包云軒,王明飛,陳 粲,陸明紅,劉萬(wàn)才

1 南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)和評(píng)估協(xié)同創(chuàng)新中心/南京信息工程大學(xué), 南京 210044 2 江蘇省農(nóng)業(yè)氣象重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/南京信息工程大學(xué), 南京 210044 3 農(nóng)業(yè)部全國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣與服務(wù)中心, 北京 100125

稻縱卷葉螟(CnaphalocrocismedinalisGuenée)是威脅我國(guó)水稻生產(chǎn)的重大農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)之一,稻縱卷葉螟的爆發(fā)具有間歇性、突發(fā)性,連年爆發(fā)等特點(diǎn),20世紀(jì)60年代末至90年代初,稻縱卷葉螟在我國(guó)出現(xiàn)了3個(gè)連續(xù)的大暴發(fā)期[1],進(jìn)入本世紀(jì)以來(lái)大發(fā)生年有進(jìn)一步增加的趨勢(shì)[2- 3],據(jù)統(tǒng)計(jì),2005—2015年稻縱卷葉螟年均發(fā)生面積16.96×106hm2,占水稻種植面積的66.3%,造成稻谷損失70.27×108kg[4],對(duì)水稻生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響,因此,提高稻縱卷葉螟的測(cè)報(bào)、預(yù)報(bào)和防治水平具有重要的實(shí)踐意義。

稻縱卷葉螟是一種典型的遷飛性害蟲(chóng),且具有較強(qiáng)的再遷飛能力,能夠進(jìn)行連續(xù)幾個(gè)夜晚的多次飛行,但其本身飛行能力弱,須借助盛行風(fēng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離轉(zhuǎn)移[5]。其遷飛活動(dòng)受天氣、氣候條件影響明顯[6]。不少學(xué)者對(duì)稻縱卷葉螟的遷飛行為及其氣象影響因素開(kāi)展了深入的研究。王翠花等[7]通過(guò)MM5中尺度預(yù)報(bào)模式對(duì)稻縱卷葉螟遷飛的大氣動(dòng)力場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬,認(rèn)為高空水平流場(chǎng)和水汽輸送對(duì)稻縱卷葉螟的遷入具有很好的指示意義。包云軒等[8]運(yùn)用WRF中尺度預(yù)報(bào)模式對(duì)江淮地區(qū)一次稻縱卷葉螟北遷過(guò)程的大氣背景場(chǎng)進(jìn)行了模擬,分析表明：925hPa上的偏南氣流是稻縱卷葉螟實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離遷飛的運(yùn)載動(dòng)力,降水和氣流的垂直擾動(dòng)是稻縱卷葉螟降落為害的關(guān)鍵因子。軌跡分析法是基于小型風(fēng)載昆蟲(chóng)受大氣動(dòng)力脅迫而遠(yuǎn)距離遷飛的前提下,推算出昆蟲(chóng)遷飛的蟲(chóng)源地、飛行路徑和降落區(qū),它為稻縱卷葉螟遷飛的源匯關(guān)系分析、短期異地預(yù)測(cè)提供了思路[9- 10]。在重大發(fā)生過(guò)程的研究方面,王鳳英等[11]運(yùn)用HYSPLIT軌跡模式分析了廣西地區(qū)早期稻縱卷葉螟遷入的蟲(chóng)源地,剖析了2003年大爆發(fā)的原因,其中大氣背景起了重要作用。高月波等[12]、蔣春先等[13]利用昆蟲(chóng)雷達(dá)分別對(duì)華東和華南地區(qū)稻縱卷葉螟遷飛活動(dòng)進(jìn)行了觀(guān)測(cè)研究,并運(yùn)用回推軌跡對(duì)遷入蟲(chóng)源進(jìn)行了追溯,從理論模擬和觀(guān)測(cè)驗(yàn)證兩個(gè)方面探討了稻縱卷葉螟的遷飛行為,同時(shí)也揭示了氣象條件對(duì)稻縱卷葉螟遷飛的影響。在系統(tǒng)的季節(jié)性南、北往返遷飛研究方面,軌跡分析研究表明早期遷入我國(guó)的稻縱卷葉螟主要來(lái)自中南半島和中國(guó)的海南島[11,14],每年春夏季,稻縱卷葉螟借助西南暖濕氣流由南向北經(jīng)五次重大遷飛過(guò)程,遷至我國(guó)東部不同稻區(qū),秋季在東北干冷氣流的南下脅迫下向南遷往溫暖濕潤(rùn)的南方地區(qū),經(jīng)三次重大南遷過(guò)程后遷出我國(guó)大陸地區(qū)[15]。

