【摘要】：農(nóng)業(yè)水熱資源是開展農(nóng)業(yè)區(qū)劃、種植制度、作物布局和作物品種配置的重要依據(jù)，其數(shù)量及配置影響一個(gè)地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基本格局。在全球氣候變化的背景下，我國的農(nóng)業(yè)水熱資源已發(fā)生顯著的變化，導(dǎo)致我國農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)和作物布局也發(fā)生相應(yīng)的改變。系統(tǒng)地分析50年來中國農(nóng)業(yè)水熱資源的時(shí)空演變格局，對(duì)合理高效利用農(nóng)業(yè)資源，適應(yīng)和減緩氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。 本文以我國及其十大農(nóng)業(yè)種植區(qū)為研究對(duì)象，以逐日地面氣象觀測資料為數(shù)據(jù)源，結(jié)合土地覆蓋數(shù)據(jù)、數(shù)字高程數(shù)據(jù)等空間數(shù)據(jù)，探討地面氣象觀測資料缺失情況及其對(duì)氣候變化趨勢分析的影響，設(shè)計(jì)和編譯了一套關(guān)于氣象觀測資料數(shù)據(jù)缺失的空間插補(bǔ)方法和程序，通過插補(bǔ)試驗(yàn)，提出了最優(yōu)插補(bǔ)方案。在此基礎(chǔ)上，闡明了全國及十大農(nóng)業(yè)種植區(qū)作物生長季期間農(nóng)業(yè)水熱資源、農(nóng)業(yè)界限溫度與霜期的時(shí)空演變規(guī)律，在時(shí)間尺度上評(píng)估50年來在不同積溫段下農(nóng)業(yè)用地的空間動(dòng)態(tài)變化，分析我國干濕氣候演變趨勢，從氣象干旱角度估算50年來全國干旱發(fā)生的面積和強(qiáng)度。主要的研究結(jié)論如下： （1）采用NN、IDW、IDWE、GIDW、MRLAD、GWR等6種空間插補(bǔ)方法進(jìn)行插補(bǔ)試驗(yàn)，表明冪指數(shù)為2-3時(shí)IDW、IDWE、GIDW插補(bǔ)效果最優(yōu)；最優(yōu)的搜索半徑和插補(bǔ)臺(tái)站數(shù)分別為250km～500km和6～20個(gè)；較傳統(tǒng)方法，基于高程的插補(bǔ)方法可顯著提高氣溫的插補(bǔ)精度，但對(duì)其他氣象要素插補(bǔ)效果的改善不明顯；各氣象要素的插補(bǔ)誤差在年內(nèi)存在明顯的差異；最優(yōu)的插補(bǔ)方案為降水量、日照時(shí)數(shù)、平均風(fēng)速、相對(duì)濕度適宜采用IDW法，日平均氣溫、日最低氣溫、日最高氣溫更適宜采用GIDW或GWR。 （2）50年來，作物生長季期間全國積溫和日平均氣溫都顯著增加，而日較差、日照時(shí)數(shù)和太陽輻射量都顯著減少，而期間的全國平均降水量和潛在蒸散量變化不明顯，且在區(qū)域上存在差異。在“西南—東北”一線降水量、有效降水量和有效降水次數(shù)明顯較少，而在“東南—西北”一線呈增加的趨勢。影響生長季期間農(nóng)業(yè)水熱資源量的主要因素是年內(nèi)氣候資源的多寡，其次是生長季持續(xù)時(shí)間的長短，但這種影響存在區(qū)域不一致性。 （3）全國穩(wěn)定通過0℃、10℃的初日顯著提前，終日延后，持續(xù)日數(shù)增加，積溫提高50～90℃/10a，突變時(shí)間主要集中在20世紀(jì)80年代后期至90年代中期；同時(shí)，初霜日顯著延后，終霜日提前，，無霜期增加2.5～5d/10a。 （4）低積溫段內(nèi)的耕地面積、林地和草地面積在減少，高積溫段內(nèi)的面積在增加。較20世紀(jì)60年代，20世紀(jì)初期我國≥0℃積溫段Ⅰ、≥0℃積溫段Ⅱ、≥0℃積溫段Ⅳ耕地面積分別減少了7.74%、32.42%、8.39%，≥0℃積溫段Ⅴ耕地面積增加43.66%；≥10℃積溫段Ⅱ、≥10℃積溫段Ⅳ耕地面積分別減少35.14%和20.80%，≥10℃積溫段Ⅴ耕地增加21.05%。 （5）在“西南—東北”一帶趨于干旱，在“東南—西北”一帶趨于濕潤化。21世紀(jì)初期較1960年我國極干旱區(qū)、半干旱區(qū)面積分別增加了56.92%和28.13%，干旱區(qū)和半濕潤區(qū)面積分布減少了12.30%和11.43%。全國干旱面積整體上呈弱的下降趨勢，但區(qū)域上存在不一致性。東北、華北、西南和華南干旱面積都顯著增加，東南沿海、西北內(nèi)陸和青藏高原干旱面積有所減少。 論文主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)： （1）提出針對(duì)氣象資料數(shù)據(jù)缺失的空間插補(bǔ)方法和最優(yōu)插補(bǔ)方案。結(jié)合空間插值方法和理論，設(shè)計(jì)和編譯一套關(guān)于氣象觀測資料數(shù)據(jù)缺失問題的空間插補(bǔ)方法和程序，通過插補(bǔ)試驗(yàn)，探討冪指數(shù)大小、搜索半徑、插補(bǔ)點(diǎn)數(shù)、是否考慮高程等因素對(duì)氣象要素插補(bǔ)精度的影響，提出針對(duì)不同氣象要素的最優(yōu)插補(bǔ)方案。 （2）揭示我國作物生長季期間農(nóng)業(yè)水熱資源的時(shí)空演變格局。以穩(wěn)定通過5℃界限溫度的時(shí)間段作為作物生長季劃分的標(biāo)準(zhǔn)，較系統(tǒng)地揭示全國及十大農(nóng)業(yè)種植區(qū)域熱量（積溫、日平均氣溫、日較差、日照時(shí)數(shù)、太陽輻射）、水分（降水量、有效降水量、降水次數(shù)、潛在蒸散量）的時(shí)空演變格局。 （3）估算不同積溫段下農(nóng)業(yè)用地和干濕氣候類型的空間動(dòng)態(tài)變化。將積溫和干濕氣候類型的動(dòng)態(tài)變化與土地覆蓋數(shù)據(jù)集相結(jié)合，在時(shí)間尺度上估算不同積溫段下耕地和干濕氣候類型區(qū)域的空間動(dòng)態(tài)變化。
【圖文】：

