前期海温和ENSO指标与棉铃虫发生的遥相关及长期灾变预警

【摘要】： 棉铃虫(Helicoverpa armigera)具有分布广、食性杂、繁殖能力和抗逆性较强等特性，90年代初以来我国棉铃虫的大暴发引起了政府和学界的关注，有关棉铃虫的生态学和预测预报等方面已有许多研究报道，但棉铃虫的测报仅限于中短期预报，长期预报问题一直是个非常棘手的问题。作为国家973项目(TG2000016210)和国家十五攻关项目(2001BA50PB01-3)的部分内容，本研究试图通过对棉铃虫大发生的大尺度背景场分析来寻找间接预测因子，如前期海温(SST)因子、厄尔尼诺—南方涛动(ENSO)指标等，解决棉铃虫长期预测、尤其是长期灾变预警问题。 1 预警因子的筛选 首先计算分析了山东郓城26年(1974～1999)和德州22年(1978～1999)棉铃虫3代百株累计卵量、江苏丰县20年(1980～1999)棉铃虫2代百株累计卵量与虫源基数、气候要素、海温因子和ENSO指标等各种因素的相关关系。其中ENSO指标包括南方涛动指数SOI和厄尔尼诺五个海温区：N12(厄尔尼诺1区和2区)：0-10°S，90-80°W；N3(厄尔尼诺3区)：5°N-5°S，150°-90°W；N4(厄尔尼诺4区)：5°N-5°S，160°E-150°W；NC(厄尔尼诺中区)：0°-10°S，90°-180°W；NW(厄尔尼诺西区)：0°-15°N，130°-150°E的月平均海温距平。 ①棉铃虫种群数量世代间密切相关，在其他各种条件适宜的情况下，虫源基数的积累是造成棉铃虫大发生的前提。郓城棉铃虫各代卵量之间的相关关系均达到显著或极显著的正相关；德州棉铃虫二三代卵量之间呈显著的正相关；丰县棉铃虫三四代卵量之间正相关达到显著。 ②气候条件对棉铃虫种群数量年际间波动的影响因气候要素、时段和地点的不同而异。气温对棉铃虫种群数量影响的关键时段为秋冬季，相关分析的结果表明各地棉铃虫各代卵量与二月份的气温呈显著或极显著的正相关，可以认为2月份是冬季越冬存活的关键时期，2月份的气温越高越有利于棉铃虫的越冬蛹的存活，越冬代的虫源基数也越高；丰县棉铃虫二代卵量与前一年10月份的气温呈显著的负相关。 ③北太平洋海温场与棉铃虫种群数量消长存在显著或极显著的遥相关区域，其位置及范围随时间变化，但存在若干呈现出空间稳定性和时间持续性的大面积相关显著区域。郓城棉铃虫三代卵量和丰县棉铃虫二代卵量与北太平洋海温场的相关区分布形式很相似，与前两年1月份北太平洋月平均海温场存在大片相关显著的区域(35°-55°N，135°E-135°W)，持续时间达4个月之久；而德州棉铃虫三代卵量与前两年7～9月份北太平洋低纬度海温有大范围相关显著区(1°-17°N，165°E-120°W)。 据此选择并计算各时段达到P＜0.05概率水平的显著区域内各格点的月平均海温 距平值的总平均值，作为一个预测因子。 ④棉铃虫卵量与ENSO指标的遥相关分析结果表明遥相关性因ENSO指标的不 同时段、不同地域而异。德州、郭城三代卵量和丰县二代卵量与ENSO各指标遥相关 系数的时间变化规律很相似，与NW和501大多数月份呈负相关，邪城三代卵量、丰 县二代卵量与NW负相关达到显著的时段最早为前两年12月，与501负相关达到显 著的只有一个时段为前一年10月份，德州棉铃虫三代卵量与NW负相关达到显著的 时段最早为前两年11月，与501达到显著的时段最早为前两年的4月份;与各时段 的N4均呈正相关，德州、郭城三代卵量与N4相关显著的时段最多，相关达到显著 的最早时段为前两年4月份，丰县二代卵量与N4相关达到显著的时段最早为前两年 的8月份;与各时段的N12相关均未达到显著. 选出各指标区中与棉铃虫相关达到显著的月份，以其月平均距平作为预测因子。 2预警模型的建立首先将虫情数据分为灾变和非灾变两级，按全国棉铃虫发生 程度的划分标准，邪城和德州三代棉铃虫百株累卵85粒、丰县二代棉铃虫百株累卵 5oo粒时即为五级(大发生)，本研究中将五级作为灾变，其余作为非灾变。用判别 分析法，采用三种预测因子组合的方式:同一时间不同空间区域的因子、同一空间区 域不同时间的因子和不同时空的因子。按每组虫情数据即预报值Y建立了各种因子及 因子组合的灾变预警模型，并对各模型进行回测检验及3一6年的预测检验，按预测效 果选出最优的长期预警模型。 通过对用北太平洋海温因子建立的棉铃虫灾变预警模型效果检验发现同一时间不 同空间的因子组建模型或同一空间不同时间的因子组建的模型预测效果好，而不同时 间、不同空间的相关因子组建的模型效果差。分别筛选出了可提前20一27个月作出棉 铃虫灾变预测的预警模型，其预测准确率可达85%(报91次符合78次)o 通过对用ENSO指标因子建立的棉铃虫灾变预警模型效果检验发现N4区的因子 或因子组合建立的模型对德州、郭城棉铃虫三代卵量和丰县棉铃虫二代卵量的灾变预 测效果最好，可提前15一25个月做出预测，其预测准确率达到78%(报32次符合25 次). 3前期海温与棉铃虫卵量遥相关的可能机制分别计算并分析了1一3月份和7一9 月份的海温因子与德州、1一3月份的海温因子与邪城和丰县从当年1月份开始到后两 年12月份为止的时段内的月平均气温和月总降水之间的相关关系，结果表明海温因 子与各