气候变暖对河南省蚱蝉始鸣期的影响

研究短论www.climatechange.cn第4卷第6期气候变化研究进展Vol.4, No.62008年11月ADVANCES IN CLIMATE CHANGE RESEARCHNovember, 2008 .文章编号: 1673-1719 (2008) 06-0342-05气候变暖对河南省蚱蝉始鸣期的影响韩小梅'，申双和'，刘荣花12(1南京信息工程大学应用气象学院，南京210044;2河南省气象科学研究所，郑州450003)摘要:利用河南省驻马店、沈丘和太康3个农业气象观测站1990一2004 年的蚱蝉物候观测资料和气象资料，研究了气候变暖对蚱蝉始鸣期的影响。结果表明:在气温升高的气候背景下，蚱蝉始鸣期呈提前趋势; 3- 6月平均气温对蚱蝉始鸣期有显著的影响，始鸣期与1月1日至平均始鸣期期间>5C有效积温关系最为密切。用积温法以5C为发育起点温度，>5C初日为起始日期对各站蚱蝉始鸣期进行模拟和预报，其效果优于平均法。关键词:气候变暖;蚱蝉始鸣期;物候;积温;模拟中图分类号: Q142.2/P467文 献标识码: A引言导当地有效防治蚱蝉，保障园林生产提供理论依据。目前，全球气候变暖及其引发的生态环境问题1 资料与方法已经受到社会各界的高度重视和广泛关注。为了研究气候变暖对生物的可能影响，各地长期的物候观1.1 资料选取测资料均被用来进行此项研究，气候变暖对动物物本研究所用物候和气象资料均来自河南省气象候造成的影响已成为不争的事实。IPCC第四次评估局的长期定点观测,物候资料为1990- -2004 年河南报告中指出"，气候变暖已经影响到许多鸟类的迁省驻马店、沈丘、太康3个农业气象观测站的蚱蝉物徙;1975-1994年荷兰最常见的微鳞翅目昆虫的最候观测记录，蚱蝉物候观测项目包括始鸣期和绝鸣大个体数出现时间平均提早了12 d2); 1990- 1999期的观测。由于蚱蝉的始鸣现象容易被察觉,人为观年美国纽约州青蛙鸣叫的时间比1900- -1912年提早测误差较小，物候资料可信度较高，因此,本文仅选了大约10 dB;我国黑龙江省家燕在气温偏高的年份择始鸣期为研究对象。蚱蝉是变温动物,若虫期生存初见偏早4等。蚱蝉(Cryptotympana atrata)是一于地 下,生长发育主要受温度的影响，其他气象要素.种危害广泛的园林害虫,本文研究气候变暖对蚱蝉始的变化对其 干扰较小。因此,本文主要研究气温对蚱鸣期的影响既为全球变化研究提供重要佐证,又为指蝉 始鸣期的影响，气温资料取同期逐日平均气温。收稿日期: 2007-11-28; 修订日期: 2008-01-21中国煤化工基金项目:国家自然科学基金项目(40675067) 资助CNM HG作者简介:韩小梅(1980-), 女，硕士研究生，主要从事生态与环境气象的研究. E-mail: hanxit.MYH342| Adv. Clim. Change Res., 2008, 4 (6): 342. -346.www.climatechange.cn6期韩小梅等:气候变暖对河南省蚱蝉始鸣期的影响3431.2研究方法6.0 (a采用一元线性回归法对3个站点1990- -2004年.5 t年均气温和蚱蝉始鸣期的变化趋势和特征进行分析，并且分析了蚱蝉发育关键时段温度对蚱蝉始鸣期的理14.影响,其中,平均始鸣期为始鸣期的多年平均值。用5 d滑动平均法计算各地稳定通过5 C的初日;分别14.0 t----沈丘......太康用积温法和平均法对蚱蝉始鸣期进行模拟与预测。13.5 L1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 年积温法是以稳定高于发育起点温度初日为累积起始日期，将有效温度逐8累加，直到达到发育所需的(b积温为止，所得日数即为发育所需日数;平均法是-06-30以物候期的多年平均值预测当年物候期。二06-102结果与分析驻马店05-21---a--. 太康2.1气温 与蚱蝉始鸣期的变化特征05-011990- 2004年河南省驻马店、沈丘、太康地区年平均气温均呈.上升趋势(图1a)。其中,驻马店升图1 1990一2004 年驻马店、沈丘、太康地区年均气温(a)温率最大，且年际间变化幅度较大，最高年平均气及当地蚱蝉始鸣期(b) 变化趋势温达16.0 C，最低为14.3 C，极差1.7 C，变异系Fig. 