中國(guó)北方蘋(píng)果主產(chǎn)省降水分布特征分析*

邱美娟，劉布春**，劉 園，張玥瀅，王珂依，龐靜漪,2

中國(guó)北方蘋(píng)果主產(chǎn)省降水分布特征分析*

邱美娟1，劉布春1**，劉 園1，張玥瀅1，王珂依1，龐靜漪1,2

（1．中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所/作物高效用水與抗災(zāi)減損國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室/農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081；2．遼寧省營(yíng)口市氣象局，營(yíng)口 115001）

利用1970-2017年7個(gè)中國(guó)蘋(píng)果主產(chǎn)省及周邊210個(gè)氣象站逐日降水資料和1km分辨率的數(shù)字高程數(shù)據(jù)，采用基于樣條函數(shù)插值理論的專(zhuān)業(yè)氣象插值軟件ANUSPLIN對(duì)降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行空間插值。結(jié)合地理信息系統(tǒng)軟件ArcGIS和變異系數(shù)、氣候傾向率等相關(guān)數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，分析蘋(píng)果主產(chǎn)省的降水時(shí)空分布特征；并根據(jù)適宜蘋(píng)果栽培的年降水量區(qū)間和蘋(píng)果主產(chǎn)區(qū)降水分布情況探析蘋(píng)果關(guān)鍵生育期適宜降水量。結(jié)果表明：蘋(píng)果主產(chǎn)省年平均降水量與關(guān)鍵生育期平均降水量均具有南高北低、東高西低的空間分布特征，約51.7%的區(qū)域年降水量為500.0~800.0mm，其中，主產(chǎn)區(qū)的年降水量基本在500.0～800.0mm。萌芽-幼果期、果實(shí)膨大期和著色-成熟期平均降水量對(duì)年平均降水量的貢獻(xiàn)率分別為0.114～0.385、0.428～0.712和0.000～0.270。研究區(qū)降水時(shí)間分配與蘋(píng)果需水規(guī)律較吻合，但降水量變異系數(shù)較大，基本在0.15以上。從氣候傾向率看，大多數(shù)區(qū)域降水量的變化趨勢(shì)不顯著，除著色-成熟期外，各時(shí)段降水量變化通過(guò)0.05水平顯著性檢驗(yàn)的區(qū)域不足1.0%。結(jié)合蘋(píng)果主產(chǎn)區(qū)和蘋(píng)果適宜栽培的年降水量值，初步判定蘋(píng)果萌芽-幼果期、果實(shí)膨大期和著色-成熟期的適宜降水量范圍分別為66.2～170.2mm、238.4～527.9mm和69.0～200.8mm。

蘋(píng)果；降水；適宜降水量；果實(shí)膨大期；ANUSPLIN

氣候變暖不僅引起氣溫的異常變化，而且對(duì)降水也產(chǎn)生重要影響[1-4]，進(jìn)而影響農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)和布局。中國(guó)是蘋(píng)果的生產(chǎn)和出口大國(guó)，中國(guó)蘋(píng)果主產(chǎn)區(qū)和優(yōu)勢(shì)區(qū)主要分布在環(huán)渤海灣地區(qū)的遼寧省、山東省、河北省和黃土高原地區(qū)的山西省、陜西省、河南省和甘肅省7個(gè)省份[5]。這7個(gè)蘋(píng)果主產(chǎn)省份2017年蘋(píng)果種植面積和產(chǎn)量分別占全國(guó)的91.0%和88.2%[6]，蘋(píng)果是各省當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱。水分條件是影響蘋(píng)果產(chǎn)量和質(zhì)量的一個(gè)重要環(huán)境因素[7-8]，而降水是北方蘋(píng)果生產(chǎn)中水分的主要來(lái)源，因此，分析氣候變化背景下中國(guó)北方蘋(píng)果主產(chǎn)省降水變化特征，對(duì)于蘋(píng)果產(chǎn)業(yè)布局與發(fā)展具有重要意義。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)一些學(xué)者對(duì)中國(guó)各個(gè)區(qū)域降水變化開(kāi)展了相關(guān)研究。任國(guó)玉等[9]利用1951-1996年地面氣象觀測(cè)資料，通過(guò)計(jì)算中國(guó)全年和季節(jié)降水量長(zhǎng)期變化趨勢(shì)特征系數(shù)，分析各個(gè)區(qū)域降水量的變化趨勢(shì)。王麒翔等[10-11]對(duì)黃土高原的降水變化特征研究指出，多數(shù)站點(diǎn)年降水量呈減少趨勢(shì)。段麗瑤等[12-13]利用站點(diǎn)降水資料對(duì)環(huán)渤海灣地區(qū)降水特征進(jìn)行分析，指出夏季降水總體呈下降趨勢(shì)，該地區(qū)極端降水強(qiáng)度大，極端降水量的多少影響年降水量。陶建等[14-15]對(duì)中國(guó)西南地區(qū)降水量的變化特征進(jìn)行了研究。鄭麗娜[16-17]分析了西北各季節(jié)降水的時(shí)空演變特征。劉勤等[18]探討了近50a黃河流域的降水量變化特征。李玲萍等[19]對(duì)青藏高原東北邊坡降水特征進(jìn)行了分析。周夢(mèng)子等[20]利用CMIP5耦合氣候模式模擬結(jié)果對(duì)1.5℃和2℃升溫閾值時(shí)的中國(guó)降水變化進(jìn)行了分析，并指出1.5℃升溫閾值時(shí)，除了華南和西南地區(qū)外，中國(guó)大部分地區(qū)年平均降水量增加，降水的季節(jié)差異顯著；2℃升溫閾值時(shí)，中國(guó)范圍內(nèi)的年平均降水量普遍表現(xiàn)為增加趨勢(shì)。這些研究對(duì)認(rèn)識(shí)中國(guó)降水的整體分布情況具有重要參考價(jià)值。

