氣候變化對新疆釀酒葡萄種植氣候區(qū)劃的影響*

張山清，普宗朝，吉春容，李景林，李新建，傅瑋東，谷 然，鄭新倩

(1.新疆農(nóng)業(yè)氣象臺，烏魯木齊 830002； 2.新疆烏魯木齊市氣象局，烏魯木齊 830002；3.中國氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所，新疆烏魯木齊 830002)

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氣候變化對新疆釀酒葡萄種植氣候區(qū)劃的影響*

張山清1，普宗朝2※，吉春容3，李景林1，李新建1，傅瑋東1，谷 然1，鄭新倩1

(1.新疆農(nóng)業(yè)氣象臺，烏魯木齊 830002； 2.新疆烏魯木齊市氣象局，烏魯木齊 830002；3.中國氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所，新疆烏魯木齊 830002)

研究氣候變化背景下新疆釀酒葡萄種植氣候區(qū)劃的變化，對適應(yīng)氣候變化，科學(xué)制定新疆釀酒葡萄發(fā)展規(guī)劃，促進新疆葡萄酒產(chǎn)業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展具有重要意義。利用新疆101個氣象站1961～2014年的歷史氣候資料，使用線性趨勢分析、累積距平和t-檢驗以及基于ArcGIS的混合插值法，在對近54年新疆無霜凍期、4～9月干燥度指數(shù)和大風(fēng)日數(shù)時空變化進行分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合釀酒葡萄種植氣候區(qū)劃指標(biāo)，對氣候變化背景下新疆釀酒葡萄種植氣候區(qū)劃的變化進行了分析。研究結(jié)果表明：新疆無霜凍期表現(xiàn)為“南疆長，北疆短； 平原和盆地長，山區(qū)短”、4～9月干燥度為“平原和盆地大，山區(qū)小”、4～9月大風(fēng)日數(shù)呈現(xiàn)“北疆多，南疆少； 東部和西部多，中部少； 峽谷和山口地帶多，平原地區(qū)少”的空間分布特點。近54年，新疆無霜凍期總體以3.57d/10a的傾向率呈顯著(α=0.001)增多趨勢，并于1997年發(fā)生了突變。4～9月干燥度和大風(fēng)日數(shù)分別以-0.40/10a和-3.10d/10a的傾向率呈顯著(α=0.001)減小(少)趨勢，且分別于1987年和1986年發(fā)生了突變。受其影響， 1997年后較其之前，新疆釀酒葡萄最適宜種植區(qū)減小了6.201萬km2，占比減小3.7個百分點； 適宜種植區(qū)增大了25.63萬km2，占比增大15.4個百分點； 次適宜種植區(qū)和不宜種植區(qū)分別縮小了7.432萬km2和11.99萬km2，占比分別減小4.4和7.2個百分點。氣候變化對新疆釀酒葡萄種植的影響既有利也有弊，但總體來說利大于弊。適宜區(qū)面積明顯擴大，次適宜和不適宜區(qū)面積明顯減小，這對促進新疆釀酒葡萄種植業(yè)以及葡萄酒產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義，但最適宜種植區(qū)面積略有減小又會產(chǎn)生一定不利影響。

氣候變化 地理信息系統(tǒng)(GIS) 釀酒葡萄 氣候區(qū)劃 新疆

0 引言

優(yōu)質(zhì)葡萄是釀造品質(zhì)優(yōu)良、風(fēng)味獨特葡萄酒的先決條件[1]。在各種生態(tài)條件中氣候因素是影響釀酒葡萄品質(zhì)的主導(dǎo)和關(guān)鍵因素[2-13]。因此，近年來有關(guān)釀酒葡萄種植氣候區(qū)劃的研究受到眾多學(xué)者的關(guān)注。李華等[2]提出了適應(yīng)我國氣候特點的葡萄栽培區(qū)劃指標(biāo)體系，并據(jù)此將我國劃分為12個葡萄栽培區(qū)域。張曉煜等[3-4]、李紅英等[5]采用無霜期、≥10℃積溫、采收期降水量和土壤類型等生態(tài)因子，對中國北方釀酒葡萄種植氣候區(qū)劃進行了初步探討。李華等[6-7]、李宏偉等[8]、王華等[9]、楊文峰等[10]、李紅英等[11]以及劉明春等[12]采用不同指標(biāo)體系和技術(shù)方法對京津唐、新疆、山東、陜西、寧夏、甘肅河西走廊等中國北方部分地區(qū)釀酒葡萄栽培氣候區(qū)劃也分別進行了初步研究，提出了各區(qū)域發(fā)展釀酒葡萄的限制性生態(tài)因子和生產(chǎn)建議。與此同時，李華等[13]就全球變暖背景下我國釀酒葡萄氣候區(qū)劃的變化也進行了研究分析，指出近40年，特別是20 世紀(jì)80年代以來，我國適宜釀酒葡萄栽培的面積不斷向北擴大。以上前人的研究成果為促進我國釀酒葡萄的種植以及葡萄酒產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了一定的科學(xué)依據(jù)。但由于受技術(shù)條件的限制，上述研究具有以下局限性，一是大多沒有考慮地理因素對各氣候因子時空變化的影響，區(qū)劃的精細(xì)化程度較低[2-13]。二是使用的區(qū)劃因子在部分地區(qū)與生產(chǎn)實際不符，例如，前人大都從葡萄樹的越冬安全性角度考慮，將葡萄越冬凍害作為主要氣象災(zāi)害選取冬季極端最低氣溫或最冷月平均氣溫作為我國北方釀酒葡萄氣候區(qū)劃的指標(biāo)因子之一[2-13]。事實上，就新疆而言，雖然冬季十分寒冷，各地極端最低氣溫多在-15～-35℃以下，但由于當(dāng)?shù)夭捎酶餐猎蕉脑耘啻胧?，葡萄安全越冬較有保障。而葡萄生長季的大風(fēng)天氣卻是影響新疆部分地區(qū)葡萄生產(chǎn)的主要氣象災(zāi)害； 三是關(guān)于氣候變化對釀酒葡萄種植氣候區(qū)劃的影響研究較少，難以滿足釀酒葡萄種植對適應(yīng)或應(yīng)對氣候變化的需求[14-15]。

