基于gis的農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃研究

農(nóng)業(yè)氣候區(qū)是根據(jù)農(nóng)業(yè)對氣候的特定要求，對闡明氣候與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)關系的區(qū)域空間進行分類的。農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃的編制通常是根據(jù)一定的對主要農(nóng)業(yè)生物的地理分布、生長發(fā)育和產(chǎn)量形成有決定意義的農(nóng)業(yè)氣候指標,遵循氣候分布的地帶性和非地帶性規(guī)律以及農(nóng)業(yè)氣候相似性和差異性原則,采用一定的劃區(qū)方法,將某個區(qū)域劃分為不同等級的區(qū)域單元,為決策者制定農(nóng)業(yè)區(qū)劃和農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃,充分利用氣候資源和防御氣候災害提供科學依據(jù)。當前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨市場經(jīng)濟的結構調(diào)整過程,賦予農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃以新的任務,原有的地區(qū)級和縣級農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃將要求進一步細化,靜態(tài)的區(qū)劃成果也難以滿足農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要。地理信息系統(tǒng)(geographicalinformationsystem,簡稱GIS)為農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃的進一步深入提供了有效的技術方法。GIS是一種多技術交叉的空間信息科學,它是在計算機軟、硬件的支持下,運用系統(tǒng)工程和信息科學的理論,科學管理和綜合分析具有空間內(nèi)涵的地理數(shù)據(jù),以提供對規(guī)劃、管理、決策和研究所需信息的空間信息系統(tǒng)。GIS的應用使區(qū)劃結果由基于行政基本單元發(fā)展為基于相對均質(zhì)的地理網(wǎng)格單元,大大提高區(qū)劃成果的精度和準確度。1基于gis的區(qū)域檢測技術方法1.1農(nóng)業(yè)生產(chǎn)調(diào)查這是農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃的基礎,通過考察調(diào)研,專家座談,了解當?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)的歷史、現(xiàn)狀和農(nóng)業(yè)結構調(diào)整規(guī)劃。針對當?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)中迫切需要解決的問題,確定區(qū)劃對象,制定區(qū)劃方案。1.2區(qū)劃指標的確定用氣候資料與農(nóng)作物產(chǎn)量、面積、災情等數(shù)據(jù)運用統(tǒng)計學、生物學等方法,結合田間試驗確定農(nóng)作物生長發(fā)育的最適宜、基本適宜、不適宜的氣候條件作為農(nóng)業(yè)區(qū)劃指標。在山區(qū)還可利用海拔高度、坡度等地理因子作為區(qū)劃指標。也可根據(jù)長期實踐和已有的經(jīng)驗作為區(qū)劃指標。1.3數(shù)據(jù)庫建設1.3.1要素要素包括氣象數(shù)據(jù)庫和農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)庫。氣象數(shù)據(jù)庫為歷史氣象要素,含常規(guī)氣象觀測資料及氣象哨和短期氣候考察資料。農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)庫含農(nóng)作物面積和產(chǎn)量、受災面積、損失程度、土壤類型、土地利用現(xiàn)狀、水利設施分布等資料。1.3.2柵格數(shù)據(jù)的生成建立區(qū)劃目標區(qū)內(nèi)的地理信息數(shù)據(jù)庫,包括矢量數(shù)據(jù)庫和柵格數(shù)據(jù)庫。