在蘋(píng)果生產(chǎn)中，一般認(rèn)為蘋(píng)果適宜栽培區(qū)的年降水量應(yīng)在500～800mm，降水過(guò)多或過(guò)少都會(huì)對(duì)蘋(píng)果的產(chǎn)量和品質(zhì)造成一定影響[5,21-23]。然而，蘋(píng)果不同生育期對(duì)降水量的需求具有很大差異，萌芽-幼果期、果實(shí)膨大期和著色-成熟期等關(guān)鍵生育期的降水量對(duì)蘋(píng)果產(chǎn)量和品質(zhì)均具有很大影響[24-25]。尤其是果實(shí)膨大期通常是果實(shí)生長(zhǎng)需水的關(guān)鍵期，水分條件對(duì)果實(shí)大小產(chǎn)生重要影響，水分供應(yīng)充足，可以促進(jìn)果實(shí)膨大，且利于著色。周珊珊[26]對(duì)渭北高原紅富士蘋(píng)果樹(shù)各個(gè)階段需水量的研究表明，蘋(píng)果果實(shí)膨大期的需水量達(dá)到310mm左右，是萌芽-幼果期和著色-成熟期的1.7～2.0倍，萌芽-幼果期的需水量比著色-成熟期略多，而越冬期對(duì)水分的需求相對(duì)較少。馮志文等[27]對(duì)山東省濟(jì)寧市嘉祥縣紅富士蘋(píng)果的試驗(yàn)研究也表明，蘋(píng)果果實(shí)膨大期的需水量達(dá)到315mm左右，是著色-成熟期的1.7倍左右。而在中國(guó)蘋(píng)果主產(chǎn)省中，自然降水是蘋(píng)果需水的主要來(lái)源，因此，研究蘋(píng)果主產(chǎn)省降水量尤其是各關(guān)鍵生育期降水量的變化特征，結(jié)合蘋(píng)果主產(chǎn)區(qū)地理分布特征和適宜蘋(píng)果栽培的年降水量指標(biāo)，探究各個(gè)關(guān)鍵生育期適宜蘋(píng)果栽培的降水量非常重要?？紤]到研究區(qū)域復(fù)雜地形地貌條件對(duì)降雨的影響，本研究利用蘋(píng)果主產(chǎn)省及其周邊100km范圍內(nèi)共210個(gè)氣象站1970-2017年逐日降水?dāng)?shù)據(jù)，基于專(zhuān)業(yè)氣象插值軟件ANUSPLIN對(duì)歷年降水量進(jìn)行空間插值，對(duì)蘋(píng)果不同生育時(shí)段降水的時(shí)空分布特征進(jìn)行分析研究，以期探析各個(gè)關(guān)鍵生育期適宜蘋(píng)果栽培的降水量，為蘋(píng)果合理布局提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)資料

主要研究區(qū)域?yàn)檫|寧、河北、山東、山西、河南、陜西和甘肅7個(gè)蘋(píng)果主產(chǎn)省[5]。蘋(píng)果主產(chǎn)區(qū)的范圍參考趙政陽(yáng)[5]的研究結(jié)果（圖1a）。氣象數(shù)據(jù)來(lái)自于中國(guó)氣象局提供的7個(gè)主產(chǎn)省內(nèi)及其周邊100km范圍內(nèi)210個(gè)氣象站1970-2017年的逐日降水量觀測(cè)資料。對(duì)于缺測(cè)較少的數(shù)據(jù)用距離缺測(cè)站最鄰近的氣象站點(diǎn)的當(dāng)日數(shù)據(jù)代替，如果最近站的數(shù)據(jù)缺測(cè)，則用次鄰近的氣象站當(dāng)日數(shù)據(jù)代替，依此類(lèi)推。對(duì)于缺測(cè)較多的情況，直接剔除這一年的降水?dāng)?shù)據(jù)。1km分辨率的數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)（Digital Elevation Model，DEM）來(lái)源于CGIAR-CSI SRTM中國(guó)區(qū)域數(shù)據(jù)（http://srtm.csi.cgiar.org/）。研究區(qū)域氣象站點(diǎn)及高程分布如圖1。蘋(píng)果生育期參考相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)蘋(píng)果生育期的劃分[28]，主要分為萌芽-幼果期（3-5月）、果實(shí)膨大期（6-8月）和著色成熟期（9-10月）。

