复杂地形下褐飞虱迁飞的数值模拟:个例研究

褐飞虱是影响我国水稻生产的重要迁飞性害虫之一,它的爆发严重影响水稻的生长,并诱发水稻病害,导致水稻减产。研究复杂地形条件下褐飞虱的迁出虫源地、空中迁飞轨迹、降落区,探明复杂地形对褐飞虱迁飞的影响机制,对害虫测报与防治、农业防灾减灾和保障我国粮食安全具有重要的理论意义和实践价值。为了分析覆盖复杂地形的大气动力场、温度场、湿度场对褐飞虱迁入及降落分布的影响,采用WRF-Flexpart耦合轨迹计算模式和GIS空间分析等方法,对2008年9月30日—10月3日发生在广东曲江、肇庆、梅县三站和湖北宜昌、安徽东至、江西吉安三站的褐飞虱迁入和降落过程进行了数值模拟,以揭示复杂地形条件下褐飞虱种群降落和密度分布的时空变化结构。(1)广东曲江、肇庆、梅县三站的后向轨迹模拟结果显示,迁入三站的虫源均来自该站点的西北方向。地形较高且复杂多变时,褐飞虱难以穿越且迁飞距离较短、方向多变。(2)湖北宜昌、安徽东至、江西吉安三站的前向轨迹模拟结果显示,当站点附近的山脉较低且有山谷通道,褐飞虱沿山脉顺风方向迁飞,且迁飞距离较远。当山脉地势较高且没有明显的山谷,则褐飞虱遇到山脉阻挡而转向造成种群滞留。(3)褐飞虱迁飞种群的密度沿山脉走向呈带状分布,山坡较为陡峭、断崖显著时,向远离山体的方向迁飞。若山脉由多个山岭构成,则褐飞虱可从其峡谷穿越,密度分布较为分散。(4)强水平气流有利于褐飞虱的远距离迁飞,下沉气流对褐飞虱降落起着重要的作用,当有强下沉气流且气温较高时,有利于褐飞虱种群的降落,并聚集形成高密度迁入区。(5)垂直方向上,在一定的温度范围内,褐飞虱趋向于在暖层中迁飞。褐飞虱密度沿河谷地带呈带状分布且密度高值区多分布在较温暖的地区。秋季,褐飞虱降落区多分布在相对湿度50%左右的区域。模拟的褐飞虱迁飞轨迹、迁飞方位角和迁飞距离等与实际发生的褐飞虱迁飞路径和降虫区之间偏差较小,该模拟方法较大程度地提高了我国迁飞性害虫的业务预报水平。未来拟提高测报褐飞虱虫情数据的时空分辨率,以为得到较高准度和精度的模拟结果。     

基于两种轨迹模型的褐飞虱迁飞轨迹比较研究

异地预测是迁飞性害虫发生预测的重要内容,迁飞轨迹模拟和预测是能较好地反映害虫迁飞时空动态的一种异地预测方法。褐飞虱作为我国水稻生产上的一种重要迁飞性害虫,其迁飞轨迹的准确预报,可为其灾变预警和有效防控提供科学依据。为了比较选择一些准确性好、分辨率高、易于推广应用的害虫迁飞轨迹模型,选取2006年7月初发生在湖南省洪江市的一次褐飞虱重大北迁过程作为典型个例,运用中尺度天气研究和预报模式WRF,结合NCEP气象再分析数据,利用HYSPLIT和FLEXPART两种轨迹计算模式对褐飞虱迁飞轨迹进行模拟,并验证模型模拟和计算的准确度和精确度。研究结果表明:(1)WRF-HYSPLIT和WRF-FLEXPART两种轨迹计算模式在虫源地、迁飞路径(迁飞方位角和走向)、迁飞高度、迁飞速率和迁飞距离计算上总体趋势一致,但存在一定的差异,后者的起伏变化大于前者。(2)尽管两种耦合模式在调用WRF模式输出的预报场物理变量方面有很多相同之处,但WRF-FLEXPART耦合模式在运行计算过程中比WRF-HYSPLIT耦合模式多考虑了对流参数、地表胁迫和各种地形参数,因而能更全面地反映中尺度天气过程(特别是对流性天气过程)对昆虫起飞、空中飞行和降落的动力作用,也能更真实地反映地表物理过程、大气湍流结构和地形起伏对褐飞虱种群迁飞的影响。(3)从褐飞虱种群对生境和取食条件选择上看,两种模式模拟的各高度迁入种群的虫源区、迁飞路径和降落地都是合理的、准确的。但从褐飞虱迁出、空中飞行和降落所处的三维流场来看,WRF-FLEXPART模式轨迹走向与盛行气流方向的吻合度要明显高于WRF-HYSPLIT模式。(4)两种模式均可作为业务工具在迁飞性害虫测报中推广应用。     

