基于DIVA—GIS快速獲取氣候信息的方法

田聰　穆尼熱　朱忠艷　王承軍

摘要：在生物地理學研究、栽培草地引種、退化草地改良及農牧業(yè)發(fā)展規(guī)劃編制過程中，對氣候因子的評估是一個首要環(huán)節(jié)。而在評估氣候因子時，如何能夠快捷、經濟、有效地獲取目標區(qū)域的氣候資料，對整個氣候評估工作具有重要的現實意義。DIVA-GIS是一款免費的地理信息系統(tǒng)軟件，本研究以實例的形式從免費氣候數據獲取的途徑、DIVA-GIS軟件氣候功能組件的使用步驟及輸出結果的生物氣候變量的意義等環(huán)節(jié)，詳盡地介紹了一種基于DIVA-GIS快速獲取氣候信息的方法。由于DIVA-GIS平臺本身的開放性、易用性優(yōu)勢，該方法具有氣候數據獲取的難度及經濟成本低，操作方式簡單易上手的特點。

關鍵詞：DIVA-GIS；地理空間數據；氣候信息；實例

中圖分類號：S162.5+9

文獻標志碼：A

論文編號：2014-0621

0引言

氣候是農牧業(yè)自然資源的重要組成部分。光、水、熱等不僅提供了植物生產層所需的能量和物質，同時對動物生產層的影響也不容忽視。此外，土地資源自然生產力的地區(qū)差異，主要因素之一也是水熱條件的地區(qū)差異所致。作物的種類和品質與氣候條件（溫度和濕度等）密切相關。當地的氣候資源決定著該地的農牧業(yè)生產布局，包括草地農業(yè)的結構、熟制、配置與種植及飼養(yǎng)方式。一個合理的農牧業(yè)生產布局應該能夠充分利用當地的農業(yè)氣候資源，挖掘農業(yè)氣候資源潛力，取得農牧業(yè)生產的最佳社會經濟效益。因此，在生物地理學研究、栽培草地引種、退化草地改良及農牧業(yè)發(fā)展規(guī)劃編制過程中，對氣候因子的評估是一個首要環(huán)節(jié)。而在評估氣候因子時，如何能夠快捷、經濟、有效的獲取目標區(qū)域的氣候資料，對整個氣候評估工作具有重要的現實意義。

DAVA-GIS是由Robert Jhijmans等開發(fā)的一款免費的GIS軟件，具有簡單、高效的特點。盡管該軟件是免費軟件，但依然整合了空間數據分析、生態(tài)位模型、區(qū)域尺度氣候信息等功能，運行穩(wěn)定可靠，得到眾多學者的認同。本研究著重介紹基于DIVA-GIS快速獲得氣候信息的技術，旨在為科研、生產活動中氣候數據的獲得與分析評估提供有效幫助。

1軟件及平臺

1.1軟件及數據包

DAVA-GIS7.5（3.75mB）下載自http：//www.diva-gis.org/download；本研究示例氣候數據（256MB）分辨率（Resolution）為：2.5min下載自http：//www.diva-gis.org/climate或http：//biogeo.ucdavis.edu/data/climate/worldclim/1_4/diva/diva_worldclim_2-5m.zip。

1.2運行平臺

CPU：AMD Phenom（tm）9150e四核1.8G；硬盤500G；系統(tǒng)內存2GB；操作系統(tǒng)Window 7。

1.3軟件界面簡介

DIVA-GIS主界面由6大功能模塊組成（見圖1）：（1）菜單欄；（2）常用工具欄；（3）數據圖層；（4）位置顯示標記；（5）編輯顯示區(qū)；（6）狀態(tài)欄。由于篇幅限制，各模塊具體功能在此不再贅述。

1.4主要技術參數

由于DIVA-GIS提供的圖層是基于柵格數據，所以需要將矢量數據轉換為柵格數據。為方便讀者理解與使用，提供了精度范圍與轉換方法供參考。

1.4.1矢量數據與柵格數據 見表1。

1.4.2地理坐標進制轉換 見表2。

Decimal degrees（DD，十進制）=[（Degree（°）]+Minutes（′）/60+Seconds（″）/3600）]×H。當坐標為東半球（E）及北半球（N）時H=1；當坐標為西半球（W）及南半球（S）時H=-1。為保證精確度，弧度制轉換為十進制數據時，應在小數點后保留4位有效數字。

2應用實例

2.1地圖底圖加載與生物地理分布圖的繪制

中國地圖底圖下載自http：//www.diva-gis.org/gdata，選擇“China”（中國），根據需要可下載國界、省、市級行政區(qū)、河流、鐵路等底圖，參照謝春平所述方法，依照制圖需求，加載各類圖層數據。