1.2 研究方法

1.2.1 基于Anusplin的降水量空間插值

Anusplin基于普通薄盤(pán)和局部薄盤(pán)樣條函數(shù)插值理論。除了可以引入自變量外，還允許引入?yún)f(xié)變量，如溫度與海拔之間、降水與海岸線的關(guān)系等。本研究主要考慮海拔高度的影響，將海拔高度作為協(xié)變量引入插值過(guò)程。Anusplin插值的具體原理和方法參考文獻(xiàn)[29-32]。為了降低Anusplin插值對(duì)研究區(qū)域邊界區(qū)的誤差，研究利用研究區(qū)域內(nèi)173個(gè)氣象站及其周邊100km范圍內(nèi)37個(gè)氣象站共210個(gè)氣象站一并進(jìn)行插值，然后提取研究區(qū)域結(jié)果進(jìn)行分析。

首先根據(jù)站點(diǎn)歷年逐日降水?dāng)?shù)據(jù)計(jì)算逐月降水量，然后將1km DEM數(shù)據(jù)重采樣為0.02°，最后基于Anusplin軟件對(duì)站點(diǎn)逐月降水量插值，得到逐月0.02o×0.02o精細(xì)化氣象格點(diǎn)數(shù)據(jù)。研究區(qū)域及其周邊100km范圍內(nèi)共計(jì)614385個(gè)格點(diǎn)，其中，7個(gè)主產(chǎn)省共包含366493個(gè)格點(diǎn)，蘋(píng)果主產(chǎn)區(qū)包含81535個(gè)格點(diǎn)。在格點(diǎn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上進(jìn)行各統(tǒng)計(jì)量的計(jì)算和結(jié)果分析。

圖1 中國(guó)北方7個(gè)蘋(píng)果主產(chǎn)省及周邊100km范圍內(nèi)210個(gè)氣象站點(diǎn)（a）及高程（b）分布

1.2.2 統(tǒng)計(jì)量計(jì)算方法

（1）極差

極差為氣象要素觀測(cè)值最大值與最小值之差，極差表示各氣象要素觀測(cè)值變異程度大小最簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)量。

（2）變異系數(shù)

變異系數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)差與平均值之比，即

式中，N是總年數(shù)，xi表示第i年的氣象要素值。

（3）偏度系數(shù)和峰度系數(shù)

偏度系數(shù)表征分布形態(tài)與平均值偏離的程度，作為分布不對(duì)稱(chēng)的測(cè)度。峰度系數(shù)則表征分布形態(tài)圖形頂峰的凸平度。偏度系數(shù)g1的計(jì)算式為

當(dāng)g1為正時(shí)，表明分布特效的頂峰偏左，稱(chēng)為正偏度；當(dāng)g1為負(fù)時(shí)，分布圖形的頂峰偏右，稱(chēng)為負(fù)偏度；當(dāng)g1為0時(shí)，表明分布圖形對(duì)稱(chēng)。峰度系數(shù)g2的計(jì)算式為

g2為正時(shí)，表明分布圖形坡度偏陡；當(dāng)g2為負(fù)時(shí)，圖形坡度平緩；當(dāng)g2為0時(shí)，坡度正好。

（4）氣候傾向率

設(shè)某氣象要素時(shí)間序列為 y1、y2、…、yi、…、yn，通常將氣象要素隨時(shí)間的變化趨勢(shì)用一次線性方程表示，即

氣候要素變化是否顯著通過(guò)相關(guān)系數(shù)法檢驗(yàn)完成，相關(guān)系數(shù)定義為

1.2.3 降水量貢獻(xiàn)率

蘋(píng)果萌芽-幼果期（3-5月）、果實(shí)膨大期（6-8月）和著色-成熟期（9-10月）的降水量貢獻(xiàn)率分別為各生育期降水量與全年總降水量的比值。