FLEXPART模式模拟褐飞虱回迁的适用性

褐飞虱是威胁我国水稻生产安全的主要害虫之一,已经严重地威胁到我国南方地区水稻的安全生产。褐飞虱作为一种风媒迁飞性昆虫,与大气气溶胶粒子的运动相似。采用褐飞虱迁飞相关参数,利用WRF-FLEXPART模式模拟分析两次褐飞虱秋季回迁过程。通过模拟2013年9月20—24日褐飞虱迁入兴安县的迁飞过程,发现褐飞虱虫量的模拟结果与实验观测到的褐飞虱高空灯诱数据相近、变化趋势一致,相关性达到0.49(P0.01)。褐飞虱迁飞峰的模拟值平均早于观测值1.5h,这可能与褐飞虱起飞迁飞的主动性及其生理特性等有关。模拟2008年10月5—7日一次冷锋无降水天气过程中的褐飞虱迁飞过程,发现此次冷锋南下和降温过程对褐飞虱的回迁影响显著,主要表现在:(1)在迁飞轨迹上,受热带气旋影响,广西、贵州、湖南和广东西部地区以东北风为主,有利于褐飞虱向西南方向的迁飞;(2)在虫量密度分布上,广东中部地区同时具备了较好的动力和温湿条件,促使大量褐飞虱向着该地区(较温暖)迁入,而湖北地区虽以西北—东北风为主,但地面气温较低(低于广东地区),不利于褐飞虱的大量迁入。综上所述,WRF-FLEXPART模式适用于褐飞虱的迁飞模拟且有较好的模拟能力,该研究对我国褐飞虱灾变的准确预警、病虫测报水平的提高具有重要的参考价值。     

中国盛夏褐飞虱北迁过程的动态数值模拟

以控制和影响褐飞虱Nilaparvata lugens (Stal)迁飞过程的生理生态参数为依据,应用时空分辨率较高的中尺度数值预报模式-MM4和三维轨迹计算方法对我国盛夏褐飞虱的北迁过程进行了动态模拟。模拟结果及其与实测虫情资料的对比研究表明：（1）我国盛夏褐飞虱北迁的虫源地主要在22.5°N～27°N,110°E～116°E之间。（2）空中迁飞路径有三条：主径取32°方位角,副径分别取10°和75°方位角。（3）降落虫汇区有三个：主降区为长江中下游稻区,副降区分别为鄂西北、川东北稻区和浙东南、闽北稻区。（4）理论模拟与实际虫情普查分析比较吻合,说明该模型可作为迁飞害虫灾变机制研究的一个重要工具。     

褐飞虱远距离向北迁飞的气象条件

根据1977、1978年自广西南宁至江苏淮安等地褐飞虱迁飞记录,通过天气图等气象资料分析,对我国东半部地区褐飞虱的迁飞路径和有关气象条件进行了研究,初步得出褐飞虱向北迁飞的天气形势特点如下: 1.春、夏季北迁的过程中,迁入地常在锋面或副热带高压两类不同的天气系统控制下; 2.春、夏季的北迁,迁出地一般位于地面热低压系统的暖区和高空850毫巴图上的偏南气流,特别是西南气流的控制区域; 3.温度、风速以及降水等气象要素是褐飞虱迁出、迁入及空中飞行的重要影响条件。     

