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摘要 草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda （J.E. Smith）2019年1月入侵云南西部地區后，已在中国热带和南亚热带地区形成了虫源基地。本文利用历史气象数据分析了中国春、夏两季925 hPa夜间平均风温场，并模拟预测了热带和南亚热带地区草地贪夜蛾的迁飞轨迹以及主要降落和波及地区。结果表明：由于中国东部地区春季与夏季盛行偏南风或西南季风，热带和南亚热带地区的草地贪夜蛾主要向东北方向迁移，长江以南是其北进的必经之地和主要的降落地区。如果连续迁飞2个夜晚，便可入侵长江以北至黄河以南地区。在夏季6-7月东部西南季风最强时期，草地贪夜蛾连续迁飞3个夜晚可以到达黄河以北至内蒙古与东北南部的广大区域。本文的研究结果为对中国热带与南亚热带地区草地贪夜蛾迁出虫源的监测预警工作提供了依据。
关键词 草地贪夜蛾; 热带和南亚热带种群; 风温场; 迁飞轨迹; 监测预警
中图分类号： S 431.2
文献标识码： ADOI： 10.16688/j.zwbh.2019207
Abstract The fall armyworm， Spodoptera frugiperda （J.E. Smith）， invaded western Yunnan in January 2019， has formed a source base in tropical and southern subtropical zones in China. In this study， the nocturnal mean wind and temperature fields of 925 hPa in spring and summer in China were analyzed using historical meteorological data. The migration trajectory and main landing and sweeping areas of the moths from tropical and subtropical areas were simulated and predicted. The results showed that due to the prevailing southerly or southwesterly monsoon in spring and summer in eastern China， the moths in tropical and subtropical areas migrated mainly toward the northeast， and the south of the Yangtze River was the necessary place for their northward movement and the main landing area. If the moths take a twonights flight， they can invade the area of the north of the Yangtze River to the south of the Yellow River. During the strongest southwest monsoon period in JuneJuly in summer， the moths can reach a wide area from the north of the Yellow River to Inner Mongolia and the south east of northeast China by threenights flight. The results of this study provide a basis for monitoring and early warning of fall armyworm migration from tropical and subtropical regions of China.
Key words Spodoptera frugiperda; China tropical and southern subtropical population; wind and temperature fields; migration routes; monitoring and forecasting
草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda（J. E. Smith）是原分布于美洲热带和亚热带地区的重大迁飞性害虫[1]。2016年1月，因商贸货运将在美洲大陆栖居的草地贪夜蛾带入了非洲西海岸的尼日利亚[23]。这个具有远距离迁飞能力、杂食性、高繁殖力和抗药性的“超级害虫”仅用了两年时间就席卷了撒哈拉以南地区[4]，对非洲粮食安全造成了极大的影响。2018年5月，草地贪夜蛾跨海迁入印度卡纳塔克邦[5]并一路北上在印度大部分地区为害[6];同年12月至今已先后被确认入侵泰国[7]、斯里兰卡[8]、孟加拉国[9]、缅甸[10]与中国[11]，形成了对亚洲粮食生产的巨大威胁。
