黄淮海夏玉米生长季气候资源时空分布特征分析

申健 张亿博 魏庆伟

摘 要：利用GIS技术对黄淮海地区202个气象站点自1970—2013年的气温、光照及降水等气象要素和地理数据进行处理，分析了夏玉米生长季内该区域的气候资源时空分布特征。结果表明，区域内热量资源分布在1 800～2 800℃，并有逐步上升趋势，整体上呈现南高北低的基本空间格局;光照条件由北到南逐步递减，平均日照时数在500～900h，但累积光照时数下降明显;降水资源总体较为稳定，平均降雨量位于260～580mm，但年际变化和区域分布差异较大。

关键词：气候资源;GIS;时空分布

中图分类号：S513 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）14-0155-04

Analysis on Spatial-Temporal Distribution Characteristics of Climate Resources during Summer Maize Growing Season in Huang-Huai-Hai Region

SHEN Jian ZHANG Yibo WEI Qingwei

（Hebi Meteorological Bureau， Hebi， 458030）

Abstract： Based on data of geographic information and climate data of 202 meteorological stations in Huang-Huai-Hai region from 1970 to 2013， the temperature， precipitation， sunlight were processed by GIS technology and analyzed the Spatial-Temporal distribution characteristics. Results showed that the regional temperature resource were from 1 800 to 2 800℃， the trend was upward， and the overall spatial pattern was that south was higher than north. The quantity of sunlight was gradual reduction from north to south and distributed from 500 to 900 h. Nevertheless， the sunshine time was dramatically reduced. The precipitation overall was from 260 to 580mm， which was a huge difference on interannual variation and Regional distribution.

Keywords： climate resources;GIS;spatial-temporal distribution

玉米是我國主要粮食作物之一，黄淮海地区是我国最大的夏玉米种植区域，目前种植面积在74 700km2，约占全国玉米总播种面积的33%。但该区域地域辽阔，农业气候资源分布不均，影响玉米生长和产量[1]。因此，急需对黄淮海夏玉米生长季气候资源时空分布特征进行精细化研究。在GIS技术的支持下，对黄淮海地区夏玉米生长季的气候资源时空分布特征进行分析，以准确评估过去及预测未来气候资源的变化趋势，为进一步开发利用黄淮海地区夏玉米生长季的气候资源提供重要决策依据，对黄淮海夏玉米的稳产、增产及保障我国粮食安全具有重要意义。

1 研究区概况

黄淮海地区位于32°～42°N，110°～123°E，北起长城，南至桐柏山、大别山北麓，西倚太行山和豫西伏牛山地，东濒渤海和黄海，其主体由黄河、淮河与海河及其支流冲积而成的黄淮海平原（即华北平原），以及与其相毗连的鲁中南丘陵和山东半岛组成。该区域属于暖温带半湿润大陆性季风气候，气候资源时空分布差异较大，光热资源丰富，雨热同季，干湿季明显[2]。行政区划范围大致包括北京、天津及山东三省市的全部，河北及河南两省的大部以及江苏、安徽两省的北部地区。

2 数据来源与处理

2.1 数据来源

气象数据来自河南省气象局提供的黄淮海地区及其周边的202个气象观测站自1970—2013年的逐日降水量、平均气温、日照时数等气象要素资料以及各观测站的经纬度、海拔高度等地理数据。数字高程模型（DEM）来自中国科学院地理空间数据云平台提供的SRTM 90m数据[3-5]。

2.2 数据处理

以研究区域的DEM数据为基础，运用GIS水文分析模块进行黄淮海流域范围的提取，并结合夏玉米的实际种植区域最终确定研究范围。将该区域夏玉米的生育周期确定为每年的6月11日至9月20日，选取气象数据中的逐日降雨量、平均气温及日照时数进行处理分析。在时间上，以10年为间隔将研究数据分为4个阶段，统计计算每个阶段夏玉米生育周期内各观测站研究要素的年平均累积数据;并以省为单位统计省内所有观测站研究要素年平均数据[6，7]。利用数据库技术建立黄淮海地区及其周边气象观测站的气象数据库，并运用地理信息系统（GIS）将光、热、水等气象要素进行空间插值，得到不同阶段黄淮海夏玉米生长季气候资源时空特征分布图。

3 结果与分析

3.1 热量资源时空分布特征

热量资源是农业气候资源的主要表征，与农作物生长发育有着密切的关系，适宜的温度条件可以保证农作物进行正常的生理活动[8]。一个地区的作物种类、品种的选择和种植制度的形成，在很大程度上都是由热量条件决定的，黄淮海夏玉米生长季年平均积温分布特征及时空变化如图1和图2所示。

从图1可以看出，1970—2013年的6月11日至9月20日，该区域平均积温位于1 800～2 800℃。整体上，南部平均积温高于北部地区，主要受区域纬度跨度较大的影响;西部内陆高于东部沿海地区，受季风型气候影响所致。热量资源较为丰富的区域集中在河南、安徽和江苏地区，玉米生长季内平均积温在2 600℃以上，积温偏少的区域位于北部纬度较高的地区，平均积温在2 000℃以下。受泰山海拔高度的影响，在其附近地域内出现了局部低温[9]。积温对夏玉米生长周期比较有利的区域位于海河干流以南与淮河干流以北的区域，除北京市以北的区域外，大部分地区均能满足夏玉米早熟品种2 100～2 300℃及中熟品种2 500～2 700℃的要求。

