鳳凰樹物候期觀測資料統(tǒng)計(jì)分析范文

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短期氣候預(yù)測是氣象工作中的難點(diǎn),目前已有很多先進(jìn)的數(shù)值預(yù)報(bào)模式方法,但預(yù)測的準(zhǔn)確率仍不能與中短期天氣預(yù)報(bào)相比。由于云南的氣候干濕季分明,每年雨季開始的早晚對全省的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)起著至關(guān)重要的作用。所以對雨季開始期的預(yù)測是云南省短期氣候預(yù)測的重點(diǎn)項(xiàng)目。我國很早就有物候觀測,古人應(yīng)用觀測到的物候現(xiàn)象來預(yù)測天氣變化也由來已久。在指導(dǎo)農(nóng)事活動(dòng)方面,全國各地都以當(dāng)?shù)氐奈锖蜃鳛轭A(yù)報(bào)農(nóng)時(shí)的指標(biāo)[1]。自然物候常被作為一種重要、可靠的指示氣候變化的指標(biāo)[2]。鄭景云等就曾經(jīng)利用植物花期、樹木年輪、侯鳥遷徙等物候現(xiàn)象,建立了一些非常有用的預(yù)測模型[2-7]。蒙自農(nóng)氣觀測站從1983年開始對鳳凰樹的芽開放、展葉、開花、葉變色、落葉等物候期進(jìn)行觀測記錄。在實(shí)際工作中,發(fā)現(xiàn)了這些物候觀測資料可應(yīng)用于單站雨季開始期預(yù)測。筆者在此基礎(chǔ)上更進(jìn)一步對鳳凰樹物候觀測資料和雨季開始進(jìn)行相關(guān)性分析,找到適合當(dāng)?shù)赜昙鹃_始期預(yù)測的實(shí)用方法和指標(biāo),以期為進(jìn)一步提高雨季開始期預(yù)測準(zhǔn)確率提供參考價(jià)值。

1資料與方法

1.1資料鳳凰樹各物候期觀測資料來自蒙自農(nóng)氣觀測站。選擇芽開放期、展葉始期、開花始期、落葉始期為研究對象。各物候期多年平均日期采用1983~2009年27年平均值。

雨季開始期早晚的標(biāo)準(zhǔn),按2002年云南省氣象局規(guī)定的《云南省短期氣候預(yù)測質(zhì)量評定辦法的補(bǔ)充規(guī)定》確定:多年平均雨季開始日減去當(dāng)年雨季開始日,偏早為“-”,推遲為“+”。蒙自多年平均雨季開始期為5月22日,那么早于5月22日或當(dāng)日為“-”,晚于5月22日為“+”。

1.2方法

1.2.1因子選取。蒙自農(nóng)氣觀測站從1983年開始進(jìn)行鳳凰樹物候期觀測,到2009年已有27年資料。鳳凰樹物候期包括花牙膨大期、葉牙膨大期、花牙開放期、葉牙開放期、展葉始期、展葉盛期、花蕾出現(xiàn)期、開花始期、開花盛期、開花末期、葉變色期始期、葉完全變色期、落葉始期和落葉末期。由于部分物候期在1984、1994和1995年資料缺失,因此選取葉牙開放期、展葉始期、開花始期、落葉始期4個(gè)觀測資料齊全的物候期進(jìn)行分析。

1.2.2分析方法。為說明鳳凰樹物候期可以應(yīng)用于蒙自雨季開始期的預(yù)測中,在此先建立鳳凰樹各物候期與蒙自雨季開始期關(guān)系列聯(lián)表,然后對該統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行χ2相關(guān)性檢驗(yàn),研究各物候期和雨季開始期之間是否相關(guān)。將Y事件和X事件均分為“1”、“0”2種情況,建立列聯(lián)表(表1)。

如果某一物候期與雨季開始期之間存在相關(guān)關(guān)系,將進(jìn)一步計(jì)算它們之間的相關(guān)系數(shù)[8]。計(jì)算出相關(guān)系數(shù)后,再對相關(guān)系數(shù)進(jìn)行t分布檢驗(yàn)[8]。通過了顯著性檢驗(yàn)的物候期,再應(yīng)用逐步回歸的方法,建立次年蒙自雨季開始期距平的預(yù)報(bào)方程。方程建立后,還要用F檢驗(yàn)方法[8]對方程進(jìn)行回歸效果檢驗(yàn),方程通過檢驗(yàn)后進(jìn)行模式檢驗(yàn)。

