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基于GIS的沙澧河流域2013年氣候特征及其對農業的影響分析

2014-10-21 07:01:28江清霞
安徽農業科學 2014年33期

摘要 選取2013年沙澧河流域16個氣象觀測站的20:00~次日20:00氣溫、降水實時觀測資料和1981~2010年氣溫、降水常年歷史資料,建立氣象要素資料庫,然后以ArcGIS9.3為研究平臺,運用其空間分析模塊中的普通克里格法對研究區內的氣象因子,即年、季平均氣溫和年、季降水量的氣象信息進行空間插值,分析出該流域氣溫和降水的空間分布特征,并在此基礎上揭示此氣候特征對農業產生的影響。

關鍵詞 地理信息系統(GIS);氣候特征;農業;影響;沙澧河流域

中圖分類號 S127 文獻標識碼

A 文章編號 0517-6611(2014)33-11908-03

2013年度整個沙澧河流域氣候異常,不利因素較多,其中春、夏、秋三季氣溫偏高、降水偏少,導致三季連旱,對農業生產產生不利影響。地理信息系統(GIS)以其強大的空間分析功能在氣候特征空間分析方面有著廣泛的應用[1-3]。21世紀以來,有許多學者利用GIS對區域氣候空間要素進行空間插值研究[4-9],這些研究結果彌補了氣象數據離散對科學研究帶來的影響,有助于人們了解實際區域氣象因子分布的空間變化規律[4-7]。筆者基于GIS技術,研究了2013年沙澧河流域氣候空間分布特征及其對農業生產的影響,為農業生產趨利避害、提高農業生產力提供必要的科學依據。

1 資料與方法

1.1 研究區概況

沙澧河流域位于河南省中部,屬于淮河流域的潁河水系,地勢基本上是西高東低,從西部山區、中部丘陵到東部平原,地貌十分復雜,類型多種多樣。流域流經汝陽、汝洲、郟縣、寶豐、魯山、平頂山、襄城、方城、葉縣、舞鋼、舞陽、漯河、臨穎、西華、周口和商水等6個地區16個縣市(圖1)。流域內的水系包括沙河、澧河、北汝河、甘江河等,其中沙河是沙澧河流域的一條主要河流,發源于魯山縣石人山,自西向東流經寶豐、葉縣、舞陽、郾城、漯河、西華、商水、周口、淮陽、項城、沈丘,進入安徽省,在正陽關進入淮河,流域面積39 880 km2(其中河南省流域面積34 440 km2),省界以上河長418 km。澧河是沙河的一支較大支流,發源于方城縣四里店,在漯河市匯入沙河,河長163 km,流域面積2 787 km2。流域內的水庫主要有昭平臺水庫、白龜山水庫、孤石灘水庫、燕山水庫等[8-9]。

圖1 沙澧河流域基本地理信息及在河南省的位置

基金項目 沙澧河流域科研基金項目(201401)。

作者簡介 江清霞(1979- ),女,河南內鄉人,工程師,碩士,從事應用氣象研究。

收稿日期 2014-08-14

1.2 研究資料與分析方法

1.2.1 基于GIS技術流域基礎數據庫的建立。

利用地理信息系統軟件ArcGIS9.3完成沙澧河流域背景地理信息數據庫的建設,包括1∶5萬沙澧河流域行政區劃、主要河流、大型水庫、主要公路、鐵路等主要交通設施,以及土地覆蓋類型等地理信息的空間數據和屬性數據。其中,空間數據以*.shp格式存儲,屬性數據以*.dbf格式存儲。

1.2.2 氣象資料的選取和處理。

選取2013年沙澧河流域16個氣象觀測站(漯河市、舞陽縣、臨潁縣、汝陽縣、方城縣、平頂山市、汝州市、魯山縣、寶豐縣、郟縣、葉縣、舞鋼市、襄城縣、西華縣、商水縣、周口市)的20:00~次日20:00氣溫、降水實時觀測資料,建立氣象要素資料庫,然后用ArcGIS9.3空間分析模塊對各氣象要素進行插值處理。

2 2013年沙澧河流域氣候特征分析

2.1 氣溫

2.1.1 流域年平均氣溫偏高。

2013年沙澧河流域年平均氣溫15.5 ℃,較常年偏高0.7 ℃。北汝河、澧河上游、沙河上游、甘江河和西華縣平均氣溫在15.0~16.2 ℃,汝河、澧河下游和沙河下游(除西華縣)平均氣溫在14.5~15.0 ℃(圖2a)。與歷年平均值相比,流域年平均氣溫均偏高,偏高值在0.1~1.3 ℃(圖2b)。

