蘇曉玲，陳志彪，陳志強，龔松柏，黃筱彧，郭湘宇，郭偉斌，朱 艷

(福建師范大學地理科學學院，福州350117)

0 引言

漳州市位于福建省東南部，九龍江下游，東臨臺灣海峽。漳州是福建荔枝主要產區(qū)，氣候溫和，屬南亞熱帶海洋性季風氣候，干濕季分明，雨量充沛，雨熱同季。漳州市多年平均氣溫21.4℃，年日照時數1 883 h，無霜期360 d［1-2］，為荔枝生長提供了豐富的水熱資源，但漳州氣象災害頻繁，嚴重影響荔枝產量，其中低溫災害較為常見。如1999年12月下旬，福建遭受了52 a來最嚴重低溫凍害，致使漳州農作物受凍總面積達9萬 hm2，直接經濟損失達15億元，其中荔枝 (少量龍眼)受災面積達3萬hm2［3］。由于復雜的小地形環(huán)境所形成局地小氣候的影響，使荔枝低溫災害因地而異，所以人們更關心非氣象記錄的地方的低溫及荔枝低溫凍害的空間分布情況。郭淑敏［4］采用專家打分法對5個農業(yè)氣候區(qū)劃指標在廣西荔枝種植總體布局中的影響程度進行賦分，最后根據各區(qū)劃指標對荔枝栽培效果的影響進行分區(qū);劉璐等［5］利用經度、緯度、DEM數據建立極端最低溫度小于－8℃日數模型，并在此基礎上對低溫凍害進行區(qū)劃;徐宗煥等［6］、吳仁燁等［7］利用公里網X、Y數據、海拔計算多年平均極端最低氣溫，并進行分區(qū)描述;王加義等［8］利用地理三因子及離海距因子，以提升模型擬合精度;鄭小琴等［9］利用1月平均最高氣溫、2月日照時數、8月平均氣溫、5—8月總雨量模擬凍害等級。本研究利用福建省67個氣象站點的觀測資料、站點經度、緯度、海拔、離海距數據進行小網格推算越冬期極端最低溫度分布模型及4個等級凍害發(fā)生頻次空間模型的構建，利用均方差決策法確定各荔枝凍害指標權重，在此基礎上對漳州荔枝凍害等級分布進行分析，以期為農業(yè)生產制定合理規(guī)劃布局和防災減災提供科學依據。

1 材料與方法

本研究所采用的氣象觀測數據源自福建省氣象信息中心，包含全省67個氣象觀測站1961—2012年52 a來冬季逐日最低氣溫、氣象站經度 (X)、緯度 (Y)與海拔 (H)。地形數據為福建省數字高程圖。利用氣象資料統(tǒng)計出52 a來歷年平均越冬期 (12月—翌年2月)極端最低氣溫Td，統(tǒng)計冬季逐日日最低氣溫在－2℃ ＜Td≤0℃、－3℃ ＜Td≤－2℃、－4℃ ＜Td≤－3℃、Td＜ －4℃各個溫度段 (分別劃分為1級、2級、3級、4級凍害)出現頻次P。

1.1 空間推算模型建立

1.1.1 經度、緯度、海拔數據處理

隨著經度 (X)、緯度 (Y)與海拔 (H)變化，極端最低氣溫 (Td)也發(fā)生相應的變化。在Arcgis 10.0中建立氣象站點圖層，添加屬性數據包括67個站點經度、緯度、海拔等屬性數據，計算越冬期極端最低氣溫年平均氣溫。

1.1.2 DEM建立

不規(guī)則三角網 (Triangulated Irregular Network，TIN)建立的數字高程模型 (Digital Elevation Model，DEM)模型能充分利用地貌的特征點、線，較好地表示復雜地形［10］，本研究利用福建省50 m等高線圖建立逼近地形表面的TIN，再利用TIN轉化為DEM模型，基于DEM影像的極端最低氣溫插值法能夠更好體現復雜地形下氣溫空間分布。