2結(jié)果與分析

2.1各物候期和雨季開始期的相關(guān)性

2.1.1葉芽開放期。葉芽開放期是指鳳凰樹葉芽的鱗片裂開,葉芽上部現(xiàn)出新鮮顏色的尖端的日期。鳳凰樹葉芽開放期平均日期為3月21日,早于3月21日為偏早,晚于3月21日為偏晚。統(tǒng)計(jì)分析得出,葉芽開放期偏早年份,雨季開始期偏早有10年,偏晚有2年;葉芽開放期偏晚年份,雨季開始期偏早有12年,偏晚有3年。對該統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行相關(guān)性χ2檢驗(yàn),得出χ2計(jì)算=0.049,未能通過相關(guān)性檢驗(yàn)。說明鳳凰樹葉芽開放期與蒙自雨季開始期兩者之間是相互獨(dú)立的,不具有顯著的相關(guān)關(guān)系。

2.1.2展葉始期。展葉始期是指鳳凰樹萌發(fā)的新梢,其上有兩片以上小葉初次平展展開的日期。鳳凰樹展葉始期平均日期為4月4日,早于4月4日為偏早,晚于4月4日為偏晚。統(tǒng)計(jì)分析得出,展葉始期偏早年份,雨季開始期偏早有9年,偏晚有4年;展葉始期偏晚年份,雨季開始期偏早有13年,偏晚有1年(表2)。對該統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行χ2相關(guān)性檢驗(yàn)。

說明鳳凰樹展葉始期與蒙自雨季開始期兩者之間存在顯著的相關(guān)關(guān)系,且置信水平達(dá)80%。鳳凰樹展葉始期與蒙自雨季開始期呈負(fù)相關(guān),在鳳凰樹展葉始期偏晚的年份,蒙自雨季開始期易偏早,有92.9%的年份符合這一規(guī)律。但在鳳凰樹展葉始期偏早的年份,蒙自雨季開始期就不好確定。

2.1.3開花始期。花冠與花托分離叫開花,鳳凰樹上約5%花序開花的日期稱為開花始期。鳳凰樹開花始期平均日期為5月4日,早于5月4日為偏早,晚于5月4日為偏晚。統(tǒng)計(jì)分析得出,開花始期偏早年份,雨季開始期偏早有13年,偏晚有3年;開花始期偏晚年份,雨季開始期偏早有8年,偏晚有2年。對該統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行χ2相關(guān)性檢驗(yàn),得出χ2計(jì)算=0·006,未能通過相關(guān)性檢驗(yàn)。說明鳳凰樹開花始期與蒙自雨季開始期兩者之間是相互獨(dú)立的,不具有顯著的相關(guān)關(guān)系。

2.1.4落葉始期。落葉始期是指鳳凰樹葉片逐漸變黃后,第一批黃葉落下的日期。鳳凰樹落葉始期平均日期為10月19日,早于10月19日為偏早,晚于10月19日為偏晚。統(tǒng)計(jì)分析得出,落葉始期偏早年份,次年蒙自雨季開始期偏早有11年,偏晚為0年;落葉始期偏晚年份,雨季開始期偏早葉有11年,偏晚有4年(表3)。對該統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行χ2相關(guān)性檢驗(yàn),得出χ2計(jì)算=3.467,查表χ2(0.10,1)=2.71,χ2計(jì)算>χ2(0.10,1),通過信度α=0.10的顯著性檢驗(yàn)。說明鳳凰樹落葉始期與蒙自雨季開始期兩者之間存在顯著的相關(guān)關(guān)系,置信水平達(dá)90%。鳳凰樹落葉始期與蒙自雨季開始期呈正相關(guān),在鳳凰樹落葉始期偏早的年份,次年蒙自雨季開始期易偏早,有100%的年份符合這一規(guī)律。但在鳳凰樹落葉始期偏晚的年份,蒙自雨季開始期也不好確定。

2.2各物候期和雨季開始期的相關(guān)系數(shù)通過χ2檢驗(yàn),發(fā)現(xiàn)鳳凰樹物候期中展葉始期和落葉始期分別與當(dāng)年和次年的蒙自雨季開始期存在顯著相關(guān)關(guān)系。下面根據(jù)展葉始期、落葉始期、蒙自雨季開始期的偏早或推遲的天數(shù)即距平值(表4),分別計(jì)算2個(gè)物候期與蒙自雨季開始期之間的相關(guān)系數(shù),進(jìn)一步闡明它們的相關(guān)關(guān)系。

鳳凰樹展葉始期取1983~2009年共27年資料。計(jì)算得到展葉始期與雨季開始期之間的相關(guān)系數(shù)r=-0.21。對相關(guān)系數(shù)進(jìn)行t分布檢驗(yàn),計(jì)算得到t=-1.074。自由度為25,α=0.20時(shí),tα=1.318。|t|<tα,接受總體相關(guān)系數(shù)ρ=0,表明鳳凰樹展葉始期與蒙自雨季開始期之間不存在顯著相關(guān)。

