基于GIS的沙澧河流域2013年气候特征及其对农业的影响分析

摘要 选取2013年沙澧河流域16个气象观测站的20：00～次日20：00气温、降水实时观测资料和1981～2010年气温、降水常年历史资料，建立气象要素资料库，然后以ArcGIS9.3为研究平台，运用其空间分析模块中的普通克里格法对研究区内的气象因子，即年、季平均气温和年、季降水量的气象信息进行空间插值，分析出该流域气温和降水的空间分布特征，并在此基础上揭示此气候特征对农业产生的影响。

关键词 地理信息系统（GIS）;气候特征;农业;影响;沙澧河流域

中图分类号 S127 文献标识码

A 文章编号 0517-6611（2014）33-11908-03

2013年度整个沙澧河流域气候异常，不利因素较多，其中春、夏、秋三季气温偏高、降水偏少，导致三季连旱，对农业生产产生不利影响。地理信息系统（GIS）以其强大的空间分析功能在气候特征空间分析方面有着广泛的应用[1-3]。21世纪以来，有许多学者利用GIS对区域气候空间要素进行空间插值研究[4-9]，这些研究结果弥补了气象数据离散对科学研究带来的影响，有助于人们了解实际区域气象因子分布的空间变化规律[4-7]。笔者基于GIS技术，研究了2013年沙澧河流域气候空间分布特征及其对农业生产的影响，为农业生产趋利避害、提高农业生产力提供必要的科学依据。

1 资料与方法

1.1 研究区概况

沙澧河流域位于河南省中部，属于淮河流域的颍河水系，地势基本上是西高东低，从西部山区、中部丘陵到东部平原，地貌十分复杂，类型多种多样。流域流经汝阳、汝洲、郏县、宝丰、鲁山、平顶山、襄城、方城、叶县、舞钢、舞阳、漯河、临颖、西华、周口和商水等6个地区16个县市（图1）。流域内的水系包括沙河、澧河、北汝河、甘江河等，其中沙河是沙澧河流域的一条主要河流，发源于鲁山县石人山，自西向东流经宝丰、叶县、舞阳、郾城、漯河、西华、商水、周口、淮阳、项城、沈丘，进入安徽省，在正阳关进入淮河，流域面积39 880 km2（其中河南省流域面积34 440 km2），省界以上河长418 km。澧河是沙河的一支较大支流，发源于方城县四里店，在漯河市汇入沙河，河长163 km，流域面积2 787 km2。流域内的水库主要有昭平台水库、白龟山水库、孤石滩水库、燕山水库等[8-9]。

图1 沙澧河流域基本地理信息及在河南省的位置

基金项目 沙澧河流域科研基金项目（201401）。

作者简介 江清霞（1979- ），女，河南内乡人，工程师，硕士，从事应用气象研究。

收稿日期 2014-08-14

1.2 研究资料与分析方法

1.2.1 基于GIS技术流域基础数据库的建立。

利用地理信息系统软件ArcGIS9.3完成沙澧河流域背景地理信息数据库的建设，包括1∶5万沙澧河流域行政区划、主要河流、大型水库、主要公路、铁路等主要交通设施，以及土地覆盖类型等地理信息的空间数据和属性数据。其中，空间数据以*.shp格式存储，属性数据以*.dbf格式存储。

1.2.2 气象资料的选取和处理。

选取2013年沙澧河流域16个气象观测站（漯河市、舞阳县、临颍县、汝阳县、方城县、平顶山市、汝州市、鲁山县、宝丰县、郏县、叶县、舞钢市、襄城县、西华县、商水县、周口市）的20：00～次日20：00氣温、降水实时观测资料，建立气象要素资料库，然后用ArcGIS9.3空间分析模块对各气象要素进行插值处理。

2 2013年沙澧河流域气候特征分析

2.1 气温

2.1.1 流域年平均气温偏高。

2013年沙澧河流域年平均气温15.5 ℃，较常年偏高0.7 ℃。北汝河、澧河上游、沙河上游、甘江河和西华县平均气温在15.0～16.2 ℃，汝河、澧河下游和沙河下游（除西华县）平均气温在14.5～15.0 ℃（图2a）。与历年平均值相比，流域年平均气温均偏高，偏高值在0.1～1.3 ℃（图2b）。