1.1.3 離海距計算

中國把海岸線定義為平均大潮高潮時海陸分界的痕跡線［11］。本研究利用福建省高程圖臨海邊界作為海岸線，在Arcgis 10.0中裁剪沿海界線，根據氣象站在柵格數據層中位置，利用歐氏距離法計算各站點到海岸線直線距離［8］，即氣象站點離海岸線的直線最短距離。

1.1.4 多年平均越冬期極端最低氣溫Td模型建立

越冬期極端最低氣溫可表征年度低溫強度，歷年平均值反映作物低溫凍害狀況［12］。以經度、緯度、海拔和離海距作為影響因子，在SPSS16.0中采用逐步回歸分析方法，建立福建省多年極端最低氣溫Td與各個因子的回歸方程，以提高漳州市多年極端最低氣溫Td模型的準確性，得出以下結果方程:

式中X為經度、Y為緯度、H為海拔，該模型相關系數為0.966，通過R=0.01的顯著性檢驗。

1.1.5 4個等級凍害模型建立

從荔枝避寒避凍的角度，把 －2℃≤Td≤0℃、－3℃ ＜Td≤ －2℃、－4℃ ＜Td≤ －3℃、Td＜－4℃作為荔枝越冬期凍害的4個等級，以經度、緯度、海拔和離海距作為自變量，各個等級凍害年平均發(fā)生頻次為因變量，建立4個等級的福建省荔枝凍害發(fā)生頻次的逐步回歸模型以提高擬合度，再根據漳州市10個氣象站點觀測數據的均方差決策法確定的4個等級凍害和極端最低氣溫權重，建立漳州市荔枝凍害空間分布模型。

H1、H2、H3、H4模型相關系數分別為0.856、0.868、0.880和0.878，4個模型都通過R=0.01的顯著性檢驗。

1.2 區(qū)劃指標權重確定方法

在多指標決策與排序的情況下，各指標相對權重系數的大小取決于在該指標下各方案屬性值的相對離散程度，離散程度越大，權系數越大;若某指標下各方案的屬性值離散程度為0(即屬性值全相等)，則該指標的權系數為0［13］，均方差是確定評價指標離散程度最常用的指標。均方差決策法首先求出各個評價指標無量綱化屬性值的均方差，將其歸一化，即為各個評價指標權重。

無量綱化:Zij=(Yij－Yjmin)/(Yjmax－Yjmin)，式中i=1，2，3，…，n;j=1，2，3，…，m;Zij為各指標標準值，Yjmax和Yjmin分別為各指標的最大值、最小值。

Gij為各指標標準值，Gj為某指標集。

1.3 凍害綜合指數值計算

根據1.2均方差決策法確定多年平均越冬期極端最低氣溫 (Td)及4個等級凍害空間模型 (H1—H4)權重 (表1)，加權后的5個空間模型相加即為凍害綜合指數F(F值在0～1之間)。F=0.2153Td+0.2471H1+0.2892H2+0.2484H3

表1 指標均方差及權重Table 1 The mean squared and weight of grading index

2 結果與分析

2.1 凍害分區(qū)圖

荔枝是南亞熱帶多年生常綠果樹，性喜高溫多濕，溫度是荔枝生活重要條件之一，要求冬季有一段利于花芽分化又不遭受凍害的適宜低溫［14］，越冬期極端最低氣溫與不同等級凍害發(fā)生頻次會影響荔枝樹生長，當荔枝遭受1級凍害 (－2℃≤Td≤0℃)時，荔枝出現受凍癥狀，葉片受凍枯死;當遭受2級凍害 (－3℃≤Td＜－2℃)時，幼樹和正在成長的成齡樹外枝條受凍;當遭受3級凍害 (－4℃≤Td＜－3℃)時，荔枝主干受凍;當遭受4級凍害(Td＜－4℃ )時，荔枝主枝受凍主干受凍，幾乎全部凍死［7，15］，多年來漳州市極端最低氣溫在－6.38～4.25℃之間，漳州市低溫凍害時常發(fā)生，尤其1、2級低溫凍害，3、4級凍害發(fā)生較少，主要出現在中山區(qū)和高山區(qū)。根據表2將凍害綜合指數結果進行重分類 ，分為微凍害區(qū) (0.0≤F＜0.15)、輕度凍害區(qū) (0.15≤F＜0.30)、中度凍害區(qū) (0.30≤F＜0.45)和重度凍害區(qū) (0.45≤F≤1.0)(圖1)。由于各個縣(市)中心處于水熱條件較優(yōu)越的河谷平原地帶，漳州市各個縣 (市)中心所在地荔枝凍害綜合指數較低，處于微凍害區(qū)或輕度凍害區(qū) (表3)。