東亞季風(fēng)是東亞地區(qū)昆蟲(chóng)季節(jié)性往返遷飛的重要?dú)夂虮尘?我國(guó)的秦嶺淮河以南水稻主產(chǎn)區(qū)受東亞季風(fēng)環(huán)流的影響,同時(shí)也是水稻遷飛性害蟲(chóng)每年的主要為害區(qū)。包云軒等[16]運(yùn)用季風(fēng)指數(shù)分析了東亞季風(fēng)進(jìn)退對(duì)中國(guó)褐飛虱遷飛的影響。陳曉等[17]認(rèn)為季風(fēng)異常是2003年稻縱卷葉螟大爆發(fā)的主要原因之一。目前稻縱卷葉螟遷飛規(guī)律的研究多集中在某一地區(qū)、某一遷飛過(guò)程或某一年份,迄今為止,國(guó)內(nèi)外在稻縱卷葉螟遷飛與季風(fēng)的關(guān)系方面尚缺乏宏觀(guān)的系統(tǒng)研究。東亞夏季風(fēng)的進(jìn)退對(duì)能夠引起短期天氣過(guò)程和長(zhǎng)期氣候變化,在夏季風(fēng)盛行期內(nèi)影響區(qū)內(nèi)的溫度、濕度、風(fēng)場(chǎng)和降水都會(huì)發(fā)生顯著變化[18],不同尺度、不同時(shí)效的天氣和氣候過(guò)程對(duì)稻縱卷葉螟遷飛都具有重要的影響,因此,探明東亞夏季風(fēng)夏進(jìn)退與我國(guó)不同季節(jié)、不同稻區(qū)稻縱卷葉螟遷飛的關(guān)系,對(duì)稻縱卷葉螟遷入的中短期預(yù)警預(yù)報(bào)具有重要的理論價(jià)值。

東亞夏季風(fēng)(EASM)和東亞冬季風(fēng)(EAWM)對(duì)我國(guó)以及整個(gè)東亞地區(qū)的天氣和氣候有直接作用,夏季風(fēng)指數(shù)能夠較全面地反映稻縱卷葉螟發(fā)生期內(nèi)季風(fēng)環(huán)流系統(tǒng)的熱力、動(dòng)力和水分屬性,特別是在對(duì)降水、天氣、氣候的影響上反映的更直觀(guān)、更實(shí)時(shí)、更全面[19]。東亞夏季風(fēng)北界是反映東亞夏季風(fēng)隨時(shí)間、空間變化而變化的最重要的指標(biāo)之一,為了定量描述東亞夏季風(fēng)進(jìn)退,大氣科學(xué)領(lǐng)域的學(xué)者們定義了不同的夏季風(fēng)北邊界,大致可分為四類(lèi)(1)氣團(tuán)類(lèi)：湯明敏等[20]使用候平均假相當(dāng)位溫資料定義了副熱帶夏季風(fēng)進(jìn)退的指標(biāo)；(2)降雨類(lèi)：黃菲等[21]采用過(guò)程透雨量標(biāo)準(zhǔn)作為東亞夏季風(fēng)區(qū)；(3)風(fēng)場(chǎng)類(lèi)：李春等[22]利用夏季850hPa上20°N 以北105°—125°E之間平均南風(fēng)風(fēng)速2m/s所在的緯度為東亞季風(fēng)邊界；(4)綜合類(lèi)：吳長(zhǎng)剛等[23]、胡豪然和錢(qián)維宏[24]用850hPa西南風(fēng)、假相當(dāng)位溫和地面降水定義了東北、華北、西北地區(qū)季風(fēng)邊界。鑒于稻縱卷葉螟遷飛的動(dòng)力學(xué)機(jī)制和生物學(xué)特性,本研究選取胡豪然和錢(qián)維宏提出的綜合類(lèi)夏季風(fēng)北邊界來(lái)描述東亞季風(fēng)的時(shí)空變化特征,著重探討東亞夏季風(fēng)進(jìn)退與稻縱卷葉螟遷飛時(shí)間和發(fā)生量的關(guān)系,并以2007年為例分析了夏季風(fēng)對(duì)典型的大發(fā)生年的影響機(jī)理,旨在為我國(guó)稻縱卷葉螟的中短期預(yù)警提供理論參考。

1 資料與方法

1.1 資料來(lái)源

1.1.1蟲(chóng)情資料

由農(nóng)業(yè)部全國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心提供,時(shí)間為2000—2016年17年間的稻縱卷葉螟趕蛾數(shù)據(jù)。

1.1.2氣象資料

由美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)測(cè)中心(National Centers for Environmental Prediction NCEP ：https://rda.ucar.edu/)、美國(guó)國(guó)家大氣研究中心(National Center for Atmospheric Research,NCAR)提供的水平分辨率為2.5°×2.5°的NCAR/NCEP逐日氣象再分析資料,包括格點(diǎn)式風(fēng)場(chǎng)、溫度、濕度數(shù)據(jù)；以及中國(guó)國(guó)家氣象信息中心(National Meteorological Information Center：http://data.cma.cn/)提供的全國(guó)679個(gè)氣象臺(tái)站逐日降水量觀(guān)測(cè)資料。

1.1.3地圖資料

基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)由國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心(http://www.ngcc.cn/)提供的1∶4000000中國(guó)電子地圖。

