氣候變暖對河南省蚱蟬始鳴期的影響

研究短論www.climatechange.cn第4卷第6期氣候變化研究進(jìn)展Vol.4, No.62008年11月ADVANCES IN CLIMATE CHANGE RESEARCHNovember, 2008 .文章編號: 1673-1719 (2008) 06-0342-05氣候變暖對河南省蚱蟬始鳴期的影響韓小梅'，申雙和'，劉榮花12(1南京信息工程大學(xué)應用氣象學(xué)院，南京210044;2河南省氣象科學(xué)研究所，鄭州450003)摘要:利用河南省駐馬店、沈丘和太康3個(gè)農業(yè)氣象觀(guān)測站1990一2004 年的蚱蟬物候觀(guān)測資料和氣象資料，研究了氣候變暖對蚱蟬始鳴期的影響。結果表明:在氣溫升高的氣候背景下，蚱蟬始鳴期呈提前趨勢; 3- 6月平均氣溫對蚱蟬始鳴期有顯著(zhù)的影響，始鳴期與1月1日至平均始鳴期期間>5C有效積溫關(guān)系最為密切。用積溫法以5C為發(fā)育起點(diǎn)溫度，>5C初日為起始日期對各站蚱蟬始鳴期進(jìn)行模擬和預報，其效果優(yōu)于平均法。關(guān)鍵詞:氣候變暖;蚱蟬始鳴期;物候;積溫;模擬中圖分類(lèi)號: Q142.2/P467文 獻標識碼: A引言導當地有效防治蚱蟬，保障園林生產(chǎn)提供理論依據。目前，全球氣候變暖及其引發(fā)的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題1 資料與方法已經(jīng)受到社會(huì )各界的高度重視和廣泛關(guān)注。為了研究氣候變暖對生物的可能影響，各地長(cháng)期的物候觀(guān)1.1 資料選取測資料均被用來(lái)進(jìn)行此項研究，氣候變暖對動(dòng)物物本研究所用物候和氣象資料均來(lái)自河南省氣象候造成的影響已成為不爭的事實(shí)。IPCC第四次評估局的長(cháng)期定點(diǎn)觀(guān)測,物候資料為1990- -2004 年河南報告中指出"，氣候變暖已經(jīng)影響到許多鳥(niǎo)類(lèi)的遷省駐馬店、沈丘、太康3個(gè)農業(yè)氣象觀(guān)測站的蚱蟬物徙;1975-1994年荷蘭最常見(jiàn)的微鱗翅目昆蟲(chóng)的最候觀(guān)測記錄，蚱蟬物候觀(guān)測項目包括始鳴期和絕鳴大個(gè)體數出現時(shí)間平均提早了12 d2); 1990- 1999期的觀(guān)測。由于蚱蟬的始鳴現象容易被察覺(jué),人為觀(guān)年美國紐約州青蛙鳴叫的時(shí)間比1900- -1912年提早測誤差較小，物候資料可信度較高，因此,本文僅選了大約10 dB;我國黑龍江省家燕在氣溫偏高的年份擇始鳴期為研究對象。蚱蟬是變溫動(dòng)物,若蟲(chóng)期生存初見(jiàn)偏早4等。蚱蟬(Cryptotympana atrata)是一于地 下,生長(cháng)發(fā)育主要受溫度的影響，其他氣象要素.種危害廣泛的園林害蟲(chóng),本文研究氣候變暖對蚱蟬始的變化對其 干擾較小。因此,本文主要研究氣溫對蚱鳴期的影響既為全球變化研究提供重要佐證,又為指蟬 始鳴期的影響，氣溫資料取同期逐日平均氣溫。收稿日期: 2007-11-28; 修訂日期: 2008-01-21中國煤化工基金項目:國家自然科學(xué)基金項目(40675067) 資助CNM HG作者簡(jiǎn)介:韓小梅(1980-), 女，碩士研究生，主要從事生態(tài)與環(huán)境氣象的研究. E-mail: hanxit.MYH342| Adv. Clim. Change Res., 2008, 4 (6): 342. -346.www.climatechange.cn6期韓小梅等:氣候變暖對河南省蚱蟬始鳴期的影響3431.2研究方法6.0 (a采用一元線(xiàn)性回歸法對3個(gè)站點(diǎn)1990- -2004年.5 t年均氣溫和蚱蟬始鳴期的變化趨勢和特征進(jìn)行分析，并且分析了蚱蟬發(fā)育關(guān)鍵時(shí)段溫度對蚱蟬始鳴期的理14.影響,其中,平均始鳴期為始鳴期的多年平均值。用5 d滑動(dòng)平均法計算各地穩定通過(guò)5 C的初日;分別14.0 t----沈丘......太康用積溫法和平均法對蚱蟬始鳴期進(jìn)行模擬與預測。13.5 L1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 年積溫法是以穩定高于發(fā)育起點(diǎn)溫度初日為累積起始日期，將有效溫度逐8累加，直到達到發(fā)育所需的(b積溫為止，所得日數即為發(fā)育所需日數;平均法是-06-30以物候期的多年平均值預測當年物候期。二06-102結果與分析駐馬店05-21---a--. 太康2.1氣溫 與蚱蟬始鳴期的變化特征05-011990- 2004年河南省駐馬店、沈丘、太康地區年平均氣溫均呈.上升趨勢(圖1a)。其中,駐馬店升圖1 1990一2004 年駐馬店、沈丘、太康地區年均氣溫(a)溫率最大，且年際間變化幅度較大，最高年平均氣及當地蚱蟬始鳴期(b) 變化趨勢溫達16.0 C，最低為14.3 C，極差1.7 C，變異系Fig. 