草地贪夜蛾迁飞大气动力条件分析及过程模拟

郭安红 王纯枝 邓环环 袁福香 何 亮 张 蕾

1)(国家气象中心， 北京 100081) 2)(武汉区域气候中心， 武汉 430074) 3)(吉林省气象科学研究所， 长春 130062)

引 言

草地贪夜蛾(Spodopterafrugiperda)是原分布于美洲热带和亚热带地区的重大迁飞性害虫[1-2]，2018年底—2019年初首次迁入我国云南[3]，2019年在我国26个省(区、市)1542个县发生，2020年在我国27个省(区、市)1426个县发生，2021年在我国27个省(区、市)1241个县发生，已成为威胁我国玉米生产的重大迁飞性害虫之一[4]。目前，草地贪夜蛾已成为亚洲东部地区季节性往返迁飞、常发性重要害虫[5]。冬季草地贪夜蛾在我国华南、西南地区南部周年繁殖区完成世代繁殖，春夏季随着气温回暖以及盛行风向长江流域迁飞，继而向黄淮、华北等北方玉米主产区扩散危害，秋季则随冷空气入侵向南回迁[6]。

研究发现草地贪夜蛾春夏季北进和秋季南回的迁飞活动与大气低层风向有密切关系，而大气低层风向又与我国中东部地区季风活动密切相关。影响我国的夏季风起源于3支气流：一是西南季风，以印度夏季风最为典型，主要影响我国西藏东南部、云南大部和四川西南部，当印度季风北移时，西南季风可深入我国大陆；二是流过东南亚和南海的跨赤道气流，为低空西南气流；三是来自西北太平洋副热带高压(简称副高)西侧的东南季风，有时会转为偏南或西南气流[7]。一般情况下，前两支气流主要影响迁飞性昆虫从南亚或东南亚迁入我国，副高西侧的东南季风是迁飞昆虫在我国远距离迁飞活动的主要动力[7-10]。副高对我国天气和气候有重要影响[11]，每年势力强弱、推进时间存在差异，导致环流形势和天气系统每年也不完全一样，大气低层风向也存在阶段性变化。

目前研究认为草地贪夜蛾成虫迁飞适宜高度为距离地面500～800 m，大致位于925 hPa至850 hPa高度层[7]。迁飞适宜气温为20～25℃，气温过高或过低均不利于迁飞，低于15℃时成虫活动能力降低、不能正常产卵[12]；迁飞适宜相对湿度为60%～90%，湿度过高增加飞行耗能，不利于迁飞，湿度过低会导致虫体失水；降雨或下沉气流会导致迁飞成虫降落。因此，草地贪夜蛾在远距离迁飞扩散过程中遇到低温、降雨以及下沉气流屏障，飞行会中断。因此，草地贪夜蛾的迁飞与低层大气的温湿环境以及降雨、下沉气流密切相关。

本文重点分析2019—2021年草地贪夜蛾在我国跨区域迁飞的大气环流形势和低层动力条件，通过迁飞层温度场、湿度场等要素改进混合单粒子拉格朗日综合轨迹(Hybrid Single-particle Lagrangian Integrated Trajactory,HYSPLIT)模型，提高其在遇有低温、降雨等屏障时迫降的判断准确度，并选取草地贪夜蛾北迁进入长江流域和东北地区、秋季向南回迁以及冬季冬繁区扩散的4次典型天气过程，模拟其迁飞轨迹和落点，为进一步掌握草地贪夜蛾在我国迁飞分布动态以及开展草地贪夜蛾精准防控提供技术支撑。

1 资料和方法

1.1 HYSPLIT模型迁飞模拟

HYSPLIT模型是美国国家海洋和大气管理局空气资源实验室研发的一种用于计算和分析大气污染物输送、扩散轨迹的专业模式[13]，能够计算空气团轨迹[14-15]，模拟沙尘、对流层臭氧、二氧化硫等的扩散[16-19]，近年也逐渐应用于蝗虫等昆虫迁飞轨迹的模拟[20-23]。基于HYSPLIT模型，通过不同气象数据源以及针对模拟对象(沙尘、气溶胶或迁飞昆虫)的特征设定参数，即可对模拟对象的输送、扩散轨迹进行模拟。

