中国稻纵卷叶螟发生特点及北迁的大气背景

包云轩，曹 云，谢晓金，陆明红，李 轩，王纯枝，刘万才

1 江苏省农业气象重点实验室，南京信息工程大学，南京 210044 2 农业部全国农业技术推广服务中心，北京 100125 3 国家气象中心，北京 100081

中国稻纵卷叶螟发生特点及北迁的大气背景

包云轩1,*，曹 云1，谢晓金1，陆明红2，李 轩3，王纯枝3，刘万才2

1 江苏省农业气象重点实验室，南京信息工程大学，南京 210044 2 农业部全国农业技术推广服务中心，北京 100125 3 国家气象中心，北京 100081

稻纵卷叶螟因其发生面积大、暴发频率高、致害程度重而成为我国水稻生产上的重要害虫。为了阐明大气背景对其北迁重大过程的影响，利用2000—2012年中国稻纵卷叶螟灯诱数据分析了我国水稻主产区稻纵卷叶螟迁入的主要特征；选取2007年7月下旬的一次重大北迁过程作为典型个例，运用中尺度天气研究和预报模式WRF，结合NCEP气象再分析资料，模拟了这一过程的大气背景，推算了稻纵卷叶螟的迁飞轨迹，并分析了大气背景对稻纵卷叶螟灾变性迁入的影响。研究表明：(1)这13年中，我国稻纵卷叶螟的迁入大多在3月初始见，3—8月为北迁期，从南到北先后在华南、西南、江岭、江淮稻区出现迁入峰；9—11月为南迁期，从北到南先后迁入江淮、江岭、华南稻区并出现相应的迁入峰，10月底至11月初为终见期。(2)北迁个例中各站逆推轨迹分析显示：包括再迁飞在内的不同时段虫源地基本上位于降虫区的西南方，迁飞高度都变化于550—850 m之间，但在沿海地区降落的稻纵卷叶螟迁飞轨迹是复杂的。(3)水平气流是稻纵卷叶螟远距离北迁的主要运载动力，925 hPa上南方稻区一致的偏南气流对稻纵卷叶螟北迁极为有利；三维流场的起伏、特别是垂直气流的强弱变化对迁飞高度的变化起重要的作用。(4)下沉气流和降水是稻纵卷叶螟降落的关键动力因素，两者都对降虫有明显影响。(5)在这一北迁过程中，稻纵卷叶螟种群多降落在相对湿度大的区域，降虫区的相对湿度均在75%以上。

稻纵卷叶螟；迁入；WRF模式；迁飞轨迹；大气背景

稻纵卷叶螟，Cnaphalocrocismedinalis，是广泛分布在亚洲和东非水稻生长区的一种远距离迁飞性害虫。我国作为世界上水稻生产和消费的最大国家，自20世纪60年代以来，一直遭受着其危害和困扰。稻纵卷叶螟在我国的分布较广，向北可达吉林，向南可至海南、中国台湾，东至沿海岛屿，西至云贵高原，均有观测记载。每年3月份开始，其种群从中南半岛随西南气流迁入我国两广南部和云南南部地区，随后不断向北深入，夏秋之交开始南迁，10月下旬后陆续迁出我国[1]。我国稻纵卷叶螟的主要危害区在淮河以南的水稻主产区，尤其以华南、江岭和江淮稻区为甚[2]。本世纪以来，稻纵卷叶螟在我国各稻区的发生虫量和危害面积明显上升，自2003年来多年大发生，造成了我国水稻产量的巨大损失，已成为目前我国粮食安全的重大威胁。因此，揭示稻纵卷叶螟的发生规律，探明影响其发生和灾变的因素，提高稻纵卷叶螟发生的测报水平，对于保障我国粮食安全、维护社会稳定有着重要的意义。

稻纵卷叶螟属鳞翅目螟蛾科，趋光、趋湿、趋嫩，具有远距离迁飞性，且具有较强的再迁飞能力，能经过几个夜晚的多次飞行，实现远距离转移[3]，这给监测预报工作带来了很大的困难。经过国内外学者多年的研究，已经明确了影响迁飞性害虫灾变性迁入的重要因素有害虫自身的生理生态特性、寄主环境、大气背景及地理条件等，其中它们的远距离迁飞和辗转成灾只能借助适宜的气象条件才能实现。因此，在全面了解害虫生理生态特征的基础上，运用现代气象学理论和技术，系统地研究和阐明大气背景对稻纵卷叶螟灾变性迁入的影响机理显得尤为重要。国内外已有许多学者运用气象学理论和方法研究了影响迁飞性害虫灾变的大气背景，如有研究指出不同类型的天气系统如锋面、副热带高压、大陆冷高压等对褐飞虱降落有不同的影响[4]，有研究发现气象条件如风场、垂直气流、降水、温度和湿度等是影响稻纵卷叶螟迁飞的重要因子[5]。Curtis R Wood等[6]曾用雷达观测英国南部蛾类夜间迁徙动态时发现，温度、湿度以及风速条件对蛾的起飞和成层迁飞有很大的影响。包云轩等[7]运用MICAPS软件绘制气象背景图，分析得出高空大气环流形势对稻纵卷叶螟的南、北迁降落起着重要的宏观调控作用，高空风场盛行偏南风时对北迁有利，盛行偏北风时对南迁有利，而降水条件则是稻纵卷叶螟集中迁入和降落的重要动力胁迫因子。王翠花等[2，8]分析了大气动力机制和水汽条件对2003年中国稻纵卷叶螟迁入成灾的影响，并指出高空的水汽输送状况和相对湿度分布对稻纵卷叶螟的迁入有着很强的指示意义。高月波等[9]在对稻纵卷叶螟的迁飞进行多普勒雷达观测的基础上，推算了夏秋季发生在长江中下游稻区的多个稻纵卷叶螟重大迁飞过程的后推轨迹，并简要分析了其迁入的大气背景。前人主要从二维大气背景场的水平分布上探讨气象条件对稻纵卷叶螟远距离迁飞的影响，极少结合多个大气物理量场的垂直梯度变化从三维动态上来研究大气背景场对稻纵卷叶螟迁飞和再迁飞的影响，也鲜少运用WRF模式输出的精细化大气背景场来系统分析各大气物理量场对稻纵卷叶螟灾变性迁入的影响。

