凤凰树物候期观测资料统计分析范文

短期气候预测是气象工作中的难点,目前已有很多先进的数值预报模式方法,但预测的准确率仍不能与中短期天气预报相比。由于云南的气候干湿季分明,每年雨季开始的早晚对全省的农业生产起着至关重要的作用。所以对雨季开始期的预测是云南省短期气候预测的重点项目。我国很早就有物候观测,古人应用观测到的物候现象来预测天气变化也由来已久。在指导农事活动方面,全国各地都以当地的物候作为预报农时的指标[1]。自然物候常被作为一种重要、可靠的指示气候变化的指标[2]。郑景云等就曾经利用植物花期、树木年轮、侯鸟迁徙等物候现象,建立了一些非常有用的预测模型[2-7]。蒙自农气观测站从1983年开始对凤凰树的芽开放、展叶、开花、叶变色、落叶等物候期进行观测记录。在实际工作中,发现了这些物候观测资料可应用于单站雨季开始期预测。笔者在此基础上更进一步对凤凰树物候观测资料和雨季开始进行相关性分析,找到适合当地雨季开始期预测的实用方法和指标,以期为进一步提高雨季开始期预测准确率提供参考价值。

1资料与方法

1.1资料凤凰树各物候期观测资料来自蒙自农气观测站。选择芽开放期、展叶始期、开花始期、落叶始期为研究对象。各物候期多年平均日期采用1983~2009年27年平均值。

雨季开始期早晚的标准,按2002年云南省气象局规定的《云南省短期气候预测质量评定办法的补充规定》确定:多年平均雨季开始日减去当年雨季开始日,偏早为“-”,推迟为“+”。蒙自多年平均雨季开始期为5月22日,那么早于5月22日或当日为“-”,晚于5月22日为“+”。

1.2方法

1.2.1因子选取。蒙自农气观测站从1983年开始进行凤凰树物候期观测,到2009年已有27年资料。凤凰树物候期包括花牙膨大期、叶牙膨大期、花牙开放期、叶牙开放期、展叶始期、展叶盛期、花蕾出现期、开花始期、开花盛期、开花末期、叶变色期始期、叶完全变色期、落叶始期和落叶末期。由于部分物候期在1984、1994和1995年资料缺失,因此选取叶牙开放期、展叶始期、开花始期、落叶始期4个观测资料齐全的物候期进行分析。

1.2.2分析方法。为说明凤凰树物候期可以应用于蒙自雨季开始期的预测中,在此先建立凤凰树各物候期与蒙自雨季开始期关系列联表,然后对该统计结果进行χ2相关性检验,研究各物候期和雨季开始期之间是否相关。将Y事件和X事件均分为“1”、“0”2种情况,建立列联表(表1)。

如果某一物候期与雨季开始期之间存在相关关系,将进一步计算它们之间的相关系数[8]。计算出相关系数后,再对相关系数进行t分布检验[8]。通过了显著性检验的物候期,再应用逐步回归的方法,建立次年蒙自雨季开始期距平的预报方程。方程建立后,还要用F检验方法[8]对方程进行回归效果检验,方程通过检验后进行模式检验。

2结果与分析

2.1各物候期和雨季开始期的相关性

2.1.1叶芽开放期。叶芽开放期是指凤凰树叶芽的鳞片裂开,叶芽上部现出新鲜颜色的尖端的日期。凤凰树叶芽开放期平均日期为3月21日,早于3月21日为偏早,晚于3月21日为偏晚。统计分析得出,叶芽开放期偏早年份,雨季开始期偏早有10年,偏晚有2年;叶芽开放期偏晚年份,雨季开始期偏早有12年,偏晚有3年。对该统计结果进行相关性χ2检验,得出χ2计算=0.049,未能通过相关性检验。说明凤凰树叶芽开放期与蒙自雨季开始期两者之间是相互独立的,不具有显著的相关关系。

2.1.2展叶始期。展叶始期是指凤凰树萌发的新梢,其上有两片以上小叶初次平展展开的日期。凤凰树展叶始期平均日期为4月4日,早于4月4日为偏早,晚于4月4日为偏晚。统计分析得出,展叶始期偏早年份,雨季开始期偏早有9年,偏晚有4年;展叶始期偏晚年份,雨季开始期偏早有13年,偏晚有1年(表2)。对该统计结果进行χ2相关性检验。

说明凤凰树展叶始期与蒙自雨季开始期两者之间存在显著的相关关系,且置信水平达80%。凤凰树展叶始期与蒙自雨季开始期呈负相关,在凤凰树展叶始期偏晚的年份,蒙自雨季开始期易偏早,有92.9%的年份符合这一规律。但在凤凰树展叶始期偏早的年份,蒙自雨季开始期就不好确定。

2.1.3开花始期。花冠与花托分离叫开花,凤凰树上约5%花序开花的日期称为开花始期。凤凰树开花始期平均日期为5月4日,早于5月4日为偏早,晚于5月4日为偏晚。统计分析得出,开花始期偏早年份,雨季开始期偏早有13年,偏晚有3年;开花始期偏晚年份,雨季开始期偏早有8年,偏晚有2年。对该统计结果进行χ2相关性检验,得出χ2计算=0·006,未能通过相关性检验。说明凤凰树开花始期与蒙自雨季开始期两者之间是相互独立的,不具有显著的相关关系。

