元陽縣甘蔗種植的氣候適宜性及干旱風險區(qū)劃分析

李艷春，謝映海，蔣欣蕓

（紅河州氣象局，云南 蒙自661199）

元陽縣地處云南南部，哀牢山脈南段，紅河南岸。地處低緯度高海拔地區(qū)，境內(nèi)層巒疊嶂，溝壑縱橫，山地連綿，無一平川。最低海拔144 m，最高海拔2 939.6 m，海拔差異明顯。特殊的地理特點造就元陽境內(nèi)立體氣候顯著，行政區(qū)內(nèi)13個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）降雨分布極為不均，各氣象要素也有明顯的差異[1]。對元陽縣甘蔗種植的氣候適宜性和甘蔗干旱災害風險進行分析顯得尤為重要。精細的區(qū)劃分析出元陽縣甘蔗種植最適宜區(qū)、適宜區(qū)、次適宜區(qū)、不適宜區(qū)，以及元陽縣甘蔗干旱災害風險發(fā)生的高低區(qū)，為元陽縣甘蔗種植以及生產(chǎn)提供氣候條件依據(jù)。

1 資料來源及分析方法

1.1 資料來源

氣象資料為云南省1986—2015年125個地面氣象站點逐日地面觀測資料，包括平均氣溫、日照時數(shù)、降水量、最高氣溫、最低氣溫、極端最低氣溫、積溫、年穩(wěn)定通過15℃積溫、10℃積溫、0℃積溫、年穩(wěn)定通過15℃日數(shù)、10℃日數(shù)、0℃日數(shù)、累年最長連續(xù)無降水日數(shù)等。分析中使用1∶25萬的基礎地理信息數(shù)據(jù)和土地利用類型數(shù)據(jù)，主要包括元陽縣鄉(xiāng)行政邊界、鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）、村、經(jīng)度、緯度、海拔、坡向、坡度和不同土地利用類型等。用GIS技術(shù)通過SRTM網(wǎng)站上提供的90 m分辨率數(shù)字高程模型（DEM）獲取[2-3]。

1.2 分析方法

使用云南省（1986—2015年）氣象資料和元陽縣地理信息數(shù)據(jù)（經(jīng)緯度、海拔高度、坡向和坡度等），按照氣候?qū)W基本規(guī)則，結(jié)合相應生態(tài)背景，應用數(shù)理統(tǒng)計分析方法，計算不同氣候要素并進行農(nóng)業(yè)氣候資源空間分布推算；應用多元回歸+殘差訂正法等函數(shù)統(tǒng)計模型空間插值方法，使用軟件ArcGis將氣候要素空間插值（90 m×90 m），綜合考慮相關(guān)地理信息數(shù)據(jù)，建立空間柵格數(shù)據(jù)集。利用高分辨率的氣候要素數(shù)據(jù)進行種植適宜性指標空間推算，同時考慮坡度和土地利用資料對區(qū)劃分析結(jié)果進行進一步精細化分析[4]。

2 元陽縣甘蔗種植適宜性區(qū)劃分析

2.1 元陽縣甘蔗種植氣候適宜性分析指標

甘蔗在整個生長期要求年平均氣溫18～30℃、年≥10℃活動積溫5 500～8 500℃、無霜期≥330 d、年均空氣濕度≥60%、年降水量≥1 000 mm、日照時數(shù)≥1 195 h。通過對元陽縣各氣象資料的分析得出，元陽縣絕大部分地區(qū)年相對濕度≥74%，降水量≥1 000 mm，日照時數(shù)≥1 500 h，故考慮氣候適宜性區(qū)劃分析時，不再考慮這幾個氣候要素，而選擇年平均氣溫、年≥20℃活動積溫和年極端最低氣溫平均值3個影響甘蔗生產(chǎn)的主要氣候因子，作為元陽縣甘蔗種植氣候適宜性區(qū)劃指標，并按最適宜、適宜、次適宜、不適宜進行分級[5-6]。元陽縣甘蔗種植氣候適宜性區(qū)劃指標見表1。