2019年1月11日在我国云南省普洱市江城县首次发现草地贪夜蛾为害玉米[11]，并监测到定殖种群[12]。截至2019年4月23日，云南省普洱、德宏、保山、临沧、红河、西双版纳、玉溪、文山、楚雄等9市（州）31县（市）和广西壮族自治区河池、百色、南宁、崇左、玉林、钦州、贵港、北海等8市18县以及广东省广州市增城区先后发现草地贪夜蛾。模拟分析表明缅甸草地贪夜蛾还可能不断地迁入云南地区[13]。因此，研究中国夜间大气环境以及季节性环流背景场，分析明确已定殖中国热带和南亚热带地区草地贪夜蛾的迁飞路径和主要迁入波及地区，对指导监测预警和防控工作有重要的意义。 我们基于云南、广西、广东与海南地区草地贪夜蛾栖境特点[14]，利用历史气象数据分析了中国春、夏季925 hPa夜间平均风温场，并在Ubuntu 18.04平台运用基于Weather Research and Forecasting Model（WRF 3.9模式）[15]的昆虫三维轨迹分析程序[1617]模拟预测了热带和南亚热带地区草地贪夜蛾春、夏季的迁飞路径和降落地区。
1 材料与方法
1.1 草地贪夜蛾迁飞的大气环流背景场分析
利用GrADS 2.0软件解析全球再分析资料（Final Analysis，FNL）并提取1999-2018年3-8月逐日18：00至06：00 925 hPa（距地面高度600～800 m）高度层的水平流场与温度要素，用于分析在春季（3-5月）和夏季（6-8月）可运载草地贪夜蛾迁飞的天气背景场。FNL数据来源于美国国家环境预报中心（National Centers for Environment Prediction，NCEP）美国国家大气研究中心（The National Center for Atmospheric Research，NCAR）。该气象数据集的时空分辨率为每6 h一次、1.0°×1.0°（约110 km×110 km）。
1.2 基于WRF模式的三维轨迹分析
1.2.1 WRF模式气象初始场与地形资料
FNL数据同时用于启动WRF模式的初始场数据和边界条件。气象数值模拟过程中采用的地形数据为分辨率2′，覆盖全球的中分辨率空间遥感仪（Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer，MODIS）和地形重力波阻力（Gravity Wave Drag by Orography，GWDO）数据。气象资料输入WRF模式经数值模拟后，输出每小时一次的30 km×30 km格距气象要素场，作为计算昆虫迁飞轨迹的背景条件。
1.2.2 WRF模式模拟区域与参数设置
以我国热带和南亚热带地区（包括云南、广西、广东与海南）四个省份1°×1°均匀分布的格点作为迁出起点（可全部覆盖已经入侵发生站点与玉米种植区）。其中，云南有36个起点，广西21个，广东16个，海南2个，整个研究区域一共设置75个起点。为方便统计概率结果，除热带和南亚热带地区外，将中国东部农作区划分成6个地理区域，包括西南地区（四川、重庆与贵州）、华中地区（湖南、湖北与河南）、西北地区（陕西、甘肃与宁夏）、华东地区（山东、江苏、安徽、上海、浙江、江西与福建）、华北地区（山西、河北、天津、北京与内蒙古）与东北地区（黑龙江、吉林与辽宁）。利用2017年与2018年3-8月逐日夜间气象数据模拟迁飞轨迹。在本次研究中，采用单层嵌套的WRF模式的网格设计方法，以及网格设计的控制试验边界层、辐射过程和微物理处理方案（表1）。
1.2.3 轨迹计算
草地贪夜蛾的顺推轨迹计算基于以下迁飞特征和参数：1）在高空顺风迁飞，定向为向右偏角30°[18];2）自身飞行速度4.5 m/s[1819];3）傍晚集中起飞始于当地时间18：00，结合起飞起点地形高度，设置迁飞高度为距地面高度500 m[2022]，其中，广西、广东与海南起点迁飞高度分别为距海平面高度500 m、750 m与1 000 m，云南起点迁飞高度为1 500 m、2 000 m与2 500 m;4）飞行低温阈值为10℃[2324]，当高空气温低于该值时轨迹停止计算;5）草地贪夜蛾飞行1～3个夜晚，每个夜晚飞行持续时间不超过12 h[21]。通过顺推轨迹计算昆虫连续多个夜晚的可能迁飞路径时，以前一夜晚的终点作为次日起飞的起点。在每晚飞行过程中，空中个体每一整点时间都可能降落，且模拟的虫源降落在有寄主种植的区域为有效落点。最后，将得到的所有落點坐标用Visual FoxPro 9.0 转换处理成属性数据库，再导入ArcGIS 10.3中绘制迁飞轨迹，并与地图叠加后成图显示。中国底图采用国家基础地理信息中心提供的国家1∶4 000 000基础地理信息数据。
2 结果与分析
2.1 中国春季和夏季925 hPa天气背景场的变化规律
