褐飞虱迁飞参数的数值模拟

迁飞性害虫褐飞虱对中国和亚洲其它国家和地区的水稻有着十分严重的危害,其迁飞参数的时空变化是种群迁飞这一生态行为的重要体现。应用目前国际上先进的中尺度数值预报模式MM5 (V3.2 )对我国褐飞虱北迁、南返的过程进行了数值模拟,根据模拟结果对害虫的迁出虫源地、迁飞路径、降落区、空中迁飞速率、迁飞高度、迁飞历时和迁飞距离等迁飞参数进行了一系列的数值计算和客观分析,得到了与实际虫情普查和雷达观测资料相当吻合的结果,从而比较精确地阐明了褐飞虱迁出起飞、空中定向飞行、降落迁入等迁飞行为的动力学机制。     

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。     

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。     

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。     

褐飞虱的降落机制

应用MM5中尺度数值模拟模式和GRADS气象图形软件,对1999年6月22日～7月2日一次褐飞虱迁飞降落过程及其大气背景场进行了个例研究,并侧重对灵川、东至、徽州3个站点的降虫机制做了分析。结果表明：（1）此次迁飞过程有两个明显的降虫区：天柱．灵川．贺县一线范围内（降虫区Ⅰ）和三都-天柱-黔阳-修水-东至-徽州-奉贤-线（降虫区Ⅱ）;（2）低空急流为褐飞虱北迁提供了运载气流,降虫区位于降水区边缘;（3）地形降水胁迫害虫降落是降虫区Ⅰ褐飞虱降落的主要原因,梅雨锋降水导致了褐飞虱集中降落在降虫区Ⅱ;（4）虫源的空间分布差异和不同的天气条件导致了东至、徽州地区不同的降虫分布。     

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。     

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。     

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。     

《褐飞虱研究与防治》

《褐飞虱研究与防治》一书 ,由陈遐年等教授主编 ,已于 2 0 0 3年 7月由中国农业出版社正式出版发行。本书全面、系统地论述了褐飞虱研究与治理领域的最新进展、研究方法和实际应用。全书分 :国内外褐飞虱研究进展、褐飞虱灾害的地理分布及其时空变化规律、褐飞虱的形态特征和稻田内近似种类的识别、褐飞虱的种群生物学特性、褐飞虱大发生的种群特征、褐飞虱大发生与稻田生物群落关系、诱发褐飞虱再猖獗的生理生态因素、褐飞虱的远距离迁飞行为及其生理生态机制、褐飞虱发生系统的混沌特性及预测预报和褐飞虱防治技术的研究与应用等 1 2章。…     

“海棠”台风气流场对褐飞虱北迁路径的影响

基于GIS、GrADS软件和HYSPLIT 4.8轨迹模式,分析了0505号台风“海棠”发生期间（2005年7月19—21日）中国10个省42个虫情观测点的逐日灯诱褐飞虱虫量、850 hPa等压面的风场和20个虫情监测点的褐飞虱迁飞轨迹.结果表明：台风“海棠”登陆中国后,改变了引导褐飞虱向北迁飞的西南气流,造成风场在台风西南部的辐合和大范围的转向,阻止了褐飞虱的向北迁飞,迫使其在某些区域集中迫降;850 hPa等压面上切变线附近是褐飞虱集中降落的区域;在台风衰亡时期,台风东南部气流暖式切变区是大量降虫的区域;台风整体登陆后,西南气流的再次建立,造成褐飞虱的大量北迁.     

中国稻纵卷叶螟发生特点及北迁的大气背景

稻纵卷叶螟因其发生面积大、暴发频率高、致害程度重而成为我国水稻生产上的重要害虫。为了阐明大气背景对其北迁重大过程的影响,利用2000—2012年中国稻纵卷叶螟灯诱数据分析了我国水稻主产区稻纵卷叶螟迁入的主要特征;选取2007年7月下旬的一次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气象再分析资料,模拟了这一过程的大气背景,推算了稻纵卷叶螟的迁飞轨迹,并分析了大气背景对稻纵卷叶螟灾变性迁入的影响。研究表明:(1)这13年中,我国稻纵卷叶螟的迁入大多在3月初始见,3—8月为北迁期,从南到北先后在华南、西南、江岭、江淮稻区出现迁入峰;9—11月为南迁期,从北到南先后迁入江淮、江岭、华南稻区并出现相应的迁入峰,10月底至11月初为终见期。(2)北迁个例中各站逆推轨迹分析显示:包括再迁飞在内的不同时段虫源地基本上位于降虫区的西南方,迁飞高度都变化于550—850 m之间,但在沿海地区降落的稻纵卷叶螟迁飞轨迹是复杂的。(3)水平气流是稻纵卷叶螟远距离北迁的主要运载动力,925 h Pa上南方稻区一致的偏南气流对稻纵卷叶螟北迁极为有利;三维流场的起伏、特别是垂直气流的强弱变化对迁飞高度的变化起重要的作用。(4)下沉气流和降水是稻纵卷叶螟降落的关键动力因素,两者都对降虫有明显影响。(5)在这一北迁过程中,稻纵卷叶螟种群多降落在相对湿度大的区域,降虫区的相对湿度均在75%以上。     

