基于GIS的廣西甘蔗萌芽分蘗期干旱等級空間分布

莫建飛　鐘仕全　陳燕麗等

摘要：在GIS技術(shù)支持下，以廣西88個氣象臺站50年的氣象資料和地理信息為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，利用廣西甘蔗干旱災害指數(shù)，計算廣西甘蔗萌芽分蘗期的干旱等級災害指數(shù)，根據(jù)干旱災害等級指標，統(tǒng)計干旱等級災害頻率，采用多元線性回歸分析法，對該生育期的甘蔗干旱等級災害頻率與地理因子進行回歸分析，建立廣西甘蔗萌芽分蘗期干旱等級災害空間分布模型，分析該生育期廣西甘蔗干旱災害等級空間分布特征。結(jié)果表明，廣西甘蔗萌芽分蘗期干旱災害等級在水平分布上由北向南、由東向西逐漸遞增；在垂直分布上，由海拔較低的平原向海拔較高、坡度較大的山地遞增。

關(guān)鍵詞：甘蔗干旱災害；空間分布；地理信息系統(tǒng)；廣西

中圖分類號： S127 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2015）03-0113-03

廣西具有獨特的氣候資源優(yōu)勢，十分適宜發(fā)展甘蔗生產(chǎn)，是國內(nèi)蔗糖的最大生產(chǎn)基地，占全國蔗糖產(chǎn)量50%以上。但是廣西也是發(fā)生氣象災害較頻繁的地區(qū)之一，其中，干旱災害對甘蔗生產(chǎn)的影響最頻繁、范圍最廣、損失也越來越大，嚴重影響了廣西經(jīng)濟的發(fā)展。目前探討甘蔗干旱監(jiān)測與評估等精細化空間分布的研究方法主要包括降水距平百分率法[1]、土壤水分平衡法[2]、水分盈虧指數(shù)法[3]、遙感監(jiān)測法[4]、回歸統(tǒng)計方法[5]等，但是，針對農(nóng)作物不同生育期遭受不同等級的干旱災害監(jiān)測評估精細化空間分布特征的報道較少。廣西地勢地貌復雜，海拔落差大，干旱災害的分布具有明顯的季節(jié)性和地域性，大部分地區(qū)的甘蔗干旱災害主要出現(xiàn)在萌芽分蘗期（1—5月）或莖伸長工藝成熟期（6—12月）。采用單氣象站點氣象資料計算干旱頻率，顯然不能全面真實地反映氣象站點以外不同地域甘蔗干旱頻率分布狀況。本研究參考氣候?qū)W方程，以廣西甘蔗萌芽分蘗期為例，把廣西88個氣象臺站50年甘蔗萌芽分蘗期干旱等級頻率及對應站點的經(jīng)度、緯度、海拔、坡度、坡向等地理信息數(shù)據(jù)，應用多元線性回歸分析方法，建立甘蔗萌芽分蘗期干旱等級災害頻率與地理信息數(shù)據(jù)之間的空間分布模型，分析該生育期甘蔗的干旱等級空間分布特征，為各級政府宏觀決策、農(nóng)業(yè)部門制定防旱減災對策、采取合理的抗災救災措施及保險部門對甘蔗農(nóng)業(yè)保險的厘定提供更為快捷、客觀的科學依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料及處理

氣象資料為廣西88個氣象臺站1961—2010年的地面觀測資料。地理信息資料采用國家基礎(chǔ)地理信息中心提供的“1 ∶25萬”廣西基礎(chǔ)地理背景數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式為ARC/INFO的E00格式。采用GIS技術(shù)，對E00資料進行格式轉(zhuǎn)換、拼接、重采樣、分層、裁剪等一系列處理，獲得了廣西自治區(qū)、地市、縣3級行政邊界矢量數(shù)據(jù)；1 km×1 km分辨率的廣西海拔高度數(shù)據(jù)（DEM）；1 km×1 km分辨率的廣西經(jīng)度、緯度數(shù)據(jù)。廣西甘蔗種植信息是利用多時相HJ-1CCD衛(wèi)星數(shù)據(jù)，采用監(jiān)督分類、決策樹分類和逐步剔除相結(jié)合的遙感方法獲取[6]。

