基于gis的枸杞生長性狀分析

1提高區(qū)劃結(jié)果的準(zhǔn)確度信息系統(tǒng)（gis）為制定農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃提供了有效的技術(shù)方法。GIS是一種多技術(shù)交叉的空間信息科學(xué),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(xué)的理論,科學(xué)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(yīng)用使區(qū)劃結(jié)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(zhǔn)確度。寧夏枸杞子為聞名全國的寧夏“五寶”之一,以品質(zhì)優(yōu)異暢銷國內(nèi)外。近年來,隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展及枸杞產(chǎn)品深加工工業(yè)的興起,寧夏枸杞面積不斷擴大,主產(chǎn)區(qū)已由原來的中寧、銀川郊區(qū)擴大到固原清水河流域。而且河北巨鹿縣,內(nèi)蒙古河套地區(qū)、甘肅、陜西、山西、新疆等省區(qū)也開始引種寧夏枸杞。枸杞與其它經(jīng)濟作物一樣,其產(chǎn)量和品質(zhì)受氣候條件的影響很大,因此,本文以枸杞產(chǎn)量與氣象要素關(guān)系研究為基礎(chǔ),在專業(yè)地理系統(tǒng)軟件ArcGis支持下,利用寧夏1∶25萬地理數(shù)據(jù),對寧夏全境的氣候要素進行了小網(wǎng)格展開,并對寧夏枸杞產(chǎn)量進行了氣候區(qū)劃,以期為寧夏枸杞種植的合理布局,產(chǎn)業(yè)基地的科學(xué)建立,最大程度地開發(fā)利用氣候資源、減輕氣象災(zāi)害造成的損失提供參考依據(jù)。2降水量、蒸發(fā)量寧夏地處我國西北內(nèi)陸,居黃河中上游,位于東經(jīng)104°17′～107°39′,北緯35°14′～39°23′。全境地形地貌差異明顯,由于從南向北自然環(huán)境具有明顯的過渡性、復(fù)雜性和不均衡性,南北氣候差異十分顯著,呈南寒北暖、南濕北干等特點。降水量由南向北迅速遞減,多年平均年降水量為700mm～200mm。全區(qū)各地實測蒸發(fā)量多在1500mm以上,干燥度由南向北遞增。年平均氣溫在5℃～9℃之間,呈北高南低分布。日平均氣溫穩(wěn)定通過≥10℃的天數(shù),北部170天,積溫3200℃～3300℃·天,南部130天～140天,積溫1900℃～2400℃·天。3枸杞氣象產(chǎn)量與降水的關(guān)系通過對枸杞相對氣象產(chǎn)量與氣象因子關(guān)系的研究發(fā)現(xiàn),枸杞全生育期最優(yōu)≥10℃積溫為3450℃·天,≥10℃積溫在3200℃～3700℃·天范圍內(nèi),枸杞一般能獲得正常產(chǎn)量,熱量不是枸杞限制因子;≥10℃積溫在3200℃·天以下時,熱量不足引起枸杞減產(chǎn);枸杞全生育期最適日照時數(shù)為1640h,在1500h～1800h內(nèi),日照不是限制枸杞產(chǎn)量的因素,低于1500h時,全生育期日數(shù)短,積溫少,使枸杞減產(chǎn);高于1800h時,與高溫相伴,加速了夏果發(fā)育,延長了夏眠期,產(chǎn)量也會有所下降。枸杞對水肥條件要求較高,一般均在有灌溉條件的地區(qū)種植,且降水常與日照有著密切的關(guān)系,因此,我們在建立氣象要素與枸杞氣象產(chǎn)量的關(guān)系模式時,沒有考慮降水量因素,模式如表1所示。表1中Yw1、Yw2和Yw3分別為平均氣溫≥10℃持續(xù)日數(shù)、平均氣溫≥10℃活動積溫和平均氣溫≥10℃期間累積日照時數(shù)影響下的枸杞氣象產(chǎn)量,DT≥10℃、∑T≥10℃和∑S≥10℃分別為平均氣溫≥10℃持續(xù)日數(shù)、平均氣溫≥10℃活動積溫和平均氣溫≥10℃期間累積日照時數(shù),R、F、Fsign分別為復(fù)相關(guān)系數(shù)、F值和F檢驗值。