1.2 主要方法

1.2.1蟲(chóng)情資料處理

篩選17a間觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)較完整的植保站38個(gè),主要位于我國(guó)秦嶺、淮河以南的水稻主產(chǎn)區(qū),其分布如圖1所示,其中西南稻區(qū)觀(guān)測(cè)資料較少,選取秀山、惠水作為代表站。由于農(nóng)業(yè)部病蟲(chóng)測(cè)報(bào)規(guī)范中常以候?yàn)闀r(shí)間單位,且東亞夏季風(fēng)的進(jìn)退屬于中長(zhǎng)期的過(guò)程,故將蟲(chóng)情資料整理成逐候累積蟲(chóng)量,每月前25d每5d為1候,每月末候可以有3,4,5d或6d。在SAS中作時(shí)間序列圖,統(tǒng)計(jì)稻縱卷葉螟遷入的始期、北遷高峰期、南遷高峰期、終期、偏重發(fā)生年。

1.2.2氣象資料處理

運(yùn)用Cressman客觀(guān)插值法將降水站點(diǎn)資料處理成2.5°×2.5°空間分辨率的格點(diǎn)式數(shù)據(jù),所有氣象數(shù)據(jù)應(yīng)用前均經(jīng)過(guò)候平均處理。運(yùn)用氣象專(zhuān)業(yè)制圖軟件Grads作圖,對(duì)氣象背景場(chǎng)進(jìn)行客觀(guān)分析。

1.2.3季風(fēng)指數(shù)的計(jì)算方法

根據(jù)胡豪然等[24]定義的夏季風(fēng)北邊界描述東亞夏季風(fēng)的進(jìn)退,該指數(shù)規(guī)定在110—120°E經(jīng)度范圍內(nèi)格點(diǎn)化的氣象資料在同一格點(diǎn)上同時(shí)滿(mǎn)足下列3個(gè)條件即屬于東亞夏季風(fēng)區(qū)： ① 850hPa候平均風(fēng)場(chǎng)為西南風(fēng),即緯向風(fēng)速U> 0,經(jīng)向風(fēng)速V>0；②850hPa候平均假相當(dāng)位溫θse≥335K；③候平均降水量≥4 mm/d。該區(qū)域最北邊界即為東亞夏季風(fēng)北界。假相當(dāng)位溫由David Bolton在1980年討論過(guò)[25],計(jì)算公式如下：

圖1 稻縱卷葉螟監(jiān)測(cè)站點(diǎn)分布Fig.1 Distribution of the plant protection stations monitoring C. medinalis

(1)

其中r表示混合比(g/kg),θ為濕空氣位溫(K),TLCL為抬升凝結(jié)高度的溫度(K)。其中θ和TLCL可以表示為：

(2)

(3)

式中,TK表示絕對(duì)溫度(K),p表示氣壓(hPa),e表示水汽壓(hPa)。該指數(shù)能夠較好的反映長(zhǎng)江中下游地區(qū)以及華北地區(qū)的降雨特征。

1.2.4夏季風(fēng)北邊界與稻縱卷葉螟遷飛的時(shí)間關(guān)系

在A(yíng)rcGIS中客觀(guān)分析夏季風(fēng)北邊界17a平均位置變化與各植保站稻縱卷葉螟平均始期、北遷高峰期、南遷高峰期、終期的對(duì)應(yīng)時(shí)空關(guān)系。在Origin中作出二者關(guān)系圖,分稻區(qū)分析歷年稻縱卷葉螟遷入始期與夏季風(fēng)北界進(jìn)入該地區(qū)的時(shí)間同步性。

1.2.5相關(guān)性分析

在SPSS中采用Pearson相關(guān)性分析探討稻縱卷葉螟年遷入量與季風(fēng)北邊界在30°N以北持續(xù)時(shí)間的相關(guān)關(guān)系以及候遷入量與夏季風(fēng)推進(jìn)的相關(guān)關(guān)系,用于衡量相關(guān)性的顯著性水平分別設(shè)定為P≤0.01和P≤0.05。

1.2.6異常年的剖析

以2011年?yáng)|亞季風(fēng)異常年為例,剖析了2011年EASM北界在華南地區(qū)出現(xiàn)異常偏晚但稻縱卷葉螟遷入始期正常的主要原因,討論了東亞夏季風(fēng)影響下的風(fēng)場(chǎng)、溫度場(chǎng)、相對(duì)濕度場(chǎng)、假相當(dāng)位溫場(chǎng)和降水分布對(duì)稻縱卷葉螟遷入的影響。稻縱卷葉螟自2003年以來(lái)在我國(guó)幾乎每年都有局部大爆發(fā),以2007年尤為嚴(yán)重[2]。本文以2007年我國(guó)稻縱卷葉螟大發(fā)生為例,分析了東亞夏季風(fēng)北界位移及其產(chǎn)生的925hPa流場(chǎng)、925hPa和地面溫場(chǎng)、地面降水分布對(duì)稻縱卷葉螟遷飛和降落的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 東亞夏季風(fēng)的季節(jié)變化

圖2 2000—2016年?yáng)|亞夏季風(fēng)北界平均位置的季節(jié)變化 Fig.2 Seasonal variation of average situation for the northern margin of EASM from 2000 to 2016

