分析气象因子对五角枫叶变色的影响

孟庆霞，金瑞萌，白宇轩，张 旭

(科右中旗气象局，内蒙古 科右中旗 029400)

1 引言

2018年，自中央宣传部定点帮扶兴安盟科右中旗以来，科右中旗旗委紧紧围绕“吃生态饭、做牛文章、念文旅经”的战略定位，大力推进“翰嘎利生态湖-五角枫景区4A级景区创建5A级景区”重点工作，同时“五角枫旅游文化艺术节”被提升为兴安盟级节庆活动。目前，国内学者在枫叶变色气象预报方面做了大量的研究。田丽媛[1]等利用SPAD指数，考察了气温对北京栾树秋叶变色的影响程度。蔺银鼎[2]等研究分析了气候因子对元宝枫着色的影响。本文结合前人研究成果，以兴安盟科右中旗五角枫叶变色日期及持续时间来分析当地气候特征，以其寻找影响兴安盟科右中旗五角枫叶变色的主要气象因子，建立五角枫叶变色气象指标，为兴安盟科右中旗五角枫景区赏枫叶的游客提供参考。

2 资料及方法

2.1 资料

本文所用的资料包括：利用2018～2020年兴安盟科右中旗国家气象观测站和五角枫景区等8个区域自动气象观测站9～10月气温（日最高气温、日最低气温、日较差）、相对湿度、降水量、日照时数、初霜日、风向风速等逐日气象数据；选择景区内4个监测区域20颗五角枫树的监测样本，观测各物候期；9月1日至10月15日逐日观测枫叶变色百分率的数据。

2.2 方法

定义五角枫叶变色率为10%～25%，处于初变状态，五角枫叶变色指数为三级，进入观赏期；当五角枫变色率为25%～50%，处于普变状态，五角枫变色指数为二级，进入适宜观赏期；当五角枫变色率为50%～80%，处于正变状态，五角枫变色指数为一级，进入最佳观赏期。

利用SPSS18.0，采用相关分析法分析气象要素和五角枫变色率之间的关系。

相关系数是衡量任意两个气象要素之间关系的统计量［1］。对变量xk和xi，如果均取n个资料样本，其相关系数计算如式(1)。1≥rki≥-1，rki＞0表示正相关，rki＜0表示负相关。rki的绝对值越大，表明两个变量的相关性越强。0.2＞|rki|表示微弱相关，0.2＞|rki|≥0.4表示低度相关，0.7≥|rki|＞0.4表示显著性相关，1.0＞|rki|≥0.7表示高度相关。

3 分析结果

3.1 五角枫叶变色情况分析

兴安盟科右中旗五角枫叶变色情况由2018～2020年五角枫逐年变色情况和相对应年份最佳观赏期分析得出，2018年枫叶从初红到落叶为18～21 d，其中最佳观赏期为8～16 d；2019年枫叶从初红到落叶为14～27 d，其中最佳观赏期为9～18 d；2020年枫叶从初红到落叶为16～23 d，其中最佳观赏期为7～16 d。据统计分析，枫叶初红最早时间为9月24日，最晚时间为10月5日，平均时间为9月26日；枫叶进入正红状态最早为10月1日，最晚为10月14日，平均时间为10月8日；枫叶正红持续时间最短7 d，最长18 d。

3.2 枫叶初红日、斑红日和初霜日比较

霜是指最低气温≤2℃或地面温度达到0℃。本文以日最低气温≤2℃作为初霜的标准[2]，最低气温≤2℃的初日作为初霜日。通过分析兴安盟科右中旗五角枫景区2018～2021年的初霜日和枫叶进入初红、斑红和正红状态的时间可以得出，初霜日较枫叶进入初红状态的时间有明显滞后。初霜日之前3～9 d，枫叶开始进入初红状态。初霜日和进入斑红状态的时间对应较好，有70%以上的样点在初霜日前1 d到后1 d之间进入斑红状态。初霜日和进入正红状态的时间也有一定的对应性，有30%的站点在初霜日前1 d到后1 d之间进入正红状态。从年份上来看，初霜日和进入斑红状态对应较好的时间在2018年、2019年，初霜日和进入正红状态对应较好的时间在2020年。综上所述，初霜是预测枫叶变色的重要因子，但对于五角枫叶变色开始日期和持续时间的预报还需考虑其他要素的影响。