本文所用HYSPLIT模型采用NCEP GFS预报再分析资料作为气象驱动场，模拟对象设置参数包括虫源起飞点经纬度、迁飞高度、飞行起止时间等。虫源起飞点经纬度根据农业部门草地贪夜蛾直报系统中成虫出现县(市)设定，迁飞高度设置为500～1000 m，设定草地贪夜蛾在夜晚起飞，凌晨降落，迁飞时长为10 h；白天草地贪夜蛾原地停留，下一夜晚以停留地为起飞点继续迁飞。草地贪夜蛾迁飞速度为迁飞高度对应的高空风速与草地贪夜蛾本身飞行速度之和，草地贪夜蛾本身飞行速度设为4.5 m·s-1[7,24]。

对HYSPLIT模型进行简单改进，主要包括:当迁飞高度层气温低于15℃时，虫体设定为迫降；当迁飞层相对湿度高于90%和低于60%时，虫体设定为迫降。

1.2 气象资料

本文使用气象资料包括大气环流特征资料及HYSPLIT模型所用的数值天气预报分析场资料。大气环流特征分析采用2019—2021年美国国家环境预报中心(NCEP)逐日再分析资料，水平分辨率为2.5°×2.5°，包括1000 hPa至10 hPa 共17层的位势高度、气温、纬向风和经向风，1000 hPa至300 hPa各层比湿，1000 hPa至100 hPa各层垂直速度，主要采用925 hPa位势高度(相当于距地面600～800 m高度)风场资料分析草地贪夜蛾春夏季北迁和秋季向南回迁的动力条件。HYSPLIT模型采用NCEP GFS数值天气预报再分析资料，水平分辨率为 0.25°×0.25°。

1.3 草地贪夜蛾虫情资料

草地贪夜蛾虫情资料包括草地贪夜蛾迁飞规律的观测资料以及HYSPLIT模型模拟的虫源资料和验证资料。

根据农业农村部《草地贪夜蛾测报技术规范》，草地贪夜蛾在我国主要分布在3个区域：一是周年繁殖区，主要位于我国西南、华南的热带、亚热带气候分区，包括云南中南部和广西、广东、福建、海南等地；二是迁飞过渡区，包括中亚热带和北亚热带气候区的福建、湖南、江西、湖北、江苏、安徽、浙江、上海、重庆、四川、贵州、陕西等省(区、市)；三是北方玉米重点防范区，包括我国北方温带气候区的安徽、陕西、河南、山东、河北、山西、北京、甘肃、宁夏、新疆、青海、辽宁、吉林、黑龙江等省(区、市)。

用于HYSPLIT模型模拟及北迁验证的草地贪夜蛾虫情资料主要来源于农业部门草地贪夜蛾监测直报系统。该直报系统每日记录草地贪夜蛾成虫和幼虫出现县(市)，并统计截至当日各省累计出现县(市)数量。因此，将模拟过程前(一般为前1旬旬末)成虫分布省份和县(市)点作为迁飞过程模拟虫源点输入HYSPLIT模型，模拟过程后(过程当旬末)新增成虫分布省份和县(市)点用作模拟过程的验证对比；此外，成虫到达迁入地先产卵，卵发育成幼虫可以查见，也表明该地有成虫迁入，因此过程结束后一段时间内新增幼虫分布省份和县(市)点也表明有成虫迁入。一般在15℃条件下，卵发育成2～3龄可见幼虫约需20～30 d； 20℃条件下，卵发育成2～3龄可见幼虫约需10～15 d[25-26],因此将模拟过程后2～3旬幼虫新增点也用于模拟过程验证；境外虫源模拟点主要位于缅甸、泰国、老挝、越南等国家的北部农业区。

利用草地贪夜蛾直报系统监测资料验证草地贪夜蛾向南回迁的局限性是大部分地区已经出现过草地贪夜蛾迁入，新增的县(市)点非常有限。为此，本文选取迁飞过渡区湖北的当阳、松滋、咸安、云梦、老河口、黄陂等52个草地贪夜蛾观测站周报资料进行分析验证，包括高空灯、常规测报灯和性诱捕器观测资料。高空灯资料常用于检验迁入成虫量，常规灯及性诱捕器数据多用于检验当地整体成虫量。