桂东北稻区第七代褐飞虱迁飞规律及虫源分析

褐飞虱是我国水稻上的一种重要迁飞性害虫,在桂东北稻区不能越冬。近年来,作为次害代的第7代褐飞虱在桂东北稻区频繁暴发,桂东北稻区作为褐飞虱南北往返迁飞的重要通道,研究阐明该稻区第7代褐飞虱的迁飞规律及虫源分布,对第7代褐飞虱的早期预警和有效防控意义重大。利用灯光诱捕的方法研究了2007—2010年桂东北稻区褐飞虱的迁飞动态,并运用大气质点轨迹分析平台HYSPLIT(Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory)和气象图形处理软件GrADS(Grid Analysis and Display System)对褐飞虱迁入、迁出峰次进行轨迹分析和气象背景分析。结果表明:(1)桂东北稻区第7代褐飞虱每年都会出现2—3次迁飞高峰,虫量高峰期主要集中在9月底至10月上旬。(2)迁入虫源主要来自江西中西部和湖南中东部稻区,从本地起飞的部分褐飞虱飞行24 h或36 h后能到达广西南部沿海、越南北部和海南等越冬区。(3)925 hPa的温度高则褐飞虱虫量高;盛行东北气流较多的年份,褐飞虱发生严重;微弱的下沉气流和无雨天气有利于褐飞虱的迁飞。     

基于WRF-Flexpart的一次褐飞虱回迁过程模拟研究

褐飞虱是影响亚洲地区水稻生产的迁飞性害虫,其远距离迁飞与种群分布会受到大气环流和局地天气条件的影响。采用WRF-Flexpart耦合模式、GIS空间分析和Vincenty方位角/距离估计等方法,选取2009年9月30日—10月7日发生在中国15个植保站的褐飞虱迁入过程,并根据模式输出、GIS分析和轨迹计算结果探讨了多种大气物理胁迫共存下大气动力场、降水、温度场和湿度场对褐飞虱秋季回迁过程及其降落虫量分布的影响。研究结果表明:(1)此次重大迁飞过程中,大气动力场、降水、温度场和湿度场在不同地区、不同时间段对褐飞虱种群的迁入和降落起了不同的作用,因而造成了迁入虫量分布的时空差异。(2)从各虫源地迁出的褐飞虱种群是向着温暖而湿润的地方迁飞的,迁飞方向主要受所经区域盛行风向的影响,迁飞距离由途径区的风速所决定。(3)当迁飞种群途径局地降水较多的区域时,初期迁入量并不多,经过短暂的一段时间后降虫量会突然增加。(4)在一定的温度范围内,大气湿度条件会影响褐飞虱的迁入虫量:褐飞虱迁入虫量在近地面温度高于26℃、相对湿度(925 hPa)大于70%且下沉气流较强的地区分布最多,而在近地面温度低于24℃、相对湿度(925 hPa)小于50%、无明显下沉气流的地区未发现有褐飞虱的迁入。     

云南省褐飞虱早期迁入虫源及其发生大气背景分析

为了探明我国西南稻区褐飞虱早期迁入种群的虫源地,为后期预测和防治提供依据,通过对2007—2016年云南植保站4—5月份褐飞虱虫情进行分析,选取出云南省勐海、芒市、江城、师宗、麻栗坡、广南6个代表性站点,利用WRF-FlexPart耦合模式对2013年、2015年和2016年这些站点的早期迁入峰进行了数值模拟,得到近年来云南省褐飞虱早期迁入虫源的虫源地。选取了2013年褐飞虱早期迁入量较大的迁入峰进行了大气背景分析,结合峰期影响褐飞虱迁飞的大气动力场、温度场和相对湿度场,探讨了影响云南省褐飞虱早期迁入的大气背景。研究结果表明:(1)近年来云南省褐飞虱迁入的虫源主要来自缅甸,部分来自老挝和泰国,少数来自越南,还有极少量来自孟加拉国。(2)这一时期,当释放高度分别为1500、2000 m时,褐飞虱的迁飞高度分别集中在2216 m和2489 m,平均迁飞高度分别是2167、2454 m,从不同释放高度回推的褐飞虱迁飞高度的起伏趋势具有较好的一致性,表明模式能较好地反映系统性垂直气流和下垫面起伏对其上层三维流场和种群迁飞的影响。(3)选取2013年5月22—26日发生在云南勐海、麻栗坡和广南的一次典型褐飞虱迁入过程,分析了大气背景场对褐飞虱迁飞的影响,结果显示:受印缅低压控制或影响,高空从境外虫源区至云南降虫区有西南水平气流作为种群输送动力;温场在降虫区东北侧有"低温屏障墙"存在,阻止了种群的继续北迁;垂直速度场上虫源区有上升气流促使种群起飞迁出,降虫区有下沉气流促使种群降落;弱降水形成的拖曳下沉气流对降虫也十分有利;相对湿度场对此次迁飞过程不形成任何胁迫。     

