基于自动气象站资料的沙坡头区日光温室区划*

马力文，毛万忠，李保华，冯培灵，李 英，李宁芳（1.宁夏气象科研所，银川 750002；2.宁夏气象防灾减灾重点实验室，银川 750002；.宁夏中卫市气象局，沙坡头 755000）



·资源区划·

基于自动气象站资料的沙坡头区日光温室区划*

马力文1，2，毛万忠3，李保华3，冯培灵3，李 英3，李宁芳3
（1.宁夏气象科研所，银川 750002；2.宁夏气象防灾减灾重点实验室，银川 750002；3.宁夏中卫市气象局，沙坡头 755000）

摘 要中卫市沙坡头区地形地貌复杂，仅靠一个大监测站的数据进行日光温室农业气候适宜性区划，难以准确，精细化程度不够。因此考虑采用22个区域自动站2006～2013年资料进行精细化区划。在区划指标的选取上，由于自动气象站只有气温、降水量2个气象要素，且冬季不观测降水，要表达设施温棚适宜的气象条件，就要巧用气温实现评估设施温棚对气候条件的适宜性。为此，文章用冬季平均气温代表设施温棚适宜与否的热量资源，用前后2d的日平均气温降幅＞6℃的日数代表24h降温幅度，以表征出现不利于日光温室生产的大风、降温或降雪等天气过程出现的频率，以日最低气温＜-20℃的持续日数代表冬季极端寒冷程度。用这3个因子作为沙坡头区日光温室气候区划的指标，确定每个因子的等级。利用1: 25 000经纬度、海拔等地理信息，在GIS系统支持下，将研究区域划分为极适宜区、适宜区、次适宜区及不适宜区等4个等级。极适宜区主要在中部卫宁黄河冲积平原；适宜区主要包括山区与黄河南岸之间的台地，且靠近平原的地区；次适宜区包括西部靠近甘肃的部分地区，北部平原靠近腾格里沙漠边缘，香山南山台子扬黄灌区；不适宜区包括南部香山山地、黄土丘陵及北部腾格里沙漠，与实际情况总体相符。

关键词日光温室 农业气候区划 变温指标 县域 精细化

0 引言

中卫市沙坡头区位于宁夏西南部，介于104°17＇～105°37＇E，36°59＇～37°43＇N之间，地处宁夏中部。该地区地貌类型复杂，南北高、中间低，海拔在1 194～2 362m［1］之间。2004年以来，按照《中卫市优势特色农业发展五年规划》，把设施蔬菜产业确立为战略性主导产业。目前，沙坡头区设施蔬菜面积已发展到0.97万hm2，已成为沙坡头区农业增效、农民增收的支柱产业［2］。气候条件特别是光热资源，不仅影响温室作物的生长发育、产量及品质，还直接影响温室作物生产的能耗，进而影响温室作物生产的经济效益。如何充分利用当地光热资源，合理布局，是设施农业中需要解决的关键技术问题［3］。沙坡头区地处宁、甘、蒙等3省交界处，分为沙漠、黄河冲积平原、台地、山地及盆地等5个较大的地貌单元，属半干旱气候，具有典型的大陆性季风气候与沙漠气候的特点，地貌及气候条件复杂多样［1］，只有根据环境条件、农业生产布局、经济技术条件，进行日光温室生产区划，才能充分发挥气候资源在日光温室生产中的优势［4］。

关于我国日光温室的气候区划研究，前人做了许多工作。张纪增把我国日光温室蔬菜生产从南到北划分为4个栽培区［5］；齐玉春将我国东部淮河以北节能型日光温室蔬菜生产划归为2个一级区、3个两级亚区及6个二级小区［6］；赵子征等应用主成分分析与系统聚类方法对我国西北地区节能型日光温室蔬菜生产进行分区，分为4个气候区［4］。许彦平等通过太阳辐射与温室内温度对天水市各县区光温生产潜力进行了估算，并以光温生产潜力、最冷时段平均气温、温室生产季≥0℃日数、海拔作为区划指标，进行了天水日光温室的农业气候区划［7-8］。