2 結(jié)果與分析

2.1 研究區(qū)域年降水量變化特征

2.1.1 空間分布

由圖2a可見(jiàn)，研究區(qū)域年平均降水量大體呈南高北低、東高西低的空間分布特征，其中約51.7%的地區(qū)年平均降水量在500.0～800.0mm。這些區(qū)域主要分布在甘肅東南部（約占該省面積的25.0%）、陜西中部（42.9%）、山西中部和南部（65.7%）、河南中部和北部（59.4%）、山東除東南局部區(qū)域外的大部分地區(qū)（92.2%）、河北南部和東部（57.3%）以及遼寧中西部和南部（69.3%）。年均降水的高值區(qū)主要位于陜西、河南以及山東的南部和遼寧東部地區(qū)（約占研究區(qū)域面積的12.2%），降水量在800.0mm以上。根據(jù)降水頻率分析得到各個(gè)區(qū)域豐水年（25%）、平水年（50%）和枯水年（75%）的降水量空間分布如圖3，結(jié)合圖2和圖3可知，陜西、河南兩省局部地區(qū)降水量在950.0mm以上，即使在枯水年，降水量依然較大。降水量低值區(qū)主要位于研究區(qū)域的北部邊界地區(qū)（約占研究區(qū)域的36.1%），降水量在500.0mm以下，即使在豐水年，局部地區(qū)降水量仍然不足500.0mm。這種降水分布規(guī)律主要受夏季風(fēng)的影響，水汽在東南部較充足，容易產(chǎn)生降水；越向內(nèi)陸，受大陸性氣候影響越大，降水變少。甘肅省由于地處內(nèi)陸，氣候干旱，西部和北部的河西走廊一帶降水量在100.0mm以下；而南部沿著省域邊界的狹長(zhǎng)地帶（祁連山北坡），降水量可達(dá)到500.0mm。這主要是由于祁連山的地形阻擋，在北坡形成較為豐沛的地形雨。圖3表明，不同降水年型的降水量空間分布與多年平均降水量相似，均呈南高北低、東高西低的分布特征，研究區(qū)域豐水年、平水年和枯水年分別有約55.2%、51.2%、40.9%的地區(qū)年降水量在500.0～800.0mm。

峰度可用來(lái)度量降水量數(shù)據(jù)在中心的聚集程度，研究區(qū)域接近50%的地區(qū)峰度系數(shù)為零或負(fù)值，即降水量相對(duì)較為偏離中值（占48.7%），研究區(qū)域的東、西部和中部部分地區(qū)峰度系數(shù)為正值，即降水量相對(duì)較為接近中值（圖2e）；偏度系數(shù)表征概率分布密度曲線相對(duì)于降水量平均值不對(duì)稱(chēng)程度的特征數(shù)，大多數(shù)呈現(xiàn)正偏分布（占84.1%），即年降水量小于多年平均降水量的概率相對(duì)大一些，局部地區(qū)呈現(xiàn)負(fù)偏分布（圖2f）。

2.1.2 年際變化

降水量的年際變化較大，研究區(qū)域年降水量變異系數(shù)均在0.10以上，約90.7%的地區(qū)變異系數(shù)大于0.15（圖2c），尤其以東部環(huán)渤海灣地區(qū)和甘肅西北部變異系數(shù)相對(duì)較大；年降水量極差的空間分布特征與年平均降水量相似（圖2d），即南高北低、東高西低，大部分地區(qū)（約79.9%）極差在200.0～800.0mm，極差最大值在1000.0mm以上；從年降水量變化氣候傾向率的空間分布看（圖2b），僅0.8%的地區(qū)通過(guò)0.05水平的顯著性檢驗(yàn)，主要位于陜西省北部局部地區(qū)，在16.6～21.4mm×10a?1，其它大部分地區(qū)變化不顯著。由此可見(jiàn)，研究區(qū)域降水年際間波動(dòng)較大。

圖2 1970—2017年研究區(qū)域年降水量統(tǒng)計(jì)特征值的空間分布Fig.2 Spatial distribution of statistical characteristic values of annual precipitation in the study area（1970-2017）

