基于GIS的福州市金钻凤梨气候适宜性精细区划

李新妹 关 辉 陈 昉 苏荣瑞 林瑞坤 孙朝锋

(1.福州市智慧气象行业技术创新中心，福建 福州 350008；2.福州市气象服务中心，福建 福州 350008；3.民航福建空管分局气象台，福建 福州 350212；4.福建省气象服务中心，福建 福州 350008)

1 概述

金钻凤梨为凤梨科凤梨属植物，是多年生单子叶常绿草本果树。凤梨原产于中、南美洲，北至北美加勒比海沿岸的美洲大陆热带地区[1]，耐阴，也需要适当的光照条件，一般不能直接暴露在直射阳光下。凤梨最适宜温度为夜温16～18℃，昼温20～32℃，且昼夜温差应在12～15℃[2]。不同栽培技术、不同生长阶段需要的温度条件不同，大多数品种的凤梨在15℃以下生长缓慢，10℃以下基本停止生长，5℃是受寒害临界温度。凤梨耐旱性强，但其生长发育期间仍需适量水分，年降雨量1000～1500mm最为适合。

气候适宜性是综合反映光、温、水等气象条件对农作物生长发育的适宜程度[3]。农作物在气候条件适宜的条件下能够正常生长发育，且产量高、品质优；反之，则产量低、品质差[4]。气候适宜性一般依据生态学理念、模糊数学方法进行研究，建立农作物气候适宜性模型[5]，预测未来农作物生长的气候条件，从而对农作物的种植进行科学规划、合理布局。福州市属典型的亚热带海洋性季风气候，雨量充沛，阳光充足，年平均降雨量1400～1700mm，年平均日照1500～1700小时，年平均气温19～20℃。降水条件总体上满足金钻凤梨生长，福州金钻凤梨生长主要面临的农业气象问题是越冬低温霜冻与寒害。

为了科学规划福州市金钻凤梨生产布局，促进农业农村经济发展，经过调研、考察和分析研究，确定福州市金钻凤梨种植的气候精细区划指标，计算各气候适宜性区划指标的权重系数，并建立气候适宜性区划指标地理推算模型，利用GIS地理信息系统技术，分析得出金钻凤梨精细化气候适宜性区划。

2 数据方法

本文利用福州及周边19个国家气象观测站1971—2020年逐日气温要素数据，根据农业相似性原则，在多次实地考察调研的基础上，选取80%保证率年极端最低气温、1月平均气温、≥10℃年活动积温3个因子作为金钻凤梨精细化气候适宜性区划指标，采用层次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)[6-8]计算区划指标因子权重系数。选用经度、纬度、海拔高度3个因子与气候要素建立回归方程，根据回归方程计算各网格点的气象要素值[9-10]，气候区划指标地理推算见式(1)。

I=a+b×x+c×y+d×dem

(1)

式(1)中，I为区划指标值，dem为海拔高度，x为经度，y为纬度，a、b、c、d为回归系数。

采用加权综合评价法[11]计算气候适宜性指数，见式(2)。

(2)

式(2)中，P为气候适宜性指数，φ(βi)为第i个指标气候隶属度，i为评价指标数，αi为相应指标的权重。

3 结果与分析

3.1 气候精细区划指标

根据金钻凤梨生物学特性、种植技术及对环境条件的要求，≥10℃年活动积温为适宜金钻凤梨生长的热量条件指标；1月平均气温和80%保证率的年极端最低气温为限制金钻凤梨(低温、寒冻害)的指标。福州市金钻凤梨气候适宜性精细区划指标划分为适宜区、次适宜区和不适宜区[12]，如表1所示。其中适宜区的80%保证率的年极端最低气温不低于1.9℃，1月平均气温不低于12℃，≥10℃年活动积温不低于7000℃·d。

表1 福州市金钻凤梨种植的气候精细区划指标

3.2 气候区划指标权重

采用AHP计算得出80%保证率年极端最低气温、1月平均气温、≥10℃年活动积温3个区划指标因子权重系数分别为0.715、0.218、0.067，如表2所示。80%保证率的年极端最低气温的权重最大，≥10℃年活动积温的权重最小。

表2 福州市金钻凤梨气候适宜性区划指标权重

3.3 气候区划指标地理推算模型

通过将各个气象站点区划指标值序列与站点经度、纬度、海拔高度进行多元回归分析[7]，利用R软件建立相应的地理推算模型，各区划指标地理推算模型均通过0.05水平的显著性检验，如表3所示。

