基于GIS技術的陜西白梨氣候區劃

摘要：為掌握陜西優質白梨最佳氣候種植區的地域分布，采用陜西省1976—2005年96個氣象觀測站資料和陜西省1:25萬DEM數據，建立熱量資源和降水資源空間分布模型。結果表明，限制陜北最北部白梨正常生長的主要氣象因子是年降水量和1月平均氣溫。影響陜南南部白梨生長的主要氣象因子是夏季空氣相對濕度和年降水量。最后通過專家綜合評判、賦分制作出陜西白梨氣候區劃圖，陜北南部、關中平原和商洛地區北部是陜西白梨最佳氣候適生區，此區氣候資源配置結構優異且成區連片，適宜規模種植，建議在此區優先發展白梨種植產業。另外，影響此區白梨生長的主要氣象災害是花期凍害，應重點防御。

關鍵詞：白梨：GIS技術；氣候區劃

中圖分類號：S661.2 文獻標識碼：A 文章編號：1009-9980(2010)05-698-05

白梨(Prrus bretschneideri Rehd.)是我國四大梨種類之一，主要分布在華北各省、西北地區及遼寧，淮河流域也有少量栽培。陜西是產梨大省，近年來梨的總產量連年增加，2008年總產量已達85萬t，主栽種類主要是白梨，且種植分布廣，陜南、陜北均有種植。由于陜西南北跨越3個氣候帶，且地形復雜，有些梨樹生長在非適宜氣候種植區，受氣候條件限制，產量和品質不穩定，有的果型差，果面不光潔，商品率低，有的常年受到氣象災害的影響。為了使梨的生產向適宜區集中，從而生產出更多優質商品果，形成產業規模優勢，需要有精細化的白梨氣候區劃作為白梨區域布局的科學依據。1982年中國農業科學院果樹研究所制作了全國的白梨氣候區劃，以縣為區劃單位，誤差較大，不夠精細，加之全球氣候變暖的因素。需要對其加以調整。為此我們使用最新的氣候資料，結合白梨的適生氣候條件，在分析陜西氣候資源的基礎上，對前人制定的白梨區劃指標H進行修訂，應用地理信息系統(GIs，Geographical Informa-tion Svstem)技術，通過對無測站地區氣候資料的推算，模擬出區劃指標中的各項氣候資源空間小網格數據(空間分辨率為100m×100m)，再對各項區劃因子分級、評分，最后計算出各網格點總評分，通過綜合評判做出精細化的陜西白梨專題氣候區劃，為陜西白梨生產合理布局，提供參考。

1 白梨生長的氣候條件

已有研究結果表明，白梨不喜溫，冬季能耐一23～25℃的低溫，適宜白梨生長的年平均氣溫為8.5～14.0℃，當1月平均氣溫為-9.0～0.0℃時既可使白梨安全越冬又能使白梨冬季得到充足的休眠。當生長季6—8月平均最低氣溫為13.1～21.0℃時，有利于白梨糖分的積累。白梨較砂梨的需水量小但較秋子梨需水量高，白梨主產區的年降水量多為500～900mm，降水不足時可加以灌溉補充。白梨喜光，年需日照1600～1700 h，良好的光照，有利于花，芽的形成、果實著色和果實品質的提高。

陜西各地多年平均極端最低氣溫在-5～25℃，最冷月1月平均氣溫為-11～3.5℃，除陜北最北三縣-(府谷、神木、榆林)1月平均氣溫小于-10℃，不滿足白梨冬季熱量需求的最低標準外，大部分梨樹能安全越冬。而漢中、安康的淺山及盆地區1月平均氣溫略顯偏高，果樹冬季休眠不充分，影響果實的品質和產量。年平均氣溫，陜西除秦嶺高寒山區<6.4℃，大部分地區年平均氣溫在6.5～8.4℃，基本滿足白梨生長的熱量需求。陜西梨樹花期一般出現在3月底至4月下旬，此時若遭遇<-1.5℃低溫就會出現花期凍害，會影響正常的授粉受精，造成落花落果，坐果率低，品質產量下降。如渭北西部的彬縣2001年，遭遇嚴重的花期凍害，幾乎絕收。陜西渭北西部受花期凍害較為頻繁，平均每年發生低溫凍害3.2～6.0d，主要危害時段為4月中旬前后。6—8月的氣溫日較差越大、夜溫越低，越有利于果實著色和糖分的積累。陜西渭北黃土高原6—8月氣溫日較差多達10～13℃，因此本區生長的梨含糖分較高。

白梨耐濕性差，當空氣相對濕度>75％易出現蟲害且果面不夠光潔，陜南大部分地區空氣相對濕度>75％，此區種植的白梨品質差、商品果率低。陜西年降水量除陜北北部<450mm外，大部分地區降雨量在450～1100mm，其中關中部分地區和陜北中部地區年降水量在500mm左右，此區有灌溉條件的白梨產量優于沒有灌溉條件地區；陜南安康、漢中大部分地區年降水量>900mm，降水偏多對白梨的產量和品質均有影響。