2.2 蘋(píng)果關(guān)鍵生育期降水量變化特征

2.2.1 空間分布

在中國(guó)北方蘋(píng)果生產(chǎn)中，果樹(shù)萌芽-幼果期（3-5月）和果實(shí)膨大期（6-8月）的降水量對(duì)蘋(píng)果生產(chǎn)起關(guān)鍵性作用，其次是著色-成熟期（9-10月），而越冬期降水量的影響相對(duì)較小。因此，僅針對(duì)前3個(gè)時(shí)期分析蘋(píng)果關(guān)鍵生育期降水變化特征。由圖4可見(jiàn)，蘋(píng)果主產(chǎn)省各生育時(shí)期內(nèi)降水量空間分配不均，蘋(píng)果萌芽-幼果期、果實(shí)膨大期和著色-成熟期平均降水量在空間分布上與年平均降水量基本一致，呈南高北低、東高西低的分布規(guī)律。其中，萌芽-幼果期平均降水量在甘肅東南部（約占該省面積的42%）、陜西中部（54.7%）、山西中部和南部（80.7%）、河南中部和北部（64.5%）、河北南部和東部（48.9%）、遼寧大部（99.3%）以及山東全省為70.0～170.0mm，這些區(qū)域占整個(gè)研究區(qū)面積的63.5%（圖4a1）。果實(shí)膨大期平均降水量在山東省、甘肅東南部（約占本省面積的33.6%）、陜西大部（89.4%）、山西大部（99.5%）、河北大部（96.4%）、河南中部和北部（97.4%）、遼寧中西部和南部（82.9%）等地區(qū)為240.0～530.0mm，占整個(gè)研究區(qū)域的76.2%（圖4b1）。著色-成熟期平均降水量在山東、河南、山西大部（99.7%）、河北大部（93.2%）、遼寧大部（96.4%）、甘肅南部和東部（42.0%）、陜西中部和北部（71.9%）等地區(qū)為70.0～200.0mm，占整個(gè)研究區(qū)域的77.5%（圖4c1）?？梢?jiàn)，果實(shí)膨大期降水量比其它兩個(gè)時(shí)期降水量要多，這與蘋(píng)果的需水規(guī)律基本吻合。

在年平均降水量中，萌芽-幼果期平均降水量的貢獻(xiàn)率達(dá)到0.114～0.385（圖4a2），果實(shí)膨大期平均降水量的貢獻(xiàn)率最大，為0.428～0.712（圖4b2），而著色-成熟期平均降水量的貢獻(xiàn)率與萌芽-幼果期接近，為0.000～0.270（圖4c2）。除甘肅西部和南部部分地區(qū)、河南省南部、山東南部局部地區(qū)和東部局部地區(qū)和遼寧省北部地區(qū)，萌芽-幼果期降水貢獻(xiàn)率高于著色-成熟期，其它大部分區(qū)域著色-成熟期降水貢獻(xiàn)率大于萌芽-幼果期，約占整個(gè)研究區(qū)域的66.4%。萌芽-幼果期和著色-成熟期降水貢獻(xiàn)率基本呈自東向西增大的趨勢(shì)。果實(shí)膨大期降水貢獻(xiàn)率則相反，基本呈自東向西減小的趨勢(shì)，山東省、河北省以及山西省北部以東，降水貢獻(xiàn)率在0.600以上，而西部地區(qū)降水貢獻(xiàn)率相對(duì)較低。這可能是因?yàn)楣麑?shí)膨大期恰處于夏季，而環(huán)渤海地區(qū)是典型的季風(fēng)性氣候，受東亞季風(fēng)影響，夏季降水量及貢獻(xiàn)率相對(duì)較大。

（a）萌芽-幼果期Germination and young fruit period；（b）果實(shí)膨大期Fruit expanding period；（c）著色-成熟期Coloring and maturity period；（1）降水量Average precipitation；（2）貢獻(xiàn)率Contribution rate

2.2.2 年際變化

由圖5可見(jiàn)，各生育時(shí)期降水年際變化幅度較大，萌芽-幼果期降水變異系數(shù)均大于等于0.13，環(huán)渤海多數(shù)地區(qū)在0.30～0.50（圖5a1）；著色-成熟期降水變異系數(shù)幾乎均大于等于0.25，大多數(shù)區(qū)域在0.25～0.55（圖5c1）；果實(shí)膨大期降水變異系數(shù)相對(duì)萌芽-幼果期和著色-成熟期較小，但均大于等于0.14，普遍在0.14～0.35范圍內(nèi)（圖5b1）。從各時(shí)段降水量變化的氣候傾向率空間分布上看，近48a來(lái)，萌芽-幼果期僅0.7%的區(qū)域通過(guò)0.05水平的正顯著性檢驗(yàn)，位于山東省內(nèi)部和甘肅省內(nèi)部（圖5a2），氣候傾向率為2.4～9.2mm×10a?1。著色-成熟期僅6.3%的區(qū)域通過(guò)0.05水平的正顯著性檢驗(yàn)，主要位于陜西省和甘肅省局部地區(qū)、河北省中部和山西省北部，氣候傾向率為3.3～11.5mm×10a?1；另外有7.9%的區(qū)域通過(guò)0.05水平的負(fù)顯著性檢驗(yàn)，主要位于遼寧省中部和南部以及山東省北部局部地區(qū)，氣候傾向率為?13.7～?6.9mm×10a?1（圖5c2）。果實(shí)膨大期降水量以減少趨勢(shì)為主，占研究區(qū)域的72.6%，但通過(guò)0.05水平顯著性檢驗(yàn)的區(qū)域僅占0.9%（圖5b2），位于河北省的局部地區(qū)，氣候傾向率為?24.70～?0.43mm×10a?1。可見(jiàn)，對(duì)于蘋(píng)果各個(gè)關(guān)鍵生育期而言，研究區(qū)內(nèi)大多數(shù)地區(qū)降水量變化趨勢(shì)不明顯。