2012年盛夏多台风发生对褐飞虱迁飞动态的影响

【目的】台风能极大地改变褐飞虱Nilaparvata lugens(Sta1)的迁飞路径和落区分布,阐释连续登陆的台风对褐飞虱种群动态的影响,可为其异地预测提供科学依据。【方法】通过对2012年盛夏的台风"韦森特"、"苏拉"、"海葵"等影响时期的多站点灯诱数据和风场做轨迹分析,解析台风影响下褐飞虱迁飞动态的变化。【结果】2012年盛夏,多个台风在华南江南早稻黄熟收割和褐飞虱羽化迁出高峰期连续登陆我国,高空气流场和雨带分布发生了不利于褐飞虱北迁的变化。华南地区多盛行东北风或偏东风,即使在台风过境后有利北迁的风向影响时,持续强降水、风切变和下沉气流多发而不利北迁。西南季风受台风影响始终无法主导大气流场,北迁通道难以建立,而褐飞虱的第5次北迁进程受阻。【结论】2012年盛夏台风多发严重阻滞了褐飞虱的第5次北迁过程,大大减轻了长江中下游水稻主产区褐飞虱的危害程度。7月中下旬和8月上旬的风场条件和雨带位置是决定我国长江中下游稻区褐飞虱发生程度的重要预警指标。     

武陵山区白背飞虱大发生种群的形成:2007年个例分析

【目的】武陵山区白背飞虱Sogatella furcifera(Horváth)的频繁暴发,给当地的水稻生产造成了极其严重的损失,明确其大发生的机制,对于实现精细化异地预测和综合治理至关重要。【方法】用WRF模拟风温场,用HYSPLIT模拟迁飞轨迹,对武陵山区2007年白背飞虱多个灯诱高峰的虫源分布和降落机制进行不同尺度的模拟分析。【结果】(1)西南低空急流是武陵山区白背飞虱早期种群形成的首要条件,降水、低温屏障、下沉气流和地形阻隔是造成此次洪江早期种群大发生的主要原因。(2)2007年主害期,我国南方的大面积高温干旱天气刺激了白背飞虱的大量外迁,为武陵山区提供了更加充足的虫源;连续多日的降水致使迁入种群大量聚集降落,同时也使得本地外迁种群迁出受阻,从而造成了武陵山区白背飞虱种群的大发生。(3)地形引起的垂直涡旋等小气候变化是造成不同站点间迁入虫量差异的主要原因。【结论】西太平洋副热带高压所带来的西南暖湿气流与北方冷涡南下的冷气团常在武陵山区上空交汇,形成大范围长时间的强对流天气,加之该地区西南低涡的强辐合作用,从而造成了2007年武陵山区白背飞虱种群的大发生。     

湖南白背飞虱前期迁入种群中小尺度虫源地及降落机制

湖南是白背飞虱(Sogatella furcifera(Horváth))南北往返的必经之路和主害区。明确白背飞虱前期(至5月20日)迁入种群的中小尺度虫源地和降落机制,对实现精细化异地预测至关重要。择出2012年湖南稻区白背飞虱前期迁入种群的上灯峰日,用新一代中尺度数值预报模式WRF(Weather Rsearch and Forecast)做三维轨迹分析,明确虫源地分布,并对其迁飞过程进行多因素的时空动态分析。结果表明:(1)2012年湘西白背飞虱迁入虫源主要来自越南北部、广西西南部,少量来自广西东南部与广东南部。湘东南、湘中迁入虫源主要来自广东南部、广西东南部,少部分来自海南。此外,每年4月下旬与5月上旬我国南部盛行西南气流,湘东南位置偏东,加之南岭山脉的阻挡,该区迁入峰次与迁入量较湘西较少。(2)低空急流为白背飞虱的北迁提供了运载气流,锋面气旋与切变线等天气尺度系统以及强烈上升气流带来的降水、低温屏障与下沉气流是湖南稻区白背飞虱集中迫降的3个直接因素;(3)白背飞虱前期迁入种群在湖南的主要落点基本沿湘西武陵山区至湘南雪峰山区一带以及"湘桂走廊"东端分布,地形是导致湘西降虫发生频率高、迁入量大的主要因素。由于山体阻塞与地面摩擦形成的小型垂直环流、夜间山风的作用及山谷间的峡谷风可导致白背飞虱的集中降落,较大的灯诱峰次主要位于谷地或者是山体的迎风坡。     