1.4 典型天气过程选取

低空急流被认为与迁飞性昆虫的迁飞过程密切相关[27-29]，国内外雷达昆虫学观测证实迁飞昆虫种群的大多数个体集聚在边界层附近最大风速带或不同尺度低空急流中成层飞行[30]。北美落基山东侧大平原低空急流是最著名的北迁种群“传送带”[31]。低空急流表现为850 hPa或700 hPa上风速不低于12 m·s-1的西南风风速带，最大可达30 m·s-1，此时925 hPa盛行较强劲的偏南气流，是迁飞昆虫远距离迁飞的主要动力；低空急流两侧有较强的风速水平切变，往往与强降水关联。在急流左侧，常有切变线和低涡活动，伴有大片降水区，并在雨带中生成暴雨中心，是辐合上升运动区，常常成为迁飞昆虫起飞的动力源；急流右侧为辐散下沉运动区，天气晴朗，无成片降水发生，多为迁飞昆虫降落地。因此，选取2021年5月13—15日南方低层切变系统北抬、2021年9月7—9日华北、东北高空冷涡和低层风切变以及2022年1月26—28日西南急流共3次天气过程开展分析，期间云南、广东、广西、湖南、江西、贵州、山东、河北等地925 hPa均盛行南风，有利于草地贪夜蛾向北迁飞。向南回迁的过程中，随冷空气势力增强，当偏北风风速不低于10 m·s-1时也有利于草地贪夜蛾的回迁，因此选取2021年9月5—7日冷涡东移并与黄淮气旋叠加导致华北南部至长江中游偏北气流增强，期间陕西南部、河北南部以及河南大部分地区925 hPa均盛行偏北风，有利于草地贪夜蛾向南回迁。

本文插图中所涉及的中国国界和行政区域界线基于审图号为GS(2017)3220号标准地图制作，底图无修改。

2 结果分析

2.1 草地贪夜蛾远距离迁飞的大气环流背景

根据草地贪夜蛾成虫跨区(远距离)迁飞规律及相关研究[3,4,6,7,12]，草地贪夜蛾春夏季从热带亚热带周年繁殖区(Ⅰ区)到中亚热带和北亚热带迁飞过渡区(Ⅱ区)，再到温带气候玉米产区(Ⅲ区)的北迁过程，以及秋季从Ⅲ区到Ⅱ区再回到Ⅰ区的南迁过程，可以划分为4个越区时间阶段：4—5月从Ⅰ区到Ⅱ区北迁，6月中旬—8月中旬从Ⅱ区到Ⅲ区北迁，8月下旬—9月中旬从Ⅲ区到Ⅱ区南回，10月下旬—11月从Ⅱ区到Ⅰ区南回。

草地贪夜蛾成虫跨区迁飞与东亚地区大气环流季节性变化关系密切。1—2月草地贪夜蛾在云南中南部、广西、广东、福建、海南等地完成世代繁殖，期间也有境外虫源不断从缅甸等中南半岛国家迁入我国。3月副高脊线位于14°～20°N，我国低纬度地区除了云南大部为西南风外，华南大部分地区为东风或东南风，江南至西南地区东部为东风，不利于草地贪夜蛾向北远距离迁飞；但3月低纬度地区风场仍有利于草地贪夜蛾从境外虫源地迁入我国云南、广西部分地区。4—5月东南季风生成并扩展到华南，5月南海夏季风爆发，我国长江以南大部分地区925 hPa风向逐渐转为南风或偏南风，有利于草地贪夜蛾北上进入Ⅱ区。6月—7月上中旬副高脊线越过20°N，在20°～30°N两次北跳，西南气流继续向北推进，我国中东部大部分地区925 hPa风向为东南风或南风，有利于草地贪夜蛾继续北上。7月下旬—8月上旬副高脊线跨越30°N，到达一年中最北位置(约为35°N)，西南气流也最北，草地贪夜蛾完成从Ⅱ区到Ⅲ区的北迁过程。8月下旬—9月上旬冷空气逐渐增强，副高脊线开始南退，10月以后退至20°N以南，即南退时间短、速度快，我国中东部大部分地区以偏北风为主，草地贪夜蛾完成从Ⅲ区到Ⅱ区、再到Ⅰ区的南回过程。

2.2 草地贪夜蛾迁飞扩散动力条件

尽管草地贪夜蛾的北迁南回过程大体遵循以上规律，但由于每年副高强度不同，脊线位置和西伸程度不同[11]，导致西南气流年际变化大，草地贪夜蛾迁飞扩散风场动力条件也存在差别；西南气流携带暖湿水汽以及冷暖空气交汇产生降水等会导致迁飞虫体迫降，因此草地贪夜蛾的北迁南回速度有别。

