如何推測每年櫻花節開幕的日子？數學模型提供參考依據

櫻花何時開 科技早知道

“花期和氣象條件有著密切的關系，尤其是和氣溫的關系最大。”北京市氣象服務中心氣象服務首席張愛英告訴記者，這裡的氣溫並不是人們平時所理解的氣溫到多少攝氏度就開花了這麼簡單，而是與前期積溫也稱“累積溫度”關系密切，當氣溫累積到一個閾值的時候，植物就開花了。

每年3月，北京市氣象部門都會為玉淵潭公園預測櫻花開花期，由此推測每年櫻花節開幕的准確日子。張愛英說，這一預測是基於科學的數學模型，這種模型是植物對環境因子的響應機理而建立的可模擬植物生長發育的數學模型。為驗証模型的准確性，她和同事們曾進行了實驗，選取北京地區的三種代表性植物：玉淵潭的杭州早櫻、密雲農業氣象試驗站的白玉蘭、頤和園的山桃，研究這三種植物的始花期和盛花期等物候觀測資料與氣象因素之間的關系。結果發現這一模型在北京地區這三種植物開花期預測中誤差最低，適用性最高。其中在模擬杭州早櫻的始花期方面精度高達93.5%。

從物候資料來看，杭州早櫻的最早始花期3月14日，出現在2002年，最晚始花期為4月8日，出現在2010年。常年平均始花期為3月27日。因此至少提前10天進行預測才能收到較好的預測效果。

2014年張愛英和同事們從3月4日即開始預測試驗，之后根據天氣和氣溫預測的變化進行滾動預測，以進一步跟進修正預測結果。隨著逐漸接近始花期，進一步滾動訂正預測結果后得出結論：3月24到25日前后，積溫將達到131.7℃，玉淵潭公園的杭州早櫻將進入始花期。

預測結果出來了，與實際情況相比如何呢，事實上，2014年玉淵潭杭州早櫻始花期為3月22日，但這是在玉淵潭公園管理部門為杭州早櫻採取了保溫措施的條件下造成的。若剔除人為影響因素，自然條件下杭州早櫻的始花期要晚1至2天，即3月23至24日左右。因此，在不考慮人為影響因素的情況下，提前10天預測的結果(3月27日)和實況值的偏差為3至4天，而提前一周左右預測的結果(3月25日)和實況值的偏差為1至2天。

張愛英說，預測結果和實況存在偏差的關鍵原因是始花期前日平均氣溫的預報與實況值存在一定的偏差。氣溫預報的特點之一是預測的時效越短(預測日越接近始花期)，日平均氣溫預測的准確率越高，所以提前一周預測的准確率要高於10天預測的准確率。如果剔除氣溫預報准確率的問題，預測的杭州早櫻始花期在3月24日，和實況值基本吻合。

“因此在未來10天日平均氣溫准確預報的基礎上，用這一模型可以較成功地預測玉淵潭公園杭州早櫻的始花期，預測日期與實況值基本吻合。而提高臨近10天日平均氣溫預報的准確率仍是我們要做的關鍵工作。”

從歷史記錄看，杭州早櫻的始花期出現在3月14日到4月8日，而2014年的始花期在3月23日到24日，較常年的3月27日明顯偏早，進一步分析發現，與2014年3月14日到3月24日氣溫快速上升，比常年同期明顯偏高(偏高4至5℃)的結果是相符的。

北京市氣象服務中心已連續多年向北京玉淵潭公園提供櫻花開花期氣象服務專報，隨著氣象預測水平的提升，基於科學模型基礎上的杭州早櫻始花期預測成功率也在不斷提高，為櫻花節的時間安排提供了科學的參考依據。張愛英說，今年他們又收到了玉淵潭公園發來的感謝信。

氣溫如何變 小花很敏感

眾所周知，時節推移、氣候變化一定會對動植物的生長產生影響，這就是“物候”，長期關注“物候學”的中科院地理研究所張福春研究員說，物候現象是溫度、降水、日照、土壤等多種環境因子影響以及植物本身生理生態特性的綜合反映。其中每個環境因子的波動都可對物候期的早遲帶來影響。如春季樹木開花現象，一般說花芽在前一年夏末秋初就已經形成，經歷了上年夏末的高溫，冬季的嚴寒、休眠和春季的回暖，才迎來發芽開花的日子。

著名氣象學家竺可楨對物候就非常重視，從1950年起在長達二十多年的時間裡對北海公園的冰融、山桃始花、紫丁香始花、柳飛絮、燕始見和布谷鳥始鳴等物候現象進行了系統觀測。1962年以后，中科院地理所又在北京頤和園等地按竺可楨傳下來的統一的觀測方法進行了系統的物候觀測，並持續至今。

根據當時的物候記錄，1962年北京的山桃、杏花、蘋果、榆葉梅、西府海棠、丁香、刺槐的花期比1961年遲十天左右，比1960年遲五六天。根據這些物候觀測資料，可以判斷北京地區1962年農業季節來得較晚。而那年春初種的花生等作物仍然是按照往年日期播種的，結果受到低溫的損害。如果能注意到物候延遲，選擇適宜的播種日期，這種損失就可能避免。

在前人的物候記錄基礎上，北京林業大學張學霞博士對北京春季物候與氣候變化之間的關系進行了研究，她發現，北京春季物候現象具有順序性、相關性、同步性的特點，因此可以用某一種春季物候指標的變化分布規律，她選擇了與其他物候現象關系最為密切的山桃始花進行研究。結果發現，春季物候的早晚和春季氣溫相關：溫度升高，物候期提前﹔氣溫降低，物候期推后。影響山桃始花物候期的主導氣候因子是三月份的氣溫。進一步研究發現，在同等增、降溫幅度情況下, 因降溫而導致的物候期推遲幅度較因增溫而導致物候期提前幅度小，也就是說，如果一段時間降溫后隻要氣溫回升明顯，山桃開花的時間並不受太大影響。

根據已公布的近百年全球氣候變暖的分析數據，未來50年全球變暖態勢顯著，假設未來北京以同樣幅度增溫，未來氣候變暖對北京春季植物物候期的影響可以根據山桃始花物候期對溫度的回歸模型給出預測：未來平均氣溫每增高1℃，北京春季物候提前2.8天到3.6天。（記者 蔡文清）