每年的第 15 候前后(3月中旬),東亞副熱帶地區(qū)海陸熱力差異開(kāi)始逆轉(zhuǎn)[26],華南、西南地區(qū)氣溫開(kāi)始升高。由17a平均的年內(nèi)EASM北界時(shí)間變化曲線(xiàn)(圖2)可以看出,從第17候EASM開(kāi)始出現(xiàn)并登陸我國(guó)大陸南部；4月上旬—5月初(第20—25候)主要活動(dòng)在25°N以南地區(qū)；第26—32候(5月上旬—6月上旬)推進(jìn)至28°N左右；第33—34候(6月中旬),隨著西太平洋副高北跳,夏季風(fēng)向北推進(jìn)至30°N以北地區(qū)；第39—40候(7月中旬)副高再次北跳, EASM到達(dá)最北位置。夏季風(fēng)一般在37—43候(7月—8月初)到達(dá)華北地區(qū),控制整個(gè)南方稻區(qū)(圖3)。8月中旬,冬季風(fēng)增強(qiáng),夏季風(fēng)開(kāi)始持續(xù)向南撤退,第46—48候,夏季風(fēng)回撤到長(zhǎng)江中下游地區(qū)；進(jìn)入9月份以后,東北冬季風(fēng)攜帶冷空氣快速南下,EASM會(huì)快速回撤至華南(圖3)。

2.2 夏季風(fēng)進(jìn)退與稻縱卷葉螟遷入的時(shí)空關(guān)系

從稻縱卷葉螟遷入與夏季風(fēng)北邊界時(shí)空分布圖上可以看出,每年第14—46候(3上旬—8月中旬)主要是稻縱卷葉螟的北遷季節(jié),共有四次大型北遷過(guò)程：14—26候(3月上旬—5月上旬)稻縱卷葉螟種群主要遷入我國(guó)華南南部、西南南部稻區(qū)；第27—32候(5月中旬—6月上旬)遷入華南北部、西南和江嶺稻區(qū)；第33—39候(6月中旬—7月上旬)種群主要遷入沿江稻區(qū)和江淮稻區(qū)；第39—46候(7月中旬—8月中旬)種群從江嶺北部和沿江稻區(qū)遷入江淮稻區(qū)或境外的朝鮮半島和日本列島南部[27]。

就北遷過(guò)程而言,華南稻區(qū)第14—20候稻縱卷葉螟的遷入始期普遍提前于EASM北邊界經(jīng)過(guò)當(dāng)?shù)氐臅r(shí)間；第27—32候江嶺稻區(qū)東南部稻縱卷葉螟的遷入與夏季風(fēng)推進(jìn)同步性較好,江嶺稻區(qū)西北部以及西南稻區(qū)遷入始期普遍早于夏季風(fēng)；第33—39候二者在長(zhǎng)江中下游地區(qū)同步性較好,在江淮稻區(qū)北部稻縱卷葉螟始期滯后于夏季風(fēng)北邊界出現(xiàn)時(shí)間。每次大型北遷過(guò)程的高峰期均發(fā)生在EASM控制范圍之內(nèi)(圖3)。

圖3 2000—2016年17a平均的稻縱卷葉螟始期、北遷高峰期、南遷高峰期、終期與不同稻區(qū)季風(fēng)北界(圖中黑線(xiàn)或紅線(xiàn),線(xiàn)右端數(shù)字為候序)的時(shí)空分布Fig.3 Temporal-spatial distribution of immigration beginning dates, peak dates of immigration northward, peak dates of immigration southward and immigration ending dates of C. medinalis and the northern margin of EASM (the black line or red line, the number on the right side of the line is the preorder of pentad) on the average of 17 years from 2000 to 2016

在季風(fēng)進(jìn)退上,我國(guó)夏季風(fēng)的北上是一個(gè)緩慢的過(guò)程,但其南撤和冬季風(fēng)的南下是一個(gè)快速的過(guò)程。同一地區(qū),東亞夏季風(fēng)與冬季風(fēng)的轉(zhuǎn)換過(guò)程每年遲早不同,持續(xù)時(shí)間也不同。平均第46—48候(8月中旬—8月底)EASM北界回撤到長(zhǎng)江中下游地區(qū),江淮稻區(qū)和西南稻區(qū)北部偏南風(fēng)轉(zhuǎn)變?yōu)槠憋L(fēng),在此期間偏北風(fēng)與偏南風(fēng)交替出現(xiàn),該區(qū)域既有北遷過(guò)程又有南遷過(guò)程,會(huì)維持2—3候的“混合遷”局面,并且江淮稻區(qū)北部和西南稻區(qū)迎來(lái)最早的南遷遷入峰。進(jìn)入9月份以后,東北冬季風(fēng)攜帶冷空氣快速南下,隨著EASM的迅速向南撤退,我國(guó)南方稻區(qū)從北到南陸續(xù)出現(xiàn)南遷高峰期(圖3)。常年隨著EASM北界南撤,EASM覆蓋區(qū)面積不斷向南縮小,但有些年份EASM北界在第49—60候(9—10月)間會(huì)隨西北太平洋副高在長(zhǎng)江流域以南地區(qū)呈南北拉鋸式徘徊,形成秋季連陰雨天氣,使得南遷季延長(zhǎng),發(fā)生程度加重。隨著氣溫下降各稻區(qū)由北向南依次出現(xiàn)終期,第62候(11月上旬)以后,絕大多數(shù)稻縱卷葉螟種群會(huì)隨EASM北界在中國(guó)大陸上的消失而遷向境外(圖3)。