2019年4月副高脊线位置接近常年，但南支槽偏强，有利于孟加拉湾水汽在我国北上，江南南部、华南、西南地区东部等地产生降水，且西南地区东部至华南、江南南部925 hPa南风持续时间较长，主要时段集中在4月6—10日和4月17—25日，总体有利于草地贪夜蛾持续从中南半岛迁入我国西南、华南地区以及在西南、华南地区定殖的成虫向江南地区迁飞。由于2019年初草地贪夜蛾刚侵入我国，定殖虫量较少。2020年4月副高脊线位置接近常年，北界维持在20°N附近，南支槽偏弱，受东亚大槽和副高的共同影响，除云南中西部925 hPa 以西南风为主，有利于草地贪夜蛾持续从中南半岛迁入外，西南地区东部至华南地区大部时段为弱东风或东南风，不利于境外虫源迁入以及西南、华南当地虫源向长江中下游地区迁飞，草地贪夜蛾仍主要在华南和西南地区南部为害。2021年4月副高较常年偏弱，南支槽偏强，菲律宾附近为气旋式环流，云南大部分地区925 hPa为西南风，西南地区东部至华南大部分地区为东风或东南风，与2020年相似。

2019年5月、2020年5月和2021年5月副高均偏北偏西，2019年5月西南地区东部至华南 925 hPa以偏南风为主；2020年5月和2021年5月西南地区东部、华南、长江中下游地区均以南风为主，风场条件有利于西南地区和华南冬繁虫源迁飞至长江中下游地区以及境外虫源迁入。2019年5月南海夏季风爆发时间较常年明显偏早(第2候，常年为5月23日)[32]，2020年5月和2021年5月南海夏季风爆发时间分别较常年偏早1候和偏晚1候[33-34]。季风爆发后两周内，西南暖湿水汽从热带印度洋和南海输送至东亚大陆，长江以南地区强降水过程显著增多，因此2019年5月季风爆发早有利于草地贪夜蛾较早、较快地从西南、华南地区进入长江中下游地区。

气候平均上，6月东亚大气环流向夏季型转变，6—7月副高向北推进，我国中东部大部分地区925 hPa 以偏南风为主，有利于草地贪夜蛾成虫远距离迁飞至长江中下游及以北地区。6月西北地区东南部、黄淮地区的夏玉米陆续播种出苗，为草地贪夜蛾北迁进入该地区提供良好食源条件，西北地区东南部、黄淮地区成为草地贪夜蛾覆瓦式迁飞的优良落脚点。据观测，2019年6月陕西和河南草地贪夜蛾点分别突增至19个和35个县，而2021年截至7月初，陕西和河南草地贪夜蛾发生县分别为2个和1个，显然2019年草地贪夜蛾向北扩散进度较快[3]。环流形势分析显示2019年6—7月中旬副高的西脊点显著偏南[32]，水汽输送主要集中在我国长江中下游及其以南地区；2020年6月副高位置偏西偏北，7月偏西偏南[33]，长江中下游地区梅雨出现早、持续时间长；2021年6月副高位置南北变化较大，7月偏西偏北[34]，梅雨出现早、结束早、雨量少。由于副高西侧偏南气流携带大量水汽、且多为上升气流，副高主体控制下多为下沉气流和晴好天气，因此2019 年6—7月草地贪夜蛾较快北迁至长江中下游及以北地区，这与副高西脊点的位置、梅雨持续时间等均有关。

气候平均上，8月副高位置继续向东向北推进。2019年8月副高偏北、大陆高压偏强，华北及以南大部分地区925 hPa以东风为主，中东部地区草地贪夜蛾向北迁飞扩散整体受抑；2020年8月副高偏南偏西，中东部大部地区925 hPa以南风为主，有利于草地贪夜蛾继续向北扩散；2021年8月副高明显偏西，冷空气影响以东路为主，华南和西南地区南部925 hPa以南风为主，有利于该地虫源向北迁飞扩散，但冷空气与暖湿气流交汇于我国中东部地区, 黄淮西部、西南地区东北部、长江中下游等地降水较常年偏多，阻断了该地虫源向北迁飞；华北和东北地区925 hPa仍以南风或西南风为主，有利于当地草地贪夜蛾成虫继续向北扩散。

2019年9月副高主体位于西北太平洋且明显偏西偏强，华东、长江中下游及以南大部分地区925 hPa 为东北风，2020年9月副高呈东西带状分布，位置偏东偏南，长江中下游以南地区以东北风为主，均有利于长江中下游地区草地贪夜蛾向南回迁。2021年9月副高偏西偏强，中东部平均风较弱，草地贪夜蛾南回进度偏慢，其中9月上旬华北至东北地区存在阶段性南风，反而有助于草地贪夜蛾北迁，但是北方地区玉米接近成熟，食源条件转差，迁入草地贪夜蛾已难以对玉米造成严重威胁。