3.3 气象因子对五角枫叶变色的影响

植物叶色变化主要受气象因子和自身生长激素的影响，其中光照、气温、降水等气象因子对植物叶色变化起到最直接的作用[1-3]。表1是2018～2020年兴安盟科右中旗五角枫叶变色率和各气象要素的相关系数。据分析，枫叶变色率和日平均气温、日最高气温和日最低气温的相关系数分别为-0.577、-0.518和-0.508，均存在显著的负相关，并通过了0.01的显著性水平检验，说明日平均温度、日最高气温和日最低气温对枫叶变色的影响显著，即日平均温度、日最高气温和日最低气温越低，枫叶变色率越高。枫叶变色率与气温日较差、日照时数、日降水量和日平均湿度的相关系数分别为0.126、-0.239、-0.116、0.018，说明气温日较差、日照时数、日降水量和日平均湿度对枫叶变色的影响不显著。

表1 枫叶变色率和日气象要素的相关系数

表2是兴安盟科右中旗五角枫叶变色率和近10天累积气象要素的相关系数，可以发现，近10 d的累积气温、降水、湿度、日照和枫叶变色率的相关系数分别为-0.693、0.258、0.419和-0.421，说明近10 d积温、日照和枫叶变色率存在负相关，近10 d积温和枫叶变色率相关性较显著，并通过了0.01的显著性水平检验，近10 d日照和枫叶变色率相关性要差一些。近10 d降水、湿度和枫叶变色率存在一定的正相关，但相关性不强。

表2 枫叶变色率和近10 d累积气象要素的相关系数

综上所述，五角枫叶变色前10 d累积气温越低，日照越少，枫叶变色率越高；累积降水越多，湿度越大，枫叶变色率越高。由此表明，在枫叶变色率的中期预报中，可以参考10 d累积气温、降水、日照和湿度因子。

3.4 气温对五角枫叶变色的影响

通过统计分析，得出枫叶进入初红和正红状态的气温条件阈值：（1）日平均气温在12～18℃时，枫叶进入初红状态；日平均气温在12～15℃时，枫叶进入正红状态。（2）日最低气温低于10℃，并累积超过7 d或日最低气温连续10 d低于12℃，进入初红状态；日最低气温低于5℃，并累积超过3 d或日最低气温连续7 d低于7℃（9月29日开始计）进入正红状态。（3）气温日较差大于15℃，并累积超过3 d或日最低气温连续10 d低于7℃，开始进入初红状态。

3.5 降水对五角枫叶变色的影响分析

2018～2020年兴安盟科右中旗五角枫叶变色过程，同时又与变色前10 d降水量和当年7～9月降水量作了对比[4-6]。结果表明，2018年和2020年枫叶变色前10 d降水量明显高于2019年，枫叶从初红到落叶均为24～26 d，观赏期较长。2019年降水量都不足5 mm，枫叶从初红到落叶为24 d，表明枫叶变色前10 d降水和观赏期长度没有明显的对应关系。

3.6 相对湿度和日照对五角枫叶变色的影响

兴安盟科右中旗五角枫叶开始变色时间主要是在9月下旬，从2018～2020年9月16～25日平均相对湿度和平均日照时数变化分析，枫叶变色前10 d相对湿度和枫叶变色时间有一定对应关系；变色前10 d日照和枫叶变色时间有一定对应关系，但对应的不好，前期日照时间较长的年份，枫叶变色较早，进入最佳观赏期的时间也较早。

4 结论

根据兴安盟科右中旗景区五角枫叶变色期观测数据显示：枫叶进入初红状态前，在最低气温连续3 d低于7℃的条件下，当出现1次明显降温过程或最低气温连续7 d低于10℃，枫叶在降温后的第1 d或第2 d进入初红状态。在降温后的第5 d或第6 d进入斑红状态；枫叶进入初红和斑红状态前12 d，气温日较差会有一次明显增大的过程。枫叶变色前10 d降水、相对湿度与观赏期长度没有明显的对应关系。综上所述，本文确定为日平均气温、日最低气温、气温日较差和初霜日作为兴安盟科右中旗景区五角枫叶变色期气象指标。