新疆位于我國西部邊陲，地處歐亞大陸腹地，光照充足，熱量豐富，氣溫日較差大，降水稀少，空氣干燥，屬典型的大陸性干旱氣候區(qū)[16]。獨特的氣候和廣袤的土地資源，加之得益于較穩(wěn)定的山區(qū)降水和高山冰川積雪融水所匯集的河川徑流和地下水的灌溉，新疆環(huán)塔里木盆地、準(zhǔn)噶爾盆地南緣以及吐魯番、哈密盆地和伊犁河谷等平原綠洲地帶成為我國著名的優(yōu)質(zhì)葡萄生產(chǎn)基地[14-16]。近年來，隨著我國人民生活水平的提高，對葡萄酒的消費需求快速增長，品質(zhì)優(yōu)異的新疆釀酒葡萄也越來越受到疆內(nèi)外許多著名葡萄酒生產(chǎn)企業(yè)的青睞[17]，釀酒葡萄種植規(guī)模持續(xù)增大，至20l3年全疆釀酒葡萄種植面積達4.0萬hm2，居全國各省(區(qū)、市)首位[17]。然而，在釀酒葡萄種植迅猛發(fā)展的同時，新疆部分地區(qū)也出現(xiàn)了因忽視氣候條件的適宜性而盲目擴大種植規(guī)模，或種植區(qū)域不合理，導(dǎo)致釀酒葡萄遭受霜凍、大風(fēng)等氣象災(zāi)害危害的事件頻發(fā)，嚴(yán)重影響了釀酒葡萄的產(chǎn)量和品質(zhì)[14-15]。

以氣候變暖為主要特征的全球變化已成為不爭的事實[18-19]。在此背景下，過去50年新疆農(nóng)業(yè)熱量資源呈顯著增多趨勢[20-23]，水資源條件明顯改善[24]，但光照條件有所減少[19，25]。并有學(xué)者就氣候變化對新疆特色林果種植以及部分林果氣候生態(tài)適應(yīng)性區(qū)劃的影響進行初步研究認(rèn)為[15，26]，氣候變暖使新疆林果生長季延長，果樹越冬凍害風(fēng)險降低，適宜種植區(qū)增大，不適宜種植區(qū)有所減小，對林果業(yè)的發(fā)展總體較為有利。但有關(guān)氣候變化對新疆釀酒葡萄種植區(qū)劃影響的研究目前還少見報道。該研究擬利用新疆101個氣象臺站1961～2014年的氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)，使用數(shù)理統(tǒng)計方法和地理信息系統(tǒng)(ArcGIS)的精細(xì)化空間插值技術(shù)，在對近54年新疆無霜凍期、葡萄生長季(4～9月)干燥度指數(shù)和大風(fēng)日數(shù)等對釀酒葡萄生長發(fā)育、產(chǎn)量形成和品質(zhì)優(yōu)劣具有決定意義的氣候要素時空變化規(guī)律進行分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)釀酒葡萄氣候區(qū)劃指標(biāo)，研究分析氣候變化對新疆釀酒葡萄種植區(qū)劃的影響，以期為適應(yīng)氣候變化，科學(xué)合理地制定和安排新疆釀酒葡萄種植區(qū)域和發(fā)展規(guī)劃，采取趨利避害的生產(chǎn)管理技術(shù)措施，促進新疆釀酒葡萄種植和葡萄酒產(chǎn)業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展提供參考依據(jù)。

