Interannual Effects of Early Season Growing Degree Day Accumulation and Frost in the Cool Climate Viticulture of Michigan

Abstract

Michigan daily climatic data and seasonal vine performance and phenological data (budburst timing) were analyzed to establish relationships between temperature (e.g., growing degree days or GDD) and juice grape yield and quality in Vitis labrusca grapevines. In viticultural regions such as Michigan, early season vine growth is highly important: Vines coming out of their winter dormancy need to withstand any potential bud-killing frosts after budburst. The temperatures during the months of March, April, and May are highly variable from year to year in Michigan, however. The average GDD accumulation at the time of budburst (average date is 27 April) from 1971 to 2011 was 158 (base 10°C) with a coefficient of variation of 45 percent. Seasonal GDD deficit or surplus at the midpoint of a growing season (as compared to an average year) was correlated to grapevine performance and the accumulation of GDD on a yearly basis was found to occur at a highly variable rate. Early season GDD accumulation was found to be a relative indicator of the end season total, where an early season deficit (or surplus) was able to predict whether the season would still be in deficit (or surplus) at the end of 80.5 percent of all seasons studied. Finally, a statistical model based on historical temperature data was created to calculate the date of budburst. Michigan's warming trend will likely continue in the future, which should bring positive effects to the region. Early season variability and post-budburst frosts are likely to still be a concern in the near future, however.

本文分析密西根的每日气候数据及季节性葡萄表现和生物气候数据 (萌芽时间点), 以建立气温 (例如生长度日或GDD) 和美洲葡萄的酿酒葡萄产量与质量之间的关联性。在诸如密西根的葡萄栽植区域中, 季节初期的葡萄成长具有高度重要性：从冬眠中甦醒的葡萄, 在萌芽之后, 必须能抵抗任何可能何杀死芽苞的寒霜。但在密西根, 每年三月、四月及五月份的气温却具有高度变异。自1971年至2011年, 萌芽期 (平均日期为四月二十七日) 的平均GDD累积为一百五十八日 (基于摄氏十度), 并有百分之四十五的变异係数。在成长季 (相较于平均年) 中点的季节性GDD不足或过剩, 与葡萄产量相关, 而年度的GDD累积, 则发现具有高度的变异。研究发现, 季节初期的GDD累积, 是季末总数的相关指标, 而在所有的研究季节中, 百分之八十点五的季节初期不足 (或过剩) 能够预测该季最终是否仍然不足 (或过剩)。最后, 本研究创造了根据历史温度数据的统计模型, 以计算萌芽的日期。在未来, 密西根的暖化趋势将很有可能继续, 并会对该区域带来正向影响。但季节初期变异性和萌芽后的寒霜, 在不久的未来中, 仍将有可能是重要的考量。

Los datos climáticos diarios de Michigan y el desempeño estacional de la vid y datos fenológicos (el tiempo de brote o apertura de las yemas vegetativas) fueron analizados para establecer las relaciones entre temperatura (e.g., grados días para crecer, o GDD) y el rendimiento en jugo de uva y calidad de las vides Vitis labrusca. En regiones vitícolas como las de Michigan la temporada temprana de crecimiento de la vid es muy importante: Las vides que despiertan de su latencia invernal deben resistir cualquier helada potencialmente mortífera para los capullos después de que estos han brotado. Pero las temperaturas durante los meses de marzo, abril y mayo son altamente variables de año en año en Michigan. El promedio de acumulación de los GDD en el momento del brote de las yemas (la fecha promedio es el 27 de abril) de 1971 a 2011 fue de 158 (base de 10°C), con un coeficiente de variación del 45 por ciento. El déficit o el excedente estacional de los GDD en el punto medio de una temporada de crecimiento (al compararla con un año promedio) se correlacionó con el rendimiento del viñedo, y se descubrió que la acumulación de los GDD con base anual ocurría a una tasa altamente variable. Se encontró que la acumulación de los GDD de comienzo de la temporada eran un indicador relativo del total al final de la temporada, donde un déficit (o excedente) de temporada temprana estaba en capacidad de predecir si la temporada todavía estaría en déficit (o en excedente) al final del 80.5 por ciento de todas las temporadas estudiadas. Finalmente, se creó un modelo estadístico basado en datos históricos de temperatura para calcular la fecha del brote de las yemas. La tendencia climática al calentamiento en Michigan presumiblemente continuará, lo cual debería traer efectos positivos para la región. No obstante, la variabilidad en el comienzo de la temporada y las heladas posteriores al brote de yemas de seguro seguirán siendo una preocupación en el futuro cercano.

Key Words:

• budburst
• climate
• early season variability
• GDD
• viticulture

关键词：:

• 萌芽
• 气候
• 季节早期变异性
• 生长度日
• 葡萄栽植。

Palabras clave:

• Palabras clave: brote de yemas
• clima
• variabilidad en el comienzo de temporada
• GDD
• viticultura

Additional information

Notes on contributors

Steven R. Schultze

STEVEN R. SCHULTZE is an Assistant Professor in the Department of Earth Sciences, University of South Alabama, Mobile, AL 36688. E-mail: [email protected]. His research interests include the effects of climate change on regional agriculture, GIS applications in agriculture, and sports statistics.

Paolo Sabbatini

PAOLO SABBATINI is an Associate Professor in the Department of Horticulture, Michigan State University, East Lansing, MI 48824. E-mail: [email protected]. His research interests include identifying environmental, physiological, and cultural factors that limit vine growth and development, fruit maturity and quality, and a focus on Michigan's cool climate.

Lifeng Luo

LIFENG LUO is an Associate Professor in the Department of Geography, Michigan State University, East Lansing, MI 48824. E-mail: [email protected]. His research interests include land–atmosphere interaction, predictability and prediction of hydroclimatic extremes, and the impacts of global climate changes.