1.2 甘蔗干旱災害指數(shù)法

根據(jù)相關(guān)性分析結(jié)果，可以將廣西88個氣象站的經(jīng)度、緯度、海拔高度、坡度等地理因子作為自變量，把廣西甘蔗萌芽分蘗期干旱等級頻率作為因變量，應用數(shù)理統(tǒng)計學中的回歸分析方法，建立甘蔗萌芽分蘗期等級災害頻率空間分布模型（表2）。表2中各模型的復相關(guān)系數(shù)均在0.8以上，F(xiàn)檢驗結(jié)果為133.732～208.807，模型通過了置信度為0.01的顯著性檢驗，說明模型均具有良好的統(tǒng)計學意義。

2.2 甘蔗萌芽分蘗期等級災害空間分布推算與制圖

將1 km×1 km的經(jīng)度、緯度、海拔高度、坡度、坡向等地理信息數(shù)據(jù)代入甘蔗萌芽分蘗期等級災害頻率推算方程，推算出該階段生育期廣西甘蔗干旱等級災害頻率在1 km×1 km 網(wǎng)格上的分布；再利用反距離權(quán)重插值法以88個氣象臺站的殘差值為樣本內(nèi)插出1 km×1 km網(wǎng)格的殘差分布；最后將甘蔗萌芽分蘗期干旱等級災害頻率推算值圖與殘差值圖相疊加，得到廣西1 km×1 km網(wǎng)格的甘蔗萌芽分蘗期干旱等級災害頻率空間分布值。疊加廣西的省級、地級市、縣級行政邊界、氣象站點、地級市行政點、甘蔗種植區(qū)等，制作廣西甘蔗萌芽分蘗期干旱等級災害頻率空間分布專題圖（圖1）。

2.3 甘蔗萌芽分蘗期干旱等級頻率空間分布特征

廣西甘蔗萌芽分蘗期輕旱災害發(fā)生頻率空間分布由西南向東北逐漸遞增。該階段生育期，甘蔗輕旱頻率在0～400%之間，高值區(qū)主要分布在桂東北的桂林市和賀州市，頻率為25.1%～40.0%；低值區(qū)主要分布在桂西北的百色市、桂西的崇左市、桂南的防城港市、欽州市和北海市，頻率為0～5%。

廣西甘蔗萌芽分蘗期中旱災害發(fā)生頻率空間分布由西向東逐漸遞增，同一經(jīng)度，由海拔較高、坡度較大的山區(qū)向海拔較低、坡度較小的丘陵、平原、河谷地區(qū)遞增。該階段生育期，甘蔗中旱頻率在0～40.0%之間，高值區(qū)主要分布在桂東北的桂林市、柳州市、賀州市，桂中的來賓市等地市海拔較低、坡度較小的平原地區(qū)，頻率為25.1%～40.0%；低值區(qū)主要分布在桂西北的百色市，頻率為0～5.0%。

廣西甘蔗萌芽分蘗期重旱災害發(fā)生頻率空間分布由高海拔的山區(qū)向低海拔的丘陵、平原遞增。該階段生育期，甘蔗重旱頻率在0～30.0%之間，高值區(qū)主要分布在桂南的南寧市、欽州市、桂東的玉林市、梧州市、桂北的河池市東部等海拔較低的平原地區(qū)；低值區(qū)主要分布在桂西北、桂東北海拔較高的山區(qū)，頻率為0～5.0%。

廣西甘蔗萌芽分蘗期特旱災害發(fā)生頻率空間分布由東北向西、西南遞增，同一經(jīng)度，由高海拔、較小坡度的平原向高海拔、較大坡度的山區(qū)遞增。該階段生育期，甘蔗特旱頻率主要在0～70%之間，高值區(qū)主要分布在桂西北的百色市、桂西的崇左市、桂南的防城港市和北海市，頻率為40%～70%；低值區(qū)主要分布在桂東北的柳州市、桂林市、賀州市，桂東的貴港市和梧州市，頻率為0～10.0%。

