基于小麦全生育期气象条件精细化分析

田家波

(山东省济南市长清区气象局，山东济南 250300)



基于小麦全生育期气象条件精细化分析

田家波

(山东省济南市长清区气象局，山东济南 250300)

[目的]根据小麦生产对气象条件的要求，确定山东省济南市长清区小麦的气候区划指标和相应分区。[方法]利用1971～2010年长清区气象局本站和区域自动站气象资料，采用Kriging插值法、因子标准化、加权综合评价法内插技术对温度、降水、日照、相对湿度等气候指标要素栅格化，形成长清区冬小麦品种生态气候适宜性精细化区划图，并进行分区评述。[结果]长清区小麦生长可以划分为一般适宜区、适宜区、最适宜区3个分区，其中一般适宜区包括平安街道办事处100%、文昌街道办事处100%、崮云湖街道办事处90%、五峰街道办事处30%、马山镇10%、归德镇100%、孝里镇80%、张夏镇10%；适宜区包括孝里镇20%、双泉镇97%、马山镇95%、五峰街道办事处70%、张夏镇80%、万德镇10%；最适宜包括万德镇90%、张夏镇10%。[结论]气象因子适宜适应性整体上对小麦生产有很好的指导作用。

小麦；全生育期；气象条件；精细化；区划

我国农业人口众多，社会经济的发展和人民生活水平的提高对农业经济增长的规模和效益要求越来越高，需要实现农业经济的机构转变。小麦是人类最重要的粮食作物之一，也是我国三大作物之一，全国从南到北、从平原到山区均有种植。山东省是我国小麦生产第二大省，小麦生产光热资源充足，地力水平较高，但近些年山东省小麦连年遭遇突发性自然灾害，严重影响了小麦产量的提高[1]。而由于城镇化、工业化发展的原因，通过增加耕地面积来提高粮食产量这一途径比较困难[2]，因此充分利用农业气候资源，优化小麦生产布局、改进种植制度和制定小麦种植布局就成为当前增加粮食种植面积、提高粮食产值的有效途径之一。笔者利用山东省济南市长清区气象局本站和区域自动站的气象资料，采用Kriging插值法、因子标准化、加权综合评价法[3-4]内插技术对气候指标要素栅格化，形成长清区冬小麦品种生态气候适宜性精细化区划图，并进行分区评述，以期为当地优化小麦生产和种植布局、改进种植制度来应对气候变化提供参考。

1 资料与方法

1.1 资料来源 所有资料均来源于1971～2010年山东省济南市长清区气象局本站和区域自动站以及农业局土壤肥料站，气象资料包括温度(平均温度、极端最高、最低温度)、降水(降水总量、极端降水)、日照时数、相对湿度等，土壤资料包括长清区土壤类型、土壤质地和腐殖质层厚度。

1.2 分析方法

1.2.1 Kriging插值法[3]。Kriging插值法是以变异函数理论和结构分析为基础，在有限区域内对区域化变量进行无偏差最优估计的一种方法。通过对已知样本点赋权重来求得未知样点值，其表达式为：

(1)

式中，Z(x0)为未知样点值，Z(xi)为未知样点周围的已知样点值，λi为第i个已知样本点对未知样点的权重，n为已知样点的个数。采用Kriging插值法可以由其他市县的气象观测资料获取山东省济南市长清区分辨率为90m×90m的栅格图。

1.2.2 因子标准化[3-4]。在区划过程中，由于所选因子的量纲不同，所以需要将因子进行标准化。在此区划根据具体情况，采用极大值标准化和极差标准化方法，其表示式分别为：

(2)

(3)

式中，Xij为去量纲后的第i个因子的第j项指标；Xmin、Xmax为该指标的最小值和最大值。公式(2)和公式(3)是根据区划中因子与作物种植的适宜程度的关系而选择的。如果因子与作物种植的适宜程度成正比，选用式(2)；反之，选用公式(3)。

1.2.3 加权综合评价法[4]。加权综合评价法综合考虑了各个因子对总体对象的影响程度，是把各个具体的指标综合起来，集成为一个数值化指标，用以对评价对象进行评价对比。因此，这种方法特别适用于对技术、策略或方案进行综合分析评价和优选，是目前最为常用的计算方法之一。用公式表达为：