綜合各因子對枸杞氣象產(chǎn)量的影響,對表1中各氣象因子對枸杞氣象產(chǎn)量的影響按相關(guān)系數(shù)進行權(quán)重綜合,得到氣象因子對枸杞產(chǎn)量的綜合影響模式:Yw=0.37765Yw1+0.33904Yw2+0.28331Yw3(2)Yw=0.37765Yw1+0.33904Yw2+0.28331Yw3(2)式(2)中Yw1、Yw2、Yw3意義同表1,Yw為氣象因子綜合影響下的枸杞氣象產(chǎn)量。4配置方法4.1智慧旅游數(shù)據(jù)圖層寧夏1∶25萬地理數(shù)據(jù)是按標(biāo)準(zhǔn)分幅圖數(shù)值化,并且數(shù)據(jù)的存放格式也是按分幅圖一塊一塊存放的。寧夏境內(nèi)總共有十多幅圖(塊),每一幅(塊)數(shù)據(jù)有14個數(shù)據(jù)圖層,如行政邊界、等高線、居民點、水系、公路、鐵路等。首先在ArcGis地理信息系統(tǒng)軟件中將各個圖幅的圖層數(shù)據(jù)進行合并,然后從中提取各氣象站點地理位置、各縣市行政邊界、數(shù)字高程模型(DEM)等基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)資料。4.2無線網(wǎng)絡(luò)氣象寧夏全區(qū)南北跨越4個緯距,東西相隔約3個經(jīng)度,地形地貌復(fù)雜,氣象要素分布多樣,區(qū)域總面積6.64×104km2,僅分布有23個氣象臺站。很顯然,運用這些氣象臺(站)的觀測資料很難全面真實地反映全區(qū)氣候資源的立體多樣性特征。為了客觀地描述全區(qū)氣象要素的實際分布情況,必須建立氣象要素與地理因子的關(guān)系模型,以此來推算無測站地區(qū)的氣候資源狀況。我們根據(jù)氣候要素影響因素,采用小網(wǎng)格點對逐日氣候要素(氣溫、日照時數(shù)等)進行了面上展開。并在此基礎(chǔ)上,計算出各網(wǎng)格點上≥10℃持續(xù)日數(shù)、積溫及≥10℃期間日照時數(shù)。4.2.1各網(wǎng)絡(luò)點的坡度和坡度的確定任意地點的氣溫與當(dāng)?shù)氐拇髿夂虮尘?、海拔高度、地理位置以及地形、地勢等環(huán)境要素密切相關(guān)。不同季節(jié)、不同地理位置的大氣候背景不同,太陽高度角不同,是導(dǎo)致氣溫差異的主要原因;同時,不同的地形、地勢所形成的坡度、坡向的差異,也造成了局地所接收到的太陽輻射能量的差異,進而對局地小氣候產(chǎn)生較大的影響。因此,在綜合考慮以上各種影響因素的基礎(chǔ)上,采用以下方法推算各網(wǎng)格點上氣溫。當(dāng)φi-δk-αij≥0時:Tij=T0+?T?h(hij?h0)+?T?φ(φi?φ0)+?T?α(αij?α0)Τij=Τ0+?Τ?h(hij-h0)+?Τ?φ(φi-φ0)+?Τ?α(αij-α0)當(dāng)φi-δk-αij<0時:Tij=T0+?T?h(hij?h0)+?T?φ(φi?φ0)+?T?ε(2φi?2δk?αij?α0)(3)Τij=Τ0+?Τ?h(hij-h0)+?Τ?φ(φi-φ0)+?Τ?ε(2φi-2δk-αij-α0)(3)式中:Tij為網(wǎng)格點上的氣溫值;T0為基準(zhǔn)站點的氣溫值;?T?h?Τ?h為氣溫垂直遞減率(℃/100m),利用氣象觀測站的探空資料求算出;?T?φ?Τ?φ為氣溫緯度遞減率(℃/10′),我們選取坡度、坡向和下墊面狀況大致相同的氣象站點的觀測資料,經(jīng)海拔高度訂正后求出;?T?ε?Τ?ε為南北坡溫差系數(shù)(℃/10°),選取坡度和坡向差異較大的氣象站點的觀測資料,經(jīng)海拔高度和緯度訂正后求出;δk為1年中第K天的太陽赤緯;αij、α0分別為網(wǎng)格點和基準(zhǔn)站的坡度;φi、φ0分別為網(wǎng)格點和基準(zhǔn)站的緯度;hij、h0分別為網(wǎng)格點和基準(zhǔn)站的海拔高度。