柳城古砦枫叶变色与气象条件关系分析

陆霞 韦莉菊 陈梦泉 林依雪

摘要 利用2013—2022年柳城古砦乡蓬坡屯枫树林景区枫叶物候观测资料和柳城国家气象站、古砦自动气象站观测资料，采用相关系数，分析了古砦乡蓬坡屯枫叶变红率与气象要素的相关关系，运用作物生育期平均间隔法作为枫叶最佳观赏期预报。结果表明：（1）气温对古砦蓬坡屯枫叶变色的影响比较显著，日最低气温越低、气温日较差越大，古砦蓬坡屯枫叶变红率越高。（2）初霜日较古砦蓬坡屯枫叶普遍变红日期有滞后。初霜日后6～9 d，枫叶进入普遍红。（3）利用作物生育期平均间隔法作为古砦蓬坡屯枫叶最佳观测期预报，预报效果较好，可以在赏枫叶旅游气象服务中推广使用。

关键词 物候期；气象条件；相关性；生育期平均间隔法

中图分类号：S792.35 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2023）09–0091-03

柳城县古砦仫佬族乡大户村蓬坡屯生态枫树林位于柳城县西北部，地理位置为109°5′11″E，24°43′48″N。蓬坡屯生态枫树林景区坐落于群山之间，该地属亚热带季风气候区，气候温和，光热充足，雨量充沛，森林资源丰富。2019年，获得全国第一批“国家森林乡村”称号。蓬坡屯生态枫树林景区占地面积约6.7 hm2，枫树近千棵，被誉为“桂中最美红枫林”。

近年来，柳城县、乡两级政府按照“农旅结合、以农促旅、以旅富农”的发展思路，不断提高旅游承载能力，夯实乡村生态旅游发展基础。如今，古砦乡大户村已被打造成“春夏可踏青，欣赏田园风景，秋可体验农事，冬可品枫林美景”的乡村生态旅游网红“打卡”胜地。由于每年气候条件存在差异，蓬坡屯生态枫树林区的枫叶变色物候期也不尽相同，因此，有必要探索和研究枫叶变红最佳观赏期的预报方法，对助力柳城旅游业发展和乡村振兴具有重要意义。

1 资料与方法

1.1 资料

柳城县融媒体中心提供的2013—2015年、2018—2020年柳城古砦枫叶物候观测资料，柳城县气象局实际观测的2021—2022年物候观测资料。气象数据资料为柳城古砦自动气象站2013—2015年、2018—2022年11—12月气温（日最高气温、日最低气温、气温日较差）、降水量、初霜日等逐日气象数据；日照时数采用柳城国家基本气象观测站数据。

1.2 方法

采用相关分析法分析枫叶变色率和气象要素之间的关系。相关系数是衡量任意2个要素之间关系的表征量，计算公式如下：

Correl（X，Y）=（1）

式（1）中，x是气象要素，y是枫叶变色率，Correl（X，Y ）是气象要素和枫叶变红率的相关系数。相关系数接近+1或-1，表示枫叶变色率与气象要素之间呈正（+1）或负（-1）相关性。

2 枫叶变红物候期

2.1 枫叶变色物候期定义

枫树有10%以上叶片红为黄斑红（图1a），20%以上叶片变红为初始变红（图1b），又称为初红期，60%以上叶片变红为普遍变红（图1c），又称为普红期，85%以上叶片变红为全部变红，又称为盛红期，盛红期枫叶进入最佳观赏期（图1d）。

2.2 枫叶变红与初霜日比较

李瑞苏[1]的研究指出枫叶受到低温霜冻的侵袭，叶绿素被破坏，叶片的水分减少，不能及时运输的淀粉变成葡萄糖，糖分逐渐转化为花青素，于是绿叶变成红叶。李凌等[2]认为霜的形成与日最低气温关系十分密切，通常霜的形成各地临界最低气温均在5.5 ℃以下，或地面温度接近0 ℃。

此处以日最低气温≤5 ℃作为霜的标准，最低气温≤5 ℃的初日作为初霜日。由表1可以看出，古砦初霜日较枫叶进入初红期的时间延后。初霜日前3～14 d，古砦蓬坡屯枫叶开始进入初红期。初霜日后6～9 d古砦蓬坡屯枫叶进入普红期的占57.1%，初霜日前1～2 d古砦蓬坡屯枫叶进入普红期的占42.9%。综上所述，初霜日是预测古砦蓬坡屯枫叶进入普红期的一个重要参考因子，但要准确预报古砦蓬坡屯枫叶变色开始日期和持续时间还需考虑其他要素的影响。