2.3 典型天气过程迁飞轨迹及落区模拟

2.3.1 2021年5月13—15日南方低层切变系统北抬，草地贪夜蛾北迁进入长江以北

截至2021年5月10日，草地贪夜蛾成虫主要分布在云南、贵州、广东、广西、海南、福建等省大部分地区以及湖南、浙江的部分县(市)和江西的个别县(市)。2021年5月中旬，副高及西南低空急流较常年明显偏强，位置偏北。5月13—14日南支槽配合低空切变系统北抬，西南急流显著增强，850 hPa最大风速达28 m·s-1，湖南、贵州、江西925 hPa急流加强并伴有明显的辐合上升运动。受冷暖空气交汇和急流水汽输送的影响，14—16日西南地区东部至长江中下游出现明显降水，有利于草地贪夜蛾沉降。此外，我国淮河以南大部地区925 hPa气温均大于15℃，其中长江以南大部地区为20～25℃，适宜草地贪夜蛾迁飞。

选取云南、广西、广东、湖南、江西、贵州共91个虫源模拟点，利用改进的HYSPLIT模型模拟2021年5月13—15日迁飞轨迹及落点(草地贪夜蛾在夜间迁飞，即从13日夜晚开始模拟)，结果如图1所示。由图1云南草地贪夜蛾迁飞模拟轨迹可见，云南25个虫源模拟点基本可覆盖5月上旬草地贪夜蛾成虫的出现区域，13—15日模拟的迁飞轨迹为西南—东北走向，有效迁飞时长为1～3 d，最远可以飞到重庆南部，迁飞3 d主要降落点位于云南中北部、贵州西北部、重庆南部和四川东南部，迁飞路径上无低温屏障，主要因下沉气流和降雨迫使其降落。由图1广西草地贪夜蛾迁飞模拟轨迹可见，广西15个虫源模拟点为广西北部5月上旬成虫出现的区域，13—15日模拟的迁飞轨迹为南北略偏东走向，有效迁飞时长为1～3 d，其西侧轨迹在第3日出现明显回迁。理论上最远迁飞点为黄淮南部，但长江中下游地区降水屏障的阻碍作用导致其迫降，因此迁飞3 d降落点位于贵州北部、重庆、四川东部、湖南西北部、湖北中部等地。由图1广东草地贪夜蛾迁飞模拟轨迹可见，广东23个虫源模拟点主要为广东北部5月上旬草地贪夜蛾成虫的出现区域，5月13—15日模拟的迁飞轨迹为南北偏东走向，同样长江中下游地区降水屏障的阻碍作用导致其迫降，因此有效迁飞时间多为1 d(5月13日)，有效降落点主要位于湖南东北部、湖北东部、江西、浙江、江苏南部和安徽中南部 。由图1湖南草地贪夜蛾迁飞模拟轨迹可见，湖南10个虫源模拟点模拟的迁飞轨迹为南北偏西走向，最远可以迁飞到河南南部，但长江中下游地区降水屏障的阻碍作用使迁飞3 d的主要降落点位于湖北中西部和重庆东部。由图1江西草地贪夜蛾迁飞模拟轨迹可见，江西10个虫源模拟点模拟的迁飞模拟轨迹为南北偏东走向，有效迁飞时长多为1 d，最远也可以迁飞到河南南部和安徽北部，主要降落点位于湖北中东部和安徽中部。由图1贵州草地贪夜蛾迁飞模拟轨迹可见，贵州8个虫源模拟点模拟的迁飞轨迹为南北偏西走向，有效迁飞时间为1～3 d，但在14—15日出现明显回迁轨迹，主要降落点位于四川东部、重庆和湖北西南部。反推轨迹可知，此次过程迁入江苏、安徽的草地贪夜蛾主要来源是广东、江西，迁入湖北的草地贪夜蛾主要来源是广西、湖南和江西，迁入四川东部和重庆的草地贪夜蛾主要来源是云南、广西、湖南和贵州。

与5月10日相比，5月20日新增成虫县(市)点主要集中在云南、四川、贵州、重庆、广东、广西、福建、湖南、江西、浙江、湖北和江苏等省，其中四川和浙江新增5个县(市)点，江西、江苏和湖北新增4个县(市)点，江苏首次出现成虫(图2)。5月30日幼虫新增县(市)点也集中在上述省份，其中湖南新增幼虫县(市)点最多，为36个；贵州、江西、安徽和浙江次多，为10～14个；安徽、江苏两省首次出现幼虫(图2)。由5月11—20日925 hPa风场条件可见，除了5月13—15日为南风，有利于草地贪夜蛾向北迁飞外，其余时段均为北风，不利于草地贪夜蛾北迁，因此判断草地贪夜蛾成虫随5月13—15日向北迁入上述部分省及市(县)，安徽、江苏以及湖北部分地区为成虫首次北迁进入，HYSPLIT模型模拟的2021年5月13—15日迁飞轨迹、落点与上述区域一致，模拟结果可信。