圖2 2013年沙澧河流域平均氣溫(a)及其距平(b)(單位:℃)

2.1.2 冬季氣溫整體偏低。

2013年沙澧河流域冬季平均氣溫1.5 ℃,較常年同期偏低1.0 ℃。其中,舞陽冬季平均氣溫為0.9 ℃,流域其他縣市冬季平均氣溫在1.0~2.2 ℃。與歷年平均值相比,沙澧河流域冬季氣溫均偏低,偏低值在0.2~1.7 ℃。

2.1.3 春季氣溫整體偏高。

2013年沙澧河流域春季平均氣溫16.3 ℃,與常年同期相比偏高1.3 ℃。其中,北汝河、澧河上游、沙河上游、舞鋼市春季平均氣溫為16.1~17.1 ℃,流域其他縣市春季平均氣溫為15.4~16.1 ℃。與歷年同期相比,北汝河、澧河上游、沙河上游和舞鋼市春季平均氣溫偏高1.0~2.0 ℃,其余縣市偏高0.7~1.0 ℃。

2.1.4 夏季氣溫整體偏高。

2013年沙澧河流域夏季平均氣溫27.9 ℃,較歷年同期偏高1.8 ℃。其中,漯河、西華、商水、寶豐和葉縣夏季平均氣溫在28.0 ℃以上,其余縣市在26.9~28.0 ℃。

與歷年同期相比,漯河、西華、商水、寶豐和葉縣夏季平均氣溫偏高2.0~2.5 ℃,其余縣市偏高0.5~2.0 ℃。除襄城偏高0.5 ℃外,流域其他縣市氣溫偏高均在1.0 ℃以上。

2.1.5 秋季氣溫整體偏高。

2013年沙澧河流域秋季平均氣溫15.9 ℃,較歷年同期偏高0.6 ℃。其中,除漯河市、方城和魯山秋季平均氣溫<15.6 ℃外,其他縣市秋季平均氣溫在15.6~16.7 ℃。

與歷年同期相比,除漯河和舞陽秋季平均氣溫偏低外,其余縣市秋季平均氣溫均偏高,偏高幅度在0~1.4 ℃。

2.2 降水

2.2.1 流域年降水量整體正常。

2013年沙澧河流域年降水量628.3 mm,較常年同期偏少21.4%,屬正常。其中,流域南部和中部年降水量較多,為700.0~853.7 mm;流域東部和西部降水量較小,為419~700 mm(圖3a)。與歷年同期相比,流域南部和中部年降水量偏少2%~25%,屬正常;流域東部和西部年降水量偏少25%~38%,屬偏少(圖3b)。

圖3 2013年沙澧河流域降水量(a,mm)和降水量距平百分率(b,%)

2.2.2 冬季降水整體偏少。

2013年沙澧河流域冬季降水量30.6 mm,較歷年同期偏少32.2%。其中,西華、商水、舞陽和舞鋼冬季降水量在40.0 mm以上,流域其他縣市冬季降水量在12.9~40.0 mm。與歷年同期相比,汝州和襄城冬季降水量顯著偏少;澧河、沙河下游(除臨潁)和平頂山降水正常;流域其他縣區降水偏少。

2.2.3 春季降水整體正常,但空間分布不均。

2013年沙澧河流域春季降水量181.9 mm,較歷年同期偏多20.5%,降水正常。降水空間分布不均,其中,春季降水中心在寶豐、魯山和臨潁,降水量為200.0 ~254.5 mm;流域其他縣市春季降水量在100.4~200.0 mm。與歷年同期相比,北汝河和沙河上游降水偏多和顯著偏多(其中汝州和寶豐降水量顯著偏多);襄城和商水降水偏少;流域其他縣市降水正常。

2.2.4 夏季降水偏少且降水分布極其不均勻。

2013年沙澧河流域夏季降水量307.6 mm,較歷年同期偏少26.4%,降水偏少。降水中心分布在甘江河、澧河、沙河下游的漯河地區和葉縣,降水量為400.0~546.7 mm;流域其他縣市夏季降水量在121.4~300.0 mm。

與歷年同期相比,北汝河和沙河上游(除葉縣)降水量顯著偏少,漯河降水顯著偏多,流域其他縣市降水正常。

2.2.5 秋季降水偏少。

2013年沙澧河流域秋季降水量103.8 mm,較歷年同期偏少35.8%,降水偏少。秋季降雨中心分布在襄城、西華和商水,降水量為120.0~152.3 mm;流域其他縣市秋季降水量在75.9~120.0 mm。