1 資料和方法

1.1 研究區(qū)域和資料來源

使用新疆境內(nèi)101個資料序列較長的氣象站1961～2014年的逐日氣象資料，結(jié)合地理信息系統(tǒng)的精細(xì)化空間插值技術(shù)，研究分析氣候變化對新疆釀酒葡萄種植區(qū)劃的影響。各站氣象數(shù)據(jù)和新疆1： 50000地理信息數(shù)據(jù)由新疆氣象信息中心提供。

1.2 區(qū)劃指標(biāo)的確定

1.2.1 新疆釀酒葡萄生產(chǎn)與氣候條件的關(guān)系

新疆釀酒葡萄從萌芽到漿果完全成熟大多在夏半年的4～9月，為便于分析，文章將4～9月確定為新疆釀酒葡萄生長季。以下就新疆釀酒葡萄生長季光、熱、水等氣候資源以及大風(fēng)災(zāi)害對釀酒葡萄生長發(fā)育、產(chǎn)量形成和品質(zhì)優(yōu)劣的影響進行初步分析。

(1)光照條件。葡萄為典型的喜光植物，光照充足則枝蔓生長健壯，花芽分化良好，葡萄果實產(chǎn)量高、品質(zhì)佳[16]。新疆光照資源充足，釀酒葡萄生長季的4～9月大部分地區(qū)日照時數(shù)在1 800～2 000 h[16]，光照條件能夠滿足釀酒葡萄生長發(fā)育和優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的需求。

(2)熱量條件。葡萄為喜溫樹種，對熱量條件要求較高，≥10℃積溫和無霜凍期是衡量某一地區(qū)熱量條件對釀酒葡萄種植適宜程度的重要指標(biāo)[1-13]。由于新疆地處歐亞大陸腹地，屬典型的溫帶大陸性干旱氣候區(qū)，具有冬季寒冷，夏季炎熱，熱量條件高度集中于5～8月，春、秋季氣溫波動較大的特點，因此，無霜凍期的地域性和年際間差異明顯，對葡萄等特色林果以及棉花、玉米等喜溫作物的生產(chǎn)影響較大[14， 16， 22]，而≥10℃積溫的地域性或年際間差異則相對較小。一般無霜凍期能夠滿足某種作物生長的地區(qū)，≥10℃積溫也大多都能滿足[16]。李華等[2， 30]也指出，無霜凍期是評價一個地區(qū)釀酒葡萄熱量條件適宜程度的理想指標(biāo)。對于地域遼闊，地形地貌復(fù)雜的新疆，各地?zé)崃織l件尤其是無霜凍期差異懸殊，因此，無霜凍期是決定新疆釀酒葡萄能否種植的關(guān)鍵氣候因素。

(3)水分條件。葡萄是需水量較多的果樹[16]，新疆綠洲平原地帶雖降水稀少，大部區(qū)域4～9月降水量一般不足100mm，但較豐沛的山區(qū)降水和高山冰川積雪融水所匯集的河川徑流和地下水為滿足葡萄灌溉提供了穩(wěn)定的水資源保證，因此降水不是制約新疆釀酒葡萄生長發(fā)育的氣候因子。相反，降水少、空氣干燥反而利于葡萄果實品質(zhì)的提高[14， 16]。但新疆部分地區(qū)氣候仍較為濕潤，對釀酒葡萄品質(zhì)有一定影響。

(4)大風(fēng)災(zāi)害。大風(fēng)是影響新疆部分地區(qū)葡萄生長發(fā)育、產(chǎn)量形成的主要氣象災(zāi)害，葡萄生長季大風(fēng)日數(shù)多，將致使葉片蒸騰劇增，生理干旱加劇，開花授粉不良，嚴(yán)重的還會導(dǎo)致葡萄枝蔓和葉片遭受機械損傷，果粒果穗脫落嚴(yán)重等，對葡萄產(chǎn)量和品質(zhì)有較大影響[14， 16]。

1.2.2 釀酒葡萄氣候區(qū)劃指標(biāo)的確定

上述分析表明，無霜凍期是影響新疆釀酒葡萄生長發(fā)育、產(chǎn)量形成的主要氣候因素，大風(fēng)是主要氣象災(zāi)害，氣候的干燥程度對釀酒葡萄品質(zhì)有直接影響。結(jié)合前人研究成果[2， 16， 30]，這里以無霜凍期、葡萄生長季(4～9月)干燥度和大風(fēng)日數(shù)作為新疆釀酒葡萄氣候區(qū)劃指標(biāo)，具體標(biāo)準(zhǔn)見表1。由于以上3項氣候要素對釀酒葡萄的影響是相互獨立的，具有不可替代性，因此，該3項氣候指標(biāo)必須同時具備。

表1 新疆釀酒葡萄種植氣候區(qū)劃指標(biāo)

1.3 區(qū)劃指標(biāo)的統(tǒng)計方法

1.3.1 無霜凍期

春季最后一次日最低氣溫≤0℃之日稱作終霜凍日，秋季第一次出現(xiàn)日最低氣溫≤0℃之日稱作初霜凍日，將一年中終霜凍日至初霜凍日之間的天數(shù)稱作無霜凍期[16， 23]。