分析不同稻區(qū)2000—2016 年間稻縱卷葉螟遷入始期與相應(yīng)區(qū)域EASM北界出現(xiàn)時(shí)間的關(guān)系發(fā)現(xiàn)：華南稻區(qū)稻縱卷葉螟遷入始期普遍提前于EASM北邊界始期(圖4),其中,2011年EASM北界在華南地區(qū)出現(xiàn)異常偏晚(第24候),而稻縱卷葉螟遷入始期正常(第15候)的主要原因是：(1)經(jīng)冬前田間剝查顯示,華南稻區(qū)有一定數(shù)量的稻縱卷葉螟個(gè)體滯留在當(dāng)?shù)厥斋@后的田間稻樁或田頭稗草上越冬,為冬后田間活動(dòng)或遷入田間奠定了基礎(chǔ)；(2)2011年第15候華南地區(qū)近地層的溫度和濕度、925hPa高度的濕度都較好地滿(mǎn)足了稻縱卷葉螟個(gè)體遷入早稻田或在田間活動(dòng)的溫濕度要求,925hPa高度的溫度在海南島南部、華南東部沿海和華南西南部等地區(qū)也適宜稻縱卷葉螟種群的生存和遷入,但高空850hPa高度的假相當(dāng)位溫場(chǎng)達(dá)不到EASM登陸的條件(圖5)；(3)第24候,華南稻區(qū)無(wú)論是地面和925hPa高度風(fēng)場(chǎng)、溫度場(chǎng)和濕度場(chǎng),還是850hPa高度的風(fēng)場(chǎng)、位溫場(chǎng)及地面降水都同時(shí)滿(mǎn)足了稻縱卷葉螟遷入和 EASM北界登陸的條件(圖6)。

圖4 2000—2016年不同稻區(qū)稻縱卷葉螟遷入始期與夏季風(fēng)北界始期的關(guān)系Fig.4 Relationship between the immigration beginning dates of C. medinalis and the beginning dates of northern margin of EASM in the different rice-growing regions during the period from 2000 to 2016

圖5 2011年第15候地面、925hPa和850hPa的風(fēng)場(chǎng)(m/s)、溫度場(chǎng)(℃)、相對(duì)濕度場(chǎng)(%)和假相當(dāng)位溫場(chǎng)(K)Fig.5 Wind field (m/s), temperature field (℃), relative humidity field (%) and pseudo equivalent potential temperature field (K) on the average in 15th pentad, 2011(a)地面風(fēng)場(chǎng)和溫度場(chǎng)；(b)地面相對(duì)濕度場(chǎng)；(c)925hPa風(fēng)場(chǎng)和溫度場(chǎng)；(d)925hPa相對(duì)濕度場(chǎng)；(e)850hPa風(fēng)場(chǎng)和溫度場(chǎng)；(f)850hPa假相當(dāng)位溫場(chǎng)

統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)：在這 17a間,江淮稻區(qū)、江嶺稻區(qū)和西南稻區(qū)稻縱卷葉螟始期提前或滯后季風(fēng)北邊界始期1—2候的概率為70%；提前或滯后1候的概率為54.9%。分析這三個(gè)稻區(qū)稻縱卷葉螟遷入始期前后的風(fēng)溫場(chǎng)可以發(fā)現(xiàn),925hPa高度均盛行偏南氣流,同高度候平均氣溫在江嶺稻區(qū)為25℃,在西南稻區(qū)為16℃,在江淮稻區(qū)為18℃,均高于稻縱卷葉螟遷飛的下限溫度[28]。

2.3 東亞夏季風(fēng)進(jìn)退與稻縱卷葉螟遷入量的關(guān)系

氣象因子與稻縱卷葉螟的發(fā)生和蔓延關(guān)系密切[29],EASM北界和中國(guó)南方稻區(qū)稻縱卷葉螟遷入量均呈顯著的年變化和季節(jié)變化,常年EASM北界在30°N以北活動(dòng)的時(shí)間也是稻縱卷葉螟遷入峰次多、降落蟲(chóng)量大的時(shí)期,不同年份東亞夏季風(fēng)強(qiáng)弱不同。以EASM北界在30°N以北持續(xù)的時(shí)間來(lái)表示該年年內(nèi)東亞夏季風(fēng)強(qiáng)度,結(jié)果表明,稻縱卷葉螟年遷入量與EASM強(qiáng)度變化趨勢(shì)一致,相關(guān)系數(shù)為0.71,通過(guò)了P<0.01的顯著性檢驗(yàn)(圖7)。

在季節(jié)變化上,整個(gè)南方稻區(qū)稻縱卷葉螟的年內(nèi)遷入累積量與EASM的推進(jìn)速度相關(guān)密切,兩者相關(guān)系數(shù)達(dá)0.67,通過(guò)了P<0.01的顯著性檢驗(yàn)(圖7)。常年第25候以后,隨著季風(fēng)向北推進(jìn),稻縱卷葉螟發(fā)生量同步增加,發(fā)生面積向北擴(kuò)展；EASM北界于7月中下旬達(dá)到最北緯度,8月中旬向南回撤到30°N左右(沿江地區(qū)),7月中旬—8月中旬,我國(guó)南方稻區(qū)基本上處于EASM的控制范圍內(nèi),在此期間各稻區(qū)氣候條件適宜,有利于稻縱卷葉螟的遷飛和繁殖。