2.2 元陽縣甘蔗種植地形因素和土地利用適宜性指標

有研究表明，海拔、坡度、地形等對甘蔗生長也是有影響的。由于元陽縣海拔的變化與溫度的變化非常契合，氣候適宜性分析指標選了溫度，因此在考慮地形影響時，就只選取坡度作為元陽縣甘蔗種植地形適宜性分析指標，最適宜坡度0°～15°、適宜坡度15°～25°、次適宜坡度25°～35°、不適宜坡度≥35°。適宜性分析時也考慮土地利用不同類型對甘蔗種植所造成的影響[7-8]。

表1元陽縣甘蔗種植氣候適宜性分析指標

2.3 元陽縣甘蔗種植氣候區(qū)劃適應性指標因子分析2.3.1年平均氣溫適宜性指標的分析

根據(jù)甘蔗種植年平均氣溫適宜性指標，元陽縣甘蔗種植最適宜區(qū)面積大，分布廣，主要集中在3個地帶，北部紅河沿線一帶，沙拉托至黃茅嶺一帶，俄扎至黃草嶺一帶；其中南沙鎮(zhèn)面積最大，幾乎全鎮(zhèn)均為最適宜區(qū)。適宜區(qū)沿最適宜區(qū)邊緣向外擴展，延伸面積亦較大。次適宜區(qū)基本沿適宜區(qū)邊緣向外擴展一小部分。不適宜區(qū)面積最小，均為元陽縣海拔較高的地區(qū)。

2.3.2 年≥20℃積溫適宜性指標的分析

元陽縣甘蔗種植年≥20℃積溫適宜性指標分析得出（圖1），最適宜區(qū)主要分布在北部紅河沿岸從馬街到上新城一帶，以及黃茅嶺中部。南沙鎮(zhèn)分布最多，全境幾乎均為最適宜區(qū)。適宜區(qū)主要沿最適宜區(qū)邊緣向外擴展，除在2個最適宜區(qū)向外擴展外，在黃草嶺、大坪、逢春嶺也有部分分布。次適宜主要沿適宜區(qū)邊緣向外擴展。不適宜區(qū)主要分布在新街、嘎娘、上新城、小新街、逢春嶺一帶的中南部地區(qū)，以及大坪的大部，在馬街、牛角寨、沙拉托、俄扎、黃草嶺也有較大面積的分布，主要集中在元陽縣西部。

2.3.3 年極端最低氣溫平均值適宜性指標的分析

元陽縣甘蔗種植年極端最低氣溫平均值適宜性分析（圖2）得出，最適宜區(qū)主要分布在北部紅河沿岸一帶、沙拉托至黃茅嶺一帶、俄扎至黃草嶺一帶，在大坪也有小部分分布。適宜區(qū)分布面積在可種植區(qū)內(nèi)面積最大，主要沿最適宜區(qū)邊緣向外擴展，且擴展面積較多。次適宜區(qū)分布最少，只在適宜區(qū)的邊緣外圍有少量擴展分布。不適宜區(qū)主要分布在新街、嘎娘、上新城、小新街、大坪一帶的中南部，攀枝花、黃茅嶺的北部，馬街和牛角寨的部分區(qū)域，元陽縣西南沿線也有部分分布，這些地區(qū)均為海拔較高的地區(qū)。