1.3.2 4～9月干燥度

干燥度表示大氣降水和作物需水量之間的相對平衡關(guān)系，其表達式為[2， 6， 7， 13， 30]：

K=0.8×ETo/P

(1)

式(1)中，K為4～9月干燥度； P為4～9月降水量(mm)； ETO為4～9月潛在蒸散量(mm)。

該文采用1998年聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)推薦的Penman-Monteith公式計算潛在蒸散量。公式的具體形式如下[31]：

(2)

式(2)中，ETO為潛在蒸散量(mm/m2)，Rn是冠層表面凈輻射(MJ/m2·d)，G是土壤熱通量(MJ/m2·d)，Δ為飽和水氣壓曲線在氣溫為T時的斜率(KPa/℃)，T為平均氣溫(℃)，γ為干濕表常數(shù)(KPa/℃)，U2為距地面2m高處的風(fēng)速(m/s)，ea為飽和水汽壓(KPa)，ed為實際水汽壓(KPa)。各月的潛在蒸散量值等于利用上述公式計算的值分別乘以當(dāng)月的天數(shù)， 4～9月潛在蒸散量為期間各月潛在蒸散量之和。

1.3.3 4～9月大風(fēng)日數(shù)

瞬間風(fēng)速≥17m/s的風(fēng)稱作大風(fēng)。某一日有大風(fēng)出現(xiàn)，則該日稱為大風(fēng)日[16]。4～9月大風(fēng)日數(shù)的總和稱作釀酒葡萄生長季大風(fēng)日數(shù)。

1.4 氣候要素變化趨勢及突變分析

分別用線性傾向率、累積距平以及t檢驗[32]對1961～2014年新疆無霜凍期、4～9月干燥度和大風(fēng)日數(shù)的變化趨勢、突變特征進行分析和檢測。

1.5 氣候要素的柵格化數(shù)學(xué)模型

新疆地域遼闊，地形地貌復(fù)雜，氣候類型多樣，但氣象站點稀疏，為提高氣候要素空間分布式模擬的精度，該研究采用混合插值法(宏觀地理因子的三維二次趨勢面模擬與反距離加權(quán)殘差訂正相結(jié)合)對新疆無霜凍期、4～9月干燥度和大風(fēng)日數(shù)進行500 m×500 m柵格點的空間插值模擬[20-25]，即：

p=p(λ，φ，h)+ε=(b0+b1λ+b2φ+b3h+b4λφ+b5φh+b6λh+b7λ2+b8φ2+b9h2)+ε

(3)

式中，p為柵格點的氣候要素模擬值； p(λ，φ，h)為宏觀地理因子對氣候要素的影響； ε為局部小地形因子和隨機因素對氣候要素的影響，即殘差項； λ為柵格點的平均經(jīng)度(°)； φ為柵格點的平均緯度(°)； h為柵格點的平均海拔高度(100 m)； b0～b9為待定系數(shù)。

殘差項ε的插值運算采取反距離加權(quán)法(IDW)，具體的插值計算式公為[19-27]：

(4)

式中，ε為各氣候要素殘差項的柵格點模擬值； n為用于插值的氣象站點的數(shù)目； εi為第i個氣象站點氣候要素的實際殘差項值； di為插值的柵格點與第i個氣象站點之間的歐氏距離； k為距離的冪。

2 結(jié)果與分析

2.1 各氣候要素的變化趨勢、突變特征

2.1.1 無霜凍期

1961～2014年，新疆無霜凍期總體以3.57d/10a的傾向率呈顯著(α=0.001)延長趨勢(圖1)， 54年來延長了19.3d。由1961～2014年新疆無霜凍期序列的累積距平可以看出， 1996年出現(xiàn)了累積距平的最小值(圖1)，對1961～1996年和1997～2014年無霜凍期進行t檢驗，結(jié)果表明(表2)，|t0|=6.542 6>tα=0.001，通過了α=0.001的信度水平檢驗，這說明，近54年新疆無霜凍期于1997年發(fā)生了突變。突變后較突變前全疆平均無霜凍期延長了11.2d。

2.1.2 4～9月干燥度

1961～2014年，新疆4～9月干燥度總體以-0.40/10a的傾向率呈顯著(α=0.001)減小趨勢(圖2)， 54年來減小了2.2。由1961～2014年新疆4～9月干燥度序列的累積距平可以看出， 1986年出現(xiàn)了累積距平的最大值(圖2)，對1961～1986年和1987～2014年4～9月干燥度進行t檢驗，結(jié)果表明(表2)，|t0|=4.873 4>tα=0.001，通過了α=0.001的信度水平檢驗，這說明，近54年新疆4～9月干燥度于1987年發(fā)生了突變。突變后較突變前全疆平均4～9月干燥度減小了1.5。

圖1 1961～2014年新疆無霜凍期的變化 圖2 1961～2014年新疆4～9月干燥度的變化

圖3 1961～2014年新疆夏半年大風(fēng)日數(shù)的變化

2.1.3 4～9月大風(fēng)日數(shù)