2.4 東亞夏季風(fēng)對(duì)2007年中國(guó)南方稻區(qū)稻縱卷葉螟大發(fā)生的影響

2.4.12007年稻縱卷葉螟發(fā)生概況

2007年,華南地區(qū)稻縱卷葉螟遷入峰出現(xiàn)的早、蟲(chóng)量大、峰次多,相較于常年北遷蟲(chóng)源基數(shù)大幅增加,其中龍州站5月份出現(xiàn)3次遷入峰,最高遷入量達(dá)600頭；6月末—7月初稻縱卷葉螟由華南稻區(qū)大規(guī)模遷入西南稻區(qū)東部、江嶺稻區(qū)南部和長(zhǎng)江中下游稻區(qū),使沿江稻區(qū)四(2)代成蟲(chóng)遷入高峰期比常年提早約2候。7月下旬,五(3)代成蟲(chóng)大規(guī)模從江嶺稻區(qū)遷入江蘇、安徽和湖北等省份,第42候丹陽(yáng)站累積蟲(chóng)量達(dá)8000頭。 8月中旬(45—46候)稻縱卷葉螟南遷至西南稻區(qū),江淮稻區(qū)蟲(chóng)量迅速回落,8月下旬—9月上旬(47—50候),江淮稻區(qū)和江嶺稻區(qū)北部稻縱卷葉螟再次大爆發(fā),六(4)代成蟲(chóng)在江淮地區(qū)滯留至9月中旬,9月下旬至10月下旬種群陸續(xù)向南回遷至江嶺稻區(qū)南部和華南稻區(qū)(圖8)。

圖6 2011年第24候地面、925hPa和850hPa的風(fēng)場(chǎng)(m/s)、溫度場(chǎng)(℃)、相對(duì)濕度場(chǎng)(%)、降水量場(chǎng)(mm/d)和假相當(dāng)位溫場(chǎng)(K)Fig.6 Wind field (m/s), temperature field (℃), relative humidity field (%), precipitation field (mm/d) and pseudo equivalent potential temperature field (K) on the average in 24th pentad, 2011(a)地面風(fēng)場(chǎng)和溫度場(chǎng)；(b)地面相對(duì)濕度場(chǎng)；(c)地面降水量場(chǎng)；(d)925hPa風(fēng)場(chǎng)和溫度場(chǎng)；(e)925hPa相對(duì)濕度場(chǎng)；(f)850hPa風(fēng)場(chǎng)和溫度場(chǎng)；(g)850hPa假相當(dāng)位溫場(chǎng)

圖7 中國(guó)南方稻區(qū)稻縱卷葉螟年總遷入量對(duì)數(shù)和東亞夏季風(fēng)北界在30°N以北地區(qū)持續(xù)時(shí)間Fig.7 Inter-annual variation of the logarithm of annual total C. medinalis immigrating amount

2.4.2夏季風(fēng)及氣象背景場(chǎng)分析

2007年6—8月份夏季風(fēng)在30°N以北地區(qū)持續(xù)了13候,從推進(jìn)過(guò)程上看5月份夏季風(fēng)有一次增強(qiáng)過(guò)程,最北達(dá)到了29°N地區(qū),6月末7月初夏季風(fēng)又有一次推進(jìn)過(guò)程,到達(dá)37°N,8月中旬有一次急速南撤過(guò)程,隨后又有所加強(qiáng)(圖9),其進(jìn)退動(dòng)態(tài)與不同地區(qū)遷入蟲(chóng)量相符合。

925hPa風(fēng)場(chǎng)上,2007年6月末—7月初(第36—37候)東亞夏季風(fēng)覆蓋整個(gè)中國(guó)南方稻區(qū),30°N以南地區(qū)平均西南風(fēng)風(fēng)速接近10m/s,有利于稻縱卷葉螟種群的北遷；第45—46候(8月中旬)東北風(fēng)從華北地區(qū)經(jīng)江淮地區(qū)南下侵入長(zhǎng)江以南至南嶺(25°N)以北的大部分地區(qū),有利于稻縱卷葉螟的南遷；第47—48候(8月下旬)西南風(fēng)突然增強(qiáng)與東北風(fēng)在江淮稻區(qū)南部、西南稻區(qū)北部輻合(30°N),此時(shí)南遷和北遷種群交匯,江淮稻區(qū)和沿江稻區(qū)遷入蟲(chóng)量再次迅速增加；第50候,全區(qū)盛行東北風(fēng)(20—32.5°N)(圖10)。

圖8 2007年各侯 稻縱卷葉螟蟲(chóng)量(頭)分布Fig.8 Distribution of the immigrating amount (head) of C. medinalis pentad in 2007

圖9 2007年?yáng)|亞夏季風(fēng)北界位置的季節(jié)變化 Fig.9 Seasonal variation of situation for the northern margin of EASM of 2007