本文针对过去研究中存在的问题，在分析2000—2012年我国水稻主产区稻纵卷叶螟迁入主要特征的基础上，选取2007年7月下旬一次典型北迁过程作为个例逆推稻纵卷叶螟的迁飞轨迹，运用中尺度天气研究和预报模式WRF，结合NCEP气象再分析资料，精细化地模拟这一过程的三维大气背景场，分析其动态变化对稻纵卷叶螟灾变性迁入的影响，旨在探明导致我国稻纵卷叶螟灾变性迁入的大气物理机制，为我国迁飞性害虫的灾变监测和预警提供科学依据。

1 资料与方法

1.1 资料

1.1.1 虫情资料

稻纵卷叶螟虫情资料是由农业部全国农业技术推广服务中心提供的全国168个病虫测报站的逐日灯诱数据，资料时长为2000—2012年，选取了资料较为完整且具有代表性的45个站点用于分析稻纵卷叶螟的发生特征。在此基础上，选取了2007年7月下旬一次重大迁入过程(2007年7月22—24日)作为典型的灾变性北迁个例。

1.1.2 气象资料

本文降水场实测资料由国家气象信息中心提供。运行WRF模式所用的初始场资料为美国国家环境预测中心(NCEP)提供的每6 h一次的水平分辨率为1°×1°的气象再分析格点资料。

1.1.3 基础地理信息

研究所用的基础地理图层为国家基础地理信息中心提供的1∶4000000中国电子地图。

1.2 方法

1.2.1 稻纵卷叶螟灯诱数据的处理

首先，在Excel中整理出历年各站点稻纵卷叶螟逐日灯诱资料，绘制出各站点稻纵卷叶螟历年迁入虫量的时间变化曲线，分析得出13年来各站迁入的始见期、南北迁高峰期、峰次数、终见期。因农业部病虫测报规范中常以候为单位，候，每月25日以前，每5d为1候，最后一候可以是3、4、5d或6d，本文在统计发生期时也应用单位候。其次，在ArcGIS中绘制逐日稻纵卷叶螟灯诱虫量的空间分布图，通过同期突增现象分析单站虫情迁入动态，并初步判断出虫源地、迁飞路径和降虫区。最后，从稻纵卷叶螟大发生的2007年灯诱资料中筛选出一个典型的重大迁飞过程2007年7月22—24日作为本文研究个例，详细分析其迁飞的时空动态。

1.2.2 轨迹分析方法

本文稻纵卷叶螟的迁飞轨迹计算是在NOAA官网(www.noaa.gov)上的HYSPLIT- 4软件平台上进行的，采用后推示踪法推算迁出虫源地和迁飞路径，采用前推法分析主、副降虫区和迁飞路径。采用UTC(标准世界时)，可以每1 h输出1组轨迹参数，这些参数包括轨迹点所在的纬度、经度、海拔高度等。模式中用于分析的气象数据为GDAS格点值，NOAA官网同样提供该类数据的下载。选取了主、副降虫区的4个代表性站点(安徽太湖、江苏张家港、江苏丹阳、浙江象山)为逆推轨迹起点，进行虫源地的逆推分析；考虑到盛夏7月稻纵卷叶螟的起飞峰时在18：00前后、降落峰时06:00前后，选取逆推时段为当日06：00逆推至前一日18：00；根据昆虫雷达观测结果[9- 10]，稻纵卷叶螟盛夏的飞行高度变化于100—1500 m之间，聚集迁飞层在750 m上下。因此，逆推轨迹起点高度设为750 m，据此逆推出3个夜间12 h的迁飞轨迹线，并在Excel中绘制出相应的逆推轨迹高度，以反映稻纵卷叶螟的三维迁飞动态。在分析轨迹及轨迹落点时，考虑到该昆虫的生物学习性，轨迹终止落点必须在水稻种植区内，且该稻区正值稻纵卷叶螟迁出高峰[11]。

1.2.3 个例大气背景的数值模拟

本文应用WRF-ARW3.4模式对所选稻纵卷叶螟重大迁飞过程的大气背景进行数值模拟，采用NCEP 1°×1°气象再分析资料作为初始场，设置双重嵌套区域，区域中心设为(116°E，28°N)，外层网格水平方向为222×200个格点，格距为30 km；内层网格水平方向为280×229个格点，格距为10 km；嵌套区域覆盖我国稻纵卷叶螟各发生区域，模式积分步长为60 s，考虑到稻纵卷叶螟的夜间迁飞特点及迁飞的时效性，模拟初始时刻选为2007年7月22日08:00(北京时)，积分36 h，1 h输出一次结果，在选择微物理方案时，内外层微物理过程均采用WSM3简单冰方案，长波辐射采用RRTM方案，短波辐射采用Dudhia方案，边界层采用YSU方案，积云参数化采用Grell方案，模式输出结果用气象专用绘图软件Grads 2.0绘制各物理量场。