1 Tendencies of annual mean temperature (a) and the first數達4.1%;沈丘和太康兩地的氣溫變化特征基本相song date of the cicada (b) in Zhumadian, Shenqiu and TaikangPrefecture of Henan Province in 1990-2004同，太康的升溫率略高于沈丘，但年際間變化幅度表1 1990- 2004 年駐馬店、沈丘、太康地區年均氣溫及當地蚱蟬始鳴期變化特征Table 1 Change characteristics of annual mean temperature and the first song date of the cicada inZhumadian, Shenqiu and Taikang Prefectures of Henan Province in 1990- 2004氣象與物候要素沈丘太康平均值/C15.3614.9714.87傾向率/(C/a)0.090.040.0年平均氣溫最高值/C16.0015.6815.55最低值/C14.3014.1914.08極差/C.701.49變異系數1%3.4平均日期(月-日)06-1906-1606-09傾向率(d/a)-2.45- 1.07-0.69最遲日期(月一日)07-0906-290625始鳴期最早日期(月-日)06-0206-0305-30極差/d26中國煤化工.55.0MYHCNMH GAdv. Clim. Change Res.. 2008, 4 (6): 342- -346 343.研究短論www.climatechange.cn344氣候變化研究進(jìn)展2008年相似，變異系數均為3.4% (表1)。3個(gè)站點(diǎn)的蚱蟬若蟲(chóng)生長(cháng)發(fā)育主要受當年氣溫的影響，該時(shí)期氣溫始鳴期均呈提前趨勢(圖1b),這與氣溫的變化情況升高使蚱蟬始鳴期提前,其中3月份是氣溫對蚱蟬影相對應，駐馬店提前幅度和年際間變化為3站中最響的最關(guān)鍵時(shí)期，6月份次之。此外,通過(guò)對始鳴期大，沈丘和太康相近。與1月1日至平均始鳴期期間溫度的相關(guān)分析，發(fā)現始鳴期與該時(shí)期>5C有效積溫關(guān)系最為密切，2.2溫度對蚱蟬始鳴期的影響均達到0.001的顯著(zhù)水平。因此，本文將5 C視為該蚱蟬5a一代，越冬卵于6-7月孵化，若蟲(chóng)共齡期蚱蟬若蟲(chóng)的發(fā)育起點(diǎn)溫度，進(jìn)而分析了蚱蟬始有4齡，每年7-8月蛻皮，老熟若蟲(chóng)6月底、7月鳴期與各站穩定>5C初日的相關(guān)性。結果表明,蚱初開(kāi)始出土羽化。蚱蟬若蟲(chóng)期在土中度過(guò)，分布在蟬始鳴期與當地>5C初日顯著(zhù)相關(guān)。20 cm左右的土層中5。由于蚱蟬若蟲(chóng)的生長(cháng)發(fā)育主圖2為各站1月1日至平均始鳴期期間> 5 C有要受土壤溫度的影響，因此本文著(zhù)重分析了溫度對效 積溫及當地蚱蟬始鳴期的變化曲線(xiàn)，由圖2可見(jiàn)，蚱蟬始鳴期的影響，研究的時(shí)段為最后-個(gè)齡期，蚱蟬始鳴期與該時(shí)期>5C有效積溫呈顯著(zhù)的負相這里將7月份定為最后一個(gè)齡期的開(kāi)始時(shí)期5]。由于關(guān)關(guān)系。即> 5 C有效積溫高,蚱蟬始鳴期早，反之昆蟲(chóng)發(fā)育主要由積溫控制，且害蟲(chóng)研究中多選擇5.亦然。10和15 C作為發(fā)育起點(diǎn)溫度問(wèn)，因此,本文分析了蚱蟬始鳴期與1月1日至平均始鳴期期間的平均氣溫2.3 蚱蟬始鳴 期的模擬與預測及以上各界限有效積溫的相關(guān)關(guān)系。-般認為，昆蟲(chóng)完成發(fā)育需要- -定的積溫，按由表2中數據可見(jiàn),次年蚱蟬始鳴期與上年7-照該原理,采用1990- 2003 年的氣象和物候資料以12月平均氣溫的相關(guān)性均不顯著(zhù),而與當年2一6月5C為發(fā)育起點(diǎn)溫度，>5C初日為起始日期，計算各月平均氣溫的相關(guān)性較強。這說(shuō)明該齡期的蚱蟬了各站蚱蟬完成發(fā)育所需要的有效積溫。