圖10 2007年925hPa 高度110—120°E區(qū)域候平均風(fēng)速(m/s)的時(shí)間-緯度剖面圖Fig.10 Time-latitude profiles of pentadly average wind speed (m/s) on 925hPa between 110°E to 120°E in 2007

圖11 2007年7月日平均降水量分布和降雨量距平百分率(氣候平均為2000—2016年)Fig.11 Daily average precipitation distribution and the percentage of rainfall anomaly in July 2007 (on the average during 2000—2016)

在降雨分布上,華南稻區(qū)和江嶺稻區(qū)南部7月份降水量偏少,比同期減少了50%,而西南稻區(qū)北部、沿江稻區(qū)和江淮稻區(qū)降水量高于歷史平均值,達(dá)到了10 mm/d以上,干旱引起的生存環(huán)境惡化迫使稻縱卷葉螟從華南稻區(qū)和江嶺稻區(qū)南部隨西南氣流向北遷飛,而西南北部稻區(qū)、沿江稻區(qū)和江淮稻區(qū)的降水有利于稻縱卷葉螟種群降落(圖11)。

溫度場(chǎng)上,稻縱卷葉螟種群在江淮稻區(qū)滯留到了第50候,從第51候開(kāi)始南遷,分析第47—51候溫度場(chǎng),925hPa高度上江淮地區(qū)平均溫度達(dá)到了21—22℃(地面平均氣溫達(dá)24℃以上),華北地區(qū)、江江淮地區(qū)9月份溫度比歷史同期高出1—2℃,秋季高溫是江淮地區(qū)稻縱卷葉螟大量滯留的重要原因之一(圖12)。10月初開(kāi)始,隨著田間氣溫的下降,稻縱卷葉螟種群紛紛南遷(圖13)。

圖12 2007年第47—51候925hPa平均溫度(℃)(a)和9月份溫度距平(℃,氣候平均為2000—2016年)(b)Fig.12 Average temperature (℃) during 47th to 51th pentad (a) and temperature anomaly (℃, on the average from 2000 to 2016) of September (b) on 925hPa during the period from 47th to 51th pentad in 2007

圖13 2007年第52—54候(a)和55—58候(b)925hPa平均溫度(℃)Fig.13 Average temperatures (℃) during 52th to 54th pentad (a) and during 55th to 58th pentad (b) on 925 hPa in 2007

3 結(jié)論與討論

本文利用2000—2016年全國(guó)稻縱卷葉螟趕蛾量數(shù)據(jù),結(jié)合NECP氣象再分析資料分析了東亞夏季風(fēng)進(jìn)退對(duì)中國(guó)南方稻區(qū)稻縱卷葉螟遷飛的影響,主要得到以下結(jié)論：

(1)稻縱卷葉螟種群的向北遷飛與東亞夏季風(fēng)在我國(guó)大陸上的向北推進(jìn)過(guò)程密切相關(guān)。華南稻區(qū)稻縱卷葉螟遷入始期在時(shí)間上普遍提前于EASM北界3—5候；江嶺稻區(qū)、西南稻區(qū)東部和江淮稻區(qū)兩個(gè)始期基本同步,時(shí)差大多為2候以?xún)?nèi)。因此,EASM北界在不同稻區(qū)首次和二次出現(xiàn)的早晚對(duì)該稻區(qū)稻縱卷葉螟的北遷的始期具有一定的指示意義。

(2)各稻區(qū)代表性病蟲(chóng)測(cè)報(bào)站的北遷高峰期發(fā)生時(shí),該站均處于東亞夏季風(fēng)控制區(qū)域內(nèi)；而江淮、江嶺稻區(qū)南遷高峰期發(fā)生時(shí),該站點(diǎn)處于夏季風(fēng)北邊緣或北邊緣以北。每年6月中旬—8月上旬東亞夏季風(fēng)的北界大多位于30°N以北地區(qū),此時(shí)也是我國(guó)南方水稻主產(chǎn)區(qū)稻縱卷葉螟向北遷入的峰次最多、遷入量最集中的時(shí)期,且東亞夏季風(fēng)北界在30°N以北地區(qū)持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短與稻縱卷葉螟年發(fā)生程度呈顯著的正相關(guān),這與筆者對(duì)褐飛虱的相關(guān)研究結(jié)論基本一致[16,30]。

(3) 8月中下旬是東亞冬、夏季風(fēng)的轉(zhuǎn)換期,也是稻縱卷葉螟種群的“混合遷”發(fā)生期,此時(shí),西南稻區(qū)東北部和江淮稻區(qū)迎來(lái)初次南遷峰；9月后東亞夏季風(fēng)開(kāi)始不斷南撤,東北風(fēng)快速南下,稻縱卷葉螟種群也隨之不斷南遷。南北向混合遷的情形在褐飛虱遷飛行為中也有體現(xiàn)[31],只不過(guò)因?yàn)榈究v卷葉螟遷飛高度低,“混合遷”發(fā)生期來(lái)的早,南遷期開(kāi)始的也早；而褐飛虱遷飛高度高,“混合遷”期發(fā)生的遲,南遷期也來(lái)的遲。