1 Tendencies of annual mean temperature (a) and the first数达4.1%;沈丘和太康两地的气温变化特征基本相song date of the cicada (b) in Zhumadian, Shenqiu and TaikangPrefecture of Henan Province in 1990-2004同，太康的升温率略高于沈丘，但年际间变化幅度表1 1990- 2004 年驻马店、沈丘、太康地区年均气温及当地蚱蝉始鸣期变化特征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气象与物候要素沈丘太康平均值/C15.3614.9714.87倾向率/(C/a)0.090.040.0年平均气温最高值/C16.0015.6815.55最低值/C14.3014.1914.08极差/C.701.49变异系数1%3.4平均日期(月-日)06-1906-1606-09倾向率(d/a)-2.45- 1.07-0.69最迟日期(月一日)07-0906-290625始鸣期最早日期(月-日)06-0206-0305-30极差/d26中国煤化工.55.0MYHCNMH GAdv. Clim. Change Res.. 2008, 4 (6): 342- -346 343.研究短论www.climatechange.cn344气候变化研究进展2008年相似，变异系数均为3.4% (表1)。3个站点的蚱蝉若虫生长发育主要受当年气温的影响，该时期气温始鸣期均呈提前趋势(图1b),这与气温的变化情况升高使蚱蝉始鸣期提前,其中3月份是气温对蚱蝉影相对应，驻马店提前幅度和年际间变化为3站中最响的最关键时期，6月份次之。此外,通过对始鸣期大，沈丘和太康相近。与1月1日至平均始鸣期期间温度的相关分析，发现始鸣期与该时期>5C有效积温关系最为密切，2.2温度对蚱蝉始鸣期的影响均达到0.001的显著水平。因此，本文将5 C视为该蚱蝉5a一代，越冬卵于6-7月孵化，若虫共龄期蚱蝉若虫的发育起点温度，进而分析了蚱蝉始有4龄，每年7-8月蜕皮，老熟若虫6月底、7月鸣期与各站稳定>5C初日的相关性。结果表明,蚱初开始出土羽化。蚱蝉若虫期在土中度过，分布在蝉始鸣期与当地>5C初日显著相关。20 cm左右的土层中5。由于蚱蝉若虫的生长发育主图2为各站1月1日至平均始鸣期期间> 5 C有要受土壤温度的影响，因此本文着重分析了温度对效 积温及当地蚱蝉始鸣期的变化曲线，由图2可见，蚱蝉始鸣期的影响，研究的时段为最后-个龄期，蚱蝉始鸣期与该时期>5C有效积温呈显著的负相这里将7月份定为最后一个龄期的开始时期5]。由于关关系。即> 5 C有效积温高,蚱蝉始鸣期早，反之昆虫发育主要由积温控制，且害虫研究中多选择5.亦然。10和15 C作为发育起点温度问，因此,本文分析了蚱蝉始鸣期与1月1日至平均始鸣期期间的平均气温2.3 蚱蝉始鸣 期的模拟与预测及以上各界限有效积温的相关关系。-般认为，昆虫完成发育需要- -定的积温，按由表2中数据可见,次年蚱蝉始鸣期与上年7-照该原理,采用1990- 2003 年的气象和物候资料以12月平均气温的相关性均不显著,而与当年2一6月5C为发育起点温度，>5C初日为起始日期，计算各月平均气温的相关性较强。这说明该龄期的蚱蝉了各站蚱蝉完成发育所需要的有效积温。在此基础表2 1990- 2004 年蚱蝉始鸣期与温度之间的相关关系Table 2 The correlations of the first song date of the cicada with temperature in 1990一2004气象要素驻马店沈丘太康3站平均上年7-12月平均气温-0.165-0.308-0.0981月平均气温-0.221-0.038-0.2362月平均气温-0.449-0.349-0.403- 0.4013月平均气温-0.848***-0.757**- 0.784***0.796**4月平均气温- -0.452-0.649**- -0.395- 0.4995月平均气温0.580*-0.379- -0.3516月平均气温-0.615*-0.458- 0.756**-0.610*1月1日至平均始鸣期平均气温-0.830***-0.708**-0.798***-0.779***1月1日至平均始鸣期> 0 C有效积温0.847***- -0.754**-0.826*-0.809***1月1日至平均始鸣期> 5 C有效积温.873**0.769***-0.842***-0.828***1月1 日至平均始鸣期> 10 C有效积温-0.693**- 0.760**-0.760***1月1日至平均始鸣期> 15 C有效积温-0.745-0.532*-0.678**-0.652**>5 C初日-0.533*-0.575*中国煤化工注: *, **，***分别表示通过了0.05，0.01, 0.001显著性水平的检验fYHCNMH G344| Adv. Clim. Change Res., 2008, 4 (6): 342- 346.www.climatechange.cn6期韩小梅等:气候变暖对河南省蚱蝉始鸣期的影响34507-30(a)驻马店| 180007-10一07-01T 06-20二06-21◆吾05-31140006-105-11| 120004-21100006- -0106-0106- -2107-01[(b)沈丘实测日期(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实测日期(月-日)二06- -201400.