表2 荔枝凍害等級設定Table 2 Standards of the freezing injury grading

表3 漳州市不同縣 (市)荔枝凍害綜合指數FTable 3 Integrated F index of the freezing injury of different counties in Zhangzhou

2.2 分區(qū)評述

2.2.1 微凍害區(qū)

主要分布在漳州市東南部丘陵地帶，龍海(不包括西部大尖山)、漳浦 (不包括南部大尖山)、云霄 (不包括與詔安縣接壤的烏山山脈)、詔安 (不包括霞葛鎮(zhèn)以北及東北部地區(qū))。其中漳浦縣、云霄縣和詔安縣地勢由西北向東南傾斜，背靠低山丘陵，南部面海，荔枝低溫凍害發(fā)生較少且影響較小，漳浦縣近52 a來有凍害年份2 a(最嚴重者出現在1962年，最低溫度為 －2.4℃)，云霄近52 a來未出現凍害 (受1999年12月下旬寒潮影響，最低溫為0℃)，詔安縣有凍害影響 (最嚴重出現在1999年12月下旬，最低溫度－1.3℃)。該區(qū)域擁有豐富的光熱資源，夏季高溫多雨，冬季溫暖［2］，越冬期氣候條件最佳，從氣象條件分析，該區(qū)極端最低氣溫Td≥2℃，1級凍害發(fā)生頻次較少，是荔枝、龍眼、香蕉等亞熱帶果樹種植最適宜區(qū)域，該區(qū)域應注重提升荔枝生產質量及提高單位面積產量，種植大面積優(yōu)質荔枝品種。

2.2.2 輕度凍害區(qū)

圖1 漳州市荔枝凍害區(qū)劃Figure 1 Regionalization of freezing injury of Litchi in Zhangzhou

該區(qū)域主要分布在長泰縣 (不包括東、西、北三面低山丘陵)、薌城區(qū) (比包括天寶大山)、龍文區(qū)、南靖縣 (不包括龍山鎮(zhèn)以西地區(qū))、平和縣 (不包括東南部大帽山、西北部大芹山和雙尖山)、詔安縣東北部地區(qū)。其中薌城區(qū)和長泰縣東北面靠戴云山脈，背靠博平嶺山脈，三面環(huán)山，荔枝低溫凍害影響較最微凍害區(qū)大，但其中包含較優(yōu)避凍區(qū)，如擁有典型“馬蹄形”避凍地形的薌城區(qū)天寶鎮(zhèn)的五鳳農場及附近地區(qū) (1999年12月下旬的極端最低氣溫1.4℃);南靖縣及平和縣背靠博平嶺山脈，地勢由西北向東南傾斜，東南部地勢低洼地區(qū)，屬荔枝低溫凍害影響較小地帶。該區(qū)域水熱條件較優(yōu)越，冬季較溫暖，越冬期氣象條件較理想，可滿足荔枝生長發(fā)育要求，防寒抗凍能力僅次于最適宜區(qū)，在大面積種植的同時，應提高越冬期凍害防御能力。

2.2.3 中度凍害區(qū)