2.3.2 2021年9月7—9日华北、东北高空冷涡和低层风切变，草地贪夜蛾北迁进入辽宁

截至2021年8月31日，草地贪夜蛾成虫最北见虫点主要分布在河北中部、天津、陕西、宁夏、甘肃东部等地，其中河北中部、天津和山东北部的部分县(市)的虫源最有可能扩散到东北玉米主产区。2021年9月7—9日受华北、东北高空冷涡和低层风切变影响，内蒙古中东部、京津冀、东北地区等地为小到中雨，部分地区大到暴雨，并伴有强对流天气，其中8日涡前低空切变斜压发展，9日850 hPa切变加深，偏南急流增强至20 m·s-1，主要过程集中在8—9日。期间925 hPa华北至东北地区的西南风较强劲，有利于草地贪夜蛾向东北地区迁飞，但因部分地区存在较强降水及强对流天气，下沉气流和降雨使其降落，同时吉林中西部气温低于15℃，气温屏障也使其提前降落。

选取河北中部、山东半岛20个虫源点利用HYSPLIT模型模拟2021年9月7—9日迁飞轨迹及落点，结果如图3所示。由图3可见，河北中部12个点第1日(7日)的迁飞路径比较复杂，有东北向和南向，南向甚至回迁到山东大部分地区，但是第2日(8日)和第3天(9日)在强劲西南风的条件下向东北方向迁入辽宁境内，伴随下沉气流或降水降落为害，由于吉林925 hPa气温降至15℃以下，草地贪夜蛾不再向吉林境内迁入。山东半岛8个虫源点模拟的迁飞轨迹为向东或向东南方向迁飞，不会降落进入我国东北地区。

截至2021年9月10日,辽宁省新增6个成虫县(市)点。分析9月1—10日925 hPa风场条件可见，除了2日和7—9日华北地区风场为西南风，有利于草地贪夜蛾向北迁飞外，其余时段均为北风，不利于草地贪夜蛾北迁。由于2日风速较小，不足10 m·s-1，草地贪夜蛾远距离迁飞动力不足，因此判断辽宁新增的6个成虫县(市)为伴随7—9日华北、东北低层风切变过程迁入，HYSPLIT模型模拟的迁飞轨迹、落点与上述区域一致，模拟结果可信。

2.3.3 2021年9月5—7日冷涡东移叠加黄淮气旋，华北黄淮草地贪夜蛾向南回迁

2021年9月5日受东移冷涡影响，华北中部以南至长江中游一带受偏北气流影响，且与黄淮气旋叠加，5—6日河北中南部、河南大部、湖北中东部925 hPa北风风速约为8～12 m·s-1，有利于华北南部、黄淮草地贪夜蛾向南回迁。

选取河北、河南、陕西南部35个虫源点，模拟9月5—7日向南回迁轨迹及落点，结果如图4所示。由图4河北的模拟轨迹可见，河北6个虫源中有5个为明显向南回迁轨迹，有效迁飞时长为1～3 d，第1日(5日)为东北—西南走向，第2日(6日)为西北—东南走向，第3日(7日)个别虫源点又出现向北的短距离迁飞，1～3 d的降落点主要分布在河北、山西、河南和湖北。由图4河南的模拟轨迹可见，河南17个虫源点轨迹模拟显示中西部虫源点出现明显向南回迁，有效迁飞时长为1～3 d，有效降落点主要位于河南、湖北、重庆、湖南和江西；东部虫源点受黄淮气旋的影响路径向东，有效迁飞时长为1 d。由图4陕西的模拟轨迹可见，陕西12个虫源点轨迹模拟均显示向南回迁，遇陕西南部和四川盆地的降水而降落，有效迁飞时长为1 d，落点集中在陕西南部和四川盆地北缘。