與歷年同期相比,方城和漯河降水量偏少50.0%~52.8%,屬顯著偏少;襄城和商水降水量偏少2%~25%,屬正常;流域其他縣市降水量偏少25%~50%,屬偏少。

3 氣候特征對農業的影響分析

2013年沙澧河流域未出現大范圍嚴重農業氣象災害,但區域性、階段性氣象災害時有發生。年內主要農業氣象災害為干旱,春季、夏季、秋季均出現了不同程度的干旱,多地出現干熱風,對農作物產生了不同程度的影響。

3.1 干旱

3.1.1 春季干旱。3月~4月中旬,流域內降水持續偏少,該時期正值冬小麥生長的關鍵時期,水分的缺乏對小麥的拔節生長帶來不利影響,造成部分縣市冬小麥減產。

進入春季以后降水持續偏少,加之氣溫偏高和光照強等因素,導致土壤水分蒸發量大,麥田墑情下降明顯,對小麥的生長十分不利。據3月18日測站墑情資料,0~30 cm土層平均含水率在11%~18%;0~50 cm土層平均含水率在11%~18%,大部分麥田旱情明顯,不利于小麥拔節。加之入冬以來降水一直偏少,春季氣溫偏高、風日多,麥田失墑嚴重。部分田塊甚至達到了中度干旱,水分不足影響了小麥正常拔節,造成小花大量退化,小穗結實率降低。

3.1.2 夏季干旱。

7月下旬~8月中旬,流域內持續高溫少雨天氣,加之小麥收獲后土壤裸露等因素導致土壤缺墑嚴重,影響了秋糧作物的播種、出苗及苗期生長。所幸7月中下旬全市出現大范圍降水天氣過程,旱情有所緩解。進入8月份,高溫少雨天氣持續,高溫加上降水匱乏導致農田土壤水分缺墑嚴重,出現了高溫熱害與干旱并存的不利局面。8月上中旬是秋糧作物產量形成的關鍵時期,也是作物的水分臨界期,土壤干旱、空氣干燥,高溫容易使雌雄花期不遇,不利于花粉形成,導致授粉不良、授粉率降低,出現高溫逼熟現象,導致夏玉米等秋雜作物產量和品質雙雙下降。

3.1.3 秋季干旱。

進入10月以后,沙澧河流域降水持續偏少,導致秋季干旱,給冬小麥的播種和出苗帶來不利影響。10月29日~11月1日,出現了明顯降水天氣過程,降雨量為26.6~37.1 mm,此次降水過程使旱情得到解除,有利于小麥的播種、出苗及已播小麥苗期生長。

3.2 干熱風

干熱風是一種高溫、低濕并伴有一定風力的農業災害性天氣,往往可導致小麥灌漿不足、秕粒嚴重甚至枯萎死亡。按照標準,輕干熱風為日最高氣溫≥30 ℃、14:00相對濕度≤30%、14:00風速≥2 m/s;重干熱風為日最高氣溫≥32 ℃、14:00相對濕度≤25%、14:00風速≥3 m/s。2013年4月30日~5月1日、5月11~14日、5月21日沙澧河流域的洛陽、平頂山和周口分別出現了不同程度的干熱風。2013年4月30日~5月1日洛陽市出現了輕度干熱風天氣,5月11~13、19~21日出現了重度干熱風天氣。干熱風使全市本就干旱的冬小麥災害嚴重,5月上中旬洛陽市大部分無法灌溉的旱地冬小麥由于干熱風而枯熟,小麥減產幅度進一步加大。5月11~14日平頂山市出現了連續4 d的干熱風天氣,對小麥灌漿造成一定影響。5月11、14、21日周口市部分縣區出現干熱風天氣,特別是商水縣14:00平均氣溫31.6 ℃,相對濕度29%,最大風速3.1 m/s,達輕度干熱風標準。另外14日和21~22日14:00平均氣溫均超過33 ℃,最小相對濕度<30%,風速在2.5~3.0 m/s,達到干熱風指標,一定程度上縮短了小麥灌漿進程,造成粒重明顯下降。

4 結論與討論

由于2013年沙澧河流域年平均氣溫較常年偏高,除冬季平均氣溫較常年同期偏低外,春、夏和秋季平均氣溫較常年均偏高,再加上沙澧河流域2013年年降水量較常年同期偏少2成以上,導致流域內區域性、階段性農業氣象災害干旱和干熱風的發生,對農作物產生了不同程度的影響。

參考文獻

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