3 枫叶变色物候期与气象条件相关性

侯亚红等[3]认为影响植物叶色变化的主要因素是气象因子和植物自身生长激素的含量等，其中，气象因子包括光照、气温、降水等，对植物叶色变化起到最直接的作用。对2013—2022年古砦乡大戶村蓬坡屯生态枫树林枫叶逐日变红率与日最低气温、气温日较差、日照时数、日降雨量、初霜日作相关性分析。2013—2022年的观测资料显示，古砦蓬坡屯枫叶变红率与日最低气温存在负相关的有5年，与气温日较差、日照时数存在正相关的有6年，与日降雨量、初霜日存在正相关的有4年（表2）。说明古砦蓬坡现生态枫叶变红率与气象条件存在密切的相关关系。在预报枫叶最佳观赏期时，气象因子的影响是要考虑的重要因素。

3.1 枫叶变红率与气温的关系

根据物候学理论，前期气候条件如光、温、水等，对植物开花早晚有重要影响，其中，气温是影响木本植物物候的主要因子。徐雨晴等[4]认为低温有利于叶绿素的分解，并促使根系吸收利于叶片变色的微量元素。气温日较差大有利于花青素的形成和积累。姜卫兵等[5]研究表明，气温日较差大于15 ℃时有利于叶片变色。从2021—2022年古砦蓬坡屯生态枫叶变红率物候期实际观测记录看出：古砦蓬坡屯生态枫叶进入初红期前日平均气温低于15 ℃，且持续5 d以上，日最低气温低于12 ℃，持续4～5 d，气温日较差达12 ℃以上。枫叶进入普红期平均气温低于18 ℃，日最低气温低于15 ℃。进入盛红期平均气温低于15 ℃。由表2可以看出，古砦蓬坡屯生态枫叶变红率与日最低气温存在负相关关系，与气温日较差存在正相关关系，说明日最低气温越低，气温日较差越大，枫叶变红率越高；反之，日最低气温越高、气温日较差越小，枫叶变红率越低。

3.2 枫叶变红与降雨的关系

相关系数计算结果表明，古砦枫叶变红率和日降雨量存在负相关关系，说明日降雨量对枫叶变色有负影响，即日降雨量越少，枫叶变红率越高；反之，日降雨量越多，枫叶变红率越低。

3.3 枫叶变红与日照时数的关系

蔺银鼎等[6]认为光照是影响枫叶着色的重要因子。充足的光照有利于枫叶片内的可溶性糖和花色素苷的积累，从而促进叶片着色。刘明芝[7]认为，在温度、降水适宜的情况下，光照越充足，枫叶变红率更高，枫叶更红艳，更适合观赏。古砦蓬坡屯生态枫叶变红率与日照时数存在正相关，相关系数为0.043 162 5，说明日照时数越多，枫叶变红率越高；反之，日照时数越少，枫叶变色率越低。根据两年的实际观测，枫叶变色也是从树顶向阳处开始的，先是树顶部黄斑红，再渐次到树冠中部，最后到树荫底部、树丫处。若出现长时间的阴雨寡照天气，枫叶变红率更低，枫叶叶片颜色也不够红，落叶更快。

4 枫叶变红物候期预报

4.1 枫叶变红长期预报

古砦蓬坡屯生态枫叶变红率与气象要素的相关系数统计结果表明，枫叶变红率主要受日最低气温、气温日较差、日照时数、降雨和霜冻天气等因素影响。其中，日照、降雨和霜冻是主要气候变化特征，可以在长期气候趋势预测中考虑。气温是天气变化的主要特征之一，因此，日最低气温和气温日较差，可以在短期预报中考虑。

4.2 枫叶变红短期预报

根据观测资料统计，古砦蓬坡屯生态枫叶初红期一般在12月上旬，由于受当年气候和气象条件的影响，枫叶变红最佳观赏期存在一定的差异。为了准确预测枫叶变红最佳观赏期，利用杨继武[8]作物发育期平均间隔法进行古砦蓬坡屯生态枫叶盛红期预报，计算公式为：

D =Dt +n（2）

式（2）中，D是要预报的枫叶盛红期，即枫叶最佳观赏期；Dt是前一发育期实际出的日期，n为2个发育期多年平均间隔日数。例如：已知Dt枫叶初红期为12月5日，为初红期到盛红期多年平均日为15 d，通过公式计算得出古砦乡蓬坡屯生态枫叶盛红期（即最佳观测赏期）为12月20日。

4.3 枫叶盛红期短期预报方法检验

按照枫叶盛红期短期预报方法，对2013—2015年和2018—2022年的枫叶盛红实际出现的日期与枫叶盛红期预报进行检验。张春红[9]认为当实况与预报误差在3 d以内（含3 d）时，视为预报正确，当预报误差在4 d以上时视为错误。详细预报结果检验情况见表3。