1961～2014年，新疆4～9月大風(fēng)日數(shù)總體以-3.10d/10a的傾向率呈顯著(α=0.001)減少趨勢(圖3)， 54年來減少了16.7d。由1961～2014年新疆4～9月大風(fēng)日數(shù)序列的累積距平可以看出， 1985年出現(xiàn)了累積距平的最小值(圖3)，對1961～1985年和1986～2014年4～9月大風(fēng)日數(shù)進行t檢驗，結(jié)果表明(表2)，|t0|=17.112 5>tα=0.001，通過了α=0.001的信度水平檢驗，說明近54年新疆4～9月大風(fēng)日數(shù)于1986年發(fā)生了突變。突變后較突變前全疆平均4～9月大風(fēng)日數(shù)減小了9.5d。

2.2 各氣候要素空間分布的變化

上述分析表明， 1961～2014年新疆無霜凍期呈顯著增多趨勢， 4～9月干燥度和大風(fēng)日數(shù)呈顯著減小(少)趨勢，并且上述要素分別于1997年、1987年和1986年發(fā)生了突變。為便于分析，也為了更好地體現(xiàn)各氣候要素的變化對釀酒葡萄氣候區(qū)劃的綜合影響，該文以三要素中發(fā)生突變最遲的無霜凍期的突變年1997年為時間節(jié)點，探討1997年前(1961～1996年)、后(1997～2014年)各氣候要素空間分布的差異[28， 33]。

表2 新疆無霜凍期、4～9月干燥度和大風(fēng)日數(shù)突變點信度檢驗

2.2.1 無霜凍期

新疆的無霜凍期表現(xiàn)為“南疆長，北疆短； 平原和盆地長，山區(qū)短”的空間分布格局(圖4)。以對釀酒葡萄種植適宜程度(表1)分級的無霜凍期的分布情況來看， 1997年前無霜凍期多于220d的區(qū)域僅在南疆的塔里木盆地西南緣和東疆的吐魯番、哈密盆地(以下簡稱吐哈盆地)腹地有零星分布； 200～220d的區(qū)域主要在塔里木盆地西北部海拔高度1 100m以下以及盆地西南部1 520m以下的廣大平原地帶，另在吐哈盆地海拔高度不超過410m的盆地腹地也有少量分布； 180～200d的區(qū)域主要分布在塔里木盆地周邊海拔高度1 100～1 700m、準(zhǔn)噶爾盆地西南緣海拔高度不超過700m的山前傾斜平原地帶，另外，在吐哈盆地周邊海拔高度410～800m的盆地邊緣地帶也有分布； 160～180d的區(qū)域主要在準(zhǔn)噶爾盆地海拔高度700～1 000m，吐哈盆地海拔高度800～1100m的區(qū)域。另外，塔里木盆地周邊海拔1 700～1 900m的低山、丘陵地帶也呈帶狀出現(xiàn)； 在無霜凍期160～180d區(qū)域海拔上限以上或緯度北界以北的地帶無霜凍期一般不足160d(圖4a)。

1997年后較其之前，雖無霜凍期的分布格局大體相同，但各級無霜凍期分布帶的海拔上限均不同程度的抬升，其中，北疆和吐哈盆地抬升200～300m，塔里木盆地抬升100～150m，受其影響，無霜凍期多于220d的區(qū)域在塔里木盆地和吐哈盆地均明顯擴大； 200～220d的區(qū)域在塔里木盆地明顯東擴，在吐哈盆地有所擴大，與此同時，在準(zhǔn)噶爾盆地西南部海拔高度不超過400 m的地區(qū)也有規(guī)模、連片的出現(xiàn)； 180～200d的區(qū)域在南疆明顯壓縮，而北疆有所擴大并向東擴展； 160～180d的區(qū)域在北疆明顯北抬，南疆有所壓縮； 無霜凍期不足160d的區(qū)域有所減小，其中，北疆減小更為明顯(圖4b)。

圖4 1961～1996年(a)和1997～2014年(b)新疆無霜凍期的空間分布

2.2.2 4～9月干燥度

新疆4～9月干燥度的空間分布總體呈現(xiàn)“平原和盆地大，山區(qū)小”的格局(圖5)。以對釀酒葡萄種植適宜程度(表1)分級的1997年前4～9月干燥度的分布情況來看(圖5a)，南疆的塔里木盆地、北疆的準(zhǔn)噶爾盆地以及東疆的吐哈密盆地幾乎完全被干燥度≥3.5的區(qū)域所覆蓋； 1.6～3.5的區(qū)域主要分布在準(zhǔn)噶爾盆地周邊山前傾斜平原和低山、丘陵地帶以及塔里木盆地和吐哈盆地周邊中、低山帶； 1.0～1.6的區(qū)域分布在阿勒泰山南坡、天山北坡海拔1 200～2 000m的中低山帶以及天山南坡、昆侖山北坡海拔3 000～4 000m的中山帶； 天山海拔2 000～3 000m以上及昆侖山海拔4 000～4 500m以上的高山帶4～9月干燥度一般<1.0。