在中国应用垂直波束雷达监测褐飞虱和其他水稻害虫迁飞的可行性

近年来,可用于昆虫迁飞研究且可自动运行的垂直波束雷达(vertical-looking radar,VLR)的发展使得对迁飞性害虫的周年长期自动监测成为可能。本文提供了我们对能否将这种雷达应用于中国的褐飞虱和其他水稻害虫的监测与预测体系以改善其综合治理的可行性研究结果。以往的研究已经表明,这些害虫一般在300—2000m高度迁飞;而我们根据褐飞虱的雷达和射有效截面的计算结果表明,目前使用的3．2cm波长的VLR对褐飞虱个体目标的最大可检测高度仅约240m;虽然建造一部8．8mm波长的VLR即可覆盖褐飞虱迁飞高度的绝大部分,但其造价和维护费用均过于昂贵。为此,一个更可行的解决方案是,以3．2cm波长的VLR作为包括大多数水稻害虫在内的个体较大的迁飞性害虫的监测工具。     

迁飞性害虫褐飞虱对地磁强度变化的种群适合度响应

【目的】地球生物时刻处于地磁场(geomagnetic field,GMF)环境影响下,迁飞昆虫也不例外。迁飞昆虫多可进行跨纬度长距离迁飞,其迁出与迁入地间必然存在地磁强度差异,进而影响迁飞昆虫的种群适合度。本研究旨在明确迁飞性昆虫的磁生物学效应及其地磁环境适应性,服务于迁飞害虫发生的预测预报。【方法】利用直流电型亥姆霍兹线圈模拟迁飞害虫褐飞虱Nilaparvata lugens春季迁出地(广州:GMF 45μT)与迁入地(南京:GMF 50μT)地磁场环境,调查了迁出地和迁入地地磁场强度变化对其生长发育与繁殖的影响。【结果】结果显示,与迁出地GMF 45μT下相比,迁入地GMF 50μT下褐飞虱卵历期略有缩短(0.50%),卵孵化率显著提高(6.11%),雌、雄若虫历期分别延长5.26%和2.37%,初羽化雌、雄成虫体重分别提高0.66%和9.56%,雌、雄成虫寿命分别缩短了35.34%和26.16%,雌成虫产卵量显著提高(30.13%),卵黄原蛋白基因Vg相对表达量显著提高(259.25%);此外,迁入地GMF 50μT还显著缩短了褐飞虱F_1代卵历期(2.52%),并显著提高了F_1代卵的孵化率(10.83%)。【结论】结果说明,每年春季北迁过程中褐飞虱所处的地磁场强度增加有利于其种群适合度提高,进而对其迁飞种群发生有利,并加重其暴发危害风险。     

Astogenetic aspects of the dendroid graptolite Airograptus (Late Cambrian-Early Ordovician) and their phylogenetic implications

Based on a Backscatter Electron (BSE) examination of partially 3-dimensional graptolite specimens of Airograptus from the Tremadocian (Early Ordovician) Yehli Formation at Dayangcha, Baishan of Jilin Province, NE China, the thecal structure and astogenetic aspects of this genus (except for the missing proximal part) are described and illustrated in detail. In the present collection, no furcating but only peltate thecal apertural processes are confirmed. A comparison between the presumably benthic dendroid Airograptus and Rhabdinopora, the earliest planktonic graptolite, indicates that there are remarkable similarities in astogenetic aspects between them, although there are also differences in the development of dissepiments and thecal apertural processes. A possible ancestor-descendent relationship between the two genera is herein proposed.     

拱背果蝇属二新种记述(双翅目,果蝇科)

记述了拱背果蝇属Lordiphosa 2新种,毛突拱背果蝇 Lorrdiphosa pilosella sp.nov.和叉拱背果蝇Lordiphosa furcans sp.nov..     