(4)從大氣背景上來(lái)看,2007年稻縱卷葉螟在江淮稻區(qū)特大爆發(fā)的原因是：6月末—7月的強(qiáng)西南季風(fēng)使江嶺稻區(qū)和沿江稻區(qū)早期遷入蟲(chóng)量比常年顯著增加,也為7月下旬至8月下旬稻縱卷葉螟從江嶺稻區(qū)北部大規(guī)模向江淮稻區(qū)遷入提供了良好的蟲(chóng)源條件；7月份江南、華南地區(qū)的降水異常偏少使喜濕的稻縱卷葉螟種群隨偏南季風(fēng)進(jìn)一步向沿江和江淮地區(qū)聚集；8月份東亞夏季風(fēng)的回撤偏晚以及9月份華北地區(qū)和江淮地區(qū)北部的相對(duì)偏暖,使江淮稻區(qū)稻縱卷葉螟種群在當(dāng)?shù)販魰r(shí)間偏長(zhǎng)、南遷起始期和高峰期異常偏晚。但是,大氣背景只是稻縱卷葉螟遷入大發(fā)生的外因之一,更重要的是內(nèi)因：2007年3—5月,我國(guó)華南和西南稻區(qū)稻縱卷葉螟遷入始期早、遷入峰次多、遷入量大,這奠定了極好的蟲(chóng)源基礎(chǔ)。

昆蟲(chóng)遷飛活動(dòng)受多種大氣過(guò)程的綜合影響,既表現(xiàn)出對(duì)大氣熱力和水汽條件的主動(dòng)選擇能力,又受水平和垂直方向上大氣動(dòng)力場(chǎng)的脅迫[32-33]。華南稻區(qū)稻縱卷葉螟因早春EASM登陸前的地面溫濕條件較好而導(dǎo)致遷入始期普遍提前,江嶺稻區(qū)、西南稻區(qū)東部和江淮稻區(qū)因稻縱卷葉螟遷入條件主要依賴(lài)于東亞夏季風(fēng)北上帶來(lái)的溫濕環(huán)境和動(dòng)力條件,但因850hPa以下不同高度適宜稻縱卷葉螟遷入的大氣條件不一樣,這些稻區(qū)的稻縱卷葉螟遷入始期或提前于、或相遇、或滯后于EASM北界在該地區(qū)的時(shí)間, EASM北界雖然反映的是850hPa高度的風(fēng)溫場(chǎng)條件,通常如果850hPa高度沒(méi)有較強(qiáng)的暖平流或925hPa高度以下沒(méi)有強(qiáng)冷平流,850hPa高度的溫度總是明顯低于925hPa高度以下的溫度,對(duì)925hPa高度以下的風(fēng)溫場(chǎng)有一定的指示作用。因此,它在宏觀(guān)尺度上對(duì)稻縱卷葉螟的遷入始期具有一定的指示性和預(yù)警意義。但這種指示性作用不如東亞季風(fēng)對(duì)中國(guó)褐飛虱的南北遷飛[16,30]。原因是褐飛虱的集中遷飛高度主要在1500 m上下,與季風(fēng)指數(shù)所代表的動(dòng)力、溫度和濕度條件直接相關(guān),而稻縱卷葉螟的集中遷飛高度在500—1000 m,與季風(fēng)指數(shù)所代表的動(dòng)力、溫度和濕度條件直接關(guān)聯(lián)度遠(yuǎn)不如褐飛虱。

由于稻縱卷葉螟具有喜暖濕、趨嫩綠的習(xí)性[6,8],6—8月在東亞夏季風(fēng)覆蓋區(qū)內(nèi),水稻生長(zhǎng)面積最廣、長(zhǎng)勢(shì)最好(嫩綠度最佳),同時(shí)溫濕條件對(duì)遷入和為害最適宜。東亞夏季風(fēng)能到達(dá)的最北緯度能夠表明溫度、濕度、降水等因素在季風(fēng)覆蓋區(qū)域的綜合狀態(tài),其對(duì)稻縱卷葉螟生存和遷飛的適宜程度決定著稻縱卷葉螟可遷移的潛在范圍,夏季風(fēng)的持續(xù)時(shí)間對(duì)稻縱卷葉螟的繁殖代數(shù)和危害時(shí)長(zhǎng)有重要影響,最終將影響著稻縱卷葉螟的年發(fā)生總量。2007年夏季風(fēng)轉(zhuǎn)換偏遲,為稻縱卷葉螟秋季在江淮地區(qū)為害提供了有利條件,也是該年稻縱卷葉螟大發(fā)生的原因之一。

本文雖然定性分析了東亞夏季風(fēng)進(jìn)退和轉(zhuǎn)換對(duì)我國(guó)南方水稻主產(chǎn)區(qū)稻縱卷葉螟遷入的影響,但沒(méi)有定量分析其對(duì)不同測(cè)站或區(qū)域稻縱卷葉螟發(fā)生程度或遷入量的影響,也未提取季風(fēng)指數(shù)對(duì)不同稻區(qū)稻縱卷葉螟遷入的預(yù)警預(yù)報(bào)指標(biāo),下一步我們將進(jìn)行定量影響和預(yù)警預(yù)報(bào)指標(biāo)研究,為科學(xué)預(yù)測(cè)和防御我國(guó)稻縱卷葉螟的危害提供科學(xué)依據(jù)。