（a）萌芽-幼果期Germination and young fruit period；（b）果實(shí)膨大期Fruit expanding period；（c）著色-成熟期Coloring and maturity period；（1）變異系數(shù)Coefficient of variation；（2）氣候傾向率Climate tendency rate

2.3 關(guān)鍵生育期適宜降水量指標(biāo)探析

根據(jù)中國(guó)蘋(píng)果主產(chǎn)區(qū)地理分布和各個(gè)時(shí)段降水量空間分布情況，得到各省蘋(píng)果主產(chǎn)區(qū)各生育時(shí)期降水量統(tǒng)計(jì)特征情況（表1）。由表1可見(jiàn)，蘋(píng)果主產(chǎn)區(qū)的年降水量平均值為607.0mm，最大值和最小值分別為1081.0mm和403.0mm。蘋(píng)果萌芽-幼果期全區(qū)的降水量在53.1～216.4mm，平均值為104.1mm。蘋(píng)果果實(shí)膨大期全區(qū)的降水量在225.1～548.7mm，平均值為345.7mm。蘋(píng)果著色-成熟期全區(qū)的降水量在67.2～252.5mm，平均值為118.4mm。

全區(qū)年降水量在500.0～800.0mm的區(qū)域占87.1%，這與眾多研究[5,21-23]中指出蘋(píng)果最適宜栽培的年降水量為500.0～800.0mm基本相吻合。假定主產(chǎn)區(qū)內(nèi)年降水量適宜的區(qū)域，其各個(gè)生育期的降水量也基本適宜，據(jù)此可以提取相應(yīng)生育期的適宜降水量指標(biāo)。蘋(píng)果主產(chǎn)區(qū)中年平均降水量在500.0～800.0mm的區(qū)域內(nèi)，萌芽-幼果期、果實(shí)膨大期和著色-成熟期的平均降水量范圍分別為66.2～170.2mm、238.4～527.9mm和69.2～200.8mm，占主產(chǎn)區(qū)總面積的比例分別達(dá)到97.2%、99.8%和99.7%。各省蘋(píng)果主產(chǎn)區(qū)的降水量范圍存在一定差異，但基本均在上述降水量范圍內(nèi)（表1）。因此，蘋(píng)果萌芽-幼果期、果實(shí)膨大期和著色-成熟期的適宜降水量范圍分別為66.2～170.2mm、238.4～527.9mm和69.2～200.8mm。

表1 各省蘋(píng)果主產(chǎn)區(qū)各關(guān)鍵生育期降水量統(tǒng)計(jì)特征

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

（1）中國(guó)蘋(píng)果主產(chǎn)省年平均降水量和各生育期平均降水量均呈南高北低、東高西低的空間分布特征，約51.7%的地區(qū)年降水量在500.0～800.0mm。其中，蘋(píng)果主產(chǎn)區(qū)內(nèi)大部分區(qū)域年降水量在500.0～800.0mm。果實(shí)膨大期降水量對(duì)年降水量的貢獻(xiàn)率為0.428～0.712，多數(shù)地區(qū)著色-成熟期的降水貢獻(xiàn)率大于萌芽-幼果期。根據(jù)適宜蘋(píng)果栽培的年降水量分布特征、蘋(píng)果主產(chǎn)區(qū)地理分布和各個(gè)關(guān)鍵生育期降水量空間分布特征，判斷蘋(píng)果萌芽-幼果期、果實(shí)膨大期和著色-成熟期的適宜降水量分別為66.2～170.2mm、238.4～527.9mm和69.0～200.8mm。

（2）年降水量和蘋(píng)果關(guān)鍵生育期降水量年際變化均較大，大多數(shù)區(qū)域變異系數(shù)均在0.15以上。從氣候變化趨勢(shì)看，研究區(qū)域內(nèi)大多數(shù)地區(qū)年降水量和關(guān)鍵生育期降水量的變化趨勢(shì)不顯著。除著色-成熟期降水量有6.3%和7.9%的區(qū)域分別呈顯著增加（P<0.05）和顯著減少（P<0.05）趨勢(shì)，年降水量、萌芽幼果期和果實(shí)膨大期降水量顯著變化的區(qū)域均不足1.0%。