华北石质山区油松林对降水再分配过程的影响

森林通过降水再分配过程影响着流域的水量平衡和物质循环。根据2005-2008年汛期华北石质山区主要造林树种油松林的林外降雨、穿透降雨、树干径流定位观测数据,探讨了人工油松林对降雨再分配过程的影响。结果表明,测定期间32场次降雨过程中油松林穿透雨量、树干径流量和林冠截留量平均值分别为8.67,0.11,1.07mm;透过率,树干径流率和林冠截留率分别为82.18%(57.74%-87.55%),1.07%(0.22%-2.07%),16.75%(11.01%-42.07%)。油松林冠层穿透降雨量、树干径流量和林冠截留量均与林外降雨量呈明显的线性关系(R2=0.995,R2=0.907,R2=0.855),根据回归方程,当林外降雨量大于0.3mm时,可发生穿透降雨,当林外降雨量大于3.51mm时,可发生树干径流;林冠截留率与林外降雨呈双曲线衰减趋势,回归方程为y=12.091+55.537/(x+0.426)(N=32,R2=0.685)。典型次降雨再分配过程表明,林冠不仅在量上对降雨进行再分配,还在时程上进行了再分配。     

Survey of the native insect natural enemies of Hyphantria cunea (Drury) (Lepidoptera: Arctiidae) in China

The fall webworm, Hyphantria cunea (Drury) (Lepidoptera: Arctiidae), is an invasive and important pest in China. Investigations on insect natural enemies have been conducted from 1996 to 1999 in five provinces and one municipality of China in order to select effective species for biological control. Two carabid predators (Coleoptera) and 25 parasitoid species were found, among which 23 were parasitic wasps (Hymenoptera), including five hyperparasitic species and two tachinid flies (Diptera). The two carabids preyed on young larvae inside webs, two braconid wasps parasitized larvae, and 18 parasitoid species attacked the fall webworm during the pupal and/or 'larval-pupal' stages. Among these parasitoids, there were one genus and nine species that are new to science and four species new to China, which were described and published by the senior author Yang. The average parasitism rates of fall webworm pupae were 25.8% and 16.1% in the overwintering generation and the first generation (summer generation), respectively. These findings reveal that these natural enemies play an important role in the natural control of the pest. Chouioia cunea Yang (Hymenoptera: Eulophidae), a gregarious pupal endo-parasitoid, was recommended as a promising biological control agent against the fall webworm in China.     

Bolboschoenus （Ascherson） Palla （Cyperaceae） from Pliocene of China

Tubers, culms, rhizomes, and leaves of Bolboschoenus cf. yagara (Ohwi) YC Yang et M Zhan were reported from the sediments of Zhangcun Formation, Late Pliocene in Shanxi Province, China. The fossil species possesses trigonous culms. And tubers are cordiform, spindle shaped, or round, and are covered by roots in internodes and often connected by rhizomes. This is the first convincing fossil record of Cyperaceae in China.     

环足施氏冠蜂——中国新记录种（膜翅目：冠蜂科）

本文结合形态学特征和线粒体COI基因分子数据,记述了采集于我国山东省的冠蜂科一新记录种：环足施氏冠蜂Schlettererius cinctipes (Cresson, 1880),详细描述了该种的形态特征,并提供鉴定特征图以及COI序列。通过与来自于北美、日本和澳洲的环足施氏冠蜂的COI序列对比,相似度达到99.79%。虽然环足施氏冠蜂在我国的寄主未能明确,但由于该蜂从松幽天牛Asemum amurense Kraatz, 1879为害的松木中羽化出来,能为其寄主的确定提供参考。研究标本分别保存在华南农业大学膜翅目标本室（SCAU）和山东省林业科学研究院林业有害生物标本室。     