(c)太康05-311200平06-21，)追05-11- 100006-11I 80019901993 1996◆始鸣期06-21 .-- - 1月1 日至平均始鸣期期间> 5 c有效积温图2蚱蝉始鸣期及1月1日至平均始鸣期期间> 5 C有效图3模拟1990 - 2003 年蚱蝉始鸣期与实际观测日期比较积温变化趋势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温标准差仅为68C.d,因此,积温法在太康地区的(c) Prefecture of Henan Province in 1990-2004模拟效果要好于驻马店。上,用积温法模拟了各站1990- 2003 年的蚱蝉始鸣期(图3)。由图3可见, 3地的决定系数(R2) 均在3 结论0.661以上,历史模拟效果较好。为了进一-步验证模型，将2004年数据作为独立样本进行预测，并将模(1)在气温升高的气候背景下，驻马店、沈丘、拟和预测结果与用平均法所得结果进行比较(表3)。太康蚱蝉始鸣期均呈提前趋势，其提前幅度和年际结果表明，用积温法对始鸣期的模拟和预报效果均间变化与年平均气温的变化情况相对应。好于平均法，但该方法的模拟效果取决于积温的稳(2)3月份和6月份的平均气温对蚱蝉始鸣期有定性，如驻马店地区的积温标准差为147 C.d,其着 显著的影响中国煤化工始鸣期期间均方根误差(RMSE) 达到7.0 d,而太康地区的积> 5 C有效积温人小CNMH GC有效积温H以H以一Adv. Clim. Change Res.. 2008, 4(6):342- 346 |345.研究短论www.climatechange.cn346气候变化研究进展2008年表3积温法与平均法模拟及预报效果比较Table 3 Simulations and predictions of the first song date of the cicada using accumulatedtemperature method and average date method积温法平均法站点积温/C .d RMSE/d 2004 年预报误差/dRMSE/d 2004 年预报误差/d驻马店1376土147.012.3t丘1220土98.333太康1110士68.4高，蚱蝉始鸣期则较早，反之亦然。蚱蝉始鸣期与[2] Elis W N, Domer JH，Kuchlein JH. Rcet shifts in dtsibutiono of当地>5C初日也有显著相关关系。microlepidoptera in the Netherlands []. Entomologische Berichten(3)相对于平均法,积温法的模拟效果较好，但(Amsterdam), 1997, 57: 119- 125该方法的模拟效果取决于积温的稳定性，积温稳定3] Gibbs J P, BreischA R. Climate warming and clling phenology of frogs的地区模拟效果较好。near Ithaca, New York,1900- 1999 [I]. Conservation Biology, 2001, 15:1175-1178[4]张丽娟. 黑龙江省动物物候观测分析[I].哈尔滨师范大学自然科学参考文献学报，198, 14(5): 105-109[1] IPCC. Chapter 4: Ecosystems, their propeties, goods and services [M][5] 胡忠朗, 韩崇选,施德祥.蚱蝉生物学特性及防治的研究[0]. 林业Climate Change 2007: Impacts, Adaptation and Vulnerability.科学，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中国煤化工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.