图1表明，3月份为我国冬春之交，主要气候特点为气温开始逐渐回升，但冷空气仍有一定势力。我国热带和南亚热带地区925 hPa的平均温度高于10℃，满足草地贪夜蛾的飞行温度。从历年3月的平均风场看，东亚中纬度地区处于较平直的西风环流控制，云南西部平均风向为偏西风（图1a），是该区草地贪夜蛾东进的主要动力。同期，长江以南地区，云南东部至华南一带广泛受东南风影响。进入4月份，温度开始升高，在南支槽的控制下，孟加拉湾的西南暖湿气流向我国输送和北上，并在我国西南地区与西太平洋副热带高压（以下简称副高）控制的东南气流汇合。在此天气形势下，我国热带和南亚热带地区925 hPa高空的风向为偏南风，平均风速2～8 m/s（图1b），接近甚至高于草地贪夜蛾的自身飞行速度，将是其在我国北上东进的有力携载条件。5月份，副高中心位置北抬，同时南支槽不断活动势力相当。亚洲夏季风每年平均于5月中旬在南海爆发。中国南部上空存在一致的南风，同期西南地区盛行西南风但风速偏小（
关键词 草地贪夜蛾; 热带和南亚热带种群; 风温场; 迁飞轨迹; 监测预警
中图分类号： S 431.2
文献标识码： ADOI： 10.16688/j.zwbh.2019207
Abstract The fall armyworm， Spodoptera frugiperda （J.E. Smith）， invaded western Yunnan in January 2019， has formed a source base in tropical and southern subtropical zones in China. In this study， the nocturnal mean wind and temperature fields of 925 hPa in spring and summer in China were analyzed using historical meteorological data. The migration trajectory and main landing and sweeping areas of the moths from tropical and subtropical areas were simulated and predicted. The results showed that due to the prevailing southerly or southwesterly monsoon in spring and summer in eastern China， the moths in tropical and subtropical areas migrated mainly toward the northeast， and the south of the Yangtze River was the necessary place for their northward movement and the main landing area. If the moths take a twonights flight， they can invade the area of the north of the Yangtze River to the south of the Yellow River. During the strongest southwest monsoon period in JuneJuly in summer， the moths can reach a wide area from the north of the Yellow River to Inner Mongolia and the south east of northeast China by threenights flight. The results of this study provide a basis for monitoring and early warning of fall armyworm migration from tropical and subtropical regions of China.
Key words Spodoptera frugiperda; China tropical and southern subtropical population; wind and temperature fields; migration routes; monitoring and forecasting
草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda（J. E. Smith）是原分布于美洲热带和亚热带地区的重大迁飞性害虫[1]。2016年1月，因商贸货运将在美洲大陆栖居的草地贪夜蛾带入了非洲西海岸的尼日利亚[23]。这个具有远距离迁飞能力、杂食性、高繁殖力和抗药性的“超级害虫”仅用了两年时间就席卷了撒哈拉以南地区[4]，对非洲粮食安全造成了极大的影响。2018年5月，草地贪夜蛾跨海迁入印度卡纳塔克邦[5]并一路北上在印度大部分地区为害[6];同年12月至今已先后被确认入侵泰国[7]、斯里兰卡[8]、孟加拉国[9]、缅甸[10]与中国[11]，形成了对亚洲粮食生产的巨大威胁。
