澳大利亚北部雨季启动与牧场返青期的关联性研究：基于3日降雨阈值与植被覆盖模型的验证

本研究针对澳大利亚北部畜牧业依赖降雨驱动型牧场的关键问题，探讨了以3日累积降雨量定义的“雨季启动日（GBOS）”与模型模拟的“植被覆盖返青期（GCO）”之间的关系。研究发现，50 mm的3日降雨阈值与GCO相关性最强（R2 > 0.94），显著优于传统“北部降雨启动日（NRO）”。研究进一步揭示了ENSO（厄尔尼诺-南方涛动）对GBOS的影响规律，为开发季节性GBOS预测产品提供了科学依据，对优化牧场管理和畜牧业可持续发展具有重要意义。

　　

在澳大利亚北部广袤的土地上，畜牧业是支撑区域经济的重要支柱，这里也是全球第三大牛肉出口地区。然而，这片土地上的畜牧业生产面临着一个严峻挑战——极度不规则的降雨模式。该地区气候呈现明显的旱季与雨季交替特征，每年10月至次年4月的雨季提供了全年90%以上的降水，而漫长的旱季则几乎寸草不生。这种强烈的季节性差异使得牧场生长完全依赖于雨季的启动时间，而雨季的来临时间却年际变化极大，给牧场管理带来了巨大不确定性。

牧场主们迫切需要准确预测雨季启动时间的方法，以便合理规划干季的牲畜存栏量。如果过早增加存栏量而雨季延迟，将导致牧场过度放牧和土地退化；反之，若过于保守则会造成资源浪费。传统的经验法则往往依赖降雨量累积指标，但学术界对“雨季启动”的定义存在多种标准，如McCown提出的“绿色季节”概念、Balston和English定义的21日累积降雨阈值，以及更广泛使用的“北部降雨启动日（NRO）”等。这些不同的定义方法在实践中造成了混淆，也缺乏统一的科学验证。

为了解决这一难题，由Rajashree Naha、Tim Cowan和Matthew C. Wheeler领衔的研究团队开展了一项系统研究，旨在评估不同降雨阈值定义的“雨季启动日（GBOS）”与实际牧场返青之间的关系。他们特别关注了澳大利亚畜牧业中广泛使用的“绿色日期（GD）”概念——即基于3日累积降雨量的雨季启动指标，并对其科学有效性进行了全面验证。该研究成果发表在《Agricultural Systems》期刊上。

研究团队采用了多学科交叉的研究方法，主要关键技术包括：利用澳大利亚土地所有者科学信息（SILO）数据库的1900-2023年高分辨率格点日降雨数据；基于长期放牧试验站（Wambiana Station）的观测数据参数化并验证了牧场生长模拟模型（GRASP）；定义了绿色覆盖返青期（GCO）的客观识别标准；通过回归分析评估了GBOS与GCO的相关性；并采用统计学方法检验了ENSO对GBOS分布的影响。

3.1. 雨季启动日与虚假启动

研究发现，即使在达尔文这样的高降雨地区，GBOS的出现时间也存在显著年际变化。更重要的是，研究揭示了“虚假启动”现象——即初期的降雨可能导致短暂的牧场返青，但若无持续降雨跟进，这种生长无法维持，对畜牧业生产反而可能产生负面影响。

3.2. 绿色日期

通过分析Wambiana站点的历史数据，研究人员计算了不同百分位数的GBOS分布。结果显示，基于所有年份的GD（70百分位数）为1月28日，而ENSO年份呈现不对称影响：拉尼娜年份的可靠GBOS显著提前（1月6日），厄尔尼诺年份则略有延迟（1月30日），但这种延迟在统计上不显著。这种差异模式在整个澳大利亚北部地区具有一致性。

3.3. 绿色覆盖返青期及其与GBOS的关系

通过对Wambiana站点牧场生长的详细分析，研究人员不仅确认了“虚假启动”现象，还发现了“虚假干旱”情况——即即使在有限降雨条件下，前季残留的牧场也可能保持一定的绿色覆盖。在比较不同降雨阈值时，50 mm的3日降雨阈值与GCO显示出最强的相关性（R² > 0.94），且回归斜率更接近1，截距更接近零，表明二者几乎存在一对一的关系。

尤为重要的是，当将GBOS与常用的NRO进行比较时，发现NRO与GCO的相关性明显较低（R² = 0.62）。这表明短期的3日强降雨比较长期的累积降雨更能准确预测实际牧场返青的时间，为GBOS作为牧场管理指标的优越性提供了首个实证证据。

研究的讨论部分深入分析了这些发现的实际意义。在澳大利亚北部热带地区，牲畜体重变化与牧场生长季节密切同步——雨季增重，旱季失重。准确预测GBOS和GD使牧场主能够精确计算从上一生长季结束到下一雨季开始所需的饲料储备期，从而制定科学的干季存栏量策略。此外，了解GD还有助于牧场主根据预期雨季启动时间规划最佳产犊时间，确保新生牲畜能够充分利用新鲜、高质量的牧草资源。

该研究也存在一定局限性，如主要依赖单一数据源（SILO）和单一地点的验证（Wambiana站点）。未来研究可扩展至更多观测数据集和不同地理位置，并结合卫星遥感数据进一步验证GBOS与牧场生长的关系。同时，开发基于气候模型的GBOS季节性预测产品，将是帮助牧场主应对气候变化挑战的重要方向。

总之，这项研究通过严谨的科学方法验证了基于3日50 mm降雨阈值的GBOS指标在预测澳大利亚北部牧场返青方面的优越性，为畜牧业生产提供了更加可靠的管理工具。研究揭示的ENSO对雨季启动时间的影响规律，也为理解气候变率对畜牧业的影响提供了新见解，对提升澳大利亚北部畜牧业的可持续性和气候韧性具有重要实践价值。