顺德光照和热量资源的农业气象分析

招伟文，张伟强，郝 梅，陈惠芳，伍淑瑜

(广东省佛山市顺德区气象局，广东 佛山 528300)



顺德光照和热量资源的农业气象分析

招伟文，张伟强，郝 梅，陈惠芳，伍淑瑜

(广东省佛山市顺德区气象局，广东 佛山 528300)

该文利用顺德国家气象站和自动站资料，运用气候学计算方法、5 d滑动平均法、分组法和直方图法分析了顺德地区的光照和热量资源。结果表明：顺德月太阳辐射呈现单峰型，以7月最大，2月最小。年平均太阳辐射总量为4 531.874 MJ/m2，属于太阳能资料较贫乏带。顺德月光合有效辐射(PAR)为119.68～263.38 MJ/m2，平均为184.286 MJ/m2，也呈现弱单峰型。≥15 ℃的初日提前不明显，终日延迟趋势显著。制作保证率日期表，以供农业气象分析查询使用。顺德积温地域分布存在“东高西低”形势。

农业气象；太阳辐射；积温；保证率；农业界限温度

1 引言

顺德位于珠江三角洲腹地，是佛山有名的农业生产区，拥有著名的桑基鱼塘农业模式，近年来建立起珠三角特色高产、高质、高效的农业体系，其中以坐落于素有岭南花乡美誉的陈村镇的顺德花卉世界为代表。同时，为落实中国气象局关于开展面向新型农业经营主体直通式气象服务，顺德区气象局和农业局共同商议，携手开展面向农业经营主体和农村基层的气象为农服务，因此开展本地化农业气象研究显得十分必要。

气候资源是现代农业发展的基础，气象条件影响着农业生产，尤其是花卉开花、灌浆期、越冬作物、耐寒性差热带树木、塘虾鱼类影响非常大，因此本文试图通过气象要素资料着重分析光照资源和热量资源，为农业生产和科学研究提供指导，可为区域种植业、花卉业的布局和结构调整提供参考[1]。

2 资料与方法

采用的资料和方法如下：

①顺德国家气象站，观测数据可信度高。本文利用顺德站1981—2014年日照百分率、地面水气压和天文辐射量通过气候学方法计算顺德太阳辐射值。

②通过1981—2010年月平均总云量和地面水气压资料计算光合有效辐射(PAR)。

③采用5 d滑动平均法处理顺德1959—2014年日平均气温求出通过15 ℃的初日和终日日期序列。

④采用分组法计算保证率。

⑤利用直方图法处理顺德37个气象自动站1998—2014年月平均资料得出≥15 ℃的活动积温分布图。

3 光照资源

3.1 太阳辐射

太阳辐射是地面的主要能量来源，是地面热量平衡的重要组成部分，更是重要的农业资源和立地环境条件，选择一种适合顺德本地的辐射计算方法，确定各月太阳辐射量，为农业生产提供有关辐射资源的基础数据，评估农业生产潜力，显得十分必要[2-3]。目前，国内学者对太阳辐射进行了大量的研究[2-8]。

杜尧东[2]研究表明

Q=Q0(a+b×S)

(1)

式(1)为广东省太阳总辐射的最佳计算公式。

Q为太阳辐射，Q0为天文辐射，a、b为因地而异的经验系数，S为日照百分率。但是，广东只有广州、汕头两个辐射观测站，顺德站由于受到观测资料的限制，国内一般都采用气候学方法计算。现利用朱志辉的多因子综合法月值和年值的全国通用公式[4]，总辐射的月值公式为：

Q=Q0(0.160+0.612X1+0.038 4X1X2-

0.003 13X1X3-0.000 469X2X3)

(2)

总辐射的年值公式为：

Q=Q0(0.191+0.579X1+0.047 7X1X2-

0.005 18X1X3+0.001 98X2X3)

(3)

(2)式和(3)式中，X1为月(或年)的日照百分率(以2位小数表示)；X2为海拔高度(km)；X3为月(或年)平均水气压(hPa)，Q0为月(或年)的天文辐射量。