2019年1月11日在我国云南省普洱市江城县首次发现草地贪夜蛾为害玉米[11]，并监测到定殖种群[12]。截至2019年4月23日，云南省普洱、德宏、保山、临沧、红河、西双版纳、玉溪、文山、楚雄等9市（州）31县（市）和广西壮族自治区河池、百色、南宁、崇左、玉林、钦州、贵港、北海等8市18县以及广东省广州市增城区先后发现草地贪夜蛾。模拟分析表明缅甸草地贪夜蛾还可能不断地迁入云南地区[13]。因此，研究中国夜间大气环境以及季节性环流背景场，分析明确已定殖中国热带和南亚热带地区草地贪夜蛾的迁飞路径和主要迁入波及地区，对指导监测预警和防控工作有重要的意义。 我们基于云南、广西、广东与海南地区草地贪夜蛾栖境特点[14]，利用历史气象数据分析了中国春、夏季925 hPa夜间平均风温场，并在Ubuntu 18.04平台运用基于Weather Research and Forecasting Model（WRF 3.9模式）[15]的昆虫三维轨迹分析程序[1617]模拟预测了热带和南亚热带地区草地贪夜蛾春、夏季的迁飞路径和降落地区。
1 材料与方法
1.1 草地贪夜蛾迁飞的大气环流背景场分析
利用GrADS 2.0软件解析全球再分析资料（Final Analysis，FNL）并提取1999-2018年3-8月逐日18：00至06：00 925 hPa（距地面高度600～800 m）高度层的水平流场与温度要素，用于分析在春季（3-5月）和夏季（6-8月）可运载草地贪夜蛾迁飞的天气背景场。FNL数据来源于美国国家环境预报中心（National Centers for Environment Prediction，NCEP）美国国家大气研究中心（The National Center for Atmospheric Research，NCAR）。该气象数据集的时空分辨率为每6 h一次、1.0°×1.0°（约110 km×110 km）。
1.2 基于WRF模式的三维轨迹分析
1.2.1 WRF模式气象初始场与地形资料
FNL数据同时用于启动WRF模式的初始场数据和边界条件。气象数值模拟过程中采用的地形数据为分辨率2′，覆盖全球的中分辨率空间遥感仪（Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer，MODIS）和地形重力波阻力（Gravity Wave Drag by Orography，GWDO）数据。气象资料输入WRF模式经数值模拟后，输出每小时一次的30 km×30 km格距气象要素场，作为计算昆虫迁飞轨迹的背景条件。
1.2.2 WRF模式模拟区域与参数设置
以我国热带和南亚热带地区（包括云南、广西、广东与海南）四个省份1°×1°均匀分布的格点作为迁出起点（可全部覆盖已经入侵发生站点与玉米种植区）。其中，云南有36个起点，广西21个，广东16个，海南2个，整个研究区域一共设置75个起点。为方便统计概率结果，除热带和南亚热带地区外，将中国东部农作区划分成6个地理区域，包括西南地区（四川、重庆与贵州）、华中地区（湖南、湖北与河南）、西北地区（陕西、甘肃与宁夏）、华东地区（山东、江苏、安徽、上海、浙江、江西与福建）、华北地区（山西、河北、天津、北京与内蒙古）与东北地区（黑龙江、吉林与辽宁）。利用2017年与2018年3-8月逐日夜间气象数据模拟迁飞轨迹。在本次研究中，采用单层嵌套的WRF模式的网格设计方法，以及网格设计的控制试验边界层、辐射过程和微物理处理方案（表1）。
1.2.3 轨迹计算
草地贪夜蛾的顺推轨迹计算基于以下迁飞特征和参数：1）在高空顺风迁飞，定向为向右偏角30°[18];2）自身飞行速度4.5 m/s[1819];3）傍晚集中起飞始于当地时间18：00，结合起飞起点地形高度，设置迁飞高度为距地面高度500 m[2022]，其中，广西、广东与海南起点迁飞高度分别为距海平面高度500 m、750 m与1 000 m，云南起点迁飞高度为1 500 m、2 000 m与2 500 m;4）飞行低温阈值为10℃[2324]，当高空气温低于该值时轨迹停止计算;5）草地贪夜蛾飞行1～3个夜晚，每个夜晚飞行持续时间不超过12 h[21]。通过顺推轨迹计算昆虫连续多个夜晚的可能迁飞路径时，以前一夜晚的终点作为次日起飞的起点。在每晚飞行过程中，空中个体每一整点时间都可能降落，且模拟的虫源降落在有寄主种植的区域为有效落点。最后，将得到的所有落點坐标用Visual FoxPro 9.0 转换处理成属性数据库，再导入ArcGIS 10.3中绘制迁飞轨迹，并与地图叠加后成图显示。中国底图采用国家基础地理信息中心提供的国家1∶4 000 000基础地理信息数据。
2 结果与分析
2.1 中国春季和夏季925 hPa天气背景场的变化规律
图1表明，3月份为我国冬春之交，主要气候特点为气温开始逐渐回升，但冷空气仍有一定势力。我国热带和南亚热带地区925 hPa的平均温度高于10℃，满足草地贪夜蛾的飞行温度。从历年3月的平均风场看，东亚中纬度地区处于较平直的西风环流控制，云南西部平均风向为偏西风（图1a），是该区草地贪夜蛾东进的主要动力。同期，长江以南地区，云南东部至华南一带广泛受东南风影响。进入4月份，温度开始升高，在南支槽的控制下，孟加拉湾的西南暖湿气流向我国输送和北上，并在我国西南地区与西太平洋副热带高压（以下简称副高）控制的东南气流汇合。在此天气形势下，我国热带和南亚热带地区925 hPa高空的风向为偏南风，平均风速2～8 m/s（图1b），接近甚至高于草地贪夜蛾的自身飞行速度，将是其在我国北上东进的有力携载条件。5月份，副高中心位置北抬，同时南支槽不断活动势力相当。亚洲夏季风每年平均于5月中旬在南海爆发。中国南部上空存在一致的南风，同期西南地区盛行西南风但风速偏小（