3.2 討論

（1）利用Anusplin插值軟件和DEM數(shù)據(jù)對(duì)蘋(píng)果主產(chǎn)省及其周邊區(qū)域站點(diǎn)歷年逐月降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行空間插值，得到0.2°×0.2°的格點(diǎn)降水?dāng)?shù)據(jù)，在格點(diǎn)降水?dāng)?shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行降水統(tǒng)計(jì)量的計(jì)算。相關(guān)學(xué)者已經(jīng)在中國(guó)進(jìn)行了基于Anusplin的降水量空間插值的驗(yàn)證與評(píng)估研究，且通過(guò)在不同區(qū)域的驗(yàn)證研究表明，Anusplin插值方法由于引入了協(xié)變量海拔高度，可以較細(xì)致地描繪出地形因素對(duì)降雨空間分布的影響，其插值結(jié)果相比常用的克里金、反距離等其它方法的插值結(jié)果更精確，且DEM分辨率越高，對(duì)應(yīng)的插值精度會(huì)有所提升[29-32]。本研究利用1km數(shù)字高程數(shù)據(jù)，基本可以達(dá)到較精確的插值需求。同時(shí)，為了降低Anusplin插值方法對(duì)研究區(qū)域邊界的誤差，將研究區(qū)域周邊100km范圍內(nèi)37個(gè)氣象站一并考慮進(jìn)行插值。相比基于有限氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)的研究，結(jié)果更精細(xì)化，對(duì)認(rèn)識(shí)區(qū)域降水量分布特征，評(píng)估區(qū)域降水對(duì)蘋(píng)果栽培的適宜性具有較高的參考價(jià)值。

（2）年降水量對(duì)蘋(píng)果的栽培、產(chǎn)量和品質(zhì)均有較大影響。國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究指出蘋(píng)果適宜栽培區(qū)域的年降水量為500.0～800.0mm[5,21-23]。降水量過(guò)多，可能會(huì)誘發(fā)病害，尤其是在南方高溫地區(qū)，年降水量高于950.0mm時(shí)，高溫高濕條件極易誘發(fā)病蟲(chóng)害導(dǎo)致果實(shí)品質(zhì)下降[35]。而降水過(guò)少，如果沒(méi)有灌溉條件，會(huì)影響樹(shù)體光合作用的順利進(jìn)行，影響樹(shù)體正常生長(zhǎng)發(fā)育。中國(guó)北方蘋(píng)果主產(chǎn)省有51.7%的地區(qū)年降水量在500.0～800.0mm，其中蘋(píng)果主產(chǎn)區(qū)大多在這個(gè)區(qū)間內(nèi)。但是由于降水量的年際變化較大，這些區(qū)域仍然會(huì)有干旱或者澇害發(fā)生，對(duì)蘋(píng)果產(chǎn)量的穩(wěn)定性造成一定的威脅[36-37]。陜西省和河南省南部局部地區(qū)降水量在950.0mm以上，即使在枯水年，這些地區(qū)降水量依然較大，加之氣溫相對(duì)較高，嚴(yán)重影響蘋(píng)果生產(chǎn)。張玥瀅等[38]研究也指出，河南省南部由于高溫多雨不適宜蘋(píng)果的種植。研究區(qū)北部局部地區(qū)的降水量不足500.0mm，尤其是豐水年降水量仍然不足500.0mm，對(duì)蘋(píng)果的栽培和產(chǎn)量有一定的影響。但降水量不足并不是影響蘋(píng)果分布的決定性因素，一些具有較好地下水資源和良好灌溉條件的地區(qū)通過(guò)灌溉也能獲得高產(chǎn)，但是對(duì)于灌溉條件差，且地下水資源不足的地區(qū)，自然降水仍然是決定蘋(píng)果產(chǎn)量品質(zhì)的重要因素。

（3）研究提出一種探析蘋(píng)果各個(gè)關(guān)鍵生育期適宜降水量的手段，即假設(shè)中國(guó)蘋(píng)果主產(chǎn)區(qū)在年降水量適宜的條件下，各個(gè)關(guān)鍵生育期降水量也基本適宜，根據(jù)蘋(píng)果主產(chǎn)區(qū)地理分布特征，探析各個(gè)關(guān)鍵生育期的適宜降水量。實(shí)際上，中國(guó)北方蘋(píng)果生產(chǎn)中，主要依靠自然降水來(lái)滿(mǎn)足蘋(píng)果生長(zhǎng)的需求，因此，這種獲取各個(gè)關(guān)鍵生育期適宜降水量的方法具有一定的可行性。但要想獲得準(zhǔn)確的適宜降水量指標(biāo)，還需要進(jìn)一步通過(guò)試驗(yàn)研究進(jìn)行驗(yàn)證獲取。