2 结果与分析

2.1 2000—2012年中国稻纵卷叶螟发生特点

本文分析了2000—2012年中国稻纵卷叶螟灯诱资料，得出13年来平均的始见期、高峰期、终见期，并制作成图1所示的GIS空间分布图。

稻纵卷叶螟的全国各地始见期分布图(图1)，3月份，我国南方稻区西南季风开始盛行[12- 13]，将境外的虫源不断带入我国境内。这13年中，常年灯下见虫为3月5日—10日，最早的为3月1日，出现在2007年广东阳春，最迟的为3月25日，出现在2002年广东阳春、广西合浦。在经过平均时长35候的顺序北迁后，可蔓延至我国淮河以南的整个南方水稻主产区，其间14—21候迁入两广南部；22—27候迁入两广北部、云南、贵州、湖南、福建和江西南部；28—33候迁入重庆、江西北部、湖北南部、安徽南部和浙江南部；34—39候迁入湖北北部、安徽北部、浙江北部及江苏大部。

稻纵卷叶螟的北迁高峰期分布图(图1)，在西南季风(特别是低空急流)的输送下，伴随着西太平洋副高的北抬西伸，从南到北我国各稻区依次出现北迁高峰期：25—33候，广西东南部和广东西南部首先出现北迁高峰期；紧接着34—39候，西南稻区进入北迁高峰期；37—42候江岭稻区经历北迁高峰期；43—47候江淮地区最后进入北迁高峰期。

南迁高峰期分布图(图1)，和北迁相比，南迁具有迁入快、时间短、范围小的特点。该时期，副高南撤，西南季风和东南季风开始迅速衰退，偏北季风开始盛行，此时的运载气流有利于稻纵卷叶螟向南回迁，从北向南，江淮稻区南迁高峰期在50—51候；江岭稻区在50—55候进入南迁高峰期；华南稻区在56—59候进入南迁高峰期；西南稻区只有贵州有回迁虫源出现，其南迁高峰期在50—51候，云南和重庆地区由于海拔高、地形障碍和稻纵卷叶螟南迁高度比一般地形低等因素很难监测到回迁虫源，而使得这两个地区的稻纵卷叶螟迁入在8月底就已终见。

稻纵卷叶螟的终见期分布图(图1)，稻纵卷叶螟的迁入终见期最先于50—55候在江淮稻区出现；其后是江岭稻区，发生在53—58候；59—62候华南稻区进入终见期。

本文对稻纵卷叶螟南北迁高峰次数进行了一次统计，北迁持续时间长，在各地峰次较多，峰期较长，从图2看出，华南稻区常年平均有3—4个迁入峰，西南稻区一般有3—4个迁入峰，江岭稻区一般有2—3个迁入峰，江淮稻区一般出现2—3个迁入峰；华南稻区是峰次发生较多的一个区域，华南稻区温度、日照、降水适宜，稻田多分布在江河平原和丘陵谷底，多生长以双季稻为主的一年多熟水稻，丰富的食料和有利的地理条件使该地区成为稻纵卷叶螟北迁重要的输送必经之地，而江淮地区发生峰次则较少，该地区大部分水稻一季有余，两季不足，虽峰次不多，但该地区有着地理优势，尤其长江中下游平原这一鱼米之乡，在季风影响之下，气候温润，降水丰富，丰富的食料环境通常导致该地区稻纵卷叶螟暴发成灾。

稻纵卷叶螟南迁的周期短于北迁周期，通常在9月初开始回迁，至11月初结束，从图2看出，江淮稻区常出现1—2个迁入峰，江岭稻区一般有1—2个迁入峰，华南稻区常有2—3个迁入峰，西南稻区常年有1个迁入峰。

图1 2000—2012年我国稻纵卷叶螟迁入期的时空分布图

图2 2000—2012年我国不同稻区稻纵卷叶螟迁入峰次图

图3 2007年7月22—24日我国稻纵卷叶螟灯诱量空间分布图

2.2 2007年北迁个例分析

2.2.1 稻纵卷叶螟虫情分析

2007年是稻纵卷叶螟在我国稻区发生较重的一年，江淮稻区是主要受灾害的地区，田间虫量之大，灾害持续时间之长，实属罕见，对水稻生产造成了严重的威胁[14]。通过在Excel中对2007年的稻纵卷叶螟灯诱数据进行单站时间序列分析，可以知道2007年稻纵卷叶螟始见期早、终见期迟、在我国稻区为害时间长的特点。灯诱始见期最早出现在广东阳春站，为3月1日，最晚出现在江苏靖江，为7月4日；灯诱终见期最早出现在重庆垫江，为8月20日，最晚出现在广西大多数站点，均为11月10日。2007年7月23日，江淮稻区和江南稻区出现了一次同期突增现象，迎来了一次迁入高峰期，这一峰值时期也正与北迁高峰期统计结果一致，在此后的10 d内，这两个稻区多个植保站的灯诱虫量居高不下。