从检验结果来看，古砦蓬坡屯生态枫叶实际盛红期与最佳观赏期预报较为吻合（即正确）的年份有：2013、2014、2015、2020、2022年共5个年份，占62.5%。该预报方法基本可以满足古砦蓬坡屯生态枫叶观赏旅游气象服务需求。杨继武认为由于平均间隔法没有考虑上一个发育期或物候期至下一个物候期间隔时间各年气象条件差异的影响。由此推算出来的日期与实际出现的日期存在一定误差。为了提高预报的准确性，在预报古砦蓬坡屯生态枫叶观赏期物候期时，可以根据当年天气气候变化特征情况对推算的结果进行必要的订正[10]。

5 结论与讨论

5.1 结论

（1）气温对枫叶变色的影响较为显著。日最低气温越低，气温日较差越大，枫叶变红率越高；反之，日最低气温越高、气温日较差越小，枫叶变红率越低。初霜日较古砦蓬坡屯生态枫叶普遍变红期有所滞后。初霜日后6～9 d，古砦蓬坡屯生态枫叶才进入普遍红期。

（2）古砦蓬坡屯生态红枫变红率与气温、降水、日照、霜冻天气关系密切，枫叶变红率与日最低气温、日降雨量存在负相关关系，与气温日较差、日照时数、霜冻日呈现正相关关系。

（3）利用作物生育期平均间隔法预报古砦蓬坡屯生态红枫叶最佳观测期，准确率达到62.5%，平均误差天数为3 d，预报效果较好，可以在古砦蓬坡屯生态红枫观赏旅游预报服务中推广使用。

5.2 讨论

（1）由于景区气象观测站点较少，区域自动站数据的可用率和稳定率不够高，这些都有可能造成枫叶物候期预测出现偏差。

（2）由于古砦蓬坡屯生态枫叶开始变红期到盛红期观测资料不足，期间又有两年份缺测，所以要准确分析枫叶盛红期有一定困难。理论上，观测枫叶变色物候期年份越多，其发育平均间隔日数平均值就越有代表性，也更能反映植物的物候特点。随着观测样本年份的增多，楓叶变红率的物候特征可能有一些新的变化特征和规律调整。

参考文献

[1] 李瑞苏.沙河市佛照山景区黄栌树红叶变色气象预测模型[J].中南农业科技， 2022，43（2）：39-42.

[2] 李凌，高安宁，李生艳，等.利用数值预报产品制作广西大范围霜冻5天滚动预报[J].广西气象，2002（3）：7-10.

[3] 侯亚红，息涛，张蕊，等.辽东枫叶变色气象条件分析和气象指数研究[J].中国农学通报，2019，35（16）：112-121.

[4] 徐雨晴，陆佩玲，于强.气候变作比对植物物候影响的研究进展[J].资源科学.2004，26（1）：129-136.

[5] 姜卫兵，庄猛，韩浩章，等.彩叶植物呈色机理及光合特性研究进展[J].园艺学报，2005（2）：352-358.

[6] 蔺银鼎，梁峰.主要气候因子对元宝枫秋叶着色的影响[J].中国农学通报， 2010，26（2）：166-170.

[7] 刘明芝.辽宁省本溪县枫叶变红与气象条件的关系分析[J].安徽农业科学， 2012，40（33）：16279-16280，16379.

[8] 杨继武.第五讲 农作物发育期预报[J].气象，1986（8）：45-49.

[9] 张春红.蛟河市红叶适宜观赏期的短期和长期预报方法及业务系统的研究[D].兰州：兰州大学，2014.

[10] 孟慶霞，金瑞萌，白宇轩，等.分析气象因子对五角枫叶变色的影响[J].现代农业，2021（5）：106-107.

Analysis of the Relationship between Leaf Discoloration and Meteorological Conditions in Guzhai， Liucheng

Lu Xia et al（Liucheng Meteorological Bureau， Liucheng， Guangxi 545200）

Abstract Based on the observation data of maple leaf phenology in Pengpotun Maple Forest Scenic Area， Guzhai Township， Liucheng from 2013 to 2022， as well as the observation data from Liucheng National Meteorological Station and Guzhai Automatic Meteorological Station， analyzed the correlation between the red rate of maple leaf and meteorological factors in Pengpotun， Guzhai Township， using correlation coefficients， and used the average interval method of crop growth periods to predict the optimal viewing period of maple leaves. The results showed that： （1） Air temperature has a significant impact on the discoloration of maple leaves in Guzhaipengpotun. The lower the daily minimum air temperature， the greater the daily temperature range， and the higher the rate of maple leaves turning red in Guzhaipengpotun. （2） The first frost day lags behind the date when maple leaves generally turn red in Guzhaipeng Potun. From 6 to 9 days after the first frost， the maple leaves turn generally red. （3） Using the average interval method of crop growth periods to predict the optimal observation period of Maple Leaf in Guzhaipeng Potun has a good prediction effect， which can be popularized and used in tourism meteorological services for appreciating Maple Leaf.

Key words Phenological period; Meteorological conditions; Relevance; Average interval method of childbearing period