（2）作物生長季期間我國農(nóng)業(yè)水熱資源變化時(shí)空演變格局研究基于 50 年來全國逐日的地面氣象觀測資料，以穩(wěn)定通過 5℃界限溫度的時(shí)間段作為作物生長季的劃分標(biāo)準(zhǔn)，揭示全國及十大農(nóng)業(yè)種植區(qū)作物生長季期間的熱量（積溫、日平均氣溫、日較差、日照時(shí)數(shù)、太陽輻射）、水分（降水量、潛在蒸散量）資源的時(shí)空演變格局，探討影響生長季期間農(nóng)業(yè)水熱資源量的主要因素。（3）農(nóng)業(yè)界限溫度和霜期時(shí)空演變格局研究采用“多元回歸+殘差”方法，繪制了 0℃、10℃界限溫度和全國霜期的空間分布圖。采用Pettitt 突變檢驗(yàn)和 TFPW－MK 趨勢分析方法，研究界限溫度和霜期在時(shí)序上的變化趨勢。結(jié)合Globcover 土地覆蓋數(shù)據(jù)集，在時(shí)間尺度上估算不同積溫段下耕地的空間動(dòng)態(tài)變化。（4）我國干濕氣候格局演變規(guī)律研究借助濕潤指數(shù)，在時(shí)空兩個(gè)尺度上分析我國干濕氣候變化趨勢。分析 SPI 的尺度效應(yīng)，驗(yàn)證SPI 指數(shù)在我國的適用性，并從氣象干旱角度探討我國及各農(nóng)業(yè)區(qū)干旱發(fā)生的強(qiáng)度、頻率和面積的變化趨勢。1.4.3 技術(shù)路線

10研究區(qū)域氣候的長期變化規(guī)律，需有一套連續(xù)均一且具有相當(dāng)精度的長時(shí)序氣象要素序列。20 世紀(jì) 50 年代初，我國基本建成了較為完整的地面氣象觀測站網(wǎng)，具有較為完整的氣象觀測資料，但期間由于種種原因，幾乎所有的氣象臺(tái)站各氣象要素都有不同程度缺失。若直接利用氣象觀測資料進(jìn)行氣候變化趨勢研究，必然引起較大的誤差(Karl et al.,1996)。為了獲得具有較高精度的連續(xù)均一且較為完整的氣象要素觀測序列，需要采用多元統(tǒng)計(jì)、地統(tǒng)計(jì)等多種技術(shù)，在已有的不完整的氣象觀測資料基礎(chǔ)上，較為精確地插補(bǔ)和延長氣象要素觀測資料。2.3 逐日氣象觀測資料的插補(bǔ)試驗(yàn)氣象觀測資料的插補(bǔ)實(shí)質(zhì)是上是對(duì)離散數(shù)據(jù)的空間插值。常見的插值試驗(yàn)多是基于ArcGIS、Surfer 等軟件平臺(tái)進(jìn)行空間插值，其主要步驟是先將用于插值的觀測資料數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，生成一個(gè)規(guī)則的柵格數(shù)據(jù)，在柵格數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上再采用最近鄰近點(diǎn)法或雙線性內(nèi)插法進(jìn)行二次插值，最終才能得到離散的插值點(diǎn)的要素值。這樣做有兩個(gè)方面的缺點(diǎn)：一是插值效率低。ArcGIS 等軟件雖然也提供了批量插值操作，但對(duì)于像逐日或逐月的地面氣象這樣的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，工作效率較低，運(yùn)行時(shí)間也較長；二是插值結(jié)果偏差較大。ArcGIS、Surfer 等軟件下對(duì)離散點(diǎn)插補(bǔ)值
【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：F323.213;S16

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 徐成忠;董興玉;楊洪賓;李春光;李福元;王法宏;;積溫變遷對(duì)夏玉米冬小麥兩熟制播期的影響[J];山東農(nóng)業(yè)科學(xué);2009年02期

2 張凌云;李家文;吳炫柯;;柳州市農(nóng)業(yè)界限溫度與生產(chǎn)季節(jié)分析[J];安徽農(nóng)業(yè)科學(xué);2009年30期

3 顧紅;杜春英;高永剛;劉丹;宮麗娟;于瑛楠;李宇光;李z鴉

本文編號(hào)：2636870