陈友根等通过分析筛选出了日平均光照强度、日平均光照时长、日照百分率、日平均最低气温、日平均温度＜5℃日数、20年的极端最低气温等6个气候指标与纬度作为评价因素，根据每个不同因子的隶属函数值，确定出新疆11个代表点的模糊评判矩阵，结合专家论证得出的权重系数，进一步得到不同地区的综合评价系数。据此对新疆不同地区的日光温室气候适宜性做出了区划［9］。张亚红等根据中国气候特点，划分出北方区与南方区，然后在南、北方区内再划分出一级区与二级区；区划方法采用综合因子法与主导指标法相结合的原则，从22个候选因子中筛选出14～15个因子，采用主分量分析法最终选择了年均气温与冬季平均温度、积雪深度、积温与阴天日数、太阳辐射与日照状况等4个主分量作为北方区的区划指标，再利用系统聚类分析法将北方设施园艺区划分为4个一级区、9个二级区［10-11］。张明洁等依据气候因子的变异系数，选取了冬季总辐射、日光温室生产季阴天日数、年极端最低气温、冬季平均气温、生产季月最大风速均值、年最大积雪深度均值等6个因子作为区划指标，将上述因子经过加权指数求和后，利用GIS技术对我国北方日光温室进行了区划［12-13］。张玉鑫等在指标的选择上更加贴近实际，同样利用主成分分析法确定出2个主成分区，将甘肃省分为北部I区、南部Ⅱ区等2个一级区，并在北部I区做二级分区与三级分区。

然而，上述研究多为全国范围或省域范围，对县域日光温室的区划研究较少。许多研究所引用的区划因子较多，使得区划因子取得的难度加大，而且信息重叠，不确定性增加。此外，上述研究所用资料主要是气象观测站数据，适合大范围的区划工作，无法应用到县域范围，一般来说，一个县只有1～2个气象站，特别是像中卫市沙坡头区，地形地貌复杂，仅用1个气象站资料无法代表整个县域的气候状况。

由于近年来各地布设了地面区域自动气象观测站，区域自动气象观测站具有获取资料准确度高、时间与空间分辨率强并能获取空白区域的气象资料等优势，使得县域范围内的精细化区划成为可能。该文利用2006～2013年沙坡头区22个区域自动气象站点的实时资料，对沙坡头区日光温室进行区划，使气候区域尺度更小，提高了区划成果的精度，为农业产业结构调整提供科学依据。

1 资料及其处理

资料来源于中卫大监站1981～2010年气象资料、2006～2013年沙坡头区22个区域自动气象站点资料及沙坡头区GIS地理信息数据。建立日光温室气象因子地理分布模式，利用Arcinfo、ArcView等软件进行统计分析与图形图像处理，制作沙坡头区日光温室种植气候区划图。

2 沙坡头区日光温室区划

2.1 区划指标的选取及指标界限的确定

据研究，能够被用来作为区划指标的因子多达22种［11］，然而在我国西北地区，根据张玉鑫等的研究，主要选择的因子有12个［16］。舍去1月日照百分率、冬季日照百分率、1月日照时数、冬季日照时数、年极端最低气温等空间变异系数小于0.15的因子，用于西北地区日光温室区划的因子剩7项，即1月平均气温、冬季平均气温、年平均气温、≥10℃积温、最低气温≤-10℃天数、最大冻土层、海拔。在上述研究的基础上，结合专家意见，笔者认为，1月平均气温、冬季平均气温与最大冻土层这几个指标存在着极其显著的关系，可以用冬季平均气温作为区划热量指标来代替。冬季的天气过程往往伴随着大风、雨雪、阴天，对温室生产不利，是否能找到一个指标来表征这样的信息？由于自动站雨量监测时段为每年的5～9月，采用降水量或降雨日数显然不行，并且降水量 （或降雨日数）指标并不能表征大风与阴天的信息。经分析，当冬季出现大风降温、寒潮、降雪等不利天气时，24h内日平均气温的降幅往往超过6℃。也就是说，当日平均气温下降6℃的情况出现时，往往伴随着降温的还有阴天、大风或降雨 （雪），对日光温室产生不利影响。因此，采用秋、冬、春季日平均气温降幅≥6℃的日数来表征不利天气过程出现的频率信息指标是有一定的意义的。此外，该文还采用了日最低气温＜20℃的日数表征超寒冷天气出现的频率信息。根据项目组温室内外气象观测试验及前人研究结果，采用K均值聚类法，确定了沙坡头区日光温室气候适宜性指标的界限值 （表1）。

表1 沙坡头区日光温室区划指标

2.2 气候因子小网格推算

为获取沙坡头区日光温室各气象因子地理分布，须建立地理推算模式。该文利用GIS（地理信息系统）采用小网格分析方法建立气候要素与站点经度、维度、海拔等地理信息的数学模型，将宁夏沙坡头气候资源数据推算到空间分辨率为250m的面上数据。

气候资源推算模型:

式中，Y为气候因子 （冬季平均气温、日平均气温降幅≥6℃的日数等）；λ、φ、h分别代表经度、纬度、海拔高度等地理因子。根据无资料地区的气候推算方法，纬度为i，经度为j网格点上同期的温度Tij可表示为［12］:

根据公式 （3）采用各站点的海拔、经纬度与温度建立的3个气候适宜性评价因子的推算模型见表2。由各气象站的经度、纬度及海拔作为基本图层，运用GIS栅格图层计算功能，分别得到单气候指标因子分布图层。

表2 气候因子小网格推算模型

2.3 区划方法

目前农业气候区划常用的方法有逐步分区法、集优法、模糊数学法及数理统计分区法。该文采用集优法，该方法中，各因子同等重要无主次之分，利用GIS技术按照表1的气候适宜性区划指标完成沙坡头区日光温室的气候适宜性区划。分区原则为:满足表1中3个气象指标均为适宜的区域，区划为极适宜区；满足表1中2个指标为适宜，1个为次适宜的区域，划分为适宜区；满足表1中1个指标为适宜，2个为次适宜的区域，或3个指标均为次适宜的区域，划分为次适宜区；满足表1中任何一个气象指标为不适宜的，划分为不适宜区。

3 区划结果与分区述评

宁夏中卫市沙坡头区日光温室气候区划结果见图1。

图1 宁夏中卫市沙坡头区日光温室气候区划

3.1 极适宜区

包括沙坡头区中北部黄河冲积扇平原 （包括迎水桥镇东部、滨河镇大部、柔远镇大部、镇罗镇大部、常乐镇北部、永康镇及宣和镇的小部分地区）以及香山靠近甘肃省沿沙梁滩到任寨柯自南向北狭长的一线。该地区冬季平均气温在-5.0℃以上，秋、冬、春季降日温幅度在6℃以上的过程不超过9次，冬季日最低气温＜-20℃的日数在2d以内，海拔基本在1 200～1 240m之间，是日光温室气候区划的最优区，极适宜日光温室的发展。

3.2 适宜区

包括沙坡头区迎水桥镇西部甘塘地区、常乐镇中部，宣和镇东南部，永康镇中、北部，环香山海拔较低的地区，南山台子扬水渠灌溉范围，兴仁镇大部，西部接壤甘肃省景泰县的部分地区。该地区气象条件与极适宜区相差不大，冬季平均气温、秋、冬、春季日平均气温降幅≥6℃的日数、冬季日最低气温＜-20℃的日数等3个气象条件中至少有2个在适宜范围、1个在次适宜范围内，比较适宜日光温室发展，但地势略高，地形略复杂，不如极适宜区平坦。

3.3 次适宜区

包括沙坡头区北部沙漠周边，环香山农业区，南山台子，蒿川乡西部，该地区热量条件比上述2个地区略差，冬季平均气温一般在-6.0～-5.0℃之间，秋、冬、春季日平均气温降幅≥6℃的日数一般在9.0～10.5d之间，冬季日最低气温＜-20℃的日数在2～3.5d之间，海拔高度在1 400～1 600m之间，是沙坡头区日光温室发展的次适宜区。

3.4 不适宜区

包括沙坡头区的中南部山区，香山乡东南部地区，常乐镇南部，永康镇南部，宣和镇南部的汪家园子、寺口子以南，蒿川镇西部，迎水桥镇北部沙漠地区。该地区冬季气温基本在-6℃以下，秋、冬、春季日平均气温降幅≥6℃的日数超过10.5d，冬季日最低气温＜-20℃的日数超过3.5d。该地区气候条件不适宜发展日光温室。

4 结论与讨论

目前，日光温室区划的研究较多，但分县域的区划研究不多，受自动站数据时段的限制，使用自动站研究日光温室区划的更少。该研究采用自动站资料，使区划精度大幅提高，克服了自动站降水资料不全的困难，采用变温幅度指标进行替代，开展日光温室的气候适宜性研究，尤其是指标替代的思路可以在其他研究使用。将研究区域划分为极适宜区、适宜区、次适宜区及不适宜区等4个等级。极适宜区主要在中部卫宁黄河冲积平原；适宜区主要包括山区与黄河南岸之间的台地，且靠近平原的地区；次适宜区包括东部靠近甘肃部分地区，北部平原靠近沙漠边缘，南山台子扬黄灌区；不适宜区包括南部陇中山地与黄土丘陵。从区划结果看，与现有的实际情况总体相符，但有个别局部地区与实际略有差异。另外，某一地区综合评定为适宜发展区并不代表该区域的各单项指标都是最优的，也存在某方面的风险，实际生产中仍要注意防灾减灾，特别是对于极端气候事件。因此，对于具体地区，还可进行更精细化的区划。