Grasshopper （Orthoptera： Acrididae） biodiversity and grassland ecosystems

Interesting results may arise by combining studies on the structure and function of ecosystems with that of biodiversity for certain species. Grasshopper biodiversity is the result of the evolution of grassland ecosystems; however, it also impacts on the structure and the function of those ecosystems. We consider there to be a close relationship between the health of grassland ecosystems and grasshopper biodiversity. The main problems involved in this relationship are likely to include： （i） grasshopper biodiversity and its spatial pattern; （ii） the effect of grasshopper biodiversity on the ecological processes of grassland ecosystems; （iii） the biodiversity threshold of grasshopper population explosions; （iv） the relationship between grasshopper biodiversity and the natural and human factors that affect grassland ecosystems; and （v） grasshopper biodiversity and the health of grassland ecosystems. The solutions to these problems may provide sound bases for controlling disasters caused by grasshoppers and managing grassland ecosystems in the west of China. In this paper, we introduced two concepts for grasshopper biodiversity, that is, ＂spatial pattern＂ and ＂biodiversity threshold＂. It is helpful to understand the action of the spatial pattern of grasshopper biodiversity on the ecological processes of grassland ecosystems and the effect of this spatial pattern on the health of those ecosystems, owing to the fact that, in the west of China, grasslands are vast and grasshoppers are widely distributed. Moreover, we inferred that the change in the level of component richness at each type of grasshopper biodiversity can make an impact on grassland ecosystems, and therefore, there is likely to be a threshold to grasshopper biodiversity for the stability and the sustainability of those ecosystems.     

中国更新世兔属化石两新种

中国更新世兔属(Lepus)化石较为丰富,尤其是周口店各化石地点产出了大量的标本。但受条件的限制,缺乏对现生骨骼标本的研究与对比,分类位置混乱或仅鉴定为未定种。详细观察研究了中国科学院动物研究所保存的现生兔属8种的187件头骨标本,归纳整理出Lepus各个种头骨与牙齿特征的个体差异和年龄变化以及稳定的特征。主要稳定特征包括:鼻骨基本形态,如长度、前后相对宽度等;额骨两侧凹陷深浅;眶上突上翘程度;颞窝的深浅及宽度;成年个体上间顶骨愈合,或不完全愈合;门齿前齿沟的形态及白垩质充填的情况;门齿孔宽,腭桥长及翼内窝宽度的比例关系;颧骨高度,浅层咬肌窝及咬肌突腹面三角的形态(反映出咬肌的发育程度);吻部形态;下颌骨基本形态(冠状突、上升支、齿隙骨体、颏孔位置等);颊齿基本形态等。在对现生标本观察研究的基础上,详细描述了周口店第13地点的兔头骨及颅后骨骼,命名一新种德氏兔Lepus teilhardisp. nov.。新种以下列特征区别于已知兔属各种:颅全长平均大于90 mm,眶上突轻微上翘,前支稍短,后支发育;额骨两侧凹陷浅;咬肌突腹面中等大小;颧弓浅层咬肌窝较深;翼内窝宽度明显大于腭桥最小纵径;门齿孔较细长;颞窝上突起较高;枕外结节向下延伸成一低脊;听泡较大;外枕骨较宽,顶视几乎覆盖岩乳骨及部分听泡;I2前齿沟"V"字形,内、外两侧的前缘较平直且几乎持平,充填少量白垩质;下颌骨冠状突倾斜。陕西蓝田陈家窝子发现的翁氏兔(Lepus wongi)也归入该种内。将山东淄博孙家山发现的标本命名为淄博兔Lepus ziboensissp. nov.。该种门齿前齿沟浅窄,充填白垩质;齿隙明显较长;腭桥较长;翼内窝宽度与腭桥长度近乎相等;P2外前褶沟窄浅,内前褶沟亦较浅;p3在1件标本上可见较浅的前内褶沟。根据共生动物群分析,淄博兔的时代为早更新世晚期,参照测年数据德氏兔的时代可能从早更新世晚期至中更新世早期。     

Bolboschoenus (Ascherson) Palla (Cyperaceae) from Pliocene of China

Tubers, culms, rhizomes, and leaves of Bolboschoenus cf. yagara (Ohwi) YC Yang et M Zhan were reported from the sediments of Zhangcun Formation, Late Pliocene in Shanxi Province, China. The fossil species possesses trigonous culms. And tubers are cordiform, spindle shaped, or round, and are covered by roots in internodes and often connected by rhizomes. This is the first convincing fossil record of Cyperaceae in China.