图3是7月22日—24日稻纵卷叶螟灯诱虫量空间分布图，可以看出，这几天我国南方稻区都有虫源迁入，22日降虫区域主要分布在皖、湘、黔以及浙江、福建沿海地区，降虫量相对较少，分布比较均匀，而23日降虫显著增加，尤其以江、浙、皖稻区最明显，浙江沿海站点日降虫量竟达到了上万头，对比接下来几天的降虫分布图(2007-07-24)，可以很清晰的看到此次同期突增持续时间较长、范围广，主要降虫区域为浙江沿海地区和长江中下游稻区的苏、皖、鄂地区，主要集中在30°N南北，副降虫区为湘、黔和闽东地区，通过比较分析，可以确定7月23日是大气背景对稻纵卷叶螟迁入产生作用的关键日。

2.2.2 稻纵卷叶螟迁飞轨迹分析

图4 2007年7月23日06：00起、22日06：00起和21日06：00起太湖、象山、张家港和丹阳站稻纵卷叶螟各夜夜间12h逆推轨迹的连线

为了了解此次长江中下游稻区稻纵卷叶螟同期突增的迁入过程，选取了代表性站点进行高峰日逆推轨迹模拟，从图4可以看出，23日苏皖地区的虫源主要来源于其西南方向，逆推虫源地集中在江岭稻区中部，说明稻纵卷叶螟在这3个夜晚的迁飞中主要受西南气流的影响，由湖南南部、江西中部辗转至江苏南部、安徽、浙江地区，进而到达长江中下游地区，而沿海稻区象山是此次重发生区域，其灯诱迁入量达到上万头，其首次逆推路径来自南路，逆推起点正好落在海上，无法判断出虫源地，因此，在沿海地区降落的稻纵卷叶螟的迁飞路径是复杂的。

本文以750 m作为逆推起点，从逆推轨迹高度变化来看(图5)，第一次逆推(2007-07-23)，到达太湖站的虫群随风高度先降低后升高，丹阳站的虫群则随风而上升，而到达张家港的虫群则一开始就在较高的高度，此后的高度一致稳定在750—800 m之间；第二次逆推(2007-07-22)、第三次逆推(2007-07-21)虫群迁飞高度也呈现一定的起伏变化，但迁飞高度大多集中在550—850 m之间。

图5 2007年7月23日、22日和21日分别于06:00起太湖、象山、张家港和丹阳站稻纵卷叶螟各夜夜间12 h逆推轨迹高度曲线

2.2.3 大气环流形势分析

结合7月22日08:00 500 hPa天气图(图6a)和7月23日08:00 500 hPa天气形势图(图略)可以发现：500 hPa高度上，欧亚大陆高空维系着两槽一脊的形势，两低压分别位于新西伯利亚西部和鄂霍次克海上空，高压脊位于贝加尔湖上空附近，中高纬阻高处于减弱崩溃时期。在我国境内，河套地区有一切断低压，冷涡形势不断发展将会对我国北方地区造成降温和不稳定的雷阵雨天气，在东部沿海地区西太平洋副热带高压控制着粤东、福建大部和浙南地区，并逐渐向北向西推移，副高脊线位于25°N—28°N之间，西南暖湿气流和北方低压后部南下的西北干冷气流在副高西北侧相遇，形成对流，有利于降水的发生。7月22日08:00(图6b)以及23日08:00(图略)700 hPa天气图上，可以清楚地看到江淮流域北部与朝鲜半岛南部之间有一切变线，切变线以南是我国水稻主产区，盛行强劲的西南暖湿气流，其中湘、鄂、皖、苏、沪、浙等稻区的风速已达到了低空急流的量级，这对迁飞性害虫从虫源地大规模迁出十分有利。7月22日20：00 850 hPa(图6c)天气图上显示对流层低层高低压配置与对流层中高层槽脊分布密切对应，我国长江以南大部分地区受强盛的西南气流控制，并与来自西北的冷性偏北风形成切变线，西南气流源源不断地将孟加拉湾和南海的水汽输送至我国南方地区，形成大片湿区范围。

图6 不同高度位势高度场(gpm)和风场(m/s)

2.2.4 稻纵卷叶螟迁飞的大气动力背景分析

(1)水平流场分析

7月22日20:00(图7a)925 hPa风场上，来自南海的偏南风直入我国两广地区，西南气流在我国两广地区和湘、赣南部地区强劲而有力，深入内陆，风速减缓，海上黄海中部以南和陆上淮河以南的东部地区盛行较一致的强西南气流，但此时我国陆地上的风速并未达到低空急流的量级，随着整个环流形势的发展，23日02：00(图7b)925 hPa上风场图上，我国湘南地区出现了低空急流，且我国大部分地区均以西南气流为主，风速较大，对稻纵卷叶螟从南部稻区的北迁十分有利，而在淮河沿岸，西南气流与东亚大槽后部南下的东北气流交绥，形成对流，并产生降水。23日08：00(图7c)925 hPa风场上，两广南部有西南暖湿气流不断向东北方向输送，湘南地区的西南低空急流向东北方向移动，已经影响到赣北地区。而自东北方向南下的干冷气流不断加强南压，逐渐影响到江淮稻区上空的风场格局，皖南、苏南及浙北地区气流逐渐由西南向西偏，由于西南气流与东北气流的交绥导致苏、皖、鄂形成降水带，更有利于稻纵卷叶螟的降落成灾。图8a是02：00沿30°N各层次水平风场的纬向剖面图，可以看出113°E—125°E之间风向均为西南风，且925 hPa高度风速达到10 m/s以上，高度越高风速越大；图8b是02：00沿120°E各层次水平风场的经向剖面图，可以看出23°N—33°N之间风向均为西南风，925 hPa高度风速也达10 m/s以上，而这两个范围所形成的的集中区域正是稻纵卷叶螟降虫最频繁的区域，主要迁飞层的风向以西南风为主，风速大小也对稻纵卷叶螟向东北方向的迁飞极为有利。