首次入侵广东的草地贪夜蛾迁入路径及天气背景分析

草地贪夜蛾 Spodoptera frugiperda (J. E. Smith)是联合国粮农组织全球预警的超级害虫,2019年1月入侵我国云南,并随季风远距离迁飞扩散,4月23日,广东省广州市增城区首次发现并确认该虫幼虫发生为害,对当地玉米等粮食作物构成严重威胁。本研究运用基于WRF模式的昆虫三维轨迹分析程序和GrADS气象图形软件,模拟了入侵广东的草地贪夜蛾的迁飞路径及天气背景场。结果表明:按照幼虫发育历期推算,首批草地贪夜蛾成虫迁入广东的时间可能为4月8日~13日;在此期间,越南北部及华南地区的西南低空急流可为草地贪夜蛾的迁飞提供运载气流,而风切变、降雨和下沉气流为草地贪夜蛾的迫降提供便利条件;4月9-10日存在草地贪夜蛾的有效迁飞路径,入侵广东省增城区草地贪夜蛾种群的有效虫源地分布在越南及老挝北部。本研究为华南地区草地贪夜蛾春季迁入种群的监测预警及防控提供了科学依据。     

安徽江淮地区灰飞虱的春季迁飞与扩散

通过2009,2010年春季对江淮地区安徽凤台麦田及灯诱灰飞虱Laodelphax striatellus(Fallén)种群的系统调查和雌虫卵巢的系统解剖,明确了本地越冬后灰飞虱的种群性质,作为灰飞虱能否迁飞的判据;运用美国NOAA网站的HYSPLIT平台对本地的迁入高峰做了数值模拟和虫源分析。结果表明:(1)江淮稻区灰飞虱麦田种群的迁移动态为远距离迁飞与本地扩散相结合;(2)在本地范围内,灰飞虱的本地繁殖型长翅成虫于麦收前可从麦田向秧田迁移扩散,在不利于长翅成虫起飞进行远距离迁飞的天气条件,如降雨、大风等的影响下,麦田迁飞型种群可向附近的秧田扩散;(3)灯诱与田间长翅雌虫卵巢解剖表明本地2010年6月5日和12日出现迁入虫群;虫源轨迹分析显示2010年6月5日迁入虫峰来自苏中的扬州地区,6月12日迁入虫源来自鲁南济宁地区。     

Simulation of the Long Range Migration of Brown Planthopper,Nilaparvata lugens (Stal), by Using Boundary Layer Atmospheric Model and the Geographic Information System

Brown planthopper (Nilaparvata Lugens) is a migrant pest which can migrate from tropical area into subtropical and temperate area every year and caused a lot of damage in rice production. To understand the migration process of this pest, the Boundary Layer Atmospheric (BLAYER) model and Geographic Information System (GIS) were used to analyze the migration waves from June to July in 1997, 1998 and 1999 in South Korea. The simulation results showed: 1) Each migration wave had different mass distribution and immigration area at different time; 2) The vertical air current value distributed in BPH taking-off and landing area was about several centimeters per second, which is lower than BPH flight ability. 3) The trajectory route showed that BPH had different migration routes emigrated from different source areas according to the weather system. The main source of BPH immigrated in South Korea was from the East part of Guangdong Province and South East part of Fujian Province, People's Republic of China. 4) Comparing with the different migration heights (733 m, 1,348 m and 1,963 m above ground level), BPH mass distributed more northwestward in low height than in high height. 5) BPH mass movement also gave another evidence to identify the light trap data in late July.     

Incidence and occurrence profiles of the small brown planthopper (Laodelphax striatellus Fallén) in Korea in 2011–2015

The small brown planthopper (SBPH, Laodelphax striatellus Fallén) is an important pest that causes severe yield losses in rice by transmitting viral plant diseases. For the proper management of this pest, therefore, it is necessary to understand its temporal and spatial dynamics by establishing a periodical monitoring system. A dataset, including the number of SBPHs by location, collection method [aerial collection net (AeCN) or light trap (LT)] and period (May–Aug.) for five years (2011–2015) was provided by the Rural Developmental Administration, and missing values were imputed using multiple imputation methods. Of the 15,848 individuals collected, approximately 47% and 52.9% were collected using the AeCN and LT methods, respectively. Large numbers of SBPHs were generally collected from western coastal regions using AeCNs but not LTs. A high incidence of migratory SBPHs was observed during Julian days 144–166 using the AeCN method, with slightly different migration periods in each year. Generally, the migratory SBPHs made up 39.4% of the total populations of SBPHs during those periods. According to clustering analysis, the migratory region was located along the western coastal regions. Putative migration paths were estimated by trajectory cluster analyses using meteorological data. Interestingly, an L-shaped trajectory path emerged as a potentially important route for migratory SBPHs, passing through major wheat cultivation areas in Henan, Anhui, Jiangsu, and Zhejiang provinces in China, where high densities of SBPHs occur from late May to early June. These results would provide valuable information to predict the incidence period of migratory SBPHs and establish a proactive management system against SBPH, including the basis for the detection of hazardous factors and decisions regarding appropriate pesticide treatment periods.