基于gis的农业气候区划研究

基于gis的农业气候区划研究

农业气候区是根据农业对气候的特定要求，对阐明气候与农业生产关系的区域空间进行分类的。农业气候区划的编制通常是根据一定的对主要农业生物的地理分布、生长发育和产量形成有决定意义的农业气候指标,遵循气候分布的地带性和非地带性规律以及农业气候相似性和差异性原则,采用一定的划区方法,将某个区域划分为不同等级的区域单元,为决策者制定农业区划和农业发展规划,充分利用气候资源和防御气候灾害提供科学依据。当前农业生产面临市场经济的结构调整过程,赋予农业气候区划以新的任务,原有的地区级和县级农业气候区划将要求进一步细化,静态的区划成果也难以满足农业发展的需要。地理信息系统(geographicalinformationsystem,简称GIS)为农业气候区划的进一步深入提供了有效的技术方法。GIS是一种多技术交叉的空间信息科学,它是在计算机软、硬件的支持下,运用系统工程和信息科学的理论,科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据,以提供对规划、管理、决策和研究所需信息的空间信息系统。GIS的应用使区划结果由基于行政基本单元发展为基于相对均质的地理网格单元,大大提高区划成果的精度和准确度。1基于gis的区域检测技术方法1.1农业生产调查这是农业气候区划的基础,通过考察调研,专家座谈,了解当地的农业生产的历史、现状和农业结构调整规划。针对当地农业生产中迫切需要解决的问题,确定区划对象,制定区划方案。1.2区划指标的确定用气候资料与农作物产量、面积、灾情等数据运用统计学、生物学等方法,结合田间试验确定农作物生长发育的最适宜、基本适宜、不适宜的气候条件作为农业区划指标。在山区还可利用海拔高度、坡度等地理因子作为区划指标。也可根据长期实践和已有的经验作为区划指标。1.3数据库建设1.3.1要素要素包括气象数据库和农业数据库。气象数据库为历史气象要素,含常规气象观测资料及气象哨和短期气候考察资料。农业数据库含农作物面积和产量、受灾面积、损失程度、土壤类型、土地利用现状、水利设施分布等资料。1.3.2栅格数据的生成建立区划目标区内的地理信息数据库,包括矢量数据库和栅格数据库。矢量数据主要有行政边界、水系、道路、居民点分布等,栅格数据主要是DEM(高程)数据,生成的经纬度数据也是栅格数据。本文中地理信息数据库应用的是中国气象局提供的1∶25万地理背景数据(其中市、县级区划的小网格精度为0.00083经纬度,约90m/格点)。1.4建立分区气候要素的关系模型依据常规气象站的资料将气象哨或野外考察的短期气候考察资料进行订正,插补延长。其订正方法因温度和降水随时空变化的特征不同,分别采用相关回归和随山体高度变化规律内插而得。气温的相关回归方程均通过0.01信度的显著性检验。在此基础上,按照一定的原则将目标区划分为若干分区(若目标区范围小,气候、地理特征差异不大,也可不划分区),进行空间统计分析,建立分区气候要素与经纬度、(高程)、坡度、坡向等地理信息数据的关系模型。依据气象—地理信息关系模型,将气象站资料内插到地理网格点上,一般采用距离加权平均法进行内插,计算公式为:Ti,j=(∑k=1nTkd−2k)/(∑k=1nd−2k)Τi,j=(∑k=1nΤkdk-2)/(∑k=1ndk-2),式中Tk为网格点邻近第k个气象台站的气候要素值,d-2是网格点到邻近第k个气象台站距离的平方倒数值,即距离权重,n为网格点邻近气象站的个数,一般取3~5个。从公式可知,网格点与某个气象台站的相互位置越接近,其数据的相似性越强,是符合天气气候规律的。这种距离内插也就考虑了经纬度对气候要素的影响。最终形成具有经度、纬度(含高度因子)和年代(时间维)的四维空间气候要素数据集。1.5条件叠置分析空间叠置分析主要用于两层或两层以上的数据,生成新的数据层。从数据结构角度看有栅格叠置和矢量叠置,从叠置条件看有条件叠置和无条件叠置。农业气候区划中应用的是条件栅格叠置分析。条件叠置以特定的逻辑、算术表达式为条件,对两组或两组以上图件中相关要素进行叠置,生成新的、符合条件的图件。农业气候区划中的条件就是农业气候区划指标,包括农业气候指标和地理信息指标。在叠置过程中,可以应用传统的气候相似分析、综合评判分析、主导因子分析等多种方法确定叠置的优先级,多重叠置,达到满意的区划结果,最终形成农业气候区划成果图件。2板栗种植适宜性原则霍山县位于安徽省西部、大别山北坡,气候条件有利于农作物和多种经济林木的栽培。板栗种植普遍。但是近年来受市场经济的冲击,有些地区单纯追求经济效益,发展过程中并没有依据适宜性原则,在一些高海拔、高坡度的地方种植板栗,一方面产量较低,另一方面不利于水土保持,导致生态环境恶化。