图7 2007年7月22日20：00(a)、7月23日02：00(b)和08：00(c)925 hPa风场(m/s)

图8 2007年7月23日02：00沿30°N纬向风场(m/s)剖面图(a)和沿120°E经向风场(m/s)剖面图(b)

(2)垂直速度场分析

稻纵卷叶螟在空中顺风而行时如遇一定强度的下沉气流或降水，会被迫降落地面，从7月23日02：00和08：00 925 hPa垂直速度分布图(图9)上可以看出，23日夜间下沉气流分布在30°N以南地区：湘赣南部地区、东部沿海地区和皖鄂南部地区，从02：00到08：00，下沉气流区域呈缩小趋势。从图10中可以看出，沿30°N纬向分布，02：00(图10a)，850 hPa以上的高层主要以上升气流为主，尤其是113°E附近有强的上升气流；850 hPa以下的低层区域主要以下沉气流为主，尤其是在113°E—120°E之间，存在着两个较为明显的下沉气流区域，分别位于鄂南、皖南地区和浙北地区。到了08：00(图10b)，高层113°E—116°E之间下沉气流明显增强，低层下沉气流区范围缩小，集中至114°E—117°E之间，即范围缩至鄂南、皖南地区。图11是垂直速度的纬向分布图，02：00(图11a)，有利于稻纵卷叶螟降落的下沉气流主要集中在25°N—29°N之间，即集中在福建和浙江的沿海地区，而至08：00(图11b)，下沉气流主要集中在30°N以南，对闽浙两地区稻纵卷叶螟的降落极为有利。根据以上的分析，我国东南部水稻主产区下沉气流的分布与稻纵卷叶螟的集中降落区基本吻合。

图9 2007年7月23日02：00(a)和08：00 (b) 925 hPa垂直速度分布(10-2 m/s)

图10 2007年7月23日02：00 (a)和08：00 (b)沿30°N纬向垂直速度剖面图(10-2 m/s)

图11 2007年7月23日02：00 (a)和08：00 (b)沿120°E经向垂直速度剖面图(10-2 m/s)

此外，垂直气流的强弱变化还对稻纵卷叶螟空中迁飞种群的迁飞高度有着至关重要的影响，如7月23日08：00从安徽太湖站(30.494°N，116.1698°E)和江苏丹阳站(31.9581°N，119.6336°E)逆推的轨迹在有强上升气流存在的时刻(02：00)和地区，其迁飞高度上升(图4、图9a、图10a、图11a、图5)，而从张家港站(31.9002°N，120.6294°E)逆推的轨迹在有强下沉气流存在的时刻(02：00)和地区，其迁飞高度下降(图4、图9a、图10a、图11a、图5a)。同样，在其它时次、轨迹经过的其它地区也出现了相同的现象。

(3)降水场分析

对于稻纵卷叶螟的降落，在不考虑稻纵卷叶螟由于生理原因主动降落的情况下，大气动力胁迫(如下沉气流、降水)和地形胁迫都是造成稻纵卷叶螟集中降落的重要机制[7]。在了解下沉气流对此次降虫影响的基础上，为了更全面地阐明稻纵卷叶螟的降落机制，将7月22日08：00至23日08：00各站点的降水量按照气象部门规定的24h降雨量级别划分后绘制出如图12所示的空间分布图。从图12中可以看出，大部分稻区有少量的降水，在30°N以北降水区主要分布在东部，以苏、皖、鄂地区为主；在鄂、皖、豫交界处以及湘鄂交界处都出现了强降水，雨量达到了大到暴雨级别；江苏北部以及西南大部分稻区雨量大多为大雨级别；苏、浙交界处雨量为小到中雨级别。在30°N以南降水区集中在海拔高的高原和山区，即云南、四川和重庆地区，但因为该地区海拔高于稻纵卷叶螟的主要迁飞高度，大部分地区并未见虫。因此，此次苏皖部分地区的降虫是由降水引起的，降水条件能导致稻纵卷叶螟降落，但降虫的主降区并不在降水区域最强的区域，而是分布在降水区附近。

图12 2007年7月22日08：00至7月23日08：00中国南方水稻主产区降水分布图(mm)

(4)相对湿度场和水汽通量场分析

稻纵卷叶螟是趋湿性迁飞害虫，通过对比分析稻纵卷叶螟迁入的空间分布，以及夜间降水情况，可以发现：此次主降虫区主要在沿江、沿湖和沿海地区，在福建沿海地区有着密集的降虫区，说明稻纵卷叶螟的迁飞和降落与水汽条件有关。在气象学中，相对湿度、水汽通量等可以表征一个地区的水汽条件。从7月22日20：00 925 hPa的相对湿度场上来看(图13a)，相对湿度低数值区主要集中在浙江沿海、福建沿海和湖南、江西两省的大部分地区，其值大约在55%—70%之间。而高值区集中在云南、两广地区，其值在75%—95%左右，经过12 h的酝酿，降虫区925 hPa相对湿度均超过了75%(图13b)，对比可以发现，浙江沿海稻区相对湿度上升了20%之多，而其余稻区的相对湿度也上升了10%之多，图15是08：00相对湿度沿30°N和120°E的垂直剖面图，鄂南—皖南—浙北一带(113°E—122°E)和福建—浙江—江苏一带(28°N—31°N)正是此次稻纵卷叶螟集中降落区域，稻纵卷叶螟迁飞层的相对湿度达到了80%—95%，这为稻纵卷叶螟的迁入成灾提供了绝好的水汽条件。