2.4 甘蔗種植區(qū)萌芽分蘗期干旱等級頻率空間分布統(tǒng)計

采用GIS空間疊加分析，將廣西甘蔗種植區(qū)與甘蔗萌芽分蘗期干旱等級災害頻率疊加，統(tǒng)計分析該生育期廣西各地級市甘蔗種植區(qū)的干旱等級災害平均頻率和占甘蔗總面積比重（表3）。結(jié)果顯示，廣西甘蔗主產(chǎn)區(qū)（崇左、來賓、南寧、柳州、貴港、河池等地市），甘蔗萌芽分蘗期干旱等級災害主要以中旱和特旱為主，其中，該階段生育期來賓市、柳州市、貴港市、河池市的甘蔗中旱頻率較高，平均頻率分別為29%、27%、26%、25%；崇左市、南寧市甘蔗特旱頻率較高，平均頻率分別為43%、25%。桂林市的甘蔗輕旱頻率較高，百色市、防城港市、北海市、欽州市等4個地級市的甘蔗特旱頻率較高，但這些地區(qū)甘蔗種植面積較少，總體上影響較小。

3 結(jié)論與討論

廣西甘蔗萌芽分蘗期干旱等級頻率與經(jīng)度、緯度、海拔、坡度等地理因子相關(guān)性顯著，其中，輕旱與經(jīng)度、緯度呈極顯著正相關(guān)；中旱與經(jīng)度、緯度也呈極顯著正相關(guān)，但與海拔、坡度呈極顯著和顯著負相關(guān)；重旱與經(jīng)度呈極顯著正相關(guān)，與海拔呈極顯著負相關(guān)；特旱與中旱相反，與經(jīng)度、緯度呈極顯著負相關(guān)，但與海拔、坡度呈極顯著和顯著正相關(guān)。相關(guān)性分析結(jié)果表明，該階段生育期，廣西甘蔗輕旱分布在經(jīng)緯度較高的地區(qū)，中旱也分布在經(jīng)緯度較高、且海拔、坡度較小的地區(qū)，特旱則反之，重旱只分布在低海拔地區(qū)。

根據(jù)甘蔗干旱災害指數(shù)構(gòu)建的廣西甘蔗干旱等級頻率空間分布模型，在GIS技術(shù)的支持下，制作的甘蔗干旱等級空間分布圖，能較客觀、精細、直觀地反映廣西甘蔗在不同生育期遭受不同等級干旱的空間分布特征。廣西甘蔗萌芽分蘗期干旱等級，在水平分布上，由北向南、由東向西逐漸遞增；在垂直分布上，由海拔較低的平原向高海拔、坡度較大的山地遞增。該階段生育期，廣西甘蔗輕旱、中旱主要分布在桂東北的桂林市、柳州市、賀州市、桂中的來賓市、貴港市等地市，重旱主要分布在桂南的南寧市、欽州市、桂東的玉林市、梧州市等地市，特旱主要分布在桂西北的百色市、桂西的崇左市、桂南的防城港市和北海市等地市；在甘蔗主產(chǎn)區(qū)中，對甘蔗影響較大的主要是中旱和特旱，其中，來賓市、柳州市、貴港市、河池市的甘蔗中旱頻率較高，崇左市、南寧市甘蔗特旱頻率較高。

采用廣西甘蔗干旱等級頻率空間分布模型獲得更準確、更精細化的空間分布，一是確定恰當?shù)膹V西甘蔗干旱災害等級指標；二是確保氣象臺站氣象資料的準確性、完整性；三是選擇恰當?shù)幕貧w分析方法，四是具有準確的氣象站點分布信息（經(jīng)度、緯度）及較高精度的DEM數(shù)據(jù)。本研究根據(jù)莫建飛等確定的廣西甘蔗干旱災害等級指標[7]，已在業(yè)務試驗與應用中取得了良好的效果，說明指標具有一定的精確性；收集整理了50年的氣象資料，說明樣本具有較好的連續(xù)性、完整性?？商接懷芯坎捎闷钚《朔ǜ倪M模型，且采用更高精度的“1 ∶5萬”的DEM數(shù)據(jù)，推算更加精細化的干旱等級空間分布。根據(jù)該技術(shù)方法進一步推算甘蔗莖伸長工藝成熟期或其他農(nóng)作物不同生育期的干旱等級空間分布，可以滿足相關(guān)部門的實際應用需求，對提高農(nóng)業(yè)氣象服務的精細化水平具有重要意義。

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