图2 2013年沙澧河流域平均气温（a）及其距平（b）（单位：℃）

2.1.2 冬季气温整体偏低。

2013年沙澧河流域冬季平均气温1.5 ℃，较常年同期偏低1.0 ℃。其中，舞阳冬季平均气温为0.9 ℃，流域其他县市冬季平均气温在1.0～2.2 ℃。与历年平均值相比，沙澧河流域冬季气温均偏低，偏低值在0.2～1.7 ℃。

2.1.3 春季气温整体偏高。

2013年沙澧河流域春季平均气温16.3 ℃，与常年同期相比偏高1.3 ℃。其中，北汝河、澧河上游、沙河上游、舞钢市春季平均气温为16.1～17.1 ℃，流域其他县市春季平均气温为15.4～16.1 ℃。与历年同期相比，北汝河、澧河上游、沙河上游和舞钢市春季平均气温偏高1.0～2.0 ℃，其余县市偏高0.7～1.0 ℃。

2.1.4 夏季气温整体偏高。

2013年沙澧河流域夏季平均气温27.9 ℃，较历年同期偏高1.8 ℃。其中，漯河、西华、商水、宝丰和叶县夏季平均气温在28.0 ℃以上，其余县市在26.9～28.0 ℃。

与历年同期相比，漯河、西华、商水、宝丰和叶县夏季平均气温偏高2.0～2.5 ℃，其余县市偏高0.5～2.0 ℃。除襄城偏高0.5 ℃外，流域其他县市气温偏高均在1.0 ℃以上。

2.1.5 秋季气温整体偏高。

2013年沙澧河流域秋季平均气温15.9 ℃，较历年同期偏高0.6 ℃。其中，除漯河市、方城和鲁山秋季平均气温<15.6 ℃外，其他县市秋季平均气温在15.6～16.7 ℃。

与历年同期相比，除漯河和舞阳秋季平均气温偏低外，其余县市秋季平均气温均偏高，偏高幅度在0～1.4 ℃。

2.2 降水

2.2.1 流域年降水量整体正常。

2013年沙澧河流域年降水量628.3 mm，较常年同期偏少21.4%，属正常。其中，流域南部和中部年降水量较多，为700.0～853.7 mm;流域东部和西部降水量较小，为419～700 mm（图3a）。与历年同期相比，流域南部和中部年降水量偏少2%～25%，属正常;流域东部和西部年降水量偏少25%～38%，属偏少（图3b）。

图3 2013年沙澧河流域降水量（a，mm）和降水量距平百分率（b，%）

2.2.2 冬季降水整体偏少。

2013年沙澧河流域冬季降水量30.6 mm，较历年同期偏少32.2%。其中，西华、商水、舞阳和舞钢冬季降水量在40.0 mm以上，流域其他县市冬季降水量在12.9～40.0 mm。与历年同期相比，汝州和襄城冬季降水量显著偏少;澧河、沙河下游（除临颍）和平顶山降水正常;流域其他县区降水偏少。

2.2.3 春季降水整体正常，但空间分布不均。

2013年沙澧河流域春季降水量181.9 mm，较历年同期偏多20.5%，降水正常。降水空间分布不均，其中，春季降水中心在宝丰、鲁山和临颍，降水量为200.0 ～254.5 mm;流域其他县市春季降水量在100.4～200.0 mm。与历年同期相比，北汝河和沙河上游降水偏多和显著偏多（其中汝州和宝丰降水量显著偏多）;襄城和商水降水偏少;流域其他县市降水正常。

2.2.4 夏季降水偏少且降水分布极其不均匀。

2013年沙澧河流域夏季降水量307.6 mm，较历年同期偏少26.4%，降水偏少。降水中心分布在甘江河、澧河、沙河下游的漯河地区和叶县，降水量为400.0～546.7 mm;流域其他县市夏季降水量在121.4～300.0 mm。

与历年同期相比，北汝河和沙河上游（除叶县）降水量显著偏少，漯河降水显著偏多，流域其他县市降水正常。

2.2.5 秋季降水偏少。

2013年沙澧河流域秋季降水量103.8 mm，较历年同期偏少35.8%，降水偏少。秋季降雨中心分布在襄城、西华和商水，降水量为120.0～152.3 mm;流域其他县市秋季降水量在75.9～120.0 mm。