9月上旬湖北11个观测站高空测报灯、常规测报灯和性诱捕器监测到草地贪夜蛾成虫高峰(图5)。由图5松滋站可见，松滋站高空测报灯资料显示9月5日出现迁入高峰，9月2日和6日出现迁入小高峰，常规测报灯和性诱捕器数据显示9月3日为成虫高峰日。由图5云梦站可见，云梦站常规测报灯和性诱捕器资料显示9月9日为成虫高峰日。英山站性诱捕器监测资料显示9月9日为成虫、幼虫高峰日(图略)。此外，在当阳、广水、蔡甸、麻城等地性诱捕器监测也显示9月9日诱蛾量较大。虽然常规测报灯和性诱捕器监测的高峰未必完全是迁飞来的成虫，但1日内成虫量突增仍可表明近期有迁入虫源补充。松滋站高空测报灯分别在9月5日和6日出现高峰和小高峰，表明该时段有成虫迁入。由9月1—10日湖北925 hPa风场可见，3日为东南风，风速平均为4～8 m·s-1，5—6日大部地区为北风，风速平均为 8～12 m·s-1，其他时段风力很小。综合上述分析，9月上旬湖北松滋、云梦等地出现草地贪夜蛾成虫迁入，有利于其向南回迁的天气过程主要集中在5—6日，用HYSPLIT模型模拟的河北、河南迁飞轨迹、落点均指示湖北为落区，模拟结果可信。

2.3.4 2022年1月26—28日西南急流过程，草地贪夜蛾在冬繁区扩散

2022年1月20日草地贪夜蛾主要在云南、四川南部、广东、广西、海南、福建南部等冬繁区进行越冬繁殖。1月26—28日南支槽前西南急流发展北抬，27日云南至贵州700 hPa急流风速超过16 m·s-1，西南地区925 hPa为西南风，但由于925 hPa上15℃等温线基本维持在云南西北部、四川南部、贵州西南部、广西北部、广东北部等地，因此即使有适宜的西南气流，草地贪夜蛾一般仅在15℃等温线以南进行近距离迁飞扩散，越过15℃等温线向北迁飞的可能性很小。同时，该西南气流有利于缅甸等境外虫源地的成虫迁飞进入我国。

选取1月下旬云南、广西、广东草地贪夜蛾成虫出现区域以及境外虫源点75个，模拟2022年1月26—28日西南急流过程迁飞轨迹及落点(图6)。由图6云南草地贪夜蛾迁飞模拟轨迹可见，云南26个虫源点模拟的迁飞轨迹为西南—东北走向，有效迁飞时长多为1 d，大部分降落点仍为云南，少部分可以迁飞到贵州西部，因受低温影响迫降。由图6广西草地贪夜蛾迁飞模拟轨迹可见，广西13个虫源点模拟的轨迹为南北走向，有效迁飞时长多为1 d，大部分降落点仍为广西，少部分可以迁飞到贵州南部，因受低温影响迫降。由图6广东草地贪夜蛾迁飞模拟轨迹可见，广东19个虫源点模拟的轨迹在西部地区为东南—西北走向，在东部地区西南—东北走向，有效迁飞时长为1 d，西部模拟点可以迁飞到广西东部，中部模拟点的迁飞落点仍为广西，东部模拟点可以迁飞到福建南部。境外虫源点主要模拟了缅甸中北部9个虫源点、老挝北部3个虫源点、越南北部3个虫源点和泰国北部2个虫源点的迁飞路径。由图6境外草地贪夜蛾迁飞模拟轨迹可见，大部分迁飞轨迹为西南—东北走向，有效迁飞时长为1～3 d，落点大部分在云南，少部分可降落在广西，越南的1个模拟点可以远距离迁飞到贵州南部，因受低温影响迫降。

1月30日草地贪夜蛾分布在云南、四川南部、广东、广西、海南、福建南部，与1月20日相比，云南、广东和广西新增成虫县(市)点分别为1个、3个和1个(图略)；2月10日云南、广东、广西幼虫县(市)点较1月20日分别新增1个、3个和1 个，福建、贵州无新增成虫或幼虫点。由1月21—30日925 hPa风场条件可见，21—30日云南大部分地区盛行南风或西南风，但风速不超过10 m·s-1；广西、广东有利的南风条件主要出现在21—22日和26日；有利于缅甸虫源迁入我国云南的西南风条件主要出现在27日；有利于泰国、老挝和越南虫源迁入我国云南和广西的偏南风场条件在21—22日和26—28日。与草地贪夜蛾虫情监测相比，贵州西部和南部、福建并未出现新增迁入点，HYSPLIT模型模拟的该落点不准确；云南、广东和广西虽出现新增迁入点，但点位较少，说明该阶段草地贪夜蛾的迁飞活动较少，HYSPLIT模型模拟指征作用有限。此外，由于缺乏资料，云南和广西新增迁入点虫源来源未能有效验证。