2.1.4落叶始期。落叶始期是指凤凰树叶片逐渐变黄后,第一批黄叶落下的日期。凤凰树落叶始期平均日期为10月19日,早于10月19日为偏早,晚于10月19日为偏晚。统计分析得出,落叶始期偏早年份,次年蒙自雨季开始期偏早有11年,偏晚为0年;落叶始期偏晚年份,雨季开始期偏早叶有11年,偏晚有4年(表3)。对该统计结果进行χ2相关性检验,得出χ2计算=3.467,查表χ2(0.10,1)=2.71,χ2计算>χ2(0.10,1),通过信度α=0.10的显著性检验。说明凤凰树落叶始期与蒙自雨季开始期两者之间存在显著的相关关系,置信水平达90%。凤凰树落叶始期与蒙自雨季开始期呈正相关,在凤凰树落叶始期偏早的年份,次年蒙自雨季开始期易偏早,有100%的年份符合这一规律。但在凤凰树落叶始期偏晚的年份,蒙自雨季开始期也不好确定。

2.2各物候期和雨季开始期的相关系数通过χ2检验,发现凤凰树物候期中展叶始期和落叶始期分别与当年和次年的蒙自雨季开始期存在显著相关关系。下面根据展叶始期、落叶始期、蒙自雨季开始期的偏早或推迟的天数即距平值(表4),分别计算2个物候期与蒙自雨季开始期之间的相关系数,进一步阐明它们的相关关系。

凤凰树展叶始期取1983~2009年共27年资料。计算得到展叶始期与雨季开始期之间的相关系数r=-0.21。对相关系数进行t分布检验,计算得到t=-1.074。自由度为25,α=0.20时,tα=1.318。|t|<tα,接受总体相关系数ρ=0,表明凤凰树展叶始期与蒙自雨季开始期之间不存在显著相关。

凤凰树落叶始期取1983~2008年,雨季开始期取1984~2009年,共26年资料。计算得到落叶始期与雨季开始期之间的相关系数r=0.26。对相关系数进行t分布检验,计算得到t=1.319。自由度为24,α=0.20时,tα=1.318。|t|>tα,总体相关系数ρ≠0,表明凤凰树落叶始期与蒙自雨季开始期之间存在相关。

2.3预报方程的建立从以上分析得到凤凰树的物候期中只有落叶始期与蒙自雨季开始期之间的相关系数通过了信度80%的检验。应用逐步回归的方法,用凤凰树落叶始期距平建立次年蒙自雨季开始期距平的预报方程,并留出2005~2009年的资料进行模式检验。

用F检验方法对方程进行回归效果检验,计算得到F=5.00。α=0.05,自由度为(1,20)时,Fα=4.35,F>Fα,回归效果显著。用2005~2009年的资料进行模式检验,得到检验结果如表5所示。由表5可见,计算值与实际值相差0~5d有1个,相差6~10d有1个,相差11~15d有1个,相差20d以上有2个。在实际预测中,预测结论一般跨度为两旬。因此,检验结果说明方程模拟效果良好,但是还未达到最佳效果。

用预报方程对蒙自2010年度雨季开始期进行预报。2009年凤凰树落叶始期是7月8日,应用方程计算出蒙自雨季开始期是4月15日,为特早。2010年蒙自雨季开始期的实际日期是5月2日,为特早。计算值与实际值相差17d,趋势预测正确。

3ElNino对预报方程的影响

ElNino被认为是年际气候变化的最强信号,它的发生常给全球许多地方带来严重气象灾害,因此受到全世界的普遍关注。在该研究中,发现ElNino事件对预报方程建立也有影响。由图1可见,偏离线性回归最远的3个点a、b、c分别对应1987、1997、1998年的雨季开始期。这3年的雨季开始期都恰是ElNino事件影响的季节,而且强度都达到了强事件,其中1997/1998的这次还是近百年来最强的暖事件[9]。因此,当雨季开始期遇到强ElNino事件时,凤凰树前一年的落叶始期就不应作为预测雨季开始期的因子,预报方程的计算结果也将失去参考价值。

4结论

(1)在凤凰树叶牙开放期、展叶始期、开花始期、落叶始期4个观测资料齐全的物候期中,只有展叶始期和落叶始期这2个物候期通过相关性检验,与蒙自雨季开始期存在相关关系。

(2)凤凰树展叶始期与当年蒙自雨季开始期存在负相关。当展叶始期偏晚时,雨季开始易偏早,但当展叶始期偏早时,雨季开始期仍不好确定。

(3)凤凰树落叶始期与次年蒙自雨季开始期存在正相关。当落叶始期时偏早,雨季开始易偏早,但当落叶始期偏晚时,雨季开始期也不好确定。

(4)通过凤凰树落叶始期与次年蒙自雨季开始期关系的分析,可以建立预测蒙自雨季开始时间的预报方程,模拟值与实际值相差均在20d以内。预报方程的建立对通过物候期来预测开始期具有一定的参考价值,在2010年的雨季开始期预测的实际应用中预测较准确。但雨季开始期恰逢强ElNino事件时,凤凰树各物候期不应作为预测雨季开始期的因子。