盡管1997年后較其之前新疆氣候有較明顯的變濕趨勢，但對4～9月干燥度的分布格局影響不大，僅干燥度<1.0和1.0～1.6分區(qū)的海拔下限向低海拔區(qū)域降低了200～300m左右，受其影響，山區(qū)干燥度<1.0和1.0～1.6的區(qū)域有所增大， 1.6～3.5的區(qū)域略有壓縮，但≥3.5的區(qū)域無明顯變化(圖5b)。

圖5 1961～1996年(a)和1997～2014年(b)新疆4～9月干燥度的空間分布

2.2.3 4～9月大風(fēng)日數(shù)

受大氣環(huán)流和地形、地貌的綜合影響，新疆4～9月大風(fēng)日數(shù)的空間分布總體呈現(xiàn)“北疆多，南疆少； 東部和西部多，中部少； 峽谷和山口地帶多，平原少”的特點(圖6)。1997年前新疆4～9月大風(fēng)日數(shù)50d以上的區(qū)域主要分布在北疆的阿拉山口和達坂城等峽谷地帶以及東疆的三塘湖至淖毛湖戈壁和瞭墩至十三間房的“百里風(fēng)區(qū)”等地； 30～50d的區(qū)域主要出現(xiàn)在上述峽谷或風(fēng)區(qū)的下游地區(qū)，具體包括阿勒泰地區(qū)西部的額爾齊斯河谷、塔城地區(qū)西部和中部、克拉瑪依市北部以及吐哈盆地大部； 北疆大部、南疆東部、哈密盆地中部為15～30d； 南疆大部4～9月大風(fēng)日數(shù)一般不足15d(圖6a)。

1997年后與其之前相比，新疆4～9月大風(fēng)日數(shù)的空間分布格局大體相同，但大風(fēng)日數(shù)30d以上的區(qū)域明顯縮小，其中，北疆西部、吐哈盆地以及南疆東部減小尤為顯著； 15～30d 的區(qū)域北疆明顯縮小，南疆和東疆有所擴大； 但4～9月大風(fēng)日數(shù)不足15d的區(qū)域明顯擴大，其中北疆?dāng)U大更為顯著(圖6b)。

圖6 1961～1996年(a)和1997～2014年(b)新疆4～9月大風(fēng)日數(shù)的空間分布

2.3 釀酒葡萄氣候區(qū)劃的變化

根據(jù)對釀酒葡萄的適宜程度，分別對1997年前、后無霜凍期、4～9月干燥度和大風(fēng)日數(shù)的柵格數(shù)據(jù)在ArcGis10.0平臺上進行等級劃分，并將三要素的等級柵格數(shù)據(jù)進行疊加處理，獲得了1997年前、后新疆釀酒葡萄種植氣候區(qū)劃(圖7)。

圖7 1961～1996年(a)和1997～2014年(b)新疆釀酒葡萄種植農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃

2.3.1 最適宜種植區(qū)

1997年前新疆釀酒葡萄最適宜種植區(qū)主要分布在南疆的塔里木盆地中部，另在盆地西部山前沖擊、洪擊平原地帶也有少量出現(xiàn)，面積為28.26萬km2，占新疆總面積的17.0%(表3)。受氣候變暖的影響， 1997年后，塔里木盆地中部無霜凍期≥220d區(qū)域明顯增大，高溫對該地釀酒葡萄的影響開始顯現(xiàn)[2， 29]，因此，南疆釀酒葡萄最適宜種植區(qū)的主體由塔里木盆地中部向盆地中東部和北部的山前傾斜平原地帶轉(zhuǎn)移。另在北疆的準(zhǔn)噶爾盆地西南緣、伊犁河谷西部以及東疆的吐哈盆地也有部分出現(xiàn)。1997年后釀酒葡萄最適宜種植區(qū)面積降至22.06萬km2，較1997年前減小了6.201萬km2，占比減小3.7個百分點。最適宜種植區(qū)熱量和干濕氣候條件均非常適宜釀酒葡萄的種植，且大風(fēng)災(zāi)害很少，是新疆最理想的優(yōu)質(zhì)釀酒葡萄種植和發(fā)展區(qū)域。

2.3.2 適宜種植區(qū)