在此基礎表2 1990- 2004 年蚱蟬始鳴期與溫度之間的相關(guān)關(guān)系Table 2 The correlations of the first song date of the cicada with temperature in 1990一2004氣象要素駐馬店沈丘太康3站平均上年7-12月平均氣溫-0.165-0.308-0.0981月平均氣溫-0.221-0.038-0.2362月平均氣溫-0.449-0.349-0.403- 0.4013月平均氣溫-0.848***-0.757**- 0.784***0.796**4月平均氣溫- -0.452-0.649**- -0.395- 0.4995月平均氣溫0.580*-0.379- -0.3516月平均氣溫-0.615*-0.458- 0.756**-0.610*1月1日至平均始鳴期平均氣溫-0.830***-0.708**-0.798***-0.779***1月1日至平均始鳴期> 0 C有效積溫0.847***- -0.754**-0.826*-0.809***1月1日至平均始鳴期> 5 C有效積溫.873**0.769***-0.842***-0.828***1月1 日至平均始鳴期> 10 C有效積溫-0.693**- 0.760**-0.760***1月1日至平均始鳴期> 15 C有效積溫-0.745-0.532*-0.678**-0.652**>5 C初日-0.533*-0.575*中國煤化工注: *, **，***分別表示通過(guò)了0.05，0.01, 0.001顯著(zhù)性水平的檢驗fYHCNMH G344| Adv. Clim. Change Res., 2008, 4 (6): 342- 346.www.climatechange.cn6期韓小梅等:氣候變暖對河南省蚱蟬始鳴期的影響34507-30(a)駐馬店| 180007-10一07-01T 06-20二06-21◆吾05-31140006-105-11| 120004-21100006- -0106-0106- -2107-01[(b)沈丘實(shí)測日期(月一日)- 1600(b) 沈丘07- -0106- -20- 1400 .505-31巴06-21委05-11| 1000感06-11[e)太康| 1600實(shí)測日期(月-日)二06- -201400.(c)太康05-311200平06-21，)追05-11- 100006-11I 80019901993 1996◆始鳴期06-21 .-- - 1月1 日至平均始鳴期期間> 5 c有效積溫圖2蚱蟬始鳴期及1月1日至平均始鳴期期間> 5 C有效圖3模擬1990 - 2003 年蚱蟬始鳴期與實(shí)際觀(guān)測日期比較積溫變化趨勢Fig. 3 The observed first song dates of cicadas versus the simulatedFig. 2 Tendencies of the first song date of the cicada and thedates by accumulated temperature method in Zhumadian (a),effective cumulative temperatures above 5 C from Jan. 1 to theShenqiu (b) and Taikang (c) Prefecture in 1990- -2003average first song date in Zhumadian (a), Shenqiu (b) and Taikang溫標準差僅為68C.d,因此,積溫法在太康地區的(c) Prefecture of Henan Province in 1990-2004模擬效果要好于駐馬店。上,用積溫法模擬了各站1990- 2003 年的蚱蟬始鳴期(圖3)。由圖3可見(jiàn), 3地的決定系數(R2) 均在3 結論0.661以上,歷史模擬效果較好。為了進(jìn)一-步驗證模型，將2004年數據作為獨立樣本進(jìn)行預測，并將模(1)在氣溫升高的氣候背景下，駐馬店、沈丘、擬和預測結果與用平均法所得結果進(jìn)行比較(表3)。太康蚱蟬始鳴期均呈提前趨勢，其提前幅度和年際結果表明，用積溫法對始鳴期的模擬和預報效果均間變化與年平均氣溫的變化情況相對應。好于平均法，但該方法的模擬效果取決于積溫的穩(2)3月份和6月份的平均氣溫對蚱蟬始鳴期有定性，如駐馬店地區的積溫標準差為147 C.d,其著(zhù) 顯著(zhù)的影響中國煤化工始鳴期期間均方根誤差(RMSE) 達到7.0 d,而太康地區的積> 5 C有效積溫人小CNMH GC有效積溫H以H以一Adv. Clim. Change Res.. 2008, 4(6):342- 346 |345.研究短論www.climatechange.cn346氣候變化研究進(jìn)展2008年表3積溫法與平均法模擬及預報效果比較Table 3 Simulations and predictions of the first song date of the cicada using accumulatedtemperature method and average date method積溫法平均法站點(diǎn)積溫/C .d RMSE/d 2004 年預報誤差/dRMSE/d 2004 年預報誤差/d駐馬店1376土147.012.3t丘1220土98.333太康1110士68.4高，蚱蟬始鳴期則較早，反之亦然。蚱蟬始鳴期與[2] Elis W N, Domer JH，Kuchlein JH. Rcet shifts in dtsibutiono of當地>5C初日也有顯著(zhù)相關(guān)關(guān)系。