从图2可以看出：1970—2013年各省份总体上平均积温均有所增加;自90年代开始，各省积温增幅变大，平均积温增加80℃;2000年以来，南部地区的安徽与江苏省平均积温仍有较大幅度的增加[10]。

3.2 光照资源时空分布特征

玉米是喜温、喜光、高光效的C4植物，其产量90%左右是依靠光合作用来制有机物，而日照时间的长短在很大程度上影响着作物的光合同化能力，关系到光合产物的积累和作物营养生长状况的好坏。光照资源的分布特征可用日照时数的长短来评价，黄淮海夏玉米生长季年平均累积日照时数分布特征和时空变化如图3和图4所示。

由图3可以看出，黄淮海地区夏玉米生长季平均日照时数基本上位于500—900 h之间，整体上由北到南逐步减少，呈现北多南少的基本空间格局，除南部山区外，基本都能达到夏玉米全生育期所需的600～800h的日照时数。由不同年代的日照资源分布特征图可知，日照资源较为丰富的区域集中在河北省的西北部和北京地区，玉米生长季内平均日照时数在750h以上，日照时数较少的区域位于桐柏山和大别山北麓及淮河流域的中上游位置[11]。

从图4可以看出，整个区域内光照资源下降明显，70年代黄淮海地区的日照基本能达到700h以上，80年代除河北省和山东省的平均日照稍有增加外，其他3个省份的平均日照均下降100h左右;90年代与80年代相反，河北省和山东省的平均日照有较大下降，其余3个省份平均日照均有小幅回升;2000—2013年，5个省份平均日照均呈下降状态，与70年代相比，各省份均有较大幅度的下降，其中安徽省下降137h，河北省下降93h，河南省下降170h，江苏省下降89h，山东省下降103h。

3.3 降水资源时空分布特征

水分是植物生长和发育所必需的基本因子，在热量和光照资源满足的情况下，水是决定作物生育和产量水平的主要因素。水资源与光、热量资源配合的适宜程度决定了某区域农业气候资源优劣好坏，对于降水分布差异较大的黄淮海地区，水资源已成为玉米生产发展的限制因素，黄淮海夏玉米生长季年平均平均降水分布分布和降水时空变化如图4和图5所示。

由图5可以看出，1970—2013年黄淮海区域的平均降雨量位于260～580mm，降雨量呈现南多北少、东南多西北少，由北向南、由西向东逐渐增大的分布特征。年平均降雨量低于300mm的区域和日照大于850h的区域基本一致，都集中在河北的西北部地区[12]。降雨量较高的区域和日照较小的区域相对吻合，均位于河南东南部和安徽南部地区;整体上降雨量能满足夏玉米全生育期内所需用水量，但玉米生育期内降雨的时空分布不均是限制区域内玉米生长及产量的重要因素。从图6可以看出：区域内的总降雨量较为稳定，但其年际变化和区域分布差异较大，整体上呈波浪型变化[13]。

4 结论

①建立了黄淮海地区及其周边气象观测站的气候资源数据库，并利用地理信息系统（GIS）将光、热、水等气象要素进行空间插值，得到不同年代黄淮海夏玉米生长季气候资源时空特征分布图。

②通过黄淮海气候资源的分析研究，对区域内夏玉米生长季的时空分布特征及其动态变化趋势有了更为直观、准确的把握，为永优系列品种的气候适宜性区划建立和新品种的推广布局提供了重要决策依据，为合理高效开发利用该区域气候资源提供了重要决策依据。

③由于黄淮海地区纬度跨度較大，区域间温度变化各异，降水分布差异大，对夏玉米不同发育期造成的影响各不相同。

参考文献：

[1]郁凌华，赵艳霞.黄淮海地区夏玉米生长季内的旱涝灾害分析[J].灾害学，2013（2）：71-75.

[2]莫兴国，林忠辉，刘苏峡.黄淮海地区冬小麦生产力时空变化及其驱动机制分析[J].自然资源学报，2006（3）：449-457，502.

[3]余卫东，陈怀亮.河南省夏玉米精细化农业气候区划研究[J].气象与环境科学，2010（2）：14-19.

[4]冯晓云，王建源.基于GIS的山东农业气候资源及区划研究[J].中国农业资源与区划，2005（2）：60-62.

[5]李继由，张谊光.中国农业气候资源[M].北京：中国人民大学出版社，1993.

[6]谭方颖，王建林，宋迎波，等.华北平原近45年农业气候资源变化特征分析[J].中国农业气象，2009（1）：19-24.

[7]王连喜，陈怀亮，李琪，等.农业气候区划方法研究进展[J].中国农业气象，2010（2）：277-281.

[8]陈怀亮.玉米生产农业气象服务指南[M].北京：气象出版社，1999.

[9]赵永强，武永利，刘文平，等.基于DEM的山西省农业气候资源集的建立[J].中国农学通报，2013（35）：351-354.

[10]陈家金，陈惠，马治国，等.福建农业气候资源时空分布特征及其对农业生产的影响[J].中国农业气象，2007（1）：1-4.

[11]杨建莹，梅旭荣，严昌荣，等.华北地区气候资源的空间分布特征[J].中国农业气象，2010（1）：1-5.

[12]刘柳松.安徽省淮北地区气候变化的时空特征研究[D].芜湖：安徽师范大学，2006.

[13]王志春.GIS支持下的赤峰地区气候资源空间分布特征研究[D].兰州：兰州大学，2007.