1997年前新疆釀酒葡萄適宜種植區(qū)主要分布在南疆塔里木盆地周邊的山前傾斜平原和沖積、洪積平原地帶，北疆的準(zhǔn)噶爾盆地西南部、伊犁河谷西部，以及東疆的吐哈盆地中部，面積為26.67萬km2，占新疆總面積的16.0%(表3)。1997年后，其分布區(qū)域明顯擴大，具體表現(xiàn)在，塔里木盆地大部、北疆沿天山一帶、伊犁河谷以及東疆的吐哈盆地大部已被該區(qū)所覆蓋，其面積增至52.30萬km2，較1997年前增大了25.63萬km2，占比增大15.4個百分點。適宜種植區(qū)的氣候條件對釀酒葡萄生長發(fā)育、產(chǎn)量形成的適宜程度總體稍遜于最適宜區(qū)，但各地的影響因素有所不同，南疆的塔里木盆地中部和東疆吐哈盆地腹地主要受夏季高溫(無霜凍期≥220d)的影響，而北疆以及南疆的山前傾斜平原和沖積、洪積平原地帶主要是熱量條件稍顯不足(無霜凍期只有180～200d)，個別地區(qū)4～9月大風(fēng)日數(shù)偏多(15～30d)對釀酒葡萄也有一定影響。

2.3.3 次適宜區(qū)

1997年前新疆釀酒葡萄次適宜種植區(qū)主要分布在北疆沿天山一帶、東疆的吐哈盆地大部以及南疆東部的羅布泊地區(qū)，面積為29.02萬km2，占新疆總面積的17.4%。1997年后，次適宜區(qū)在北疆明顯向高緯度、高海拔地區(qū)轉(zhuǎn)移，在南疆和東疆其范圍明顯減小。其影響， 1997年后新疆釀酒葡萄的次適宜種植區(qū)面積較1997年前縮小了7.432萬km2，占比減小4.4個百分點(表3)。熱量條件總體不足(無霜凍期只有160～180d)是影響新疆次適宜區(qū)釀酒葡萄種植的主要因素。另外，部分地區(qū)雖熱量和干濕氣候條件均較適宜，但4～9月大風(fēng)日數(shù)較多(30～50d)，對釀酒葡萄種植也有較大影響。

表3 1997年前后新疆釀酒葡萄不同氣候適宜區(qū)面積的變化

2.3.4 不宜種植區(qū)

阿勒泰山、天山、昆侖山區(qū)以及北疆北部、阿拉山口、達坂城等峽谷地帶，東疆的三塘湖至淖毛湖戈壁和瞭墩至十三間房“百里風(fēng)區(qū)”等地均為新疆釀酒葡萄不宜種植區(qū)。1997年前其面積為82.5萬km2，占新疆總面積的49.6%。1997年后，不適宜種植區(qū)的分布格局沒有大的變化，但其范圍明顯減小，較1997年前面積縮小了11.99萬km2，縮小7.2個百分點(表3)。各不適宜區(qū)制約釀酒葡萄種植的主要氣候因素分別是，阿勒泰山、天山、昆侖山區(qū)和北疆北部熱量條件嚴(yán)重匱乏(無霜凍期不足160d)，而阿拉山口、達坂城峽谷以及三塘湖至淖毛湖和瞭墩至十三間房等風(fēng)口風(fēng)線地帶則是4～9月大風(fēng)日數(shù)多于50d之故。

3 結(jié)論與討論

(1)新疆無霜凍期表現(xiàn)為“南疆長，北疆短； 平原和盆地長，山區(qū)短”， 4～9月干燥度為“平原和盆地大，山區(qū)小”， 4～9月大風(fēng)日數(shù)呈現(xiàn)“北疆多，南疆少； 東部和西部多，中部少； 峽谷和山口地帶多，平原地區(qū)少”的空間分布特點。

(2)1961～2014年，新疆無霜凍期總體以3.57d/10a的傾向率呈顯著(α=0.001)延長趨勢， 4～9月干燥度和大風(fēng)日數(shù)分別以-0.40/10a和-3.10d/10a的傾向率呈顯著減小(少)趨勢，上述要素分別于1997年、1987年和1986年發(fā)生了突變。

(3)受氣候變化的影響， 1997年后較其之前，新疆釀酒葡萄最適宜種植區(qū)減小了6.201萬km2，占比減小3.7個百分點； 適宜種植區(qū)增大了25.63萬km2，占比增大15.4個百分點； 次適宜種植區(qū)和不宜種植區(qū)分別縮小了7.432萬km2和11.99萬km2，占比分別減小4.4和7.2個百分點。

(4)氣候變化對新疆釀酒葡萄種植的影響具有明顯的區(qū)域性差異。近54年，尤其是1997年以來新疆熱量條件明顯改善，無霜凍期顯著延長，這對熱量條件總體不足的北疆葡萄產(chǎn)區(qū)和塔里木盆地周邊山前沖積、洪積平原和低山丘陵地帶的葡萄種植區(qū)來說無疑具有積極意義，但對塔里木盆地中部和吐哈盆地腹地則會因夏季高溫的增多而對釀酒葡萄種植產(chǎn)生一定不利影響。新疆氣候總體十分干燥，盡管1997年后較其之前氣候有較明顯的變濕趨勢，但對新疆釀酒葡萄種植區(qū)劃無明顯影響。4～9月大風(fēng)日數(shù)明顯減小，這為部分熱量和干濕氣候條件適宜但多大風(fēng)天氣地區(qū)發(fā)展釀酒葡萄種植創(chuàng)造了有利條件。因此，各地應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c及其變化規(guī)律，合理調(diào)整釀酒葡萄種植區(qū)域，充分利用農(nóng)業(yè)氣候資源，最大限度地規(guī)避大風(fēng)等氣象災(zāi)害，促進新疆釀酒葡萄產(chǎn)業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。

