一種昆蟲發(fā)育有效積溫、溢出積溫計(jì)算的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及昆蟲發(fā)育領(lǐng)域，具體地涉及一種昆蟲發(fā)育有效積溫計(jì)算的方法。所述方法包括（1）模擬任意日溫度變化曲線，記錄當(dāng)日每小時(shí)溫度變化，每天獲得24個(gè)溫度數(shù)據(jù)，模擬該日溫度變化曲線得到函數(shù)；（2）根據(jù)昆蟲發(fā)育起點(diǎn)溫度計(jì)算當(dāng)日的有效積溫，公式：K=∑N[∫T(a,b)-C*(b-a)]/24，C為發(fā)育起點(diǎn)溫度，a和b為每天24h溫度變化曲線和直線y＝C的兩個(gè)交點(diǎn)。本發(fā)明選擇基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性高，結(jié)合積分法計(jì)算，能準(zhǔn)確計(jì)算昆蟲發(fā)育有效積溫。
【專利說明】一種昆蟲發(fā)育有效積溫、溢出積溫計(jì)算的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及昆蟲發(fā)育領(lǐng)域，具體地涉及一種昆蟲發(fā)育有效積溫、溢出積溫計(jì)算的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]昆蟲屬變溫動(dòng)物，其生長發(fā)育有一定的溫度范圍。而昆蟲完成某一發(fā)育階段所需要的總熱量為一常數(shù)，即總積溫，也稱為有效積溫法則。即T=C+K/N，其中C為發(fā)育起點(diǎn)溫度(°C)，K為有效積溫(day Megree), T為溫度(°C)，N為發(fā)育歷期(d)。有效積溫法則可以用來預(yù)測自然條件下昆蟲發(fā)育進(jìn)度(張孝羲，2002)。在實(shí)際預(yù)測預(yù)報(bào)中我們獲得的溫度數(shù)據(jù)一般只有每旬(天)的平均值、最高溫和最低溫。研究發(fā)現(xiàn)選擇的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不同會(huì)影響積溫計(jì)算準(zhǔn)確性(Watanabe & Xiao，1981)，例如運(yùn)用最高、最低溫模擬有效積溫準(zhǔn)確性要高于平均溫度。但這一方法不能準(zhǔn)確描述溫度變化趨勢(Frouzet al., ,2002; Son & Lewis,2005)。
[0003]昆蟲發(fā)育有效積溫的計(jì)算還涉及到發(fā)育上限溫度，一般是通過Monte Carlo模型及其他模型模擬實(shí)現(xiàn)的(Zanet al.,2010)。通過比較Briere模型、Lactin模型、Logan模型、Taylor模型、Sharpe & Michele模型等幾種常見模型，發(fā)現(xiàn)不同模型都存在一些缺點(diǎn)(Jean-Francois & Pascale, 1998 ；Zanet al., 2010) ? 例如運(yùn)用 Lactin 模型發(fā)現(xiàn):第一，參數(shù)初始值設(shè)置無法合理解釋，不同的初始值得到不同的結(jié)果；第二，非線性求解時(shí)，得到的只能是近似解，無法得到最終解。我們認(rèn)為利用這些模型計(jì)算昆蟲發(fā)育上限溫度或有效積溫都會(huì)產(chǎn)生偏差，主要是由于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)即自變量的選擇不夠準(zhǔn)確。因此如何消除基于均溫，最高、最低溫計(jì)算有效積溫這些方法帶來的偏差，對(duì)于我們準(zhǔn)確預(yù)測昆蟲在自然條件下發(fā)育進(jìn)度具有非常重要的意義。
[0004]自然條件下溫度變化一般符合正弦變化趨勢，因此前人也曾利用積分方法計(jì)算昆蟲發(fā)育有效積溫(Allen, 1976 ；Pruess, 1983 ；Higleyet al., 1986)。但一般是利用日(旬)均溫，最高、最低溫作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行積分計(jì)算(Lischkeet al., 1997a ；Lischkeet al.，1997b Zanet al.，2010)，這種方法模擬實(shí)際溫度變化存在一些缺點(diǎn)，尤其是在氣溫變化幅度較大的高原地區(qū)；目前很難消除這些計(jì)算帶來的誤差。
[0005]本發(fā)明發(fā)現(xiàn)根據(jù)氣象站監(jiān)測到的數(shù)據(jù)或者氣象數(shù)據(jù)庫獲得的溫度數(shù)據(jù)以日均溫、旬均溫、日最高溫、日最低溫、旬最高溫、旬最低溫等不能有效預(yù)測昆蟲發(fā)育進(jìn)度。本發(fā)明試圖找到一種更精確的計(jì)算方法，經(jīng)過反應(yīng)研究，本發(fā)明驗(yàn)證通過監(jiān)測24h數(shù)據(jù)變化就可達(dá)到數(shù)據(jù)精確性。而不必使用30min、15min或Imin的數(shù)據(jù)。
[0006]本發(fā)明研究發(fā)現(xiàn)，利用HOBO Pro v2系列溫濕度傳感器可以記錄每秒鐘的溫度數(shù)據(jù)，可以真實(shí)反映溫度變化情況。為簡化計(jì)算過程中操作步驟，本發(fā)明以每小時(shí)為單位記錄溫度變化，通過模擬數(shù)據(jù)變化曲線；結(jié)合昆蟲發(fā)育起點(diǎn)溫度，積分法計(jì)算昆蟲發(fā)育有效積溫。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種昆蟲發(fā)育有效積溫計(jì)算的方法。