与历年同期相比，方城和漯河降水量偏少50.0%～52.8%，属显著偏少;襄城和商水降水量偏少2%～25%，属正常;流域其他县市降水量偏少25%～50%，属偏少。

3 气候特征对农业的影响分析

2013年沙澧河流域未出现大范围严重农业气象灾害，但区域性、阶段性气象灾害时有发生。年内主要农业气象灾害为干旱，春季、夏季、秋季均出现了不同程度的干旱，多地出现干热风，对农作物产生了不同程度的影响。

3.1 干旱

3.1.1 春季干旱。3月～4月中旬，流域内降水持续偏少，该时期正值冬小麦生长的关键时期，水分的缺乏对小麦的拔节生长带来不利影响，造成部分县市冬小麦减产。

进入春季以后降水持续偏少，加之气温偏高和光照强等因素，导致土壤水分蒸发量大，麦田墒情下降明显，对小麦的生长十分不利。据3月18日测站墒情资料，0～30 cm土层平均含水率在11%～18%;0～50 cm土层平均含水率在11%～18%，大部分麦田旱情明显，不利于小麦拔节。加之入冬以来降水一直偏少，春季气温偏高、风日多，麦田失墒严重。部分田块甚至达到了中度干旱，水分不足影响了小麦正常拔节，造成小花大量退化，小穗结实率降低。

3.1.2 夏季干旱。

7月下旬～8月中旬，流域内持续高温少雨天气，加之小麦收获后土壤裸露等因素导致土壤缺墒严重，影响了秋粮作物的播种、出苗及苗期生长。所幸7月中下旬全市出现大范围降水天气过程，旱情有所缓解。进入8月份，高温少雨天气持续，高温加上降水匮乏导致农田土壤水分缺墒严重，出现了高温热害与干旱并存的不利局面。8月上中旬是秋粮作物产量形成的关键时期，也是作物的水分临界期，土壤干旱、空气干燥，高温容易使雌雄花期不遇，不利于花粉形成，导致授粉不良、授粉率降低，出现高温逼熟现象，导致夏玉米等秋杂作物产量和品质双双下降。

3.1.3 秋季干旱。

进入10月以后，沙澧河流域降水持续偏少，导致秋季干旱，给冬小麦的播种和出苗带来不利影响。10月29日～11月1日，出现了明显降水天气过程，降雨量为26.6～37.1 mm，此次降水过程使旱情得到解除，有利于小麦的播种、出苗及已播小麦苗期生长。

3.2 干热风

干热风是一种高温、低湿并伴有一定风力的农业灾害性天气，往往可导致小麦灌浆不足、秕粒严重甚至枯萎死亡。按照标准，轻干热风为日最高气温≥30 ℃、14：00相对湿度≤30%、14：00风速≥2 m/s;重干热风为日最高气温≥32 ℃、14：00相对湿度≤25%、14：00风速≥3 m/s。2013年4月30日～5月1日、5月11～14日、5月21日沙澧河流域的洛阳、平顶山和周口分别出现了不同程度的干热风。2013年4月30日～5月1日洛阳市出现了轻度干热风天气，5月11～13、19～21日出现了重度干热風天气。干热风使全市本就干旱的冬小麦灾害严重，5月上中旬洛阳市大部分无法灌溉的旱地冬小麦由于干热风而枯熟，小麦减产幅度进一步加大。5月11～14日平顶山市出现了连续4 d的干热风天气，对小麦灌浆造成一定影响。5月11、14、21日周口市部分县区出现干热风天气，特别是商水县14：00平均气温31.6 ℃，相对湿度29%，最大风速3.1 m/s，达轻度干热风标准。另外14日和21～22日14：00平均气温均超过33 ℃，最小相对湿度<30%，风速在2.5～3.0 m/s，达到干热风指标，一定程度上缩短了小麦灌浆进程，造成粒重明显下降。

4 结论与讨论

由于2013年沙澧河流域年平均气温较常年偏高，除冬季平均气温较常年同期偏低外，春、夏和秋季平均气温较常年均偏高，再加上沙澧河流域2013年年降水量较常年同期偏少2成以上，导致流域内区域性、阶段性农业气象灾害干旱和干热风的发生，对农作物产生了不同程度的影响。

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