2.2氣候數據導入DIVA-GIS

DIVA-GIS識別的氣候數據格式為CLM（*.clm），即文件后綴為“.clm”。將下載的氣候數據，導入DIVA-GIS主要有如下6個步驟：

（1）對下載的壓縮文件“diva--_worldclim 2-5min，zip”進行解壓縮，并存入1個文件夾中。本研究示例解壓縮后文件存儲路徑為：“D：＼Program Files＼download＼”（文件解壓縮后，件大小為756MB，應注意留有足夠空間）。

（2）在DIVA-GIS主頁面，點擊菜單欄上的“Tool”（工具）后，在下拉菜單中選中“Options”（選項），選擇“Climate”（氣候），見圖2。

（3）在文件選擇頁面，選中準備導入的氣候文件。本研究示例文件存儲路徑為：“D：＼ProgramFiles＼download＼”。選中“worldclim_2-5m”作為氣候數據庫。

（4）點擊“Apply”（應用）和“Save”（保存）將默認數據庫作為DIVA-GIS的氣候數據。

（5）點擊“Close”（關閉）關閉“Options”（選項）界面。

（6）通過“Tool→Options→Climate”操作返回“Climate”界面，確認氣候數據加載正確，見圖3。

2.3氣候數據獲得及導出

以新疆大學（本部）為例，從谷歌地圖（http：//ditu.google.cn/maps？hl=zh-CN&tab=w1）獲得地理坐標精確到小數點后4位（43.7658，87.6492）。

（1）在軟件主界面，單擊常用工具欄上的“”，將實現氣候數據與坐標的關聯。

（2）調整鼠標指針，使得位置顯示標記區(qū)坐標格式數據（X：87.64918，Y：43.76582），單擊鼠標，彈出的氣候系統(tǒng)信息界面，見圖4。

（3）分別點擊“Climate”、“Graph”、“Bioclim”選項卡，將出現如圖5所示界面。點擊“Copy”后，可將結果粘貼到word文檔中進行使用。

在“Bioclim”生物氣候選項卡中，輸出了19個生物氣候變量（見表3）。輸出結果與實際觀測結果比對，能夠反映出該地區(qū)中溫帶大陸性干旱氣候特征。

3結論與討論

本示例中DIVA-GIS的氣候數據來源于世界氣候網站，該網站由DIVA-GIS的作者開發(fā)維護，氣候數據來源一部分為實地觀測記錄產生，一部分是通過對現有數據庫中的數據進行分析，采用空間差值算法產生，理論上能夠獲得陸地上任意一點的氣候信息，其可靠性能夠滿足大部分生物地理，或者區(qū)域尺度研究的需要。就本示例涉及的新疆地區(qū)而言，劉波等對新疆降水空間插值方法進行過探討；王智等對新疆地區(qū)平均氣溫空間插值方法進行了研究，陳鵬翔等以新疆99個氣象臺站1971-2010年年平均氣溫為數據源，采用多元回歸結合空間插值的方法實現了新疆區(qū)域氣溫數據的柵格化。盡管上述研究取得了一定的進展，具有重要的學術價值，但由于原始數據封閉，實現平臺對系統(tǒng)資源及操作人員要求較高，很難為一般使用者掌握。

DIVA-GIS平臺實現了原始數據與功能組件的結合，降低了氣候數據獲取的難度，從而方便一般使用者掌握。此外，通過導入不同大氣環(huán)流模型產生的氣候圖層或其他氣候數據庫數據包，DIVA-GIS可以提取未來氣候信息的預測值，已經在多個適生區(qū)預測相關研究中展現出應用價值。

DIVA-GIS主頁上提供有教程，以及論壇可供學習交流，但遺憾的是該軟件沒有漢化版，也沒有提供相應的中文教程。此外，一個值得關注的問題是：使用DIVA-GIS的數據圖層時應注意國家邊界問題，以免引起不必要的爭端，可以通過使用蒙版的方式修正。本研究僅是對DIVA-GIS氣候數據功能做簡單的介紹，方便一般使用者獲得氣候數據，但同時希望能拋磚引玉，引起農牧業(yè)相關科研、技術人員關注DIVA-GIS在生物地理學及動植物適生區(qū)預測領域的應用前景。DIVA-GIS是一款小巧精悍的免費軟件，易學易用，對于沒有GIS學習基礎的初學者能夠很快上手，可為生物地理學研究、栽培草地引種、退化草地改良及農牧業(yè)發(fā)展規(guī)劃編制等業(yè)務快速經濟的提供需要的空間數據信息，從而提高工作效率。