(4)

式中，Cvj为评价因子的总值，Qvij为对于因子j的指标i(Qii≥0)，Wci为指标i的权重值(0≤Wci≤1)，m为评价指标个数。

将影响小麦生长发育的关键气候因子进行累加，其表达式为：

(5)

式中，Y气象表示小麦气候因子的种植适宜程度，Xi为精细化气候因子，λi为权重，n为所选取的影响小麦生长发育的关键气候因子个数[5-6]。

2 结果与分析

2.1 小麦全生育期各月份精细化气象因子及权重分配情况分析 采用加权综合评价法综合考虑了各个因子对总体对象的影响程度，根据小麦生育期各阶段所需气象条件不同[7-10]，选择了最可能影响小麦生长的8个气象要素作为小麦种植区的影响因子(图1)。

图1 山东省济南市长清区小麦精细化气象因子及权重分配Fig.1 Fining meteorological factor and weight allocation of wheat in Changqing District，Jinan City,Shandong Province

2.2 小麦全生育期各月份精细化气象因子的空间分布及分级指标的确定

2.2.1 全生育期≥10 ℃积温。全生育期≥10 ℃积温是小麦生长发育和产量形成的关键热量因子。从图2可看出，山东省济南市长清区小麦全生育期≥10 ℃积温分布特征基本表现为西高东低的特点。全区最高值为2 332.5 ℃·d，平安街道办事处、文昌街道办事处、归德镇、孝里镇等乡镇较高；逐渐向东部减少，最低值为2 011.7 ℃·d；全区积温相差320.8 ℃·d。万德镇、张夏镇属于相对低值区。

图2 山东省济南市长清区小麦全生育期≥10 ℃积温空间分布Fig.2Spatial distribution of ≥ 10 ℃ accumulated temperature in the whole growth stage of wheat in Changqing District ，Jinan City,Shandong Province

2.2.2 冬前≥0 ℃积温(10月1日～12月10日)。据研究，冬前≥0 ℃积温直接影响小麦的前壮苗叶龄指标和安全越冬，因此对小麦产量的提高具有十分重要的作用。长清区小麦冬前≥0 ℃积温总体来看西部高于东部，全区积温范围为592.8～645.9 ℃·d；平安街道办事处、文昌街道办事处、归德镇、孝里镇、双泉镇属于相对高值区(图2)。

2.2.3 12月～次年2月负积温。长清区小麦12月～次年2月负积温分布区域性明显，整体呈现由南向北递减的趋势，中心局部达到最高值，负积温范围为-279.5～-135.7 ℃·d，崮云湖街道办事处处于高值区。造成这种情况的原因是因为受纬度、地形的影响。

2.2.4 2月下旬～3月上旬日平均温度。2月下旬～3月上旬日平均温度稳定通过3 ℃的日期主要影响小麦返青的早晚。长清区2月下旬～3月上旬日平均温度稳定通过3 ℃的日期出现时间自西北向东南方向逐渐延迟，最早出现在3月6日，最晚在3月14日，全区相差8 d左右。2.2.5 3月下旬～4月≤0 ℃天数。3月下旬～4月≤0 ℃天数是春季小麦受低温冷害影响的关键指标。长清区3月下旬～4月≤0 ℃天数自西北向东南方向逐渐增多，万德镇日数最多；全区3月下旬～4月出现≤0 ℃的日数很少，相差不大。2.2.6 轻干热风日数(5月11日～6月5日)。干热风是影响山东小麦生长及产量形成的主要农业气象灾害。长清区轻干热风日数(40年总和)呈现由西向东递减的趋势，其中西南部区域最多，主要包括孝里镇、归德镇；东南部万德镇、张夏镇最少。长清区轻干热风出现的日数为6.1～7.8 d，相差1.7 d。2.2.7 重干热风日数(5月11日～6月5日)。长清区小麦重干热风出现的日数(40年总和)总体表现由北向南递减的趋势，以北部平安街道办事处、文昌街道办事处、崮云湖街道办事处为最多，以南部双泉镇、万德镇最少。长清区重干热风40年内出现最多为0.4 d，东部最少区域出现0.3 d；全区出现日数很少，相差不大。

