白背飞虱Sogatella furcifera（Horváth），是我国水稻上重要的害虫之一，由于其远距离迁飞性、突发性以及传毒性等特点，常导致水稻产量严重损失（翟保平等，2011）。白背飞虱通过直接取食对水稻造成危害，其若虫和成虫群集于稻丛基部，以刺吸式口器刺入水稻韧皮部吸食汁液，导致植株生长衰弱、千粒重下降。白背飞虱还可传播多种水稻病毒，其是南方水稻黑条矮缩病毒的主要传播媒介，危害尤为突出。例如，2010年由白背飞虱迁入并传播的南方黑条矮缩病导致我国南方水稻大面积受灾，造成超过130万hm²水稻受损（Wu et al.，2017）。白背飞虱是喜温性昆虫，其越冬北界在26°N一线，在我国，仅在两广南部和海南岛的稻区有少量越冬，越冬种群数量极低，对次年水稻生产影响有限，其发生程度主要取决于境外迁入种群（沈慧梅等，2011；田维逵等，2018）。每年春季，随着西南气流等天气系统的作用，白背飞虱自中南半岛等境外虫源区远距离迁入我国主产稻区，通常在早稻生长前中期形成种群优势。其迁入量大小是影响当年发生程度的关键因素，而该数量不仅受境外源区种群基数的制约，还在很大程度上受到迁入过程中大气环流背景的调控。

从大气环流背景来看，高空环流形势对稻飞虱的空中飞行和降落有直接的影响（Sogawa et al.，1994；Sun et al.，2018b）。大气环流是指行星尺度上大规模气流运动的总体特征，它通过热量、动量和水汽的输送，塑造全球及区域的天气与气候背景，是迁飞性昆虫得以完成远距离迁移的宏观载体（Wallace and Hobbs，2007；Chapman et al.，2015）。在北迁过程中，稻飞虱种群主要集中在1 500~2 000 m高度范围内集群飞行，850 hPa流场与气压场的配置是影响其迁飞路径和降落的关键因素。研究表明，锋面、西太平洋副热带高压、低空急流、台风等天气系统的发生发展、时空配置及其伴随的降水过程，均有利于稻飞虱的迁入（封传红等，2002；包云轩等，2007；Hu et al.，2013），不同时间尺度的大气环流背景对迁飞产生的影响也不同。值得指出的是，利用大气环流进行迁飞是多种农业害虫的共同策略。例如，东亚夏季风的北进是稻纵卷叶螟从中南半岛不断北迁至江淮区域的重要携载动力（包云轩等，2019；Zhang et al.，2025）；同样，草地贪夜蛾的跨区域迁飞过程也常受西北太平洋副高强度、进退以及西南气流的影响（吴秋琳等，2019；郭安红等，2022）。这些案例表明，将大气环流分析应用于迁飞性害虫的研究，具有普遍的生物学与生态学基础。通常将时间尺度在10 d以上、90 d以内的大气内部变率称为大气低频振荡，属于中期天气变化范畴，其中10~20 d的振荡周期为准双周振荡（李崇银，1991）。在东亚季风区，大气低频振荡向北传播与季风活跃期和中断期的交替出现以及雨带的季节性北跳密切相关（Zhang et al.，2009；Que et al.，2016）。大气低频振荡对我国的天气气候具有重要影响，诸多大气环流场（如副热带高压、纬向风等）均表现出显著的低频振荡特征（应明和孙淑清，2000；Yang and Li，2003）。此外，夏季风的建立与撤退同样受大气低频震荡的调制（黄荣辉等，2008），ENSO事件的发生亦与热带大气低频振荡的异常信号密切相关（Li and Long，2001）。稻飞虱在我国的北迁进程与波及范围，主要受高空风场的方向和强度、位势高度场分布等环流形势的调控。鉴于大气环流场具备低频变化特征，从低频振荡的角度出发，系统探究大气低频振荡对白背飞虱迁入过程的影响及其物理机制，具有重要的科学意义与研究必要。