其中日天文辐射可直接用公式计算[2,3,5]。由日天文辐射总量公式计算每日天文辐射总量，然后采用逐日求和的精确累计法计算天文辐射月总量。现采用顺德国家一般气象观测站(59480,113°15′E，22°51′N，海拔21.7 m)1981—2014年气象要素资料，采用公式(2)计算顺德月太阳辐射。从顺德太阳辐射月际变化曲线(图1)可以看出，顺德月太阳辐射呈现单峰型，以7月最大，2月最小，这结果和杜尧东[2]研究结果：广东省除雷州和徐闻外，全省其他地区太阳总辐射变化为单峰型，相吻合。其原因主要是由于顺德7月受副热带高压稳定控制，多晴好天气；而2月经常出现连低温阴雨天气，虽然天文总辐射以12月最小，但到达地面的太阳总辐射以2月最少。

图1 1981—2014年顺德太阳辐射月变化特征Fig.1 Monthly variation characteristics of solar radiation in Shunde from 1981 to 2014

由公式(3)得出1981—2014年顺德年平均太阳辐射总量为4 531.874 MJ/m2，在全省3 758～5 273 MJ/m2区间范围内[2]。最多年为 5 147.93 MJ/m2(2011年)，最少年为3 588.53 MJ/m2(1994年)。根据王炳忠[6-7]的太阳能区划指标和结果，顺德属于太阳能资料较贫乏带。

3.2 光合有效辐射

光合有效辐射(PAR)是太阳辐射中能被绿色植物用来进行光合作用的那部分能量，是形成生物量的基本能源，直接影响着植物的生长、发育、产量和产品质量[8]。研究表明[8-10]，周允华等[11]对于光合有效辐射的计算方法具有较好的适应性，故采用周允华等人的公式即：

PAR=(0.383+0.058lgE+0.047N)Q

(4)

(4)式中，E为地面平均水气压(hPa)，N为平均总云量(以小数表示)[9]，Q为太阳总辐射，括号内为光合有效辐射占总辐射的比例系数η[9]。由于2013年10月开始取消云量观测，为保证资料连续性，使用1981—2010年顺德测站资料。

图2 1981—2010年顺德光合有效辐射PAR和比例系数η的月变化特征Fig.2 Monthly variation characteristics of PAR and η in Shunde from 1981 to 2010

由图2可看出顺德月光合有效辐射为119.68～263.38 MJ/m2，平均为184.286 MJ/m2，也呈现弱单峰型。月比例系数 η值变化在0.47～0.51的范围内，夏季最大，冬季最小，平均值为0.49，其计算值与周允华[9,11]等人在广州实测结果(0.47)极为接近，与全国各地总辐射的η系数也大体一致[9,12]。

4 热量资源

4.1 界限稳定初、终日

界限温度即农业界限温度，又叫指标温度，是表明某些重要现象或农事活动开始、终止的温度[13]。农业气象常用界限温度及其生物意义如下：10 ℃初终日期间的时期是喜温作物，如水稻、棉花、花生的生长期，15 ℃初终日期间的时期是喜温作物积极生长期，如花卉开花、灌浆期，界限温度指标有突出物理意义和农业意义，在农业气象上应用广泛。[14-15]

王树延[16]指出5 d滑动平均法相比二倍偏差法和3 d连续偏低法更好反映“稳定通过”的统计要求，从而使统计结果比较稳定，具有代表性较接近实际情况，更符合我国的气候特征。

现采用5 d滑动平均法[14-16]确定顺德1959—2014年稳定通过15 ℃的初日和终日，并以1月1日记为1，1月2日记为2，以此方法建立1959—2014年初终日期序列。

分析表明，≥15 ℃初日日序呈下降趋势，趋势率为-0.78 d/10 a，但没通过α=0.05的显著性检验，表明初日提前不明显，年平均初日为3月28日。年平均终日为11月26日，终日序列呈上升趋势(图3)，趋势率为2.5 d/10 a，相关系数R=0.32，通过α=0.05(0.26)的显著性检验，由图终日序列距平可以看出，20世纪90年代之前终日序列距平以负距平为主，占59%，90年代后终日序列距平以正距平为主，占71%，且2005年后几乎为正距平，表明终日延迟趋势显著。

图3 终止日期序列及距平变化特征Fig.3 Change characteristics of the date of termination sequence

4.2 保证率

对一个地区来说，生长期长短各年不一，因此需要计算保证率[14]。保证率的计算可用分组法、经验频率法、均方差法，其中以分组法应用最多，且资料年代要求30 a以上[14]