鳳凰樹落葉始期取1983~2008年,雨季開始期取1984~2009年,共26年資料。計(jì)算得到落葉始期與雨季開始期之間的相關(guān)系數(shù)r=0.26。對相關(guān)系數(shù)進(jìn)行t分布檢驗(yàn),計(jì)算得到t=1.319。自由度為24,α=0.20時(shí),tα=1.318。|t|>tα,總體相關(guān)系數(shù)ρ≠0,表明鳳凰樹落葉始期與蒙自雨季開始期之間存在相關(guān)。

2.3預(yù)報(bào)方程的建立從以上分析得到鳳凰樹的物候期中只有落葉始期與蒙自雨季開始期之間的相關(guān)系數(shù)通過了信度80%的檢驗(yàn)。應(yīng)用逐步回歸的方法,用鳳凰樹落葉始期距平建立次年蒙自雨季開始期距平的預(yù)報(bào)方程,并留出2005~2009年的資料進(jìn)行模式檢驗(yàn)。

用F檢驗(yàn)方法對方程進(jìn)行回歸效果檢驗(yàn),計(jì)算得到F=5.00。α=0.05,自由度為(1,20)時(shí),Fα=4.35,F>Fα,回歸效果顯著。用2005~2009年的資料進(jìn)行模式檢驗(yàn),得到檢驗(yàn)結(jié)果如表5所示。由表5可見,計(jì)算值與實(shí)際值相差0~5d有1個(gè),相差6~10d有1個(gè),相差11~15d有1個(gè),相差20d以上有2個(gè)。在實(shí)際預(yù)測中,預(yù)測結(jié)論一般跨度為兩旬。因此,檢驗(yàn)結(jié)果說明方程模擬效果良好,但是還未達(dá)到最佳效果。

用預(yù)報(bào)方程對蒙自2010年度雨季開始期進(jìn)行預(yù)報(bào)。2009年鳳凰樹落葉始期是7月8日,應(yīng)用方程計(jì)算出蒙自雨季開始期是4月15日,為特早。2010年蒙自雨季開始期的實(shí)際日期是5月2日,為特早。計(jì)算值與實(shí)際值相差17d,趨勢預(yù)測正確。

3ElNino對預(yù)報(bào)方程的影響

ElNino被認(rèn)為是年際氣候變化的最強(qiáng)信號,它的發(fā)生常給全球許多地方帶來嚴(yán)重氣象災(zāi)害,因此受到全世界的普遍關(guān)注。在該研究中,發(fā)現(xiàn)ElNino事件對預(yù)報(bào)方程建立也有影響。由圖1可見,偏離線性回歸最遠(yuǎn)的3個(gè)點(diǎn)a、b、c分別對應(yīng)1987、1997、1998年的雨季開始期。這3年的雨季開始期都恰是ElNino事件影響的季節(jié),而且強(qiáng)度都達(dá)到了強(qiáng)事件,其中1997/1998的這次還是近百年來最強(qiáng)的暖事件[9]。因此,當(dāng)雨季開始期遇到強(qiáng)ElNino事件時(shí),鳳凰樹前一年的落葉始期就不應(yīng)作為預(yù)測雨季開始期的因子,預(yù)報(bào)方程的計(jì)算結(jié)果也將失去參考價(jià)值。

4結(jié)論

(1)在鳳凰樹葉牙開放期、展葉始期、開花始期、落葉始期4個(gè)觀測資料齊全的物候期中,只有展葉始期和落葉始期這2個(gè)物候期通過相關(guān)性檢驗(yàn),與蒙自雨季開始期存在相關(guān)關(guān)系。

(2)鳳凰樹展葉始期與當(dāng)年蒙自雨季開始期存在負(fù)相關(guān)。當(dāng)展葉始期偏晚時(shí),雨季開始易偏早,但當(dāng)展葉始期偏早時(shí),雨季開始期仍不好確定。

(3)鳳凰樹落葉始期與次年蒙自雨季開始期存在正相關(guān)。當(dāng)落葉始期時(shí)偏早,雨季開始易偏早,但當(dāng)落葉始期偏晚時(shí),雨季開始期也不好確定。

(4)通過鳳凰樹落葉始期與次年蒙自雨季開始期關(guān)系的分析,可以建立預(yù)測蒙自雨季開始時(shí)間的預(yù)報(bào)方程,模擬值與實(shí)際值相差均在20d以內(nèi)。預(yù)報(bào)方程的建立對通過物候期來預(yù)測開始期具有一定的參考價(jià)值,在2010年的雨季開始期預(yù)測的實(shí)際應(yīng)用中預(yù)測較準(zhǔn)確。但雨季開始期恰逢強(qiáng)ElNino事件時(shí),鳳凰樹各物候期不應(yīng)作為預(yù)測雨季開始期的因子。