白背飞虱(Sogatellafurcifera(Horvath))和褐飞虱(Nilaparvata lugens(Stal))是典型的水稻专食性迁飞昆虫,已经对亚洲水稻生产构成了严重威胁。长期以来,人们认为稻飞虱每年在我国和中南半岛周期性地往返(即春季迁入我国,秋季回迁至越南)构成了一个完整的迁飞循环。但是,近年来通过与越南的合作研究发现,越南中北部长达三个月的水稻休耕期造成的食物链断裂使得稻飞虱回迁种群近似崩溃,但在翌年三月稻飞虱种群又得以重建。稻飞虱迁飞到底是否存在完整的周年循环?越南中北部稻飞虱的重建虫源来自何方,重建过程是怎样?每年春季大规模迁入我国华南稻区的稻飞虱种群是如何形成的?哪些地区的气候指标将影响我国稻飞虱虫源的前期迁入?哪些气象要素又决定了稻飞虱在特定时空的大规模降落?地形地势对稻飞虱降落的影响机制是什么?这些问题还尚未清楚。为此,本研究应用中尺度气象数值模式Weather Research and Forecasting model(WRF)、轨迹分析、相关分析和地形敏感性实验对稻飞虱大尺度迁飞规律、气候因素对始见期的影响、关键气候指标的提取以及迁飞过程中种群大规模集中降落的时空动态机制及影响因子进行了深入探索,以期通过重新构建各稻区之间的“虫源区-降落区”关系,进一步完善整个东亚迁飞场稻飞虱的迁飞格局以及阐明迁飞性害虫种群大发生形成机制,实现稻飞虱精细化异地预测和因地制宜地持续治理提供理论基础、科学依据和技术支撑。主要研究结果如下:1.基于WRF模式输出高分辨率的三维轨迹分析方法可有效准确地模拟昆虫迁飞轨迹。(1)得益于WRF模式输出的高时空分辩率的气象要素背景场以及加入了较为完善的迁飞性昆虫飞行参数的三维轨迹分析程序,我们的轨迹输出结果与传统HYSPLIT模型相比具有更高的精确度,同时也对环流形势具有很高的模拟能力,在迁飞性昆虫虫源地的追溯以及降落区的预测上具有很大的实用价值。(2)1995年3月20-22日由Lower Rio Grande Valley(LRGV)迁出的Helicoverpa zea虫群主要降落在美国德克萨斯州的东部,且花粉标记数据与连续三天夜间低空急流出现的区域近乎重合,表明低空急流在Helicoverpa zea种群春季北迁过程中起到了尤其关健的携载作用。2.越南湄公河三角洲2-3月稻飞虱的近距离扩散和涡旋系统下的远距离迁飞。(1)2005-2014年湄公河三角洲二月和三月份稻飞虱均主要以近距离扩散为主,主要落点区域为湄公河三角洲本地和柬埔寨的湄公河平原及其南部沿海区,部分稻飞虱可迁至越南中部、老挝南部、泰国东部和马来半岛西部,小部分稻飞虱跨海迁飞进入缅甸南部和马来西亚的北部,极少数由湄公河三角洲迁出的稻飞虱轨迹落点可北达越南中北部,甚至到达我国海南岛。(2)越南湄公河三角洲稻飞虱虱逐日灯诱虫量与越南中南部的广南省和越南中北部的义安省有着极其显著的相关关系,越南中南部广南省和富安省两地逐日灯诱虫量有极其显著相关性,越南中南部的广南与越南中北部的义安省也有显著相关关系。(3)中南半岛南部盛行偏东风,在生成的单个或多个涡旋(气旋或者反气旋)的作用下,中南半岛中部风向由东风转变为东南风后又继而在中南半岛北部上空急转为西南风。中南半岛及其周围出现的涡旋是湄公河三角洲稻飞虱远距离北迁时迁飞方向与迁飞距离的主导气流。因此,在这种特定的气象背景条件下,越南湄公河三角洲起飞的稻飞虱先迁至柬埔寨、泰国南部和东部后进入越南中南部及中北部稻区。3.越南中北部稻飞虱回迁种群的崩溃与春季种群重建。(1)越南中北部11月到次年1月份期间,田间以翻耕田为主,同时有少量落谷苗和再生苗,断裂的食物链、极其有限的栖息地打断了到越南中北部的大量稻飞虱回迁种群的生活史,种群崩溃。(2)越南中北部在2月下旬水稻移栽后,3月上中旬该区水稻正处于苗期-分蘖期,而越南中部同期水稻处于分蘖-拔节期,老挝南部水稻处于拔节-孕穗期。