主要分布在低山區(qū)，包括漳浦縣南部低山地區(qū)、龍海市西部與漳浦縣西北部大尖山地帶、華安縣中部低山區(qū)、平和縣中部及西南部低山地區(qū)。該區(qū)熱量條件在閩東南地區(qū)較差，越冬期氣象條件不理想，1、2等級凍害發(fā)生頻次較高，越冬期極端最低氣溫－3～0℃，同時防災減災能力較弱，屬于中度凍害區(qū)，且距海越遠凍害越嚴重，該區(qū)域不太適宜大面積種植荔枝，可在區(qū)域內朝南的有利小地形中小面積種植，應增強凍害防御能力。

2.2.4 重度凍害區(qū)

主要分布在中山區(qū)和較高山區(qū)，包括華安縣大部分地區(qū)、南靖縣龍山鎮(zhèn)以西山區(qū)、平和縣霞寨鎮(zhèn)以西山地。該地區(qū)熱量條件不如前面3個區(qū)域，越冬期極端最低氣溫小于－3℃，2、3等級凍害發(fā)生頻繁，荔枝凍害發(fā)生的影響持續(xù)時間長，是越冬期氣象條件最差地區(qū)，不利于荔枝生產，因此該區(qū)不適宜種植荔枝。

3 結論與討論

采用GIS技術，利用均方差決策法確定漳州市荔枝凍害評價指標，分析漳州市荔枝低溫凍害空間分布規(guī)律及特征，其區(qū)劃結果與荔枝實際種植區(qū)分布較一致:微凍害區(qū)、輕度凍害區(qū)主要分布在漳州市東南部及西北部低山丘陵，大致在長泰縣枋洋鎮(zhèn)—薌城區(qū)天寶鎮(zhèn)—南靖縣山城鎮(zhèn)—平和縣小溪鎮(zhèn)—詔安縣霞葛鎮(zhèn)連線的東南地區(qū)，是漳州市荔枝適宜種植區(qū)及主要生產基地;中度凍害區(qū)、重度凍害區(qū)主要分布在微凍害區(qū)以西的中山區(qū)和較高山區(qū)，低溫凍害頻發(fā)，不利于荔枝的大面積種植。其區(qū)劃結果與實際調查結果較吻合，如受1999年12月下旬強冷空氣影響，漳浦縣舊鎮(zhèn)鎮(zhèn)烏石村海拔500 m荔枝種植區(qū)受凍嚴重，葉片全部脫落、部分骨干枝條凍傷、主干嚴重受凍、花芽凍死，海拔300 m以下種植區(qū)，荔枝受災較輕，葉片輕微卷曲或少數綠葉變黃、枝條無凍害或晚秋梢凍死、樹干無損傷或木質部部分變黃色，部分頂花芽受凍［3］，說明GIS技術結合DEM數據應用于區(qū)域內的氣象災害空間分布與分區(qū)的合理性，且具有能夠精細化反映復雜山區(qū)氣象災害空間分布規(guī)律的優(yōu)勢。

對越冬期果樹低溫凍害進行精細化區(qū)劃與空間分布規(guī)律的研究，凍害評價指標的確定是重要環(huán)節(jié)，而凍害評價指標目前沒有統(tǒng)一標準。徐宗煥等［16］、王加義等［17］以極端最低氣溫平均值為果樹寒低溫分級指標，劉璐等［5］以越冬期平均低溫日數作為區(qū)劃指標。本研究參考陳家金等［18］對荔枝生長的評估指標，采用均方差決策法確定荔枝凍害各評價指標權重，結合荔枝種植園實地調查，確定荔枝低溫凍害評價指標，該指標不僅考慮到越冬期平均極端最低氣溫對荔枝生長的影響，還充分考慮了不同等級低溫凍害發(fā)生頻次的影響，并且建立越冬期極端最低氣溫 (Td)及4個等級凍害指標模型均利用經度、緯度、海拔、離海距，進行逐步回歸分析，具有良好相關性及統(tǒng)計學意義，以越冬期極端最低氣溫 (Td)和4個等級凍害發(fā)生頻次為指標的區(qū)劃結果精細化反映了漳州市荔枝凍害空間分布特征。本研究在確定荔枝低溫凍害評價指標時忽略小地形遮蔽度、坡度、坡向及風速等影響因子，有待今后不斷完善，使漳州市荔枝凍害空間分布模型的模擬效果和實用性進一步提高。