再看水汽通量的分布(图14a)，7月22日20:00水汽通量最大值位于广西南部的沿海地区，通量值达到18 g/s以上，南海的水汽直接在西南气流的输送下，已经开始影响到了两广和湘南地区空气中的水汽含量，使这几个地区的水汽通量值达到10 g/s以上，另一个水汽通量大值区位于苏南和浙北沿海地区，其值达到了16 g/s，水汽来源于西北太平洋，其余地区的水汽通量普遍低于6 g/s，但都为正值，表明有水汽输入。随着水汽不断向内陆的输送，经过一夜，各地区的水汽通量格局发生了变化，如图14b 所示，除了降水多的地区外，大部分地区的水汽通量值高于10 g/s，苏皖鄂的雨带地区水汽通量低于6 g/s，这是由于该地区降水条件的发生，水汽含量已趋饱和，与其他地区的水汽梯度相对较小。而来自南海的水汽通过广西—湘南—赣南有一水汽输送带，不断向北输送，这正与稻纵卷叶螟的北迁主径相吻合，赣南地区的水汽通量达到了较高值，高于20 g/s。另外，来自西北太平洋的水汽也不断向江浙皖稻区输送，水汽通量普遍高于10 g/s，图15是08：00水汽通量沿30°N和120°E垂直剖面图，降虫区域水汽通量维持在10 g/s以上，降水区对流层中低层水汽通量维持在较高的水平，此次我国南方稻区水汽主要有两个来源：一是来自南海和孟加拉湾，由西南方向向东北方向输送；二是来自东海海面，由东南偏南至西北偏北方向向陆地输送，水汽条件对稻纵卷叶螟的迁入起着很好的辅助作用。

图13 2007年7月22日20:00(a)和23日08:00(b)925 hPa相对湿度场(%)

图14 2007年7月22日20:00(a)和23日08:00(b)925 hPa水汽通量场(g/s)

图15 2007年7月23日08：00相对湿度(%，等值线)和水汽通量(g/s，彩色阴影)沿30°N(a)和120°E(b)的垂直剖面图

3 讨论

稻纵卷叶螟南北往返的迁入和为害与我国的水稻种植制度、地理条件以及大气背景都有着很重要的关系，本文利用2000—2012年中国稻纵卷叶螟逐日灯诱数据分析了最近10多年来稻纵卷叶螟在我国水稻主产区的迁入特征，发现：稻纵卷叶螟在我国的迁入时空特征与以往基本相似[15]，但最早始见期有所提前，最晚终见期有所推迟，特别是2003年，这与全球气候变暖和气候异常有关[16]。轨迹分析显示：此次过程的稻纵卷叶螟虫源地基本上都位于降虫区的西南方，这与这一时期西南季风的盛行和湖南、江西及安徽南部稻区的早稻黄熟有关；迁飞高度的起伏变化范围则由稻纵卷叶螟的生理生态特征和迁飞行为学参数及这一时期迁飞层的大气物理结构所决定的，也与以往的昆虫雷达观测结果相吻合[9-10]。沿海降虫区复杂的轨迹走向是由大尺度大气环流背景、中尺度天气过程和局地海陆风环流共同作用造成的，需要耦合WRF模式与海陆风模式进一步探明，本文限于篇幅，没有展开。925 hPa等压面所处高度约为750 m，正好是稻纵卷叶螟的适迁层，该高度上的水平气流速度远大于稻纵卷叶螟主动迁飞的速度，因此，受气流胁迫，种群只能随风而行，此次北迁过程的925 hPa上南方稻区盛行强而一致的西南气流，这就决定了稻纵卷叶螟种群迁向东北。虽然垂直气流的强弱与水平气流相比，差了1—2个量级，但两者合成以后产生的惯性对北迁方向及迁飞高度的变化起了至关重要的作用。稻纵卷叶螟昼伏夜行，可以经过多次辗转飞行到达受灾地，在其异地转移时需要借助有利的大气动力条件，高空大气环流形势、风场、垂直速度场、降水无疑是影响稻纵卷叶螟迁飞降落的关键动力因素，本文通过一次典型北迁个例的分析，探讨大气动力场对稻纵卷叶螟迁入降落的影响，所得结论与以往的研究基本吻合[8]，而三维流场特别是垂直气流的强弱变化对稻纵卷叶螟迁飞高度的影响却是初次探讨，变化大气动力条件和水汽条件对稻纵卷叶螟的迁入成灾均有很好的指示作用：水平气流是稻纵卷叶螟远距离迁飞的主要运载动力，下沉气流和降水是稻纵卷叶螟降落的关键动力因素，两者都对降虫有明显的影响。稻纵卷叶螟是趋湿性害虫，适宜的水分条件有助于其远距离迁飞和降落，稻纵卷叶螟迁入种群多降落在湿度大的区域，降虫区地面的相对湿度均在75%以上，这与其对大气水分环境的生态要求(70%以上相对湿度才能正常生存)是吻合的，与笔者以往的研究[2]不一样的是：以往只间断性地考虑了850、925 hPa和1000 hPa三个高度的相对湿度条件，而本文从纬向和经向垂直剖面上连续性地考虑了稻纵卷叶螟迁飞发生区的相对湿度条件，这样更科学、更全面。以往的研究发现：稻纵卷叶螟的迁入与温度的变化直接相关，适宜稻纵卷叶螟迁入的温度大于18 ℃[5]，但盛夏稻纵卷叶螟北迁的温场条件极易满足，对其迁出、空中飞行和降落很难形成胁迫。而本文所选个例中的迁飞过程正好发生在盛夏时节，稻纵卷叶螟迁入所需的热量条件不成问题，故没有考虑温度条件对其迁入的限制。

