GIS/RS系统农业气候划分

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1研究区概况

江西省地处我国长江中下游南岸,是江南丘陵的重要组成部分,东、南、西三面群山环绕,北面有全国最大的淡水湖—鄱阳湖,素有“六山一水二分田,一分道路和庄园”之称。江西省地处亚热带季风气候区,降水丰富,光热充足,雨热同期,优越的气候条件和自然资源有利于多种农作物生长,全省以占全国1•74%的国土、2•44%的耕地,生产了全国3•6%的粮食,是我国粮食大省和国家商品粮基地。由于地形复杂多样,江西省各地气候差异较大。特别是山区,气候更是复杂多样。为了给适应农业结构调整和种植制度变化,降低农业风险、合理布局农业、因地制宜发展区域和时代特色农业等农业生产规划提供更为科学合理的依据,根据多年历史观测气象资料,对江西省农业气候资源区划进行研究,对于江西省农业生产布局的安排具有重要的意义。

2数据与方法

SRTM(shuttleradartopographymission,航天飞机雷达地形测绘使命)是由美国航空航天局、美国国家图像测绘局以及德国与意大利航天机构共同合作完成,2000年2月11日至22日,通过装载于“奋进号”航天飞机的干涉成像雷达近11天的全球性作业,得到了全球表面从北纬60°至南纬56°间陆地地表80%面积和95%以上的人类居住区、数据量高达12Tbit的三维雷达数据,然后对雷达数据进行相应的处理,生成的数字高程模型[12]。这一数字地形数据是迄今为止现势性最好、分辨率最高、精度最好的全球性数字地形数据。SRTM数据覆盖中国全境,SRTM数据的广泛覆盖性和数学基础的统一性使得其高程数据在涉及地形分析的诸多领域有非常广泛的应用前景,对陆地表层过程研究有重要的促进作用。由网站/SELEC-TION/inputCoord.asp下载覆盖于江西省范围的高程数据,并在Arcgis软件的支持下拼接并裁剪得到江西省范围的DEM图。采用1970~2000年江西省84个县(市)的气温、降水、经纬度、海拔作为农业气候分区的基础资料,来源于省气象局的历年资料汇编;同时下载江西省范围的SRTM-DEM数据,并拼接和裁剪制作成江西省数字高程数据。利用ARCGIS软件的空间插值功能,对84个气象站点的经纬度进行空间内插,生成经度和纬度的栅格数据文件;在SPSS软件中利用多元线性回归方法分别建立平均气温、年平均降水与经度、纬度和海拔的统计关系模型。在ARCGIS的空间分析功能支持下,计算江西省年平均气温和降水的空间分布。最后,利用ERDAS软件对年平均气温、年均降水进行模糊K均值聚类分析,实现江西省农业气候区划。与K均值非监督分类相比较,模糊K均值非监督分类法属于一种软划分方法。K均值聚类认为每个待识别的对象非此即彼,将它们严格地划分到某个类别中,属于硬划分方法。而模糊K均值聚类认为每个待识别的对象是模糊“隶属”某一类别的,按照据隶属函数计算出的隶属度将其聚类到某个类别中聚类分析。

3结果与讨论

3•1气温与降水空间分布

农业气候资源由于纬度、经度以及地形地貌与下垫面的特性不同,造成了大范围的光、热、水资源在空间上有明显的区域差异,而气象台站网大多分布在海拔较低的地区,江西仅有庐山、井冈山两个高山气象站。台站网大多反映了平均区域的气候资源分布,而江西是一个多山的省份,山地、丘陵广布,海拔最高达2000m。为客观反映一个区域内气候资源的立体分布特征,必须建立空间空间分析模型。因为气温和降水地域分布差异与经度、纬度、高程等地理要素相关,其分布与地形特征密切相连。根据它们之间的空间关系,利用84个县的气象资料数据建立气温、降水与经纬度、海拔之间的空间统计关系模型。在这里通过SPSS软件,采用多元线性回归的方法来建立多元回归模型,分析计算区域内的年平均气温和降水的空间分布。气温的空间分布模型:T=-0•70736×La+0•19488×Lo-0•00493×El+15•33526(1)降水量的空间分布模型:P=7•74441×La+87•39179×Lo+0•43498×El-8706•901517(2)式中T为年均气温(℃);La为纬度(度);Lo为经度(度);El为海拔高度(m);P为年均降水量(mm)。根据(1)和(2)式,利用ARCGIS空间叠加分析功能,计算得到江西省年均气温(图1)和年均降水量(图2)的空间分布。从(1)式可以看出,江西省平均气温自北向南递增,平原高于山区,平均气温变化范围为16•4~19•8℃。其中赣东北、赣西北边缘山区和长江南岸一带年平均气温较低,为16•4~17•0℃;赣南盆地年平均气温较高,为19•0~19•8℃;其余地区多为17•0~19•0℃。年均降水分布图表明:江西是多雨的省份,年平均降水量为1300~2000mm之间,降水量南多北少、东多西少。从地区分布来看,九岭山、怀玉山和武夷山一带是多雨的地区,年雨量多达1800~2000mm;长江南岸的九江附近和吉泰盆地的吉安附近是少雨地区,但年雨量亦达1400~1500mm;其余大部分地区为1500~1700mm。