[0008]本發(fā)明的另一目的是提供昆蟲發(fā)育溢出積溫計(jì)算的方法
[0009]根據(jù)本發(fā)明的方法，利用HOBO Pro v2系列溫濕度傳感器記錄每小時(shí)溫度變化，每天獲得24個(gè)溫度數(shù)據(jù)，結(jié)合Matlab R2011b軟件以24h溫度變化為變量，模擬每日溫度變化曲線；再結(jié)合昆蟲發(fā)育起點(diǎn)溫度，計(jì)算超出發(fā)育起點(diǎn)溫度的面積即為昆蟲每日發(fā)育有效積溫。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的計(jì)算昆蟲發(fā)育有效積溫的方法包括以下步驟:
[0011](I)模擬任意日溫度變化曲線，記錄當(dāng)日每小時(shí)溫度變化，每天獲得24個(gè)溫度數(shù)據(jù)，模擬該日溫度變化曲線得到函數(shù)；
[0012](2)根據(jù)昆蟲發(fā)育起點(diǎn)溫度計(jì)算當(dāng)日的有效積溫，
[0013]公式:K= Σ N[ f T(a，b)-C*(b_a)]/24，C為發(fā)育起點(diǎn)溫度，a和b為每天24h溫度變化曲線和直線y=C的兩個(gè)交點(diǎn)。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，以2011年4月12日廊坊、東南飛蝗蟲為例，所述方法包括以下步驟:
[0015](I)模擬某日溫度變化曲線利:用HOBO Pro v2系列溫濕度傳感器記錄當(dāng)日每小時(shí)溫度變化，每天獲得24 個(gè)溫度數(shù)據(jù)，結(jié)合Matlab R2011b軟件以24h溫度變化為變量，模擬當(dāng)日溫度變化曲線，得到函數(shù)T:-3.1195e-007*t~6+7.3636e_006*t~5+0.00047291*t~4_0.020038*t~3+0.23657*t~2-0.60834*t+12.4926，其中 t 為模擬當(dāng)日的時(shí)間，I 蘭 t 芻 24 (參見圖1);
[0016](2)根據(jù)昆蟲發(fā)育起點(diǎn)溫度計(jì)算超出部分面積即為該日有效積溫，積分計(jì)算有效積溫公式:Κ= Σ N[ / T (a, b)-C*(b_a)]/24，C為發(fā)育起點(diǎn)溫度，a和b為每天24h溫度變化曲線和直線y=C的兩個(gè)交點(diǎn)。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的方法，不僅可以準(zhǔn)確計(jì)算昆蟲發(fā)育有效積溫，同樣結(jié)合昆蟲發(fā)育上限溫度可以計(jì)算昆蟲各階段發(fā)育溢出積溫。昆蟲是變溫動(dòng)物，受環(huán)境溫度影響非常顯著，當(dāng)溫度高于一定程度時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)熱休克或死亡，我們通過生物學(xué)實(shí)驗(yàn)即設(shè)計(jì)不同溫度梯度，觀察昆蟲存活情況，就能獲得昆蟲發(fā)育上限溫度。
[0018]因此，根據(jù)本發(fā)明的計(jì)算昆蟲溢出積溫的方法包括以下步驟:
[0019]( I)模擬任意日溫度變化曲線，記錄當(dāng)日每小時(shí)溫度變化，每天獲得24個(gè)溫度數(shù)據(jù)，模擬該日溫度變化曲線得到函數(shù)；
[0020](2)根據(jù)昆蟲發(fā)育上限溫度計(jì)算當(dāng)日的溢出積溫，
[0021]公式:K= Σ N[ f T(a，b)-C*(b_a)]/24，C為發(fā)育上限溫度，a和b為每天24h溫度變化曲線和直線y=C的兩個(gè)交點(diǎn)。
[0022]實(shí)驗(yàn)表明東亞飛蝗發(fā)育上限溫度為32°C，參看圖2，將y=14.21更換為y=32，計(jì)算超出部分面積即為溢出積溫)，結(jié)合昆蟲發(fā)育基礎(chǔ)生物學(xué)數(shù)據(jù)，以24h溫度變化為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，采用積分法計(jì)算昆蟲發(fā)育有效積溫具有廣泛的應(yīng)用前景。因此，根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，所述計(jì)算昆蟲溢出積溫的方法包括以下步驟:
[0023]( I)模擬某日溫度變化曲線利:記錄當(dāng)日每小時(shí)溫度變化，每天獲得24個(gè)溫度數(shù)據(jù)，模擬當(dāng)日溫度變化曲線，得到函數(shù)T:-3.1195e-007*t~6+7.3636e_006*t~5+0.00047291*t~4-0.020038*t~3+0.23657*t~2_0.60834*t+12.4926，其中 t 為當(dāng)日的時(shí)間，I ^ t ^ 24 ；
[0024](2)根據(jù)昆蟲發(fā)育上限溫度計(jì)算有效積溫，
[0025]公式:Κ=ΣΝ[ f 1'(8，13)-0 03-&)]/24，(:為發(fā)育上限溫度&和13為每天2411溫度變化曲線和直線y=C的兩個(gè)交點(diǎn)。