考慮到不同季節(jié)之間的差異,我們利用氣象站點的觀測資料分36個旬,分別求算出了垂直遞減率、緯度遞減率和坡度差系數(shù),列于表2。各網(wǎng)絡(luò)點的坡度,根據(jù)寧夏1∶25萬DEM資料在ArcGIS系統(tǒng)中計算得出。根據(jù)式3及表2中各系數(shù),采用距離最近的氣象觀測站為基準(zhǔn)點,將平均氣溫進行空間網(wǎng)格推算。4.2.2建立廣義特點模型中日照時數(shù)主要受宏觀地理因素、海拔高度及大型坡地方位的影響。我們采用全區(qū)23個氣象觀測站40年逐旬日照時數(shù)與緯度(φ)、海拔高度(h)、坡向角(ω)分旬建立多項式模擬方程S=a0+a1φ+a2h+a3ω(4)S=a0+a1φ+a2h+a3ω(4)式中:a0、a1、a2、a3分別為常數(shù)項、緯度影響系數(shù)、高度影響系數(shù)和坡向影響系數(shù)。根據(jù)以上公式,采用距離最近的氣象觀測站為基準(zhǔn)點,推算各網(wǎng)格點上的日照時數(shù)。4.2.3滑動平均法計算在推算出各網(wǎng)格點逐日平均氣溫后,采用5日滑動平均法,求出各網(wǎng)格點上≥10℃起止日期,在此基礎(chǔ)上,計算出每個網(wǎng)格點上≥10℃持續(xù)日數(shù)、積溫及≥10℃期間的日照時數(shù)。4.3區(qū)劃因子的確定根據(jù)前面分析建立的氣象因子的地理推算模型,用VisualBasic語言編程,計算1000m×1000m網(wǎng)格點上的各區(qū)劃因子的數(shù)值。再將計算結(jié)果引入ArcGis中,形成氣候要素柵格圖層,并輸出全區(qū)區(qū)劃因子的分布圖。在GIS支持下得到的區(qū)劃因子分布圖,突破了以往氣候因子分布圖僅能描述水平變化的局限,能夠直觀地反映出區(qū)劃因子隨地理位置和海拔高度的變化特征。4.4單因子枸杞產(chǎn)量分布圖在ArcGis中,以計算得到的1000m×1000m分辨率的區(qū)劃因子的柵格數(shù)據(jù),按照表1中的模型,計算得到單因子枸杞氣象產(chǎn)量分布圖,并利用ArcGis的制圖功能制作并輸出分布圖,在圖上疊加經(jīng)緯線,制作圖例等。4.5量分布圖分析利用枸杞氣象產(chǎn)量的綜合因子影響模型,在ArcGis中計算得到多因子綜合氣象產(chǎn)量分布圖。按照枸杞相對氣象產(chǎn)量劃分枸杞氣象分區(qū)為適宜區(qū)(Yw≥1.0)、次適宜區(qū)(1.0>Yw>-1.0)和不適宜區(qū)(Yw≤-1.0),利用ArcGis的分級功能和圖像處理功能制作并輸出分區(qū)圖,在圖上疊加經(jīng)緯線,制作圖例等(圖1)。5地區(qū)適宜區(qū)由于枸杞對水、肥條件要求較高,在地處干旱半干旱地區(qū)的寧夏,沒有灌溉條件的地區(qū)就無法種植?？紤]到除引黃及揚黃灌區(qū)外,其它地區(qū)可利用水庫等灌溉條件,結(jié)合氣候條件,因地制宜發(fā)展枸杞生產(chǎn),提高經(jīng)濟收。因此,在制作枸杞氣候區(qū)劃時,我們不考慮水分條件的限制,僅從光、熱氣候因素來綜合分析。區(qū)劃結(jié)果如下:(1)適宜區(qū):在灌溉條件滿足水分需要的條件下,寧夏枸杞產(chǎn)量最優(yōu)區(qū)(適宜區(qū))包括寧夏銀北地區(qū)賀蘭山前陽坡地帶及銀川灌區(qū)、衛(wèi)寧灌區(qū)東部及鹽池北部、同心西部。這一地區(qū)熱量條件一般為≥10℃積溫為3400℃·天左右,≥10℃期間數(shù)在1600h左右,夏秋果產(chǎn)量均較高,氣象條件有利于枸杞產(chǎn)量的形成,因此,該區(qū)在有灌溉條件的地方,擴大枸杞種植面積,提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟效益。(2)次適宜區(qū):在灌溉條件滿足水分需要的條件下,寧夏枸杞產(chǎn)量的一般區(qū)域(次適宜區(qū))包括鹽池南部、同心東部及