基于DEM的闽东南荔枝寒（冻）害精细化区划

苏晓玲，龚松柏

（福建师范大学地理科学学院，福建福州350007）

基于DEM的闽东南荔枝寒（冻）害精细化区划

苏晓玲，龚松柏

（福建师范大学地理科学学院，福建福州350007）

应用逐步回归分析方法和GIS技术，构建福建省越冬期极端最低气温（Td）和4个等级冻害指标（-2℃＜Td 0℃、-3℃＜Td -2℃、-4℃＜Td -3℃、Td＜-4℃）发生频次空间分析模型，根据荔枝寒（冻）害评价指标，对闽东南荔枝种植区进行区划.结果表明：1）闽东南荔枝种植区可分为最适宜区（微寒害区）、适宜区（轻度寒害区）、中等适宜区（中度冻害区）、不适宜区（重度冻害区），其中最适宜区、适宜区划区结果与实际荔枝种植分布较吻合；2）闽东南荔枝种植最适宜区主要分布在诏安至连江东南沿海平原，适宜区主要分布在沿海平原与东南丘陵过渡地区，中等适宜区、不适宜区主要分布在适宜区以西海拔较高地区.

寒（冻）害；GIS技术；DEM；均方差决策法；闽东南

福建省位于欧亚大陆东南边缘，东临太平洋，是典型的亚热带季风气候；丘陵起伏，地势西北高，东南低，地貌类型复杂多样，气温垂直差异大，立体气候显著；海湾曲折，港湾众多，海域辽阔，海岸线长达3324 km，仅次于广东，占全国海岸线总长度18.3%，岸线曲折，曲折率为1∶6.2居全国之首；福建既是气候资源优越之地，又是气象灾害频发之区，福建主要气象灾害顺序为旱灾、冻害、风雹灾、水灾，福建农业气象灾害中旱灾、冻害尤为突出[1-3].虽然福建低温寒冻害发生频次、发生规模和越冬极端最低气温远不及高纬地区，但是福建尤其闽东南地区种植的大多数亚热带果树防寒抗冻能力相比北方较低，果树产量严重受影响.如1999—2000年冬季福建遭受了52ɑ来最严重低温冻害，致使全省尤其闽南地区的农作物受灾严重，使得漳州荔枝、龙眼、香蕉受灾面积达56306.67 hm2，直接经济损失达15亿元[4].荔枝是典型南亚热带果树，主要分布在福建、广东、广西、台湾等省（自治区）[5]，福鼎是福建省荔枝生长的北界[6]，低温寒（冻）害是发展荔枝生产的限制条件，也是影响荔枝产量的重要原因[7]，且低温灾害因地貌类型不同产生差异，因此有必要对闽东南冬季低温寒（冻）害进行区划.

目前气象台站较少，少量的县站点气象资料难以客观全面反映全省越冬期极端最低气温分布和低温寒冻害的受灾程度，并且复杂的小地形环境对局地小气候的产生有一定影响，使荔枝低温灾害因地而异，所以人们更关心非气象记录的地方的低温及荔枝低温寒（冻）害的空间分布情况.郭淑敏[8]采用专家打分法对5个农业气候区划指标在广西荔枝种植总体布局中的影响程度进行赋分，最后根据各区划指标对荔枝栽培效果的影响进行分区；刘璐等[9]利用经度、纬度、DEM数据建立极端最低温度小于-8℃日数模型，并在此基础上对低温冻害进行区划；徐宗焕等[10]、吴仁烨等[11]利用公里网X、Y数据、海拔高度计算多年极平均端最低气温，并进行分区描述；王加义等[12]利用地理三因子及离海距因子，以提升模型拟合精度；郑小琴等[13]利用1月平均最高气温、2月日照时数、8月平均气温、5—8月总雨量模拟冻害等级.本文利用福建省67个气象站点的观测资料、站点经度、纬度、海拔高度、离海距数据进行小网格推算越冬期极端最低温度分布模型及4个等级寒（冻）害发生频次空间模型的构建，利用均方差决策法确定各荔枝寒（冻）害指标权重，在此基础上对闽东南荔枝寒（冻）害等级分布进行分析，以期为农业生产制定合理规划布局和防灾减灾提供科学依据.