矢量數(shù)據(jù)主要有行政邊界、水系、道路、居民點分布等,柵格數(shù)據(jù)主要是DEM(高程)數(shù)據(jù),生成的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)也是柵格數(shù)據(jù)。本文中地理信息數(shù)據(jù)庫應用的是中國氣象局提供的1∶25萬地理背景數(shù)據(jù)(其中市、縣級區(qū)劃的小網(wǎng)格精度為0.00083經(jīng)緯度,約90m/格點)。1.4建立分區(qū)氣候要素的關系模型依據(jù)常規(guī)氣象站的資料將氣象哨或野外考察的短期氣候考察資料進行訂正,插補延長。其訂正方法因溫度和降水隨時空變化的特征不同,分別采用相關回歸和隨山體高度變化規(guī)律內(nèi)插而得。氣溫的相關回歸方程均通過0.01信度的顯著性檢驗。在此基礎上,按照一定的原則將目標區(qū)劃分為若干分區(qū)(若目標區(qū)范圍小,氣候、地理特征差異不大,也可不劃分區(qū)),進行空間統(tǒng)計分析,建立分區(qū)氣候要素與經(jīng)緯度、(高程)、坡度、坡向等地理信息數(shù)據(jù)的關系模型。依據(jù)氣象—地理信息關系模型,將氣象站資料內(nèi)插到地理網(wǎng)格點上,一般采用距離加權平均法進行內(nèi)插,計算公式為:Ti,j=(∑k=1nTkd?2k)/(∑k=1nd?2k)Τi,j=(∑k=1nΤkdk-2)/(∑k=1ndk-2),式中Tk為網(wǎng)格點鄰近第k個氣象臺站的氣候要素值,d-2是網(wǎng)格點到鄰近第k個氣象臺站距離的平方倒數(shù)值,即距離權重,n為網(wǎng)格點鄰近氣象站的個數(shù),一般取3~5個。從公式可知,網(wǎng)格點與某個氣象臺站的相互位置越接近,其數(shù)據(jù)的相似性越強,是符合天氣氣候規(guī)律的。這種距離內(nèi)插也就考慮了經(jīng)緯度對氣候要素的影響。最終形成具有經(jīng)度、緯度(含高度因子)和年代(時間維)的四維空間氣候要素數(shù)據(jù)集。1.5條件疊置分析空間疊置分析主要用于兩層或兩層以上的數(shù)據(jù),生成新的數(shù)據(jù)層。從數(shù)據(jù)結構角度看有柵格疊置和矢量疊置,從疊置條件看有條件疊置和無條件疊置。農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃中應用的是條件柵格疊置分析。條件疊置以特定的邏輯、算術表達式為條件,對兩組或兩組以上圖件中相關要素進行疊置,生成新的、符合條件的圖件。農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃中的條件就是農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃指標,包括農(nóng)業(yè)氣候指標和地理信息指標。在疊置過程中,可以應用傳統(tǒng)的氣候相似分析、綜合評判分析、主導因子分析等多種方法確定疊置的優(yōu)先級,多重疊置,達到滿意的區(qū)劃結果,最終形成農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃成果圖件。2板栗種植適宜性原則霍山縣位于安徽省西部、大別山北坡,氣候條件有利于農(nóng)作物和多種經(jīng)濟林木的栽培。板栗種植普遍。但是近年來受市場經(jīng)濟的沖擊,有些地區(qū)單純追求經(jīng)濟效益,發(fā)展過程中并沒有依據(jù)適宜性原則,在一些高海拔、高坡度的地方種植板栗,一方面產(chǎn)量較低,另一方面不利于水土保持,導致生態(tài)環(huán)境惡化。因此對該縣進行板栗適宜種植區(qū)劃很有必要。2.1生態(tài)要素指標由于霍山縣板栗很多種植在山坡上,因此區(qū)劃指標要兼顧氣候條件和地理因素。確定的區(qū)劃指標有10℃初日~20℃終日天數(shù)、10~20℃活動積溫、4~9月降水、高程、坡度。2.2農(nóng)業(yè)氣候條件和地理條件區(qū)劃圖的生成板栗區(qū)劃采用主導因子和輔助因子相結合的方法,分層疊置。將農(nóng)業(yè)氣候條件作為主導指標,地理條件作為輔助指標。首先分別進行農(nóng)業(yè)氣候條件和地理條件的疊置分析生成氣候條件區(qū)劃圖和地理條件區(qū)劃圖。在此基礎上綜合氣候條件和地理條件生成板栗種植區(qū)劃圖。