（4）中國(guó)北方蘋(píng)果主產(chǎn)省多數(shù)地區(qū)年降水量和關(guān)鍵生育期降水量基本滿(mǎn)足蘋(píng)果生產(chǎn)的需求，但是降水不是衡量蘋(píng)果是否適宜在當(dāng)?shù)卦耘嗟奈ㄒ恢笜?biāo)。另外由于降水的年際變化較大，加之常受一些高低壓天氣系統(tǒng)和天氣現(xiàn)象如厄爾尼諾等的影響，降水具有不穩(wěn)定性，因此，仍要注意防范旱澇災(zāi)害的發(fā)生給蘋(píng)果產(chǎn)量帶來(lái)的不利影響。另外，由于氣溫的變化可能引起蘋(píng)果生育期的提前或者延后，從而導(dǎo)致生育期與降水時(shí)間發(fā)生錯(cuò)位的現(xiàn)象，也有可能發(fā)生旱澇災(zāi)害。這些需要在后續(xù)研究中根據(jù)具體情況進(jìn)一步分析研究。

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Analysis on Distribution Characteristics of Precipitation in Major Production Provinces of Apple in Northern China

QIU Mei-juan1, LIU Bu-chun1, LIU Yuan1, ZHANG Yue-ying1, WANG Ke-yi1, PANG Jing-yi1,2

(1. Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture, CAAS/National Engineering Laboratory of Efficient Crop Water Use and Disaster Reduction/Key Laboratory of Agricultural Environment, MOA, Beijing 100081, China; 2. Yingkou Meteorological Bureau in Liaoning Province, Yingkou 115001)

Water overabundance or shortage both affect apple growth and fruit quality. Precipitation is the main water source in apple production in Northern China. Thus, analysis on the spatial and temporal variations in precipitation in main apple producing provinces of Northern China under the setting of climate change is of great significance to guide the rational layout of apple industry. Based on the daily precipitation data measured at 210 meteorological stations from 1970 to 2017 and the digital elevation model of 1km resolution in seven major apple producing provinces (Liaoning, Hebei, Shandong, Shanxi, Henan, Shaanxi and Gansu) and their surrounding areas within 100 kilometers in China, the professional meteorological interpolation software ANUSPLIN, which is based on spline interpolation method, was used to interpolate precipitation data. Then, the refined meteorological grid data of 0.02°×0.02°resolution were obtained. Combined with the geographic information system software ArcGIS and related mathematical statistics methods (e.g., the variation coefficient and climate tendency rate), the calculation and spatial expression of various statistics were carried out on the basis of grid data to analyze the spatial-temporal distribution characteristics of precipitation in major apple producing provinces. The suitable precipitation in the key growth periods of apple were explored according to the annual precipitation range (500.0-800.0mm) which is suitable for apple cultivation and to the distribution of precipitation in the main apple producing areas. The results showed that both the average annual precipitation in the main apple producing provinces and the average precipitation in the key growth periods had the same spatial distribution, i.e. high in the south and low in the north, and high in the east and low in the west. The annual precipitation in about 51.7% of the interest area was between 500.0-800.0mm, and the precipitation in the main apple producing areas was basically 500.0-800.0mm. There were about 55.2%, 51.2% and 40.9% of the study area in the wet year, the normal year and the dry year respectively, where the annual precipitation was between 500.0-800.0mm. The contribution rates of the average precipitation in germination and young fruit period, fruit expanding period and coloring and maturity period to the annual average precipitation were 0.114-0.385, 0.428-0.712 and 0.000-0.270, respectively. The precipitation in fruit expanding period is more than that in other two periods. And the contribution rate of precipitation in coloring and maturity period was higher than that in germination and young fruit period in most areas. The distribution of precipitation time was consistent with apple water requirement. But the variation coefficient of precipitation was generally above 0.15. In terms of climate tendency rate, the precipitation variation trends were not obvious in most regions, except for the coloring and maturity period where 6.3% and 7.9% of the study region showed a significant increase (P<0.05) and a significant decrease (P<0.05), less than 1.0% of the study region passed the 0.05 level significance test in other growth periods. Combined with the temporal and spatial distribution of precipitation in each growth period in main apple producing area and annual precipitation values that was suitable for apple cultivation, it was preliminarily determined that the suitable precipitation ranges of apple in the germination and young fruit period, fruit expanding period and coloring and maturity period of apple were 66.2-170.2mm, 238.4-527.9mm and 69.0-200.8mm, respectively. There were some differences in the precipitation range of main apple producing areas in each province, but they were basically within the above-mentioned precipitation range.

Apple; Precipitation; Suitable precipitation; Fruit expanding period; ANUSPLIN

10.3969/j.issn.1000-6362.2020.05.001

邱美娟,劉布春,劉園,等.中國(guó)北方蘋(píng)果主產(chǎn)省降水分布特征分析[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象,2020,41(5):263-274

2019?12?02

劉布春，E-mail：liubuchun@caas.cn

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“重大自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警與防范”重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)（2017YFC1502804）

邱美娟，E-mail：qmjcams@163.com