HYSPLIT模型是用于计算和分析大气污染物输送、扩散轨迹的专业模型，随着模型的不断完善，它开始被广泛应用于昆虫迁飞轨迹研究及虫源地分析中[17- 18]。通过这一轨迹分析平台，可以很清楚的追溯稻纵卷叶螟的迁入虫源地分布并查看各时空点的迁飞高度。本文利用该模型推算轨迹时，充分考虑了稻纵卷叶螟的较强再迁飞能力，同时根据前人的昆虫雷达观测结果[9- 10]，选取相关轨迹计算判断依据(包括起始和终止时间、盛行迁飞层高度、轨迹落点区域等)，与从实际虫情数据分析推断的结果有较好的一致性。但轨迹起终点、迁飞路径和迁飞距离与实际虫源区、迁飞路径和降虫区的偏差还是难免的，原因是轨迹计算模型中没有考虑稻纵卷叶螟在起飞、空中飞行和降落过程中的主动性。尤其是在推算降落在沿海稻区的稻纵卷叶螟的迁飞路径和虫源地时，较容易出现轨迹落点出现在海上、导致逆推轨迹中断的现象。后续研究将通过风洞试验获取其主动迁飞速度与环境条件(如气流、温度、湿度等)关系的参数，将其导入轨迹模型使之更为精确。WRF模式已广泛用于世界上多数国家的天气过程研究和数值预报业务中，其功能和效果得到国际气象界的广泛公认，因此，它对稻纵卷叶螟迁飞过程发生期间的大气背景的模拟是准确而可行的。在掌握大范围基本虫源信息的前提下，可以利用它来对稻纵卷叶螟迁飞的轨迹和发生大气背景进行短期预测，为了验证这种预测的可行性，需要通过大量的个例试验获取可靠的准确率和误差数据，只有达到一定的准确率并将误差控制在允许的范围内才能业务化应用。

[1] 王凤英, 胡高, 陈晓, 沈慧梅, 罗善煜, 辛德育, 徐盛刚, 张孝羲, 翟保平. 近年来广西南宁稻纵卷叶螟大发生原因分析. 中国水稻科学, 2009, 23(5): 537- 545.

[2] 王翠花, 包云轩, 王建强, 翟保平, 向勇. 2003年稻纵卷叶螟大发生的水汽条件分析. 应用生态学报, 2006, 17(9): 1693- 1698.

[3] 王凤英, 张孝羲, 翟保平. 稻纵卷叶螟的飞行和再迁飞能力. 昆虫学报, 2010, 53(11): 1265- 1272.

[4] 谈涵秋, 毛瑞曾, 程极益, 姚禾芬. 褐飞虱远距离迁飞中的降落和垂直气流、降雨的关系. 南京农学院学报, 1984, (2): 18- 25.

[5] 白先达, 黄超艳, 唐广田, 李国刚, 邹丽霞, 贾方曌. 气象条件对稻纵卷叶螟迁飞的影响分析. 中国农学通报, 2010, 26(21): 262- 267.

[6] Wood C R, Chapman J W, Reynolds D R, Barlow J F, Smith A D, Woiwod L P. The influence of the atmospheric boundary layer on nocturnal layers of noctuids and other moths migrating over southern Britain. International Journal of Biometeorology, 2006, 50(4): 193- 204.

[7] 包云轩, 王永平, 严明良, 袁成松, 于晓丽. 2003年我国稻纵卷叶螟发生特征及其灾变大气背景的研究. 气象科学, 2008, 28(2): 184- 189.

[8] 王翠花, 包云轩, 王建强, 向勇, 翟保平. 2003年稻纵卷叶螟重大迁入过程的大气动力机制分析. 昆虫学报, 2006, 49(4): 604- 612.

[9] 高月波, 陈晓, 陈钟荣, 包云轩, 杨荣明, 刘天龙, 翟保平. 稻纵卷叶螟(Cnaphalocrocismedinalis)迁飞的多普勒昆虫雷达观测及动态. 生态学报, 2008, 28(11): 5238- 5247.

[10] Riley J R, Reynolds D R, Smith A D, Edwards A S, Zhang X X, Cheng X N, Wang H K, Cheng J Y, Zhai B P. Observations of the autumn migration of the rice leaf rollerCnaphalocrocismedinalis(Lepidoptera: Pyralidae) and other moths in eastern China. Bulletin of Entomological Research, 1995, 85(3): 397- 414.

[11] 蒋春先, 齐会会, 孙明阳, 武俊杰, 张云慧, 程登发. 2010年广西兴安地区稻纵卷叶螟发生动态及迁飞轨迹分析. 生态学报, 2011, 31(21): 6495- 6504.

[12] 包云轩, 谢杰, 向勇, 徐希燕, 刘宇. 低空急流对中国褐飞虱重大北迁过程的影响. 生态学报, 2009, 29(11): 5773- 5782.