[0026]本發(fā)明簡化了單純利用軟件模擬的繁瑣過程和減少了不確定性，積分法計(jì)算以每小時(shí)溫度變化為自變量，準(zhǔn)確模擬溫度變化曲線。常規(guī)氣象數(shù)據(jù)是以日為單位，例如日均溫、日最高溫、日最低溫等，計(jì)算積溫結(jié)果描述為日.°c。本發(fā)明改進(jìn)的方法采用以時(shí)間間隔h為單位，獲得每小時(shí)的溫度，如果按積溫描述就為h.°c，也可以換算成日.°c，能更準(zhǔn)確計(jì)算昆蟲發(fā)育有效積溫。選擇基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性高，結(jié)合積分法計(jì)算，能準(zhǔn)確計(jì)算昆蟲發(fā)育有效積溫。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1顯示2011年4月12日廊坊5cm地溫24h變化曲線。
[0028]圖2顯示積分法計(jì)算2011年4月12日5cm地溫高于14.21 °C有效積溫。
[0029]圖3顯示利用日最低、最高溫計(jì)算2011年4月12日5cm地溫高于14.21°C有效積溫。
[0030]圖4廊坊地區(qū)2011年7月9日1.5m氣溫24h數(shù)據(jù)，模擬其氣溫變化曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]實(shí)施例1
[0032]利用HOBO Pro v2系列溫濕度傳感器記錄每小時(shí)溫度變化，每天獲得24個(gè)溫度數(shù)據(jù)，結(jié)合Matlab R2011b軟件以24h溫度變化為變量，模擬每日溫度變化曲線。以廊坊2011年4月12日5cm地溫為例。
[0033]表1 2011年4月12日廊坊5cm地溫24h數(shù)據(jù)(V )
[0034]
【權(quán)利要求】
1.一種計(jì)算昆蟲發(fā)育有效積溫的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: (1)模擬任意日溫度變化曲線，記錄當(dāng)日每小時(shí)溫度變化，每天獲得24個(gè)溫度數(shù)據(jù)，模擬該日溫度變化曲線得到函數(shù)； (2)根據(jù)昆蟲發(fā)育起點(diǎn)溫度計(jì)算當(dāng)日的有效積溫， 公式:Κ= Σ N[ f T(a，b)-C*(b_a)]/24，C為發(fā)育起點(diǎn)溫度，a和b為每天24h溫度變化曲線和直線y=C的兩個(gè)交點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)算昆蟲發(fā)育有效積溫的方法，其特征在于，所述昆蟲為東亞飛蝗。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)算昆蟲發(fā)育有效積溫的方法，其特征在于，所述函數(shù)T為:-3.1195e-007*t~6+7.3636e_006*t~5+0.00047291*t~4-0.020038*t~3+0.23657*t~2_0.60834*t+12.4926，其中t為模擬當(dāng)日的時(shí)間，I蘭t蘭24。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)算昆蟲發(fā)育有效積溫的方法，其特征在于，結(jié)合MatlabR2011b軟件以24h溫度變化為變量，模擬每日溫度變化曲線。
5.一種計(jì)算昆蟲溢出積溫的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: (1)模擬任意日溫度變化曲線，記錄當(dāng)日每小時(shí)溫度變化，每天獲得24個(gè)溫度數(shù)據(jù)，模擬該日溫度變化曲線得到函數(shù)； (2)根據(jù)昆蟲發(fā)育上限溫度計(jì)算當(dāng)日的溢出積溫， 公式:Κ=ΣΝ[ / T(a，b)-C*(b_a)]/24，C為發(fā)育上限溫度，a和b為每天24h溫度變化曲線和直線y=C的兩個(gè)交點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的計(jì)算昆蟲溢出積溫的方法，其特征在于，所述昆蟲為東亞飛蝗。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的計(jì)算昆蟲溢出積溫的方法，其特征在于，所述函數(shù)T為:-3.1195e-007*t~6+7.3636e_006*t~5+0.00047291*t~4_0.020038*t~3+0.23657*t~2_0.60834*t+12.4926，其中t為模擬當(dāng)日的時(shí)間，I蘭t蘭24。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的計(jì)算昆蟲溢出積溫的方法，其特征在于，結(jié)合MatlabR2011b軟件以24h溫度變化為變量，模擬每日溫度變化曲線。
【文檔編號(hào)】A01K67/033GK103891678SQ201210591067
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2012年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月31日
【發(fā)明者】涂雄兵, 張澤華, 王廣君, 王潔, 黃訓(xùn)兵 申請(qǐng)人:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所