2.4 元陽縣甘蔗種植綜合適宜性分析

根據(jù)元陽縣甘蔗種植的氣候區(qū)劃適應性指標因子分析結(jié)果，并使用權(quán)重法，充分考慮氣候條件、地形因素（坡度）及土地利用類型等多項因子，可將元陽縣甘蔗種植區(qū)域劃分為最適宜區(qū)、適宜區(qū)、次適宜區(qū)以及不適宜區(qū)4個區(qū)域（圖3）。元陽縣最適宜區(qū)在可種植區(qū)中面積最大，主要集中分布在3個地帶：北部紅河沿岸一帶，分布面積最大，其中南沙鎮(zhèn)全境絕大部分為最適宜區(qū)；沙拉托至黃茅嶺一帶；俄扎至黃草嶺一帶；除此以外，大坪南部有小部分分布。適宜區(qū)主要沿最適宜區(qū)邊緣向外擴展，面積也較大。次適宜區(qū)在適宜區(qū)的邊緣地帶有少量分布，在可種植區(qū)域中面積最小。不適宜區(qū)主要集中分布在元陽縣的中部地區(qū)，自西向東，囊括了馬街、沙拉托、牛角寨、新街、嘎娘、上新城、小新街、逢春嶺、大坪等鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）的部分區(qū)域，在俄扎、黃茅嶺等鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）也有較大面積的分布?？傮w而言，元陽縣可種植甘蔗的區(qū)域與不適宜種植區(qū)域的面積相差不大，最適宜種植的地區(qū)主要分布在北部紅河沿岸一帶，在西南地區(qū)亦有大面積分布。

3 元陽縣甘蔗種植的氣候適宜性及干旱風險區(qū)劃分析

3.1 元陽縣甘蔗種植氣候適宜性分析指標

根據(jù)甘蔗生長發(fā)育特點和干旱災害特征，充分考慮元陽縣甘蔗生產(chǎn)情況，以綜合干旱指數(shù)、累年最長連續(xù)無降水日數(shù)2個指標作為元陽縣甘蔗干旱災害區(qū)劃指標?？紤]地形條件對甘蔗種植干旱災害的影響，確定坡度作為元陽縣甘蔗干旱災害區(qū)劃指標。并按照輕度、中度、重度進行分級（表2）。

表2元陽縣甘蔗種植干旱災害區(qū)劃分析指標

3.2 元陽縣甘蔗種植氣候適宜性分析指標

首先通過對各站點累年最長連續(xù)無降水日數(shù)與經(jīng)度、緯度、海拔的相關(guān)分析，建立基于經(jīng)度、緯度和海拔的累年最長連續(xù)無降水日數(shù)推算模型。再通過對各站點MCI綜合干旱風險指數(shù)與經(jīng)度、緯度和海拔的相關(guān)分析，建立基于經(jīng)度、緯度和海拔的MCI綜合干旱風險指數(shù)格點化推算模型。利用氣候、坡度、土地利用共4個因子，使用權(quán)重法，然后按照圖層疊加系數(shù)運算得到元陽縣干旱風險區(qū)劃，可將元陽縣甘蔗種植干旱風險劃分為低、中、高3級以及非適宜用地（圖4）。

低風險區(qū)分布較廣，亦比較破碎，主要分布在元陽縣的中、南部地區(qū)。中等風險區(qū)主要分布在元陽縣北部紅河沿岸，西部地區(qū)分布亦較多，在3個風險區(qū)中面積最大。高風險區(qū)面積最少，主要分布在馬街、新街、南沙等鄉(xiāng)（鎮(zhèn)），上新城至逢春嶺一線的北部、沙拉托至黃茅嶺一線也有狹長的分布。非適宜用地只是針對土地利用類型來講，主要是河渠、有林地、居民點、水田、山地等，分布比較破碎，在各個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）均有分布，在牛角寨至大坪一線分布比較多。

4 討論

（1）本研究直觀地將元陽縣甘蔗種植區(qū)域劃分為最適宜區(qū)、適宜區(qū)、次適宜區(qū)、不適宜區(qū)以及非農(nóng)用地5個區(qū)域，可操作性較強，為元陽縣甘蔗的種植布局提供氣象科學依據(jù)。

（2）對元陽縣甘蔗干旱災害發(fā)生的低風險區(qū)、中風險區(qū)、高風險區(qū)進行了詳細直觀的劃分，為元陽縣甘蔗種植干旱災害的研判提供氣象依據(jù)。

（3）在利用氣象資料建立空間氣候模型時，元陽縣氣象資料站點密度還太稀疏，不能夠較好地模擬山地氣候特征，由于數(shù)據(jù)精度和分辨率的限制，本研究的結(jié)果也有待于進一步詳細驗證。