对顺德区1959—2014年≥15 ℃初日日序列进行分组，一般气象要素分组以6～8组为宜，且分组数N≤5,lg56=8.7(56为样本)，取8组；初日日序在61～107波动，以组距D=(107-61)/8=5.75，按组距分组求频数(表1)，得出频率和累积频率(即保证率)。绘制保证率曲线如图4。

表1 顺德气温稳定通过15 ℃初日保证率

图4 顺德地区平均气温稳定通过15 ℃初日保证率曲线Fig.4 Temperature(≥15 ℃) of initial date surance rate curve in Shunde

根据保证率曲线，查取不同保证率的要素值，以供农业气象分析查询使用(表2)。80%保证率为4月上旬，耐寒性较差的花卉养殖时间可考虑安排这段时间以后种植。

4.3 积温

积温是研究作物生长、发育对热量的要求和评价热量资源的一种指标，是“某一时段内日平均气温对时间的积分”，是经过温度有效性订正的时间进程度量[17]。≥15 ℃期间的积温可作为喜温作物积极生长所要求的热量指标[14]。

积温计算可采用逐日累加法，但在缺乏逐日气温资料时，可用月、旬平均气温资料，利用直方图法求近似值。现利用分布在顺德区内10个镇街，37个高密度自动站的1998—2014年月平均气温资料作直方图，得出各自动站≥15 ℃的年活动积温，并绘制顺德≥15 ℃的活动积温分布图。

表2 顺德日平均气温稳定通过15 ℃初日的不同保证率及日期

由图5可以看出，顺德积温地域分布存在“东高西低”形势，东西积温差可达600 ℃以上，勒流、伦教、大良存在暖中心，活动积温基本在7 900 ℃以上，可种植对热量要求高的农作物，龙江、杏坛是低值中心。

图5 顺德区≥15 ℃的活动积温分布图Fig.5 Distribution of accumulated temperature of ≥15 ℃ in Shunde

5 总结

①利用朱志辉的多因子综合法月值和年值的全国通用公式计算顺德月太阳辐射，顺德月太阳辐射呈现单峰型，以7月最大，2月最小，与全省其他地区相吻合。

②顺德年平均太阳辐射总量为4 531.874 MJ/m2，在全省3 758～5 273 MJ/m2区间范围内，属于太阳能资料较贫乏带。

③顺德月光合有效辐射(PAR)为119.68～263.38 MJ/m2，平均为184.286 MJ/m2，也呈现弱单峰型。月比例系数 η值变化在0.47～0.51的范围内，夏季最大，冬季最小，平均值为0.49，其计算值广州实测结果(0.47)极为接近。

④顺德1959—2014年稳定通过15 ℃的初日和终日日序列可知，初日提前不明显，年平均初日为3月28日；年平均终日为11月26日，终日序列呈上升趋势，通过α=0.05的显著性检验，表明终日延迟趋势显著。

⑤制作顺德日平均气温稳定通过15 ℃初日的不同保证率日期表，以供农业气象分析查询使用。

⑥顺德积温地域分布存在“东高西低”形势，勒流、伦教、大良存在暖中心，龙江、杏坛是低值中心。

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Analysis of agrometeorological conditions of heat and light in Shunde

ZHAO Weiwen，ZHANG Weiqiang,HAO Mei,CHEN Huifang,WU Shuyu

(Meteorological Bureau of Shunde City of Guangdong Province, Shunde 528300, China)

Based on the observed data from Shunde and regional automatic weather stations, the method of climatological calculation, five day running average method, grouping and histogram method were used to analyze the agrometeorological conditions of heat and Light in Shunde。The results show that:①annual variation of solar radiation took the form of one-peak, with July maximum and February minimum.②Yearly solar radiation 4 531.874 MJ/m2belong to the poor;③PAR ranged from 119.68～263.38 MJ/m2and the average is 184.286 MJ/m2, annual variation of PAR took the form of one-peak too. ④the initial dates of ≥15 ℃ isn’t obviously earlier beginning, but later ending in the final dates. ⑤Make table of surance rate for the query of agrometeorological conditions.⑥Distribution of accumulated temperature of ≥15 ℃ in Shunde "East High and west low" situation.

agrometeorological; solar radiation; accumulative temperature; surance rate; initial/final date

1003-6598(2016)04-0029-05

2015-09-15

招伟文(1988—)男，助工，从事预报服务和测报工作，E-mail:215236895@qq.com。

广东省佛山市气象局科学技术研究项目(201606)。

S161.1

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