1 材料与方法

本研究所采用的气象观测数据源自福建省气象信息中心，包含全省67个气象观测站1961—2012年52ɑ来冬季逐日最低气温、气象站经度（X）、纬度（Y）与海拔（H）.地形数据为福建省数字高程图.利用气象资料统计出52ɑ来历年平均越冬期（12月—翌年2月）极端最低气温Td，统计冬季逐日日最低气温在-2℃

1.1 空间推算模型建立

1.1.1 经度、纬度、海拔数据处理

随着经度（X）、纬度（Y）与海拔（H）变化，极端最低气温（Td）也发生相应的变化.在Arcgis10.0中建立气象站点图层，添加属性数据包括67个站点经度、纬度、海拔等属性数据，计算越冬期极端最低气温年平均气温. 1.1.2 DEM建立

不规则三角网（Triɑngulɑted Irregulɑr Network，TIN）建立的数字高程模型（Digitɑl Elevɑtion Model，DEM）能充分利用地貌的特征点、线，较好地表示复杂地形[14]，本文利用福建省50 m等高线图建立逼近地形表面的TIN，再利用TIN转化为DEM模型，基于DEM影像的极端最低气温插值法能够更好体现复杂地形下气温空间分布.

1.1.3 离海距计算

我国把海岸线定义为平均大潮高潮时海陆分界的痕迹线[15].本文利用福建省高程图临海边界作为海岸线，在Arcgis10.0中裁剪沿海界线，根据气象站在栅格数据层中位置，利用欧氏距离法计算各站点到海岸线直线距离[12]，即气象站点离海岸线的直线最短距离.

1.1.4 多年平均越冬期极端最低气温Td模型建立

越冬期极端最低气温可表征年度低温强度，历年平均值反映作物低温寒（冻）害状况[16].以经度、纬度、海拔和离海距作为影响因子，在SPSS16.0中采用逐步回归分析方法，建立福建省多年极端最低气温Td与各个因子的回归方程，以提高闽东南多年极端最低气温Td模型的准确性，得出以下结果方程：

Td=1.305X-2.341Y-0.005H-93.607.

式中X为经度、Y为纬度、H为海拔，该模型相关系数为0.966，通过R=0.01的显著性检验.

1.1.5 四个等级寒（冻）害模型建立

从荔枝避寒避冻的角度，把-2℃ Td 0℃、-3℃

式中H1、H2、H3、H4模型相关系数分别为0.856、0.868、0.880和0.878，4个模型都通过R=0.01的显著性检验.

1.2 寒（冻）害评价指标标准化处理

在多指标决策与排序的情况下，各指标相对权重系数的大小取决于在该指标下各方案属性值的相对离散程度，离散程度越大，权重系数越大；若某指标下各方案的属性值离散程度为0（即属性值全相等），则该指标的权重为0[17]，均方差是确定评价指标离散程度最常用的指标.均方差决策法首先求出各个评价指标无量纲化属性值的均方差，将其归一化，即为各个评价指标权重.

均方差决策法：

2 结果与分析

2.1 寒（冻）害分区图

荔枝是南亚热带多年生常绿果树，性喜高温多湿，温度是荔枝生活重要条件之一，要求冬季有一段利于花芽分化又不遭受冻害的适宜低温[18]，同时越冬期不同等级寒（冻）害发生频次也会影响荔枝生长.根据1.2均方差决策法公式计算结果（见表1），计算出闽东南荔枝寒（冻）害阈值，将阈值划分为0～0.15、0.15～0.30、0.30～0.45、0.45～1.00区间（见表2），即闽东南荔枝种植区划分为将适宜区（无冻害区）、适宜区（轻度冻害区）、一般区（中度冻害区）、不适宜区（重度冻害区）（见图1）.

表1 指标均方差及权重Tab.1The mean square deviation and weight of grading index

2.2 分区评述

2.2.1 最适宜区（微寒害区）

主要分布在东南沿海平原，包括诏安（不包括霞葛镇以北及东北部地区）、云霄（不包括与诏安县接壤的乌山山脉）、漳浦（不包括南部大尖山）、平和（东南部的大溪、安厚、五寨、南胜、山格地区）、龙海（不包括西部大尖山）、南靖（南部山城、靖城地区）、龙文、芗城（不包括西部天宝大山）、长泰（不包括东、西、北三面低山丘陵）、华安（与芗城和长泰交界地势低平地带）、思明、湖里、海沧、集美、同安（不包括西北及东北海拔较高地区）、翔安、南安（南部的石井-中部的霞美地带）、晋江、石狮、鲤城、丰泽、洛江（马甲以南地区）、惠安（不包括北部海拔较高山区）、泉港（驿坂-柯寨连线以东地区）、荔城（白塘以南地区）、秀屿、福清（龙田-江镜连线以南地带）、平潭。该区域拥有丰富的光热资源，夏季高温多雨，冬季温暖，越冬期气候条件最佳，多年平均极端最低气温大于2℃，多年1级冻害（-2℃