3 结论与讨论

本文分析2019—2021年草地贪夜蛾在我国跨区域迁飞的大气环流形势和低层风动力条件，选取北迁进入长江流域、北迁进入东北地区、秋季向南回迁以及冬季在冬繁区扩散4次典型天气过程，利用改进的HYSPLIT模型模拟其迁飞轨迹和落点,得到以下主要结论：

1) 春夏季大气低层风场为草地贪夜蛾向北迁飞提供较好的动力条件。2019—2021年5—7月925 hPa风场一致表现为有利于草地贪夜蛾从西南、华南地区向北迁入长江中下游，以及进一步向北方玉米产区扩散的特征。此外，2019年5月南海夏季风爆发明显偏早，6—7月副高西脊点位置持续明显偏南，有利于草地贪夜蛾较早、较快地向北迁飞扩散。

2) 利用改进的HYSPLIT模型模拟4次典型天气过程下草地贪夜蛾迁飞轨迹和落点，结果显示：模型对2021年5月草地贪夜蛾北迁进入长江流域，9月华北部分虫源北迁进入辽宁，以及9月华北和黄淮部分虫源向南回迁过程的模拟结果均较好；但2022年1月草地贪夜蛾的远距离跨省迁飞活动较少，模拟结果出现偏差，且对于云南和广西新增迁入点的虫源来源难以定位。

3) 选取的3次低空急流(低空风切变)过程中有2次过程结束后均监测到明显的草地贪夜蛾北迁，但2022年1月26—28日西南急流过程结束后并未监测到明显迁飞过程。另外，资料显示2019年6—7月我国中东部地区出现低空急流或低层切变过程的次数(10次)少于2020年和2021年(11次和13次)，但草地贪夜蛾的北迁更快，因此急流过程频次与草地贪夜蛾迁飞速度的相关性存在不确定性。

已有研究揭示大气环流与稻飞虱、稻纵卷叶螟、粘虫等的迁飞扩散密切相关[10,35-41]，部分研究也指出副高位置及强度变化均与中国稻飞虱的迁飞、种群发展密切相关。副高西侧的偏南气流是昆虫在我国远距离迁飞活动的主要动力，而副高强度和推进时间存在年际差异，西南气流的强度也存在阶段性变化，导致草地贪夜蛾迁飞扩散的风场动力条件不同。此外，副高西北侧的低空急流往往携带大量水汽向东亚地区输送，影响我国雨带位置的变化[42-43]，草地贪夜蛾随低空急流向北迁飞过程中遇到降雨、下沉气流等会降落。因此大气环流，特别是副高影响下的风场、降水等时空变化，将影响害虫的迁飞过程以及沉降位置。

由于风向和风速在不同高度存在差异，本文利用HYSPLIT模拟草地贪夜蛾迁飞轨迹分析500 m，800 m 和1000 m 3个飞行高度。鉴于害虫迁飞轨迹与迁飞高度风向保持一致，模拟效果较好。但对迁飞距离、时长、落点的模拟仍具有较大不确定性。本文模拟迁飞过程除了气温、下沉气流和降水等因素导致其降落外，按照草地贪夜蛾最长可以连续迁飞3个夜晚、每晚连续迁飞10 h进行模拟，但实际迁飞过程中生物、地形、小气候等各种因素均可能导致夜间飞行停止，造成实际飞行时间和模型假设时间不一致；另外，模拟过程设定草地贪夜蛾自身飞行速度为恒定速度，但其实际飞行速度受气温、湿度及气流变化影响，并非始终匀速飞行，这会导致模拟的飞行距离和落点存在偏差；第三，迁飞种群大小、昆虫质量及体积等会导致迁飞高度、迁飞日数等变化。

利用降水、气温等地面气象要素资料开展病虫害气象预报及气候风险评估已有较多研究[44-47]，充分挖掘数值天气预报产品信息，利用HYSPLIT等轨迹模型模拟昆虫迁飞活动具有较好的理论基础，可以用于开展迁飞害虫迁飞轨迹和落区的模拟和预报。但由于模拟过程中生物参数的不确定性，以及急流过程对昆虫迁飞和起降影响的机理尚不清楚，需要深入开展昆虫迁飞过程与气象相关性的监测与研究。国内外应用雷达监测昆虫迁飞已取得一定进展[48-52]，今后可结合气象组网雷达，通过深度学习和改进相关算法[53-54]，实时监测获取昆虫迁飞过程参数，优化迁飞轨迹模拟模型，提高模拟预报准确率。