参考文献

［1］ 刘燕萍.中卫市沙坡头区土地利用现状分析.宁夏农林科技，2012，53（11）:129～130

［2］ 朱学玲，贾国喜，陈洁.对中卫市沙坡头区设施蔬菜产业发展的认识与思考.宁夏农林科技，2010，（4）:66～67

［3］ 姚益平，苏高利.基于光热资源的中国温室气候区划与能耗估算系统建立.中国农业科学，2011，44（5）:898～908

［4］ 赵子征，彭高军，辛本胜.我国西北地区节能型日光温室蔬菜生产气候区划.农机化研究，2006，（5）:87～90

［5］ 张纪增.日光温室栽培区的划分.农村实用工程技术:温室园艺，1991，（3）:12～12

［6］ 齐玉春，陈端生.我国东部淮河以北地区节能型日光温室蔬菜生产的气候区划风险初探.农业工程学报，1998，（14）增刊:32～36

［7］ 许彦平，姚晓红，蒲永义，等.天水日光温室光温生产潜力估算及区划研究.甘肃科学学报，2004，16（1）:52～56

［8］ 许彦平，姚晓红，姚晓琳，等.天水日光温室气象条件及适生气候区划研究.甘肃科学学报，2009，21（1）:57～61

［9］ 陈友根，王冬良.多因素模糊综合评判日光温室在新疆分布区划中的应用.安徽农业大学学报，2004，31（2）:246～249

［10］ 张亚红，陈青云.中国大陆园艺设施气候区划方法研究.农业科学研究，2005，26（4）:1～6

［11］ 张亚红.中国温室气候区划及评述.农业工程学报，2006，22（11）:197～202

［12］ 刘静，马力文，周惠琴，等.宁夏扬黄新灌区热量资源的网格点推算.干旱地区农业研究，2001，19（3）:64～71

［13］ 卫建国.离散温度资料小网格推算法的改进和实现.宁夏工程技术，2006，5（3）:230～234

［14］ 张明洁.北方地区日光温室气候适宜性区划方法.应用气象学报，2013，24（3）:278～286

［15］ 张明洁.日光温室气候适宜性研究——以北方地区为例.中国农业资源与区划，2012，33（5）:40～48

［16］ 张玉鑫，王志伟，赵鹏.甘肃省日光温室蔬菜生产气候区划研究.中国农业资源与区划，2013，34（6）:169～175

AGRO-CLIMATIC SUITABILITY ZONING FOR GREENHOUSE
FARMING IN SHAPOTOU DISTRICT OF ZHONGWEI，NINGXIA USING AUTOMATIC WEATHER STATION DATA

Ma Liwen1，2，Mao Wanzhong3，Li Baohua3，Feng Peiling3，Li Ying3，Li Ningfang3
（1.Ningxia Meteorological Research Institute，Yinchuan，Ningxia 750002，China；2.Ningxia Key Laboratory for Disaster Prevention and Reduction，Yinchuan，Ningxia 750002，China；3.Zhongwei Municipal Meteorological Bureau，Shapotou 755000，China）

AbstractDue to the local complex topography，it is inaccurate and imprecise for the greenhouse climatic suitability zoning merely based on the data from single conventional weather station in Shapotou District of Zhongwei，Ningxia.Meteorological data from 22 automatic stations during the year of 2006 to 2013 were adopted in this paper for the greenhouse agro-climatic suitability zoning.The air temperature from the automatic weather station was chosen as the zoning index reflecting the greenhouse suitable meteorological conditions.3 indicators were selected for the greenhouse climatic suitability zoning，i.e.，the average winter temperature which represented the heat resource for the greenhouse suitability zoning，the days of the average temperature in two consecutive days during winter declining higher than 6℃which represented the weather frequency unsuitable for greenhouse，and the days of daily minimum temperature lower than-20℃ during winter which represented the extreme cold weather.And then the research area was divided into very suitable area，suitable area，less suitable and unsuitable area using 1:25，000 latitude，longitude and altitude of geographic information based on the GIS technology.The very suitable area was mainly in the central area of Weining Yellow River alluvial plain，the suitable areas included the plateaus between the mountain and the south bank of the Yellow River and the regions closed to the plains；the less suitable area was located in the western part of the region near Gansu，northern plains near the edge of the Tengger Desert，pumping irrigation of Nanshan tableland of Xiangshan；the unsuitable areas included southern Xiangshan mountain，loess hills and the northern Tengger Desert.The results were generally consistent with the actual situation in Shapotou District of Zhongwei，Ningxia.

Keywordsgreenhouse；agro-climatic zoning；variable temperature indicators；precise zoning

中图分类号：S161.2；S162.2；S626.5

文献标识码：A

文章编号：1005-9121［2016］02-0148-06

doi:10.7621/cjarrp.1005-9121.20160225

收稿日期：2014-11-12

作者简介：马力文 （1964—），女，北京人，高级工程师。研究方向:农业气候资源。Email:ma_liwen@163.com*资助项目：2014年中央财政“三农”服务专项