表2 荔枝寒（冻）害等级设定Tab.2The freezing injury setting of Litchi

图1 闽东南荔枝寒（冻）害区划Fig.1Regionalization of chilling and freezing injury of Litchi in the southeast of Fujian province

2.2.2适宜区（轻度寒害区）

主要分布在福建东南沿海平原与东南丘陵过度地带，包括诏安（秀篆）、平和（中部的国强、长乐、九峰、坂仔、小溪、文峰地区）、南靖（中部的南坑、船场、丰田、龙山地带）、华安（华丰、新圩、丰山九龙江沿岸地区、沙建）、长泰（西北部的坂里、东部陈巷、岩溪、枋洋地区）、同安（西北部的花莲、汀溪地区）、安溪（东部龙门、官桥、凤城、城厢、参内、魁斗地带）、南安（西部的东田、英都、翔云、仑苍地区及霞美以北的地区）、洛江（马甲以北地区）、永春（达埔、石鼓、桃城、东平、外山）、仙游（度尾-榜头连线以南地区）、城厢、荔城（白塘以北地区）、涵江（白沙以南地区）、福清（东张-镜洋连线以南和龙田-江镜连线以北的地区）、长乐、闽侯（南屿以南地区、鸿尾-建新的闽江沿岸）、永泰（大樟溪沿岸的城峰、葛岭、塘前）、鼓楼、台江、仓山、马尾、连江（丹阳-浦口-东岱连线以南地区）.该区域水热条件较优越，冬季较温暖，多年极端最低气温在0～2℃之间，多年2级冻害（-3℃

2.2.3 中等适宜区（中度冻害区）

主要分布在平和（长乐-山格连线以北地区）、华安（西部及北部地区）、安溪（白濑-尚卿连线以西地区）、永春（介福-达埔连线以西地区）、德化（东部口水、南埕、雷锋、龙浔地区）、仙游（度尾-榜头连线以北地区）、涵江（白沙以北地区）、永泰（大樟溪沿岸城峰、葛岭、塘前以外地区）、闽清（不包括北部海拔较高的下祝、桔林、桥东山区）、闽侯（闽江以北大湖以南地区、南屿-上街以西地区）、晋安（新店-宦溪以北地区）、连江（北部及西部地区）、罗源、蕉城、周宁、福安（不包括西北及北部海拔较高山区）、霞浦、福鼎.该区热量条件在闽东南地区较差，越冬期气象条件不理想，多年极端最低气温在-3～0℃之间，多年1、2等级寒冻害发生频次较高（4～7次），越冬期极端最低气温小于0℃，同时防灾减灾能力较弱，属于中度冻害区，且距海越远冻害越严重.该区域内尤其离海远地区不太适宜大面积种植荔枝，可在区域内朝南的有利小地形中小面积种植，并增强冻害防御能力，也可在区域内种植桔、橙等耐寒能力较强亚热带果树或种植梅、柿、梨、板栗等温度落叶果树[20].

2.2.4 不适宜区（重度冻害区）

主要分布在安溪（西北部祥华、长坑、桃州海拔较高山区）、德化（戴云山山脉）、德化-仙游-永泰三县交界地区、闽清（北部海拔较高山区）、闽侯（牛姆山地带）、罗源（中房-飞竹连线以西地区）、周宁、寿宁（北部海拔较高山区）、柘荣.该区域热量条件无法满足荔枝生长发育需求，越冬期极端最低气温小于-3℃，2、3、4等级寒冻害发生频繁，且寒冻害等级发生严重、持续时间长，越冬期气象条件最差地区，不利于荔枝生产，因此该区不适宜种植荔枝.

