年代際平均等級看，20世紀80年代和90年代分別為3．6級和3．8級，21世紀初的10a平均為4．3級，序列略呈上升趨勢，趨勢系數為0．393(n=23)，達不到α=0．05的顯著性水平檢驗。年代際變化特征和序列的趨勢變化特征、階段性特征基本相符(圖6(d))。

2．4．2突變特征分析圖7是廣西稻飛虱上半年和下半年各3個分區代表站的平均等級序列的M－K突變檢測結果。由圖中可見，6個代表站序列都發生了突變。上半年桂西北區稻飛虱平均等級序列的M－K檢測表明，1993－2010年UF(正序)線的值都大于0，表明序列呈上升趨勢，且2001年開始UF線超過α=0．01顯著性檢驗水平，且UB線與UF線在1994年附近出現相交點，交點在置信線±2．56之間，說明該時間區域內序列發生了突變，因此上半年桂西北區平均等級增高趨勢顯著，1994年是明顯增高的突變點(圖7a)。上半年桂東區平均等級序列的M－K檢測表明，1988－2010年UF線和UB線在0值附近波動，且未超過±1．96臨界線，因此該序列未發生突變(圖7(b))。上半年桂西南區平均等級序列的M－K檢測表明，1988－2010年UF線在大部分時段都大于0，說明該序列呈上升趨勢。UB線在1997－1999年大于臨界線1．96，但兩序列出現了多個相交點，因此可以斷定該序列未發生突變(圖7(c))。下半年桂南區平均等級UF線在1988－2010年的大部分時段都大于0值，說明該序列呈上升趨勢，但UB線與UF線均未超過臨界線±1．96，因此該序列未發生突變(圖7(d))。下半年桂東北區平均等級UF線在1988－2010年上都大于0值，說明該序列呈上升趨勢，2000年開始UF線超過α=0．01顯著性檢驗水平，且UB線與UF線在1998年附近出現相交點，交點在置信線±2．56之間，說明該序列發生了顯著增高的突變，增高趨勢超過α=0．01的顯著性水平(圖7(e))。下半年桂西北區平均等級UF線1992－2001年均小于0值，表明序列在該時段為下降趨勢，但在2002年開始均大于0值，表明序列轉為上升趨勢，且2009年開始UF線超過α=0．01顯著性檢驗水平，且UB線與UF線在2006年出現相交點，交點在置信線±2．56之間，說明序列發生了突變，因此下半年桂西北區平均等級增高趨勢顯著，2006年是明顯增高的突變點(圖7(f))。

3結論

(1)從時間變化演變趨勢看，1988－2010年廣西稻飛虱發生平均等級上半年比下半年高0．5～1．2級;廣西稻飛虱上半年和下半年平均發生等級都呈上升趨勢，但上半年增高趨勢顯著性達不到α=0．05顯著性水平，上半年稻飛虱平均等級變化具有顯著的階段性特征，存在2個顯著的偏高時期(1990－1996年和2005－2009年)，而下半年稻飛虱平均發生等級的上升趨勢則更顯著，達到α=0．001的顯著性檢驗水平。(2)從地域分布演變趨勢看，1988－2010年廣西上半年和下半年稻飛虱平均發生等級桂東比桂西或沿海地區偏高1～3級。上半年和下半年稻飛虱發生等級各分區的變化有較大差異，上半年桂西北區和桂西南區平均等級較低，而桂東區較高;桂西北區等級呈顯著上升趨勢，桂西南區略呈上升趨勢，而桂東區線性變化趨勢不明顯。下半年稻飛虱平均發生等級較高的仍然是桂東地區，西部等地區則較低;下半年各分區平均發生等級都呈上升趨勢，其中桂東北區和桂西北區上升趨勢顯著，而桂南區略呈上升趨勢。(3)根據REOF的結果分別確定的1988－2010年廣西上半年和下半年稻飛虱發生等級的3個主要空間分區域，基本概括了廣西稻飛虱發生等級異常的主要分布特征，按各自方差貢獻從大到小的順序，上半年分別是桂西北區、桂東區、桂西南區，下半年分別是桂南區、桂東北區和桂西北區。(4)M－K突變檢測表明，雖然1988－2010年上半年廣西總體稻飛虱發生平均等級序列未檢出突變，但桂西北區呈顯著上升趨勢，并在1994年發生了明顯增高的突變。下半年廣西總體稻飛虱發生平均等級增高趨勢顯著，且2001年發生了明顯增高的突變，其中下半年桂西北區和桂東北區都呈顯著上升趨勢，并分別在2006年和1998年發生了明顯增高的突變。

4討論

本文應用廣西近20多a中60個農業病蟲測報植保站的稻飛虱發生等級連續測報資料，采用正交函數分解、旋轉經驗正交函數、趨勢計算分析、線性傾向計算、M－K檢測等多種方法，對廣西稻飛虱發生程度時間變化和空間分布特征規律進行了分析研究，并得出了比較詳細的研究結果;與國內已有的大多數同類研究［3，13］［28－30］比較:本研究采用稻飛虱害蟲發生等級測報資料的研究樣本站點數較多和樣本時間序列長度較長，從數理統計學和農業氣象學、氣候學、生物學、災害學等角度考慮，均使本研究結果具有更好的客觀性和代表性;本文采用旋轉經驗正交函數等多種方法，研究廣西稻飛虱發生程度的時間變化(分不同時段)和空間分布(分各類區域)變化特征規律得出的研究結果更為細致全面，而且匹配豐富的圖表更為直觀實用;尤其是本文不僅僅研究了廣西稻飛虱發生程度的總體變化趨勢規律，更重要的是比較創新地采用M－K檢測等方法研究了稻飛虱發生程度的突變特點規律，為更好地尋找影響稻飛虱發生流行的關鍵環境因子，提高稻飛虱發生流行的監測預報預警精度和研制有效防治稻飛虱暴發成災的針對性防控措施提供了重要的基礎研究。本文對廣西稻飛虱發生等級的時間變化和空間分布特征規律進行了比較細致全面的分析研究，為各相關部門開展稻飛虱發生發展的監測預報預警奠定了良好基礎和制定害蟲防控對策提供科學決策依據。關于對廣西稻飛虱發生發展的天氣氣候背景主要影響因素、關鍵影響因子和稻飛虱發生流行的氣象等級指標以及氣象等級監測評估預警等方面還需要今后做進一步的一系列研究，目前我們也正在努力研究與探討中。

作者：何慧何燕孟翠麗龍夢玲謝茂昌李玉紅單位：廣西區氣象減災研究所/國家衛星氣象中心遙感應用示范基地廣西區氣候中心廣西區植保總站