2.2.1氣候因子區(qū)劃分依據(jù)10℃初日~20℃終日天數(shù)圖、10~20℃活動積溫圖、4~9月降水圖,用這三個要素區(qū)劃指標進行邏輯交集運算,例如適宜區(qū)的關系表達式為:E=(天數(shù)≥180)∩(積溫≥4100)∩(降水<1000)較適宜區(qū)和不適宜區(qū)的形成與之類似,最終形成最適宜、適宜、不適宜三種種植類型的區(qū)域,生成氣候因子區(qū)劃圖。2.2.2地理因子區(qū)劃圖和氣候因子區(qū)劃圖類似,依據(jù)高程圖、坡度圖,利用兩個地理因子劃區(qū)指標進行邏輯交集運算,依據(jù)地理因子形成最適宜、適宜、不適宜種植的區(qū)域,形成地理因子區(qū)劃圖。2.2.3適宜區(qū)和自適應區(qū)的劃分表2為霍山縣板栗種植區(qū)劃的判別規(guī)則,以氣候因子為基準,將霍山縣的板栗種植劃分為最適宜、適宜、不適宜三區(qū),在此基礎上結合地理因子的三個區(qū),共有9種組合,綜合考慮氣候因子和地理因子,確定適宜種植區(qū)域。比如坡度>30°,無論氣候條件如何適宜也不宜種植板栗。因此,凡地理因子為3的組合,都屬不適宜區(qū)。在9種組合中,將1、2類合并為最適宜區(qū)。4、5類合并為適宜區(qū),7、8類合并為次適宜區(qū)。這樣,就將氣候條件好,但地理條件不適宜種板栗的區(qū)域從適宜區(qū)劃分出來,同時又將氣候條件不好,但地理條件較好的地區(qū)從不適宜區(qū)中區(qū)別開來。區(qū)劃結果更加客觀、細致。以氣候因子區(qū)劃圖為主導,疊加地理因子區(qū)劃圖,依據(jù)表2進行邏輯交集運算,生成板栗種植區(qū)劃圖。2.3區(qū)劃的結果區(qū)劃結果如圖1。2.3.1立地條件分析位于霍山縣北部,沿大塘埂、落兒嶺鎮(zhèn)、牛角沖、樊沖、石河一線以北以及佛子嶺、磨子潭水庫一線,約711km2,占全縣面積的34.7%。分布在海拔300m以下的丘陵地區(qū),此區(qū)坡度平緩,一般在10°以下。年平均氣溫15℃左右,≥10℃積溫在5000~5200℃之間,年降水量1200~1400mm,年日照時數(shù)1900~2000h。10~20℃初終日天數(shù)≥180d、10~20℃活動積溫≥4100℃、4~9月降水<1000mm,光、熱、水條件非常適合板栗生長,從地理條件上看,海拔較低,坡度平緩,板栗的立地條件很好。為板栗種植的最適宜區(qū)。2.3.2蘇集積坡度2.2位于霍山縣中部,除去西部海拔>500m的中山區(qū)以及佛子嶺、磨子潭水庫沿線的區(qū)域以外的地區(qū),約642km2,占全縣面積的31.4%,坡度一般在10~30°之間。年平均氣溫13~14℃,≥10℃積溫在4000~5000℃之間,年降水量1200~1800mm,年日照時數(shù)>1800h。10~20℃初終日天數(shù)160~180d、10~20℃活動積溫3700~4100℃、4~9月降水1000~1200mm,光、熱、水條件適合板栗生長,從地理條件上看,海拔不高,有一定坡度,但仍適于板栗種植,為板栗種植的適宜區(qū)。2.3.3降水量10位于霍山縣東南部及中西部海拔500~1000m的地區(qū),約559km2,占全縣面積的27.3%。年平均氣溫11~13℃,≥10℃積溫在3500~4500℃之間,年降水量1400~2000mm,年日照時數(shù)1600~1900h。10~20℃初終日天數(shù)<160d、10~20℃活動積溫<3700℃、4~9月降水>1200mm,從氣候條件上看,光、熱、水條件不太適宜板栗生長,但地理條件與適宜區(qū)相同,板栗的立地條件尚可,為板栗種植的次適宜區(qū)。2.3.4氣候條件、地理因素包括霍山縣東南部和中西部海拔高度≥1000m的地區(qū)和適宜區(qū)、次適宜區(qū)內(nèi)坡度≥30°的零星地塊,約135km2,占全縣面積的6.6%。該區(qū)絕大部分地區(qū)氣候條件和地理條件均不適宜板栗種植,零星地區(qū)為地理不適宜。因此,該區(qū)為板栗種植的不適宜區(qū)。上述區(qū)劃結果顯示,霍山縣這樣一個具有多樣生態(tài)環(huán)境的山區(qū)縣適宜板栗種植。其中農(nóng)業(yè)氣候最適宜區(qū)和適宜區(qū)的面積有1353km2,占全縣面積的66%。但是在發(fā)展板栗生產(chǎn)時一定要兼顧氣候條件、地理狀況和其它要素,統(tǒng)籌規(guī)劃、因地制宜。一方面可充分利用經(jīng)濟林木適宜區(qū)面積較大的優(yōu)勢條件發(fā)展地方經(jīng)濟,另一方面要順應自然規(guī)律,宜農(nóng)則農(nóng)、宜林則林、宜養(yǎng)則養(yǎng),發(fā)展和保護并舉,促進本地農(nóng)業(yè)