3•2农业气候分区

利用ERDAS遥感图像处理软件,对年平均气温和降水量栅格图进行叠加,利用ERDAS软件中非监督分类模块对气候资源参数进行模糊k均值聚类,得到江西省的气候分区(图4)。江西省可以划分为以下6大农业气候区,如表1所示。

(1)湖泊气候区:该气候区地势低平,港汊纵横,草洲滩地成片,池沼水田相连,土壤深厚肥美,气候湿润,灌溉便利,宜于水稻种植、放牧和水产养殖,被誉为江南的“鱼米之乡”。本区农业气候条件好,光热条件充足,春末夏初多雨,秋季干旱,无霜期长,易夏涝秋旱。

(2)平原盆地气候区:鄱阳湖平原外侧海拔在50~100m之间,红色丘岗,波浪起伏,经千百年劳动人民的开垦,开辟为大片的水旱梯田丘陵盆地自然条件较好,宜于农、林、牧、渔各业生产。该气候区的中南部为河流阶地、丘陵和盆地交错,地势呈波状起伏,坡度较缓,亦有中低山零星分布。由于有大量荒地可供垦殖,本区农业生产发展潜力大。本区光热条件好,年平均日照数约1800h,雨期集中,气候灾害有低温、干旱。

(3)赣西北中低山丘陵气候区:幕阜山、九岭山侵蚀中山副区,以开拓水电和林业为主;宜丰、高安侵蚀丘陵副区,以发展粮食和经济作物为主。庐山即拔起于幕阜山东延余脉。区内山峰连绵逶迤、峰峭谷险、涧深流急,森林和水利资源十分丰富。本区光热条件较好,冬冷夏热,≥10℃积温高,气候灾害有春寒、伏旱。

(4)赣东低山丘陵气候区:区内气候温和,降水充沛,河谷两岸和盆地则适宜于耕作业,主要农作物有水稻、油菜、早熟梨等,宜于发展经济林木。

(5)山地气候区:这里森林广布,植物资源丰富。山地丘陵覆盖着丰富的林木、茅竹、油茶等经济林木;这里分布着大片草山草坡,是发展牛、羊等食草动物的良好场所;在一些海拔较低的地区开垦梯田,也有农田耕作业。(6)高山气候区:该区是最特殊的一个气候区域,平均海拔最高,平均气温最低,降雨量最为丰富,凉爽的气候,丰富的降水,高山雾霭都是优质茶叶的理想生长环境。例如井冈山翠绿茶,庐山云雾茶。

4小结与展望

通过对农业气候资源空间分布特征的模拟,并结合GIS的空间分析功能,能够有效实现地形复杂的地区的农业气候资源区划。文中使用的SRTM-DEM数据能够方便地从网络上获取,为这种与地形因子有较大相关关系的生态、环境与资源参数的区域化提供了方便。文章利用降水、气温与海拔高的关系,实现了江西省气温与降水的栅格化。遥感影像处理软件中的影像分类模块主要用于影像的模式识别,能够很方便的处理栅格数据,将遥感影像处理软件中非监督分类功能应用于资源区划分析,得到合理的结果,是有意义的尝试。尽管气温与降水是影响农业结构布局和生产布局的重要农业气候资源,但是其他如太阳净辐射、日照时数、>0℃或>10℃积温等也是影响农作物生长的主要因子。虽然这些因子与气温之间有显著的相关性,但是本文没有考虑这些因素显得并不全面,有待今后进一步深入研究。