基于SW物候模型“牛妈妈枣”收获期预测

刘振宇 曹晓霞 史有瑜 陈秀影

[摘 要]基于唐山豐润区国家一般气象站2013年1月～2017年8月逐日平均气温资料和2017年8月逐日平均气温滚动预报资料，应用SW物候模型，对2017年丰润山缘景区“牛妈妈枣”收获（采摘）期进行预测，取得了较好的效果。研究结果表明：应用SW物候模型预测“牛妈妈枣”收获（采摘）期，预测结果与实况接近，该模型适用性较高，可进行进一步的业务试用。

[关键词]物候模型;牛妈妈枣;收获期;预测

[中图分类号]S685.99 [文献标识码]A

“牛妈妈枣”是20世纪50年代在河北省唐山市丰润区王官营镇下水路村发现的一种优良鲜食枣单株，因其所结果实呈长圆锥形，胴部具有隘痕，似牛乳头而被命名为“牛妈妈枣”。“牛妈妈枣”果实皮薄肉细，质地细脆，汁液多，酸甜适口，2003年9月，经河北科技师范学院、河北省农林科学院、唐山市林业局专家实地考察和品尝鉴定，河北农业大学中国枣研究中心对鲜果分析测定，认为品质上等;2005年唐山市丰润区政府将其定义为丰润区的特色果品，并注册了“峪泉”商标;2016年，丰润“牛妈妈枣”通过了国家有机食品认证;2017年，丰润山缘景区成功申报国家地理标志认证，确定山缘景区为“牛妈妈枣”的原产地。

丰润区隶属于河北省唐山市，地处河北省东部，北依燕山，中南部偎冀东平原。丰润山缘景区为地势起伏不大的山地，林果生长旺盛，现已建成集生态特种养殖、旅游观光、休闲度假、果蔬采摘、乡村体验、苗木栽培、科技农业研发推广为一体的现代休闲农业示范园区。景区自2016年开始承办丰润区大枣文化节，为保证大枣文化节成功举办，准确预报“牛妈妈枣”适宜收获期，并以此为参考提前确定文化节举办日期至关重要，对提高文化节期间企业的经济效益和宣传效果有很大帮助。本文基于SW（Spring Warming）物候模型利用有效积温指标对丰润山缘景区“牛妈妈枣”2013-2016年收获期（本文指始采摘期，下同）的观测资料进行模拟检验，并对2017年收获期进行试预报，以期推动和提高“牛妈妈枣”采摘期预报服务水平，从而更好地为园区提供服务。

1 研究资料与方法

1.1 研究资料

以唐山丰润山缘景区“牛妈妈枣”为研究对象，物候资料为该植物2013～2017年的成熟可采期观测资料;气象资料取自河北省唐山市丰润区气象局国家一般气象站2013年1月1日～2017年8月31日逐日平均气温和最高气温观测资料，观测资料经过了严格的质量控制。

1.2 研究方法

本文采用SW物候模型对“牛妈妈枣”收获期进行预测，积温使用有效积温。有效积温预测模型如下：

式中，y是预测的“牛妈妈枣”收获期（日序），xt是第t天的日平均气温;R（xt）是高于某一界限温度值的有效温度，Tb是界限温度，本文依据从唐山市丰润区林业局获得的“牛妈妈枣”生长发育指标，将Tb取13.0℃;F为有效积温阈值，本文统计值为1340℃;t0是有效积温开始累积的时间，以日序来表示，起始日期取每年日平均气温稳定通过13.0℃的初日。由于高温天气对“牛妈妈枣”的生长发育影响很大，本文在计算累积有效温度时，将连续2天以上高于35. 0℃日期的有效温度扣除。

当收获期模拟日期与实际日期差值≤1d评定为正确，2～3为基本正确，≥4d为不正确。

2 结果与分析

对唐山市丰润区国家一般气象站2013～2016年逐日平均气温观测资料进行5日滑动平均，得到各年日平均气温稳定通过13.0℃的初日，如表1所示。

2.1 2013～2016年收获期模拟检验

以日平均气温稳定通过13.0℃的初日为起始日期，用SW物候模型计算有效积温，得到2013～2016年“牛妈妈枣”达到有效积温阈值的日期，其模拟日期与观测日期如表2所示。

可见，预测模型对收获期拟合效果较好，4年均达到正确和基本正确的评价标准，拟合值与实际值的相关系数为0.9825，通过0.05的显著性检验。

2.2 2017年收获期预报及检验

目前业务中可获得时效达10天的ECMWF细网格预报产品，实际业务中通常做提前一周的预报，本文以10天预报时效进行检验。进行收获期预报的具体做法是从8月1日起每天进行温度预报，预报日的日平均气温用预报的日最高气温和日最低气温的平均值代替;如预报连续两日以上最高气温大于等于35℃时，则将该连续日平均温度置为0。首先计算出当年稳定通过13℃的初日，再计算初日至预报起点日后的有效积温，当累积有效积温达到阈值时，即确定该日为预测的收获日（始采摘日）。

用唐山市丰润区国家一般气象站2017年的逐日平均气温实况值进行统计，2017年稳定通过13℃的初日为4月2日，2017年4月2日至8月1日期间有效积温为1091.6℃，有效积温达到或超过阈值（1340℃）取决于预报日之后逐日平均气温的预报结果。将2017年8月1日、8月8日、8月9日、8月12日对未来10天的预报结果分别列于表3和表4。从表3可以看出，根据8月1日的预报结果，8月11日有效积温值为1232.1℃，距离阈值还尚需些时日;8月8日滚动预报的8月18日有效积温值为1328.9℃，已接近阈值。继续滚动订正预报结果，从表4可以看出，根据8月9日预报结果，8月19日有效积温值为1340.9℃，刚好达到阈值;继续滚动预报加以印证，8月10日预报（表略）8月19日有效积温为1339.9℃，8月20日有效积温为1351.4℃;8月11日预报（表略）8月19日有效积温为1342.4℃;8月12日预报（表4）8月20日有效积温为1344.5℃。因此，在8月9日预测的大约8月19日进入收获（始采摘）期，根据后续几天滚动预报结果，结论也基本一致。

2017年实况是，物候观测8月19日进入采摘期，气象实况资料8月20日累积有效积温达到1344.8℃，与预测结果基本一致。

3 讨论

本文采用SW物候模型，在前期气温实际观测资料以及后期逐日气温滚动预报的基础上，进行了2017年“牛妈妈枣”收获期的预测，为“牛妈妈枣”适时采摘和园区“采摘文化节”的筹备工作提供了科学的参考依据，收到了较好的效果。采用一周（7日）滚动预报结果所预测的始采摘日也在19-20日，具体为8月11日可预测19日累积有效积温可达阈值，8月12-15日均可预测8月20日累积有效积温达到阈值。实际运用中可根据服务对象的需求进行提前10天或提前一周的预测服务，通常情况下提前一周的效果会更好。

鉴于目前用于检验的样本较少，本文的研究结果还不够全面，之后将随着样本的增多进行更深入的检验和业务应用。

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