2.2.8 全生育期降水量。由图3可见，长清区小麦全生育期降水量自北部向南部逐渐增加，生育期降水量最高出现在万德镇东部，最低出现在东北部崮云湖街道办事处、平安街道办事处、文昌街道办事处，全区降水量为1 769.4～2 559.1 mm，相差约789.7 mm。

图3 山东省济南市长清区小麦全生育期降水量空间分布Fig.3 Spatial distribution of precipitation in the whole growth period of wheat in Changqing District，Jinan City,Shandong Province

2.3 小麦气象因子适宜性精细化分析 利用公式(5)将影响小麦生长发育的关键气候因子进行累加，该研究中将所有气候因子的权重均赋予0.125。从小麦气象因子分析区划结果(图4)可以看出，长清区小麦生长可以划分为一般适宜区、适宜区、最适宜区3个分区，其中一般适宜区包括平安街道办事处100%、文昌街道办事处100%、崮云湖街道办事处90%、五峰街道办事处30%、马山镇10%、归德镇100%、孝里镇80%、张夏镇10%；适宜区包括孝里镇20%、双泉镇97%、马山镇95%、五峰街道办事处70%、张夏镇80%、万德镇10%；最适宜区包括万德镇90%、张夏镇10%。

图4 山东省济南市长清区小麦气象因子精细化分析适宜性程度空间分布Fig.4 Spatial distribution of suitability degree of fining analysis of meteorological factors in Changqing District，Jinan City,Shandong Province

3 结论

利用山东省济南市长清区气象局本站和区域自动站的气象资料，采用Kriging插值法、因子标准化、加权综合评价法内插技术对温度(平均温度、极端最高、最低温度)、降水(降水总量、极端降水)、日照、相对湿度等指标要素栅格化，形成长清区冬小麦品种生态气候适宜性精细化区划图，并进行分区评述。结果表明，长清区小麦生长可以划分为一般适宜区、适宜区、最适宜区3个分区，其中一般适宜区包括平安街道办事处100%、文昌街道办事处100%、崮云湖街道办事处90%、五峰街道办事处30%、马山镇10%、归德镇100%、孝里镇80%、张夏镇10%；适宜区包括孝里镇20%、双泉镇97%、马山镇95%、五峰街道办事处70%、张夏镇80%、万德镇10%；最适宜区包括万德镇90%、张夏镇10%。总体来看，气象因子适宜性研究整体上对指导小麦全生育期管理具有一定的科学性。针对当地的气候特点，适时采取抗旱、防虫、防灾措施，趋利避害，以促进小麦的稳产、高产，提高经济效益。

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Fine Analysis of the Whole Growth Stage of Wheat Based on the Meteorological Conditions

TIAN Jia-bo

(Meteorological Bureau of Changqing District,Jinan,Shandong 250300)

[Objective] To determine the climate division index and corresponding division of wheat in Changqing District in Jinan City of Shandong Province according to the requirements of wheat production to meteorological condition.[Method] The meteorological data of Meteorological Bureau of Changqing District and the regional automatic weather station from 1971 and 2010, Kriging interpolation method, factor standardization, and interpolation technique of comprehensive weighted assessment method were used for the rasterization of climate index elements, such as temperature, precipitation, sunshine and relative humidity.Fine zoning map of ecoclimatic suitability of winter wheat variety was formed in Changqing District.And partition was evaluated.[Result] Wheat growth in Changqing District could be divided into generally suitable area, suitable area, and the optimal area.Among them, generally suitable area included Pingan Street Office 100%, Wenchang Street Office 100%, Guyun Lake Street Office 90%, Wufeng Street Office 30%, Mashan Town 10%, Guide Town 100%, Xiaoli Town 80%, and Zhangxia Town 10%.Suitable area included Xiaoli Town 20%, Shuangquan Town 97%, Mashan Town 95%, Wufeng Street Office 70%, Zhangxia Town 80% and Wande Town 10%.The optimal area included Wande Town 90% and Zhangxia Town 10%.[Conclusion] Adaptability of meteorological factors provides good guidance for wheat production.

Wheat; Whole growth period; Meteorological condition; Fining; Division

田家波(1963- )，男，山东齐河人，工程师，从事农业气象服务和气象灾害研究。

2016-08-10

S 162

A

0517-6611(2016)28-0183-03