基于GIS的泉州农业气候生产潜力估算

叶晓春，叶晓冰，高 习

（1.福建省南安市气象局；2.福建省永春县气象局）

泉州市地处福建省东南部，是福建省三大中心城市之一，依山面海，境内山峦起伏，丘陵、河谷、盆地错落其间，地势西北高东南低。全市土地面积11 015平方公里，山地1 000多亩，山地、丘陵占土地总面积的五分之四，俗称“八山一水一分田”；泉州属亚热带海洋性季风气候，年平均气温19.5℃～21℃，终年温暖滋润，四季如春。

气候生产潜力是指在一定的光、温、水资源条件下，其他的环境因素（二氧化碳、养分等）和作物群体因素处于最适宜状态，作物利用当地的光、温、水资源的潜在生产力[1]。气候生产潜力的大小能够反映当地光、温资源的配合效果。利用GIS空间分析技术，对泉州市农业气候生产潜力进行估算，以期为泉州市农业生产提供一定的参考意义。

近年来，国内外对气候生产潜力的研究已经取得不少成果，并建立了一些比较成熟的模型，如根据植物生产量与气温、降水相关而建立的Miami模型[2]、表征农作物光温生产力的Wagenigen模型[3]和农业生态区域AEZ模型[4]、通过蒸散量模拟植物生产量的Thornthwaite Memorial模型[56]等，为气候生产潜力的研究提供了重要的理论基础。为便于比较，这里采用能够反映在自然状态下，水热组合状况对农业生产影响的Miami模型、Thornth-waite Memorial模型，进行泉州地区的农业气候生产潜力估算。

1 资料和方法

1.1 资料的选取

选取泉州市历史资料较为完整的7个自动气象站点（分别为德化、九仙山、永春、安溪、南安、崇武和晋江）1984～2013年的逐月和逐年平均气温、降水资料，计算各站点30年平均气温和年平均降水量。

采用的空间数据为泉州市行政区划图。地图比例为1‥880 000。

1.2 气候生产潜力估算模型

为了全面反映温度、降水、蒸散量与农业生产潜力之间的关系，本文先后采用Miami模型和Thornthwaite Memorial模型计算研究区域的生产潜力。

Miami模型为：

其中T为年平均温度（℃），R为年降水量（mm），e=2.7183，WT、WR分别为由年平均气温、年降水量决定的生产潜力，即干物质产量（kg·hm-2·a-1）。

Thornthwaite Memorial模型为：

其中WV为由蒸散量决定的气候生产潜力（kg·hm-2·a-1），V是年平均实际蒸散量，用下式计算：

其中R为年平均降水量（mm），L为年平均最大蒸散量（mm），L是年平均温度T的函数，L与T之间存在如下关系：

2 结果与分析

2.1 温度估算的气候生产潜力

图1 泉州市近30年平均气温空间分布

图2 泉州市近30年温度气候生产潜力分布

由图1、图2分析得，由温度估算的气候生产潜力空间分布特征与年平均气温的分布特征相似。温度估算的气候生产潜力全市平均值21 703.68kg·hm-2·a-1，以南安、安溪最高，为23 159.65～23 222.28kg·hm-2·a-1，崇武、晋江、永春次之，22 444.03～22 840.42 kg·hm-2·a-1，德化地处北部山区，年平均气温最低，特别是高海拔山区九仙山，年气候生产潜力只有16 378.95kg·hm-2·a-1，远远低于全市平均水平。温度气候生产潜力中部山区最高，北部高海拔山区最低，沿海次之。

2.2 降水估算的气候生产潜力

图3 泉州市近30年平均降水量空间分布

图4 泉州市近3降水气候生产潜力分布

由图3、图4分析得，由降水估算泉州市气候生产潜力空间分布特征与年降水量呈相反的分布特征，年平均降水量越大的地区，气候生产潜力值越低。泉州市年平均气候生产潜力46 989.09kg·hm-2·a-1，以崇武、晋江等沿海区域最高，达到51 636.555～57 829.58 kg·hm-2·a-1，南安、安溪次之，德化、永春最低，德化只有42 707.06kg·hm-2·a-1。降水量气候生产潜力分布特征为：沿海区域最高，中部山区次之，北部高海拔山区最低。

2.3 蒸散量估算的气候生产潜力

图5 泉州市近30年蒸散量气候生产潜力分布

由图5分析得，由蒸散量估算的气候生产潜力分布特征较为复杂，与降水和气温分布特征没有直接的相关性。泉州市气候生产潜力平均值为32 926.23kg·hm-2·a-1，以崇武、晋江最高，其中崇武达到38 653.02kg·hm-2·a-1，南安、安溪、永春次之，德化最低，特别是九仙山，只有30 236.86 kg·hm-2·a-1。蒸散量气候生产潜力分布特征为：沿海区域最高，中部山区次之，北部高海拔山区最低。

3 小结

通过分析泉州各县市近30年气候生产潜力分布特征，得出以下结论：

（1）由温度估算的气候生产潜力值最低，只有16 300～23 200kg·hm-2·a-1，年平均气温值越高，温度气候生产潜力值越高。泉州地区温度气候生产潜力分布特征为中部山区最高，北部高海拔山区最低，沿海次之。

（2）由降水量估算的气候生产潜力值最高，达到了42 000～58 000kg·hm-2·a-1，年降水量越大，气候生产潜力值越低。降水量气候生产潜力分布特征为：沿海区域最高，中部山区次之，北部高海拔山区最低。

（3）由蒸散量估算的气候生产潜力值介于温度气候生产潜力和降水气候生产潜力之间，为30 000～390 000kg·hm-2·a-1之间，蒸散量气候生产潜力分布特征与降水量气候生产潜力分布特征相似。

本文对气候生产潜力的研究采用的资料只有7个自动气象站点，样本数较少，泉州市各县市地形较为复杂，今后的研究中考虑增加乡镇自动气象站点，以更好的体现各县市的气候生产潜力分布特征。

[1]邓绥林.地学辞典[M].石家庄：河北教育出版社，1992.

[2]陈国南.用迈阿密模型测算我国生物生产力的初步尝试[J].自然资源学报，1987，2（3）：270-278

[3]林中辉，莫兴国，项月琴.作物生长模型研究综述[J].作物学报，2003，29（5）：750-758

[4]赵安，赵小敏.FAO-AEZ法计算气候生产潜力的模型及应用分析[J].江西农业大学学报，1998，20（4）：528-533

[5]Leith H.Modeling the primary productivity of the world[J].Nature and Resources，1972，8（2）：5-10

[6]高素华，潘亚茹，郭建平.气候变化对植物气候生产力的影响[J].气象，1994，20（1）：30-33