陜西省除陜南南部山區年日照時數≤1600h，大部分地區年日照時數為1600～2700h，光照條件充足，能夠滿足喜光白梨的需求。

2 白梨的區劃指標

根據白梨氣候適應性分析，結合對陜西白梨的實地調查，選擇對陜西白梨生長發育影響較大的氣候因子即年平均氣溫、1月平均氣溫、年降水量、6—8月平均最低氣溫和6—8月空氣相對濕度作為區劃因子，其中前3項因子主導了白梨產量的形成，后2項因子對白梨的品質影響較大。年平均氣溫、1月平均氣溫、年降水量、6—8月平均最低氣溫為中國農業科學院果樹研究所選取的全國白梨氣候區劃指標因子，可視其為白梨主要區劃因子，其各項指標因子的權重集為：α={0.25，0.15，0.45，0.151。在總結前人對白梨區劃指標研究的基礎上，結合陜西白梨實際生長情況，對區劃指標進行微調，并加入6—8月空氣相對濕度作為地方性輔助指標，對區劃結果進行修訂。根據各區劃因子對白梨生長影響的權重，對各項區劃指標進行評分。由于6—8月空氣相對濕度是影響陜西白梨果實膨大期果實品質形成的關鍵氣象因子，當其大于75％寸，果面光潔度差，且易出現病蟲害，區劃中要做降級處理，即當大于75％時扣10分，小于75％不加分也不減分。白梨年需日照1600～1700h，陜西光照條件好，除陜南南部山區外，大部分地區年日照時數在1600～2700h，能夠充分滿足白梨的生長需求，故日照時數沒有列入區劃指標。具體區劃指標及評分見表1。

3 區劃方法

3.1 資料

采用全省96個氣象觀測站，1976—2005年氣象觀測資料和各臺站經度、緯度、海拔高度數據。地理基礎數據包括陜西省1:25萬數字高程模型DEM數據和各區縣的行政邊界。

3.2 方法

以前的區劃成果是以縣為單位，這是因為以縣氣象站數據代表整個縣的氣候狀況，而采用C-IS技術后，可實現對無測站地區氣象資料的模擬、推算。獲取高分辨率的格點氣象數據，以此細網格氣象數據結合區劃指標，即可完成精細化的氣候區劃。利用現有觀測站氣象資料推算無測站地域的氣候資源已積累了一些方法，一般需根據研究區域氣候狀況和地形分布來選取適合本地的細網格氣象資料推算方法。由于陜西南北跨度大，且是一個多丘陵、山地的地區，無測站地域的氣候資源除呈一定的經向性、緯向性分布外，還受海拔高度、地形起伏、坡度、坡向等地形因子影響，使各地氣候差異很大，而這種差異又以垂直差異最為顯著。因此在對氣候資源進行空間模擬時，本文重點考慮經度、緯度、高度這三大宏觀地理因子，根據各種氣象因子特性，就熱量資源和降水資源分別采取不同的數據空間化方法，借助GIS技術將氣象要素推算至空間分辨率為100m×100m的細網格點上，再根據專家評判、賦分，做出精細化的區劃圖，精度可達村一級。本研究所采用的GIS軟件平臺為arcgis 9.2。

3.2.1 熱量資源細網格資料的推算由于山地熱量資源垂直差異顯著，氣溫隨高度有較好的線性關系?？衫脷鉁豑與海拔高度h的線性關系式：T=a+vh分別計算年平均氣溫、1月平均氣溫、6—8月平均最低氣溫3項要素的垂直遞減率v，利用垂直遞減率，將3要素推算至海平面上，采用arcgis普通克里格空間插值方法，分別對海平面的各要素進行空間插值，生成(分辨率100 mxl00 m)柵格數據X，應用1:25萬的DEM數據(分辨率100mx100 m)，利用公式(1)模擬出各網格點熱量資源空間數據X。計算公式為：

其中X，X海平面的單位為℃，h的單位為m。

在對上述熱量資源空間化時，考慮陜西省熱量資源氣候特征，分秦嶺以南和秦嶺以北兩個區域，分區域進行空間模擬。各項氣候資源各個分區分別預留1個觀測點數據，作為檢驗擬結果的樣本，經檢驗，模擬的年平均氣溫、1月平均氣溫、6—8月平均最低氣溫的絕對誤差分別為0.5℃、0.17℃、0.6℃。

3.2.2 年降水細網格資料推算年降水空間分布模式可寫成

Y為降水實測值，λ為經度，φ為緯度，h為海拔高度，F(λ，φ，h)可視為宏觀地理因子決定的趨勢項，8為殘差項，包括小地形因子(坡度、坡向、地形遮蔽)的影響和隨機誤差。將F(λ，φ，h)展成三維二次趨勢面方程。

式中b0～9為待定系數，利用逐步回歸優化回歸模型，模擬降水宏觀趨勢項。根據陜西省年降水量的分布特點，將陜西分為陜北、關中西部、關中東部、秦嶺南坡、米蒼山·大巴山5個區，分區域建立降水與經、緯、高計算模型，各模型的復相關系數在0，82以上，均達到0.01的顯著水平。