越南中北部稻飞虱重建虫源大部分来自老挝,一部分重建种群还可来自泰国东北部,还有少部分重建虫源可来自越南中南部。(3)中南半岛中南部盛行的偏东风先向西或西南而行后经由柬埔寨泰国又向北扩散,这为越南中南部、老挝和泰国东北部的稻飞虱进入越南中北部提供了极其有利的运载条件。4.中南半岛稻飞虱“虫源区-降落区”的迁飞格局。(1)中南半岛稻飞虱主要短距离扩散为主。越南中南部起飞的稻飞虱主要迁入柬埔寨,其次为越南中高部和老挝,还有一部分稻飞虱可迁往越南中北部;越南中高部稻飞虱以西向或西北向迁飞为主,与柬埔寨、泰国和老挝有着密切的虫源交流关系;越南东南部的稻飞虱大部分迁入柬埔寨;湄公河三角洲稻飞虱在此期间主要迁入柬埔寨和泰国,部分稻飞虱可迁往老挝南部和越南东南部;老挝南部大部分稻飞虱可迁入泰国和越南中北部;泰国东北部稻区同期稻飞虱迁飞范围波及整个中南半岛中部,迁往外地稻飞虱主要分布在老挝和越南中北部;泰国东部稻飞虱轨迹落点大部分分布在泰国东部,部分落在柬埔寨和缅甸;柬埔寨中部洞里萨湖稻区的稻飞虱主要迁入泰国、老挝和缅甸。(2)泰国、柬埔寨和越南三个国家地区间的稻飞虱存在着直接的虫源交流关系,其中13°N以南盛行的东风使越南湄公河三角洲、越南中高部和越南东南部稻区的稻飞虱与泰国东部和柬埔寨中部稻区的稻飞虱交流频繁,在13°N以北稻区,风向变化多端,泰国东北部盛行西南风,同时老挝南部以偏西南风为主,这是两稻区稻飞虱参与越南中北部稻飞虱虱种群重建的启动条件;在越南中南部的东南风是该稻区稻飞虱的北迁的必要条件。此外,温度是影响中南半岛稻飞虱在此期间迁飞的另一个重要因素。5.气候因素对我国两广稻飞虱的始见期的影响以及短期气候预警指标。(1)我国两广褐飞虱每年的始见期集中在3月下旬至4月上旬,稻飞虱的始见期有着很大的年际差异。(2)我国广东和广西稻飞虱灯下始见期和大部分时段和指定的空间区域相关不显著,只与部分特定月份的特定区域存在显著或者及显著的相关性。在与海温的相关关系上,广西合浦稻飞虱灯下始见期与10-20°N区域的3月月平均海表温度呈负相关。(3)广东信宜稻飞虱灯下始见期和当年3月泰国东北部、老挝南部和越南北部的月平均地表温度、与当年3月850 hPa高度场泰国东北部、老挝南部、越南中南部和越南北部月平均温度均有显著负相关;在广西灵山褐飞虱前期迁入灯下始见期随着3月越南中南部月平均地表温度的升高而提前;广西合浦稻飞虱灯下始见期与越南中北部3月月平均地表温度与广西本省、越南北部和我国海南850 hPa高度场3月月平均温度与老挝南部与越南中北部的850 hPa高度场3月月平均温度均有显著负相关性;广东阳春白背飞虱始见期与越南北部及海南上一年份12月月平均地表温度显著负相关,褐飞虱前期迁入的始见期与泰国东北部、老挝南部和越南中北部的1月月平均地表温度、与海南2月月平均地表温度和泰国东北部850 hPa高度1月月平均温度显著负相关。6.稻飞虱的降落机制及地形的影响。东亚大槽、西西伯利亚冷涡和西北太平洋副热带高压的波动是三大主导大气环流形势,不断加强的西北太平洋副热带高压带来的西南低空急流是稻飞虱从中南半岛远距离迁飞进入我国的重要动力条件,而气流辐合、下沉气流、降水和低温决定了稻飞虱的聚集和降落的时空分布,进而最终导致了后期稻飞虱种群的大发生。地形主要从三个方面影响白背飞虱的聚集和降落:(i)地形对迎风坡西南暖湿气流的阻挡和机械抬升作用。当西南暖湿气流在山脉迎风坡被迫爬升后,凝结降水,而降水产生的潜热又可以降低压强,这进一步激发了气流的上升运动对流活动的加强,降雨加强;(ii)地形对降雨中心位置和降水强度的时空调整。由于地形阻挡,背风坡处南下的冷空气被迫形成绕流或通过山地的低谷和垭口进入,气流辐合和切变发生在山体北侧;(iii)地势升高,温度降低,使稻飞虱由于生理适应而降低迁飞高度而被迫降落。