表3 福州市台湾金钻凤梨气候适宜性区划指标地理推算模型

3.4 气候适宜性指数与区划等级

以各个气象观测站点为评估单元，利用上述区划指标及权重，基于 GIS 空间分析模型，获取金钻凤梨种植的气候适宜性各区划指标图层[12]，采用加权综合评价法计算气候适宜性指数，如表4所示。综合评价值以满足金钻凤梨适宜生长的界限为依据，结合福州金钻凤梨种植区分布状况的实地调查[13]，确定出适宜、次适宜、不适宜3个区域等级，据此制作福州金钻凤梨气候适宜性精细化区划图。

表4 福州市及其他代表站点的台湾金钻凤梨气候适宜性指数(归一化)

3.5 气候适宜性区划结果分析

3.5.1 年极端最低气温

从福州市各县(市、区)80%保证率年极端最低气温看，高于1.9℃的区域主要分布于福清沿海；-1.0～1.9℃的区域主要分布在福清北部、长乐东部、连江和罗源沿海、闽侯及福州市区等；低于-1.0℃的区域主要分布于永泰、闽清、闽侯、罗源、连江、福州晋安区等中高海拔地区。

3.5.2 1月平均气温

从福州市各县(市、区)1月平均气温看，高于12℃的区域出现在福清南部沿海地区；10～12℃的区域主要分布在福清北部及长乐大部分地区，福州、永泰、闽清、闽侯城区、连江及罗源沿海地区；低于10℃的区域主要分布在永泰、闽清、闽侯、罗源、连江、福州晋安区等海拔高度高于500m的山区。

3.5.3 ≥10℃年活动积温

从福州市各县(市、区)≥10℃年活动积温看，福州市日平均气温稳定≥10℃年活动积温总体上呈沿海多、山区少的特点[12]，海拔高度100m以下的福清、长乐、福州城区及永泰、闽清、闽侯、连江城区等，即低平地带是福州市热量资源最丰富的区域，≥10℃年活动积温在7000℃·d以上；≥10℃年活动积温为6500～7000℃·d的区域主要分布在海拔高度在100～200m的城区周边及罗源沿海地区；≥10℃年活动积温低于6500℃·d区域主要分布在永泰、闽清、闽侯、罗源、福州晋安区等中高海拔地区。

3.5.4 气候适宜性精细区划

从福州市各县(市、区)区划的结果来看，福州市金钻凤梨气候适宜性精细区划可分为适宜、次适宜和不适宜3个区，如图1所示。

图1 福州市金钻凤梨气候适宜性精细区划

①适宜区：福州市福清南部沿海海拔高度低于100m区域，热量条件好，年极端最低气温高于1.9℃，1月平均气温高于12℃，≥10℃年积温高于7000℃·d。光照充足、雨量充沛，气候条件十分利于金钻凤梨优质高产，与金钻凤梨的原产地气候最为相似，是福州市金钻凤梨引种的适宜区域。

②次适宜区：该区面积较大，在福州市各县(市、区)均有分布，主要位于适宜区北部的福清大部分地区、长乐、连江-罗源沿海、福州南部城郊及海拔高度在200m以下的永泰、闽清、闽侯、连江县城城郊。主要气候特点为80%保证率年极端最低气温为-1.0～1.9℃，1月平均气温为10～12℃，≥10℃年积温为6500～7000℃·d。尽管不是金钻凤梨种植的适宜区，为了规模化、产业化种植，福州市多处地区可作为金钻凤梨引种气候次适宜区。

③不适宜区：永泰、闽清、闽侯、罗源、连江、福州晋安等海拔高度高于200m的地区多为不适宜金钻凤梨引种区，该区域80%保证率年极端最低气温低于-1.0℃，1月平均气温低于10℃，≥10℃年积温低于6500℃·d，热量条件难以满足现有种植模式下金钻凤梨正常的生长和发育需求，容易受到越冬低温霜冻与寒害威胁，且人员稀少，不利于金钻凤梨这一水果作物的规模化管理和经营，为不适宜种植区。

4 结束语

气象因素在海拔高度的影响下呈现出分布不均、差异明显的特征。满足金钻凤梨生长发育条件的区域多分布在福州市福清南部沿海的低平区域；而高海拔山区则多因气温较低易受寒冻害影响不适宜引种。金钻凤梨生长过程还受到其他自然灾害及环境因子的影响，多因子之间关系复杂，且动态可变。建议福州市在引种金钻凤梨过程中，在考虑农业气象因子的同时，还应结合土壤、病虫害等其他因素进行综合分析，进一步优化其气候适宜性模型。