在arcgis中提取與DEM數據等分辨率的經度、緯度柵格數據，將各柵格點的經度、緯度、海拔高度代入推算模型，計算出各柵格點的降水趨勢項。對模型中各站點的殘差項，運用克里格法進行空間插值，得到柵格點的殘差值，將柵格點的趨勢項加上殘差項就得到各網格點的降水值。為了檢驗推算得到的降水網格場的誤差精度，各區域抽取一代表點，做為模型檢驗的樣本。

3.2.3 6—8月相對濕度空間化將全省96個氣象觀測站，1976—2005年6—8月的相對濕度平均數據，按地域秦嶺以北和秦嶺以南分為兩組，分區域建立夏季相對濕度與經度、緯度、海拔高度的計算模型，各模型通過0.01的顯著性水平檢驗。

3.2.4 區劃圖的制作 應用arcgis對上述得到的各區劃因子細網格資料進行分級評分，得到各因子的細網格評分數據圖層，將各評分圖層疊加，得到區劃綜合評分數據圖層，再通過分級，將白梨的氣候適應區分為優質區(綜合評分>190)、適宜區(綜合評分80-90)、次適宜區(綜合評分60～80)和不適宜區(綜合評分<60)，完成區劃圖的制作。

4 區劃結果與分析

4.1 白梨最適宜種植區

本區主要分布在陜北南部、渭北旱塬、關中平原和商洛地區北部(除黃龍、麟游部分地區、隴縣西部外)，此區分布連片，海拔高度350-1100m，年平均氣溫8.0-14℃，年降水量500-750mm，年日照時數1800-2500h，1月平均氣溫-6.5-1.2℃，7月平均氣溫21.0-26.7℃，年無霜期154～226d，6—8月相對濕度67％-74％，本區光、熱、水氣候條件均處于適宜白梨生長的最優范圍，形成最優的氣候資源配置，加上土壤條件適宜，灌溉條件好，是陜西省白梨種植的最佳區域。該區生產的白梨果型端正，果色好，含糖量高，品質優異。本區梨樹應重點防范的氣象災害是春季花期凍害。

4.2 白梨適宜種植區

主要分布在陜北的綏德南部、清澗、子洲南部、子長南部、延川。關中地區的麟游南部也屬于此區。年日照時數2450～2650h，1月平均氣溫-8.0～-4.6℃，7月平均氣溫21.5～25.1℃，年無霜期142～185d，6—8月相對濕度58％～67％，本區大部分地區降水偏少，加上一些地方灌溉條件差，對果樹生長有一定的影響。

4.3 白梨次適宜種植區

4.3.1 陜北次適宜氣候區 主要分布在黃龍、綏德北部、佳縣東部、米脂部分地區、志丹南部和榆林、橫山、靖邊的交界處，此區海拔800～1400m，年平均氣溫7.0-11.0℃，年降水量340-470mm，年日照時數2410～2800h，1月平均氣溫為-8.2～6.3℃，7月平均氣溫為20.0-24.5℃，無霜期165～195d，本區光照條件充足，熱量資源尚可，但降水量少，不適宜白梨產業的發展。

4.3.2 陜南次適宜區 主要分布在陜南海拔1200m以下的中、淺山區。年平均氣溫9.0～14.0℃，年降水量720-1000mm，年日照時數1300-1800h，1月-平均氣溫-2.0-2.2℃，7月平均氣溫20.3-25.2℃，無霜期為160-230d，此區冬季氣溫偏高，夏季相對濕度大，不利于白梨的正常生長，應逐步減少此區白梨的種植面積。

4.4 陜北、陜南均存在不適宜區

陜北北部的府谷、神木、榆林，佳縣西部、橫山南部、靖邊、定邊、吳旗、志丹北部、安塞北部、子長北部及秦嶺大于2 000 m的高寒山區、米蒼山·大巴山大于950 m的山地、安康及漢中小于500 m的盆地均為白梨不適宜種植區。對陜北不適區而言，光照條件充足，但降水不足，氣溫偏低，不能滿足白梨的正常生長需要；而秦嶺高寒山區，氣溫低，熱量條件嚴重不足。加之山勢陡峭，白梨無法生長；安康、漢中盆地因氣溫高，空氣相對濕度大不適宜白梨生長；而米蒼山，大巴山區光照條件差、降水偏多，空氣相對濕度大不適宜白梨生長。

5 結論

利用C-IS做氣候區劃，通過對氣候、地形數據的分析，能準確、細致地反映區劃結果，尤其是能對復雜山地的氣候資源和作物適生狀況加以精細的反映，這為充分利用山區氣候資源提供了一個新的方法。

陜北南部、關中平原及商洛北部符合白梨生長的年平均氣溫、1月平均氣溫、6—8月最低平均氣溫、年降水、6—8月相對濕度5項氣象指標要求，是陜西優質白梨的氣候適宜種植區，區內氣候資源配置結構優異且成區連片，適宜規模種植，建議在此區大力發展白梨產業，使陜西以彬縣、蒲城為代表生產的優質白梨形成陜西果業又一特色產品。