3 结论与讨论

采用GIS技术，利用均方差决策法确定闽东南地区荔枝寒（冻）害评价指标，分析该区域内荔枝低温寒（冻）害空间分布规律及特征，其区划结果与荔枝实际种植区分布较一致：最适宜区（微寒害区）、适宜区（轻度寒害区）主要在诏安至连江东南沿海平原及与东南丘陵过度地区，是福建荔枝适宜种植区及主要生产基地；中等适宜区（中度冻害区）、不适宜区（重度冻害区）适宜区西北界以西的丘陵及中山地带，尤其不适宜区划分结果可显示闽中大山带（鹫峰山-戴云山-博平岭）海拔较高重度冻害地区，说明GIS技术结合DEM数据应用于区域内的气象灾害空间分布与分区的合理性，且具有能够精细化反映复杂山区气象灾害空间分布规律的优势.

对越冬期果树低温冻害进行精细化区划与空间分布规律的研究，寒（冻）害评价指标的确定是重要环节，而寒（冻）害评价指标目前没有统一标准.徐宗焕等[21]、王加义等[20]以极端最低气温平均值为果树寒低温分级指标，刘璐等[9]以越冬期平均低温日数作为区划指标，本文参考陈家金等[19]对荔枝生长的评估指标，采用均方差决策法确定荔枝寒（冻）害各评价指标权重，结合荔枝种植园实地调查，确定荔枝低温寒（冻）害评价指标，该指标不仅考虑进越冬期平均极端最低气温对荔枝生长的影响，还充分考虑了不同等级低温寒（冻）害发生频次的影响.建立的越冬期极端最低气温（Td）及4个等级寒（冻）害指标模型均利用经度、纬度、海拔、离海距，进行逐步回归分析，具有良好相关性及统计学意义，以越冬期极端最低气温（Td）和4个等级寒（冻）害发生频次为指标的区划结果精细化反应了闽东地区荔枝寒冻空间分布特征.本文在确定荔枝低温寒（冻）害评价指标时忽略小地形遮蔽度、坡度、坡向及风速等影响因子，有待今后不断完善，使闽东南荔枝寒（冻）害空间分布模型的模拟效果和实用性进一步提高.

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责任编辑：黄澜

Refined Analysis of Chilling and Freezing Injury of Litchi in the Southeast of Fujian Province Base on Digital Elevation Model

SU Xiaoling，GONG Songbai
（College of Geographical Science，Fujian Normal University，Fuzhou 350007，China）

The spɑtiɑl models ɑbout winter extreme low temperɑture ɑnd 4 levels’（-2＜Td 0℃,-3＜Td -2℃,-4＜Td -3℃,Td＜-4℃）of cold dɑmɑge model were built,by using stepwise regression ɑnɑlysis ɑnd GIS technology,the plɑnt⁃ing ɑreɑs of Litchi in the southeɑst of Fujiɑn province were divided ɑccording to the grɑding index.The result showed thɑt：1）the plɑnting ɑreɑs of Litchi in the southeɑst of Fujiɑn province were divided into the most suitɑble ɑreɑs(slight chilling injury ɑreɑs),suitɑble ɑreɑs(mild chilling injury ɑreɑs),moderɑte suitɑble ɑreɑ(moderɑte freezing injury ɑreɑs),ɑnd unsuitɑble ɑr⁃eɑs(severe freezing injury ɑreɑs).The most suitɑble ɑreɑs ɑnd suitɑble ɑreɑs ɑre consistent with the plɑnting ɑreɑs of Litchi. 2）The most suitɑble ɑreɑs in Fujiɑn province ɑre locɑted in the southeɑst coɑstɑl plɑin from Zhɑoɑn county to Liɑnjiɑng county,the suitɑble ɑreɑs ɑre locɑted in the trɑnsition zone between southeɑst coɑstɑl plɑin ɑnd hills,moderɑte suitɑble ɑr⁃eɑs ɑnd unsuitɑble ɑreɑs ɑre distributed mostly in the west of most suitɑble ɑreɑs ɑnd suitɑble ɑreɑs which were in high mountɑins ɑreɑs.

chilling ɑnd freezing injury；GIS；DEM；meɑn squɑred deviɑtion method；the southeɑst of Fujiɑn province

S 162

A

1674-4942（2014）03-0319-05

2014-05-20

2013年国家级大学生创新创业训练计划项目（201310394018）；国家基础科学人才培养基金项目“福建师范大学地理学基地科研训练及科研能力提高项目”（J1210067）