因此对该县进行板栗适宜种植区划很有必要。2.1生态要素指标由于霍山县板栗很多种植在山坡上,因此区划指标要兼顾气候条件和地理因素。确定的区划指标有10℃初日~20℃终日天数、10~20℃活动积温、4~9月降水、高程、坡度。2.2农业气候条件和地理条件区划图的生成板栗区划采用主导因子和辅助因子相结合的方法,分层叠置。将农业气候条件作为主导指标,地理条件作为辅助指标。首先分别进行农业气候条件和地理条件的叠置分析生成气候条件区划图和地理条件区划图。在此基础上综合气候条件和地理条件生成板栗种植区划图。2.2.1气候因子区划分依据10℃初日~20℃终日天数图、10~20℃活动积温图、4~9月降水图,用这三个要素区划指标进行逻辑交集运算,例如适宜区的关系表达式为:E=(天数≥180)∩(积温≥4100)∩(降水<1000)较适宜区和不适宜区的形成与之类似,最终形成最适宜、适宜、不适宜三种种植类型的区域,生成气候因子区划图。2.2.2地理因子区划图和气候因子区划图类似,依据高程图、坡度图,利用两个地理因子划区指标进行逻辑交集运算,依据地理因子形成最适宜、适宜、不适宜种植的区域,形成地理因子区划图。2.2.3适宜区和自适应区的划分表2为霍山县板栗种植区划的判别规则,以气候因子为基准,将霍山县的板栗种植划分为最适宜、适宜、不适宜三区,在此基础上结合地理因子的三个区,共有9种组合,综合考虑气候因子和地理因子,确定适宜种植区域。比如坡度>30°,无论气候条件如何适宜也不宜种植板栗。因此,凡地理因子为3的组合,都属不适宜区。在9种组合中,将1、2类合并为最适宜区。4、5类合并为适宜区,7、8类合并为次适宜区。这样,就将气候条件好,但地理条件不适宜种板栗的区域从适宜区划分出来,同时又将气候条件不好,但地理条件较好的地区从不适宜区中区别开来。区划结果更加客观、细致。以气候因子区划图为主导,叠加地理因子区划图,依据表2进行逻辑交集运算,生成板栗种植区划图。2.3区划的结果区划结果如图1。2.3.1立地条件分析位于霍山县北部,沿大塘埂、落儿岭镇、牛角冲、樊冲、石河一线以北以及佛子岭、磨子潭水库一线,约711km2,占全县面积的34.7%。分布在海拔300m以下的丘陵地区,此区坡度平缓,一般在10°以下。年平均气温15℃左右,≥10℃积温在5000~5200℃之间,年降水量1200~1400mm,年日照时数1900~2000h。10~20℃初终日天数≥180d、10~20℃活动积温≥4100℃、4~9月降水<1000mm,光、热、水条件非常适合板栗生长,从地理条件上看,海拔较低,坡度平缓,板栗的立地条件很好。为板栗种植的最适宜区。2.3.2苏集积坡度2.2位于霍山县中部,除去西部海拔>500m的中山区以及佛子岭、磨子潭水库沿线的区域以外的地区,约642km2,占全县面积的31.4%,坡度一般在10~30°之间。年平均气温13~14℃,≥10℃积温在4000~5000℃之间,年降水量1200~1800mm,年日照时数>1800h。10~20℃初终日天数160~180d、10~20℃活动积温3700~4100℃、4~9月降水1000~1200mm,光、热、水条件适合板栗生长,从地理条件上看,海拔不高,有一定坡度,但仍适于板栗种植,为板栗种植的适宜区。2.3.3降水量10位于霍山县东南部及中西部海拔500~1000m的地区,约559km2,占全县面积的27.3%。年平均气温11~13℃,≥10℃积温在3500~4500℃之间,年降水量1400~2000mm,年日照时数1600~1900h。10~20℃初终日天数<160d、10~20℃活动积温<3700℃、4~9月降水>1200mm,从气候条件上看,光、热、水条件不太适宜板栗生长,但地理条件与适宜区相同,板栗的立地条件尚可,为板栗种植的次适宜区。2.3.4气候条件、地理因素包括霍山县东南部和中西部海拔高度≥1000m的地区和适宜区、次适宜区内坡度≥30°的零星地块,约135km2,占全县面积的6.6%。该区绝大部分地区气候条件和地理条件均不适宜板栗种植,零星地区为地理不适宜。因此,该区为板栗种植的不适宜区。上述区划结果显示,霍山县这样一个具有多样生态环境的山区县适宜板栗种植。其中农业气候最适宜区和适宜区的面积有1353km2,占全县面积的66%。但是在发展板栗生产时一定要兼顾气候条件、地理状况和其它要素,统筹规划、因地制宜。一方面可充分利用经济林木适宜区面积较大的优势条件发展地方经济,另一方面要顺应自然规律,宜农则农、宜林则林、宜养则养,发展和保护并举,促进本地农业