华南稻区位于我国南端，属于南海季风区，受热带季风系统和副热带季风系统的协同影响，气候类型为典型的季风气候。每年3月上中旬起，白背飞虱种群开始迁入该区域，至4-5月迁入量与迁入峰次逐渐增多；随后在6月，华南早稻开始黄熟，本地繁殖羽化的白背飞虱开始向北迁出。作为白背飞虱迁入我国的首站和继续向北蔓延的虫源地，华南稻区的地理位置具有特殊性，系统分析该区域白背飞虱迁入的动态特征和大气环流场的低频振荡特征，并深入探讨大气低频振荡对迁入过程的影响机制，可为其中期预测预报提供有效的预测指标。

1.   材料与方法

1.1   资料来源

虫情资料：选取农业部全国农业技术推广服务中心测报处提供的2011-2016年3-5月华南地区20个站点的逐日白背飞虱的灯诱虫量数据。站点分布在广西壮族自治区（8个）、广东省（7个）、江西省南部（2个）和湖南省南部（3个）（图 1）。

图  1  华南白背飞虱灯诱站点分布图

注：HJ，洪江；SD，邵东；YX，攸县；WA，万安；QZ，全州；DY，大余；YF，永福；QJ，曲江；YZ，宜州；WY，翁源；BBQ，八步区；MX，梅县；ZP，昭平；XB，兴宾；ZJ，紫金；LZ，龙州；KP，开平；YC，阳春；BB，博白；GZ，高州。该图基于国家测绘地理信息局标准地图服务网站下载的审图号为GS（2024）0650号的标准地图制作，底图无修改。

Fig.  1  Distribution of light-trap sites of Sogatella furcifera in Southern China

Note: HJ, Hongjiang; SD, Shaodong; YX, Youxian; WA, Wan'an; QZ, Quanzhou; DY, Dayu; YF, Yongfu; QJ, Qujiang; YZ, Yizhou; WY, Wengyuan; BBQ, Babuqu; MX, Meixian; ZP, Zhaoping; XB, Xingbin; ZJ, Zijin; LZ, Longzhou; KP, Kaiping; YC, Yangchun; BB, Bobai; GZ, Gaozhou. This map was based on the standard map with the review number GS (2024) 0650 downloaded from the Standard Map Service website of the National Bureau of Surveying and Mapping Geographic Information. The base map had not been modified.

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气象资料：采用美国国家环境预测中心NCEP（National Centers for Environmental Prediction）和国家大气研究中心NCAR（National Center for Atmospheric Research）联合提供的2011-2016年全球大气逐日再分析资料，空间分辨率为2.5° × 2.5°，分析的主要变量为850 hPa高度的位势高度、纬向风、经向风、温度、垂直速度。

1.2   分析方法

本文以华南白背飞虱3-5月迁入量为研究对象，对虫量数据进行了对数化（log(x+1)）处理，以消除极端高值的影响，并使数据分布更接近正态分布以满足统计分析的前提。首先，利用Morlet小波分析方法（Torrence and Compo，2010）对逐日灯诱虫量序列进行分析，通过t检验（95%置信水平）确定其低频振荡周期。其次，采用Butterworth带通滤波器（吴洪宝和吴蕾，2005）对白背飞虱迁入量及同期该地大气环流要素进行处理，分别提取其相应低频振荡周期。然后，结合相关分析筛选出与迁入量显著相关的关键低频大气环流要素。最后，采用合成分析方法，在一次完整的迁入过程中选取8个位相（魏凤英，1999），对低频振荡各个位相进行合成分析，研究白背飞虱迁入过程中不同时刻关键的大气低频环流要素的影响。8个位相分别对应不同迁入阶段（图 2）：位相1表示振荡起始位相，由不活跃转为活跃，对应迁入开始；位相2表示低频振荡逐渐增强，振幅达峰值一半，对应迁入量上升期；位相3为振荡峰值位相，对应迁入高峰期；位相4为振荡由峰值下降阶段，对应迁入下降期；位相5为过渡位相，振荡由活跃向中断转换，与位相1相反；位相7则为振荡谷值位相，中断达到谷值，对应迁入低谷期。位相1~8系统反映了白背飞虱迁入从开始、旺盛、减弱到结束的过程，针对于多年序列，分别提取各年相应位相的日期，将大气环流要素场准双周信号进行合成平均，可得到长期影响不同阶段白背飞虱迁入的大气低频环流形势，该方法得到的位势高度/风场等，在后文中称为平均准双周位势高度/风场，各位相下的结果与所有位相平均值之差称为异常场。