[13] 包云轩, 黄金颖, 谢晓金, 陆明红. 季风进退和转换对中国褐飞虱迁飞的影响. 生态学报, 2013, 33(16): 4864- 4877.

[14] 刘宇,王建强, 冯晓东, 蒋学辉.2007年全国稻纵卷叶螟发生实况分析与2008年发生趋势预测.中国植保导刊,2008,28(7):33-35.

[15] 石尚柏, 姜瑞中. 农作物病虫长期运动规律与预测. 北京: 中国农业出版社, 1997.

[16] 陈晓, 刘万才, 朱建生, 张孝羲, 翟保平. 2003年我国稻纵卷叶螟特大发生的气候背景. 昆虫知识, 2013, 50(3): 615- 621.

[17] 齐国君, 芦芳, 高燕, 梁居林, 蓝日青, 张孝羲, 翟保平, 吕利华. 稻纵卷叶螟2010年的一次迁飞过程及其虫源分析. 昆虫学报, 2011, 54(10): 1194- 1203.

[18] 芦芳, 齐国君, 陈晓, 董西贵, 郭玉人, 武向文, 倪秀红, 陈时健, 张纪英, 张孝羲, 翟保平. 上海地区2007年褐飞虱的后期迁入和虫源地的个例分析. 生态学报, 2010, 30(12): 3215- 3225.

Migration pattern of rice leaf roller and impact of atmospheric conditions on a heavy migration event in China

BAO Yunxuan1,*, CAO Yun1, XIE Xiaojin1, LU Minghong2, LI Xuan3, WANG Chunzhi3, LIU Wancai2

1JiangsuKeyLaboratoryofAgriculturalMeteorology,NanjingUniversityofInformationScience&Technology,Nanjing210044,China2NationalAgriculturalTechnologyExtensionandServiceCenter,MinistryofAgricultural,Beijing100125,China3NationalMeteorologicalCenter,Bejing100081,China

Rice leaf roller,CnaphalocrocismedinalisGuenee, is one of the most important crop pests in China due to its large area of occurrence, high frequency of outbreaks and serious damage to rice yields. In this paper, the lighting trap observational data of rice leaf rollers from 2000 to 2012 were analyzed to assess the impacts of atmospheric conditions on the migration and landfall of rice leaf roller. We have identified the main features of rice leaf roller′s migration in the main rice-growing areas of China and presented a detailed analysis on a typical migration event occurred in late July, 2007 and verified the assessment result. By means of the Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trojectory Model for Version 4.0 (HYSPLIT- 4), a software of calculating particle trajectory in the air, the backward migration trajectories of the rice leaf roller landfalled the rice growing regions in the the Yangtze River Valley were calculated and the Weather Research and Forecast model (WRF) ′s simulations on the atmospheric backgrounds in this event combined with the reanalysis data of the National Ceter of Environmental Predicting (NCEP) were used to assess the impacts of weather conditions on the catastrophic migrations of rice leaf roller. Several important findings are obtained from this study. First, during the studying period from 2000 to 2012, the migration of rice leaf roller started at the beginning of March in a year, the period during March to August was the period of prevailing migration northward in which the populations immigrate into the south China, the southwest China, the regions between the Nanling Mountain and the Yangtze River and the valley regions between the Yangtze River and the Huaihe River in China successively and emerge a series of immigration peaks. During the period from September to November each year, the southward migration is the reversed processes in the above regions. The rice leaf roller migrated backward to the valley region between the Yangtze River and the Huaihe River, the regions between the Nanling Mountain and the Yangtze River and South China in turn. Second, the backward trajectories calculations of rice leaf roller′s migration northward included the beginning and re-emigrating populations in the selected event indicated that the sources of the rice leaf roller′s populations were situated at the southwest parts of the landfall regions and the migration altitudes varied from 550 m to 850 m above ground level. As a comparison, the migrating trajectories in the coastal regions were more complicated than the other regions. Third, the horizontal wind is the main driving force for the long-distance migration of rice leaf roller′s populations and the prevailing southerly at 925 hPa height is favorable for the migration northward. Three-dimensional windfield, especially the strong vertical airstream plays a dominant role in the up and down of the migration heights. Fourth, the downward flow and rainfall are the two key dynamic factors for the landfall of the rice leaf rollers. Fifth, as a kind of hygrotaxis pest, the suitable atmospheric moisture condition is beneficial to the long-distance migration and landfalling of rice leaf roller′s populations. In this event, most of the rice leaf rollers landfalled in the areas of the relative humidity higher than 75%.

CnaphalocrocismedinalisGuenee; migration; WRF model; migration trajectory; atmospheric conditions

国家自然科学基金面上项目(41075086);国家公益性行业(气象)科研专项(GYHY201306053);江苏省农业科技自主创新项目(SCX(12)3058);江苏省高校优势学科建设工程

2013- 09- 26;

2014- 06- 03

10.5846/stxb201309262367

*通讯作者Corresponding author.E-mail: baoyx@nuist.edu.cn，baoyunxuan@163.com

包云轩，曹云，谢晓金，陆明红，李轩，王纯枝，刘万才.中国稻纵卷叶螟发生特点及北迁的大气背景.生态学报,2015,35(11):3519- 3533.

Bao Y X, Cao Y, Xie X J, Lu M H, Li X, Wang C Z, Liu W C.Migration pattern of rice leaf roller and impact of atmospheric conditions on a heavy migration event in China.Acta Ecologica Sinica,2015,35(11):3519- 3533.