(5)該區(qū)劃研究結(jié)果與前人在該領(lǐng)域研究大體相同，但由于采取了基于ArcGIS的氣候要素的精細(xì)化空間插值技術(shù)，并考慮了新疆大風(fēng)日數(shù)對釀酒葡萄種植影響的實際，因此，區(qū)劃的精細(xì)化程度明顯提高，區(qū)劃結(jié)果與新疆釀酒葡萄種植區(qū)的實際以及遠(yuǎn)景規(guī)劃也更為吻合[7-8， 14， 17]。

需要指出的是，農(nóng)作物(果樹)種植氣候區(qū)劃只是農(nóng)業(yè)區(qū)劃的一項基礎(chǔ)性部門區(qū)劃[34]。釀酒葡萄種植區(qū)域的確定不僅受以熱量、干燥度和大風(fēng)日數(shù)為主的氣候因素的影響，同時還受市場狀況、種植技術(shù)、土壤和灌溉條件等因素的制約[2-5， 17]。因此，在該研究工作的基礎(chǔ)上，統(tǒng)籌考慮自然、社會和經(jīng)濟因素對釀酒葡萄生產(chǎn)的綜合影響，制定更加符合新疆實際的釀酒葡萄種植區(qū)劃和發(fā)展規(guī)劃，是今后新疆釀酒葡萄種植業(yè)發(fā)展需重點研究的工作之一。

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IMPACT OF CLIMATE CHANGE ON WINE GRAPE-PLANTING CLIMATIC DIVISION IN XINJIANG*

Zhang Shanqing1，PuZongchao2※，Ji Chunrong3，Li Jinglin1，Li Xinjian1，F(xiàn)u Weidong1，Gu Ran1，Zheng Xinqian1

(1.Xinjiang Agrometeorological Bureau，Urumqi 830002，China； 2.Urumqi Meteorological Bureau of Xinjiang，Urumqi 830002，China；3.Institute of Desert Meteorology，Urumqi, Xinjiang 830002，China)

Under the background of climate change, the changes of climatic zoning of wine grape planting in Xinjiang have important significance in adapting climate change, fully rational use of agricultural climate resources, and promoting the sustainable and stable development of the Xinjiang wine grape industry. In this paper, based on climatic data from 101 meteorological stations from 1961 to 2014, the fundamental spatial-temporal change characteristic of annual frost-free dates, aridity and strong wind days from April to September were analyzed by using the methods of linear regression, accumulative anomaly, T-test and mixed spatial interpolation technology based on ArcGIS. And then the impact of climate change on wine grape planting zoning was studied by combining with the wine grape planting climate division index. The main results showed, spatial distribution of annual frost-free dates, aridity and strong wind days had very obvious difference in Xinjiang. Generally, annual frost-free dates and aridity in south were higher than that in north, and higher in plain and basin region than that in mountain regions. Strong wind days were more in canyon and mountain pass in north, east and west than that in plain and basin regions. In recent 54 years, the annual frost-free dates increased with a rate of 3.57d/10a, while the aridity and strong wind days decreased with rates of -0.40/10a and -0.31d/10a, but it had mutation in 1997, 1987 and 1986, respectively. The most suitable areas of wine grape planting decreased 6.201×104km2with 3.7%, the suitable areas increased 2.563×105km2with 15.4%, and the sub-suitable areas and unsuitable areas decreased 7.432×104km2and 1.199×105km2, with 4.4% and 7.2%, respectively. The climate change had positive and negative effects on wine grape planting in Xinjiang region, but overall the advantages outweighed the disadvantages. This had important significance in promoting wine grape industry development.

climate change; geographic information system (GIS); wine grape-planting; climatic division; Xinjiang region

10.7621/cjarrp.1005-9121.20160921

2015-12-04

張山清(1966—)，女，陜西靖邊人，碩士、高級工程師。研究方向：氣候變化與應(yīng)用氣象。

※通訊作者：普宗朝(1965—)，男，河南沈丘人，高級工程師。研究方向：農(nóng)業(yè)氣象。Email：puzongchao@163.com

*資助項目：國家自然科學(xué)基金“基于新疆紅棗和核桃生理特性變化的越冬凍害指標(biāo)研究”(41375122)； 新疆自治區(qū)林業(yè)發(fā)展補助資金項目“新疆特色林果質(zhì)量控制發(fā)展戰(zhàn)略研究”(2016002)； 新疆氣象局科研課題面上項目“氣候變化背景下天山北坡經(jīng)濟帶設(shè)施農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃”(MS201512)

S663.1; S162.2

A

1005-9121[2016]09-0125-10