图  2  低频振荡1~8位相示意图

Fig.  2  Phase schematic of low-frequency oscillations 1~8

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2.   结果与分析

2.1   华南白背飞虱早期迁入虫量的低频特征

基于2011-2016年3-5月华南稻区20个站白背飞虱的早期迁入平均虫量，做小波分析和带通滤波，得到早期迁入虫量的低频特征（图 3）和逐年的显著低频振荡周期（表 1）。结果表明，10~20 d和20~30 d是白背飞虱早期迁入华南稻区的主要低频振荡周期，其中10~20 d（准双周）周期更为显著。在多数年份中，白背飞虱迁入高峰主要集中在5月上中旬，虫量的变化动态与10~20 d低频振荡分量高度一致：迁入虫量增加时，该低频分量为上升趋势；迁入虫量减少时，则该低频分量为下降趋势。10~20 d准双周低频振荡的演变与迁入虫量的动态变化具有良好的对应关系，振荡波峰、波谷分别对应白背飞虱迁入量的高峰与低谷（图 3-B）。

图  3  （A）2011-2016年3-5月华南稻区白背飞虱平均灯诱虫量的小波分析（阴影区域表示通过95%置信水平的显著检验)；（B）对数化逐日灯诱虫量序列（直方图）及其10~20 d带通滤波曲线（绿线）

Fig.  3  (A) Wavelet analysis of logarithmic averaged light-trap catches of Sogatella furcifera in the rice regions of southern China in March-May during 2011-2016 (the shaded areas indicating results which were significant at the 95% confidence level); (B) The logarithmic averaged light-trap catches of Sogatella furcifera (histogram) and their 10~20 days filtering curve (green line)

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2.2   华南稻区白背飞虱早期迁入与大气环流场准双周振荡的关系

春季影响白背飞虱空中迁飞的大气环流要素主要位于850 hPa高度，包括位势高度、纬向风、经向风、温度和垂直速度，对2011-2016年上述大气环流要素进行10~20 d带通滤波处理，并将其与相应的迁入虫量准双周振荡进行相关分析（表 2）。结果表明，位势高度、风场的准双周振荡是影响华南白背飞虱迁入虫量低频变化的主要因素：迁入虫量与位势高度场和纬向风场在6年中有4年存在显著的正相关关系，费舍尔Z变换综合检验进一步证实，其6年整体相关性极其显著（Z = 8.13，P < 0.001）；迁入虫量与经向风场在5年中显著正相关，且其6年整体相关性同样极为显著（Z = 8.27，P < 0.001）。而垂直速度场和温度场对迁入虫量的影响较弱：两者间的相关关系在多数年份中并不显著。因此，本研究着重分析位势高度场和风场的准双周振荡对华南稻区白背飞虱迁入虫量低频变化的影响。

2.3   大气准双周振荡对白背飞虱迁入量的影响

基于2011-2016年3-5月逐日低频虫量序列，以0.5个标准差为阈值识别出10~20 d低频振荡过程，选取8个位相，其峰值位相3对应虫量明显突增的迁入峰期。将各迁入过程对应的风场、位势高度场经10~20 d带通滤波后，分别对8个位相进行合成分析，从而明确不同白背飞虱迁入阶段起关键作用的低频大气环流特征。

图 4显示了850 hPa低频风场8个位相合成结果。位相1标志整个振荡过程开始，即白背飞虱迁入的起始阶段。此时，华南稻区由西南风控制；日本海上空存在一反气旋式环流，其西侧与来自江淮地区的西南风汇合；孟加拉湾东部和西南部受反气旋式环流控制。至位相2时，日本海上的反气旋式环流北移并减弱，其南部的西太平洋海上有一气旋式环流发展，两者之间存在强劲的偏东气流延伸至我国华中地区，导致华南稻区的偏南风减弱，但值得注意的是，南海上盛行的西南风在逐渐加强。至极端活跃位相（位相3）时，即白背飞虱迁入的高峰期，日本海上转为受强盛的气旋式环流控制，中南半岛至华南地区强劲的西南风继续向北推进，与日本海上空气旋式环流南部的偏南风汇合增强后向东北方向移动，我国华北地区则受偏北气流控制。至位相4时，日本海上的气旋式环流强度达到最强，其西侧的偏北气流南下影响我国华中、华东地区，华南稻区的西南风进一步减弱，对应白背飞虱的迁入过程由高峰开始减弱。