microlepidoptera in the Netherlands []. Entomologische Berichten(3)相對于平均法,積溫法的模擬效果較好，但(Amsterdam), 1997, 57: 119- 125該方法的模擬效果取決于積溫的穩定性，積溫穩定3] Gibbs J P, BreischA R. Climate warming and clling phenology of frogs的地區模擬效果較好。near Ithaca, New York,1900- 1999 [I]. Conservation Biology, 2001, 15:1175-1178[4]張麗娟. 黑龍江省動(dòng)物物候觀(guān)測分析[I].哈爾濱師范大學(xué)自然科學(xué)參考文獻學(xué)報，198, 14(5): 105-109[1] IPCC. Chapter 4: Ecosystems, their propeties, goods and services [M][5] 胡忠朗, 韓崇選,施德祥.蚱蟬生物學(xué)特性及防治的研究[0]. 林業(yè)Climate Change 2007: Impacts, Adaptation and Vulnerability.科學(xué)，1992, 28 (6): 510-516Contribution of Working Group II to the Fourth Assessment Reportof [6] Kenneth P P. Day-degree method for pest management [J].the Intergovermental Panel on Climate Change. Cambridge, UK andEnvironmental Entomology, 1983, 12: 613-619New York, USA: Cambridge University Press, 2007Influence of Climate Warming on the First Song Date ofCicadas in Henan ProvinceHan Xiaomei', Shen Shuanghe', Liu Ronghual.2(1 School of 4pplied Meteorology, Nanjing University of Information Science & Technology, Nanjing210044, China; 2 Henan Institute of Meteorological Sciences, Zhengzhou 450003, China)Abstract: By using the climate and cicada (Cryptotympana atrata) phenological data in Zhumadian, Shenqiu andTaikang Prefectures of Henan Province in 1990- 2004, the impact of climate warming on the first song date ofcicadas was analyzed. The results show that the first song date of cicadas has advanced at each of the three sitesunder the climate warming. The mean temperature over March-June had a marked impact on the first song date ofcicadas which was closely related to the effective accumulated temperature above 5 C from Jan. 1 to the averagefirst song date. The first song date of cicadas in each of the three sites was simulated and predicted using accumulatedtemperature method with 5 C as the developmental threshold temperature and the first day when the daily meantemperature was above 5 C as the start date. This method is superior to the average date method. However, theaccuracy of the effective accumulated temperature method depends on the stabilitv of effective accumulated中國煤化工temperatures.Key words: climate warming; first song date of the cicada; phenology; .c.....MHC NMH G_y.iuuw, nulate346 | Adv. Clim. Change Res, 2008, 4 (6): 342-346.