图  4  2011-2016年3-5月850 hPa准双周风场在1~8位相的合成平均（单位为m/s）

注：该图基于国家测绘地理信息局标准地图服务网站下载的审图号为GS（2020）4619号的标准地图制作，底图无修改。

Fig.  4  Composite maps of mean quasi-biweekly wind at 850 hPa for phases 1 to 8 in March-May over 2011-2016 (Unit: m/s)

Note: This map was based on the standard map with the review number GS (2020) 4619 downloaded from the Standard Map Service website of the National Bureau of Surveying and Mapping Geographic Information. The base map had not been modified.

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至位相5时，尽管南海西南部反气旋式环流北侧的西南风可影响中南半岛，但此时日本海上被强盛的反气旋式环流控制，东海有一气旋式环流发展，两者之间形成的偏东气流显著减弱了华南稻区的西南风，此时华南被东北风控制。至位相6时，日本海上气旋式环流和西太平洋上气旋式环流发展，华南稻区受强劲的东北偏东风控制。位相7时，华南稻区仍受东北风控制，至此白背飞虱迁入量降至最低水平。位相8时，随着日本海上反气旋式环流发展东移，华南稻区上空东北风逐渐减弱，南海中南部转为西南风控制，对应白背飞虱迁入过程结束。

由合成的1~8位相850 hPa低频位势高度场（图 5）可见，在白背飞虱迁入初期（位相1），我国大部地区、西伯利亚中东部及鄂霍次克海均处于位势高度负异常控制下，而日本及日本海则受位势高度正异常控制。到位相2，随着日本海上位势高度正异常范围扩大，我国大部地区的位势高度负异常开始减弱，东北地区正异常开始增强，同时西北太平洋上的副热带高压开始加强，并呈现西伸北抬的态势。进入位相3（极端活跃位相）时，位势高度场正异常进一步增强扩张至整个中低纬地区，西太平洋副热带高压继续西伸北抬，在此，华南稻区受位势高度正异常的影响，盛行下沉气流，从而有利于白背飞虱的迁入和降落，迁入量达到高峰。至位相4时，西伯利亚地区位势高度转变为正异常，我国大部及日本海周边开始受负异常影响，不过位势高度的正、负异常均有所减弱，相应的，白背飞虱迁入量也开始减少。

图  5  2011-2016年3-5月850 hPa准双周位势高度在1~8位相的合成平均（实线）及其异常（填充色）

注：阴影区，橘色表示正异常，蓝色表示负异常，实线表示平均位势高度，单位为gpm。

Fig.  5  Composite maps of mean quasi-biweekly geopotential height (solid line) and its anomalies at 850 hPa for phases 1 to 8 in March-May over 2011-2016.

Note: The orange shading represented the positive anomaly center, the blue shade represented the negative anomaly center, and the solid line represents the unfiltered average geopotential height field. Unit: gpm.

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位相5~8期间，白背飞虱迁入量开始减弱，研究区内的位势高度场异常分布与位相1~4大致呈相反配置，西太平洋副热带高压也逐渐南撤东退，至位相6时副高位置偏东，面积减小呈现东退的态势，其影响逐渐减弱。值得注意的是，在中断位相（位相7），包括我国在内的中低纬亚洲地区普遍处于位势高度场负异常控制下，导致华南稻区出现上升气流，不再利于白背飞虱种群的迁入与降落，种群迁入量达到谷底。

整体上，在整个低频迁入过程中，位势高度场的正、负异常形势随低频波列向东北偏东方向的强弱变化，与白背飞虱迁入虫量的增加和减少密切相关。对华南稻区而言，当其处于低频位势高度场正异常控制时，大气环流条件有利于白背飞虱迁入，迁入量相应增加并达到高峰；反之，当该地区为负异常所主导时，整个环流形势不利于白背飞虱迁入，导致迁入量有所减少并达到低谷。同时，也需要结合副高位置及大尺度环流场配置所引导的风场方向及其与虫源地的相对关系进行分析。

3.   结论与讨论

本研究发现，华南稻区白背飞虱迁入虫量存在10~20 d的主要低频振荡周期，与大气准双周振荡的周期正好相吻合。已有研究指出，3月中下旬白背飞虱虫源主要来自于越南中北部和老挝，种群可横穿北部湾迁入华南，4月中旬伸延至29°N附近；5月中旬迁飞至30°N以北；5月下旬，6月上、中旬，中国大陆南部虫源北迁可至35°N；6月下旬至7月初，可达40°N的中国东北地区，但东北地区虫量较少。从8月下旬开始风向发生转变白背飞虱开始南迁，经过两个多月的回迁，10月底至11月初绝大多数种群回迁至华南稻区以及中南半岛终年越冬区（全国白背飞虱科研协作组，1981；Sun et al.，2018a）。在白背飞虱迁入我国南部的早期时段，在孟加拉湾-中南半岛-华南一代存在一支显著的西南气流，该气流不仅将水汽输送至华南地区，带来前汛期降水（李丽平等，2017），也为来自越南和老挝的白背飞虱种群迁飞提供了关键的运载条件，使其得以借助这股暖湿气流抵达华南。受北半球西风带波动准双周振荡周期影响，西南季风的建立和撤退、西太平洋副热带高压北抬的速度均表现出准双周振荡（陶诗言和卫捷，2007），该大气准双周振荡及其低频环流场的变化对白背飞虱从境外迁入华南具有重要影响。

通过对近6年间白背飞虱多次迁入过程的位相合成分析，可以发现一些大气环流背景场低频变化的共性特征：从水平环流结构来看，迁入高峰（活跃位相）和迁入低谷（中断位相）所对应的低频风场形势截然相反，随着春季西太平洋与日本海上的气旋环流发展增强以及南海及孟加拉湾上的反气旋式环流减弱，北部湾至华南稻区从受西南风控制转变为东北风，该环流形势的转变及其导致的风向变化，是造成白背飞虱迁入量减少的关键因素；从垂直环流结构来看，位势高度场的分布调控着上升与下沉气流的强度与范围，从而为白背飞虱集中性迁入创造了有利的条件。在白背飞虱迁入量的增加阶段（位相1~3），副热带高压逐渐北移加强，华南稻区处于低频高度场正异常的控制下，由此带来的下沉气流有利于其迁入降落。相反，在白背飞虱迁入量的减少阶段（位相4~7），华南稻区处于位势高度负异常的形势下，盛行干冷上升气流，整体环流形势不利于迁入。位势高度场的起伏是形成不同气压场分布的根本原因，由此决定的高、低压区和槽脊的位置，会进一步影响涡旋、切变与辐合辐散区的配置（刁家敏等，2017）。因此，大气准双周低频振荡是从大气动力角度对白背飞虱迁入产生影响。

综上，本研究发现华南白背飞虱前期迁入虫量存在10~20 d的低频振荡特征，主要受大气准双周振荡所调控的低频纬向风、经向风和位势高度场影响。本研究着眼于多年迁入过程中不同阶段的气候平均态，相较于个例分析中可能出现的特殊性，更侧重于揭示大气动力场对昆虫迁飞影响的普遍性，并系统阐释其在各迁入阶段中的具体作用。对于昆虫迁飞短时预报以及长期气候预报已有较多研究成果，但基于延伸期（10~30 d）预报角度的相关探讨仍相对缺乏。由于南海地区的低频反气旋式环流及大陆地区上空低频高度场的演变对华南迁入虫量变化具有显著影响，未来可根据大气环流低频信号如纬向风变化的中期监测（是否处于活跃位相），对华南白背飞虱迁入的时间和强度进行中期预估。本研究基于6年的数据序列，对于气候学研究而言样本量相对有限，然而，本研究旨在初步揭示大气准双周振荡影响白背飞虱迁入的潜在动力机制，下一步将结合更长时序数据进一步验证本研究的统计显著性与预报适用性。