［1］Lai Huan-xiong，Zheng Xiao-qin．Analysis on characteristics of climate change in recent 48 years in Zhangzhou city ［J］．Journal of Anhui Agri Sci，2010，38(15):8056-8060．［賴煥雄，鄭小琴．漳州市近48年氣候變化特征分析 ［J］．安徽農業(yè)科學，2010，38(15):8056-8060．］

［2］Lu Shi-jin．The Climate of Fujian Province［M］．Beijing:China Meteorological Press，1999:4-6．［鹿世瑾．福建氣候［M］．北京:氣象出版社，1999:4-6．］

［3］Wu Shao-hua，Zheng Cheng-le．Investigation and analysis on cold injury of litchi in Zhangzhou in 1999 ［J］．Fujian Agricultural Science and Technology，2000，(3):7-9．［吳少華，鄭誠樂．1999年漳州荔枝凍害調查與分析 ［J］．福建農業(yè)科技，2000，(3):7-9．］

［4］Guo Shu-min，Chen Yin-jun，Su Yong-xiu，et al．Study on precise comprehensive agricultural climate regional planning and application of Leechee in Guangxi［J］．Chinese Agricultural Science Bulletin，2011，27(2):205-209．［郭淑敏，陳印軍，蘇永秀，等．廣西荔枝精細化農業(yè)氣候區(qū)劃與應用研究 ［J］．中國農學通報，2011，27(2):205-209．］

［5］ Liu Lu，Liang Yi，Bai Qin-feng，et al．Refined risk assessment of wintering freezing disaster for facilities agriculture in Shanxi based on GIS:A case of Jingyang County ［J］．Chinese Agricultural Science Bulletin，2012，28(18):302-305．［劉璐，梁軼，柏秦鳳，等．基于GIS技術的陜西省設施農業(yè)越冬期低溫凍害精細化風險區(qū)劃 ［J］．中國農學通報，2012，28(18):302-305．］

［6］ Xu Zong-huan，Chen Jia-jin，Lin Liang-fa，et al．The application of GISabout low temperature injury to Jujube in Zhangzhou［J］．Journal of Guangxi Meteorology，2006，26(A01):12-13．［徐宗煥，陳家金，林倆法，等．GIS在漳州青棗低溫害分析中的應用［J］．廣西氣象，2006，26(A01):12-13．］

［7］Wu Ren-ye，Chen Jia-hao，Xu Zong-huan，et al．GISapplication to the division of fruit planting regional suitability in Zhangzhou city［J］．Journal of Fujian Agriculture and Forestry University:Natural Science Edition，2009，38(4):366-370．［吳仁燁，陳家豪，徐宗煥，等．漳州果樹種植適宜性區(qū)劃的 GIS應用［J］．福建農林大學學報:自然科學版，2009，38(4):366-370．］

［8］Wang Jia-yi，Chen Hui，Xia Li-hua，et al．Monitoring of low temperature in Fujian based on the distance to the coastline and GIStechnology［J］．Journal of Applied Meteorological Science，2012，23(1):96-104．［王加義，陳惠，夏麗花，等．基于離海距和 GIS技術的福建低溫精細監(jiān)測［J］．應用氣象學報，2012，23(1):96-104．］

［9］ Zheng Xiao-qin，Tang Long-quan，Lai Huan-xiong，et al．Low-temperature freezing damage law of winter and low-temperature forecasting and warning for fruit trees in Zhangzhou City ［J］．Journal of Anhui Agri Sci，2010， (18):9564-9567．［鄭小琴，湯龍泉，賴煥雄，等．漳州市冬季低溫寒(凍)害規(guī)律及果樹低溫預報預警［J］．安徽農業(yè)科學，2010，(18):9564-9567．］

［10］ Pan Yan-fang．Construction and application of digital elevation model［J］．Water Conservancy Science and Technology and Economy，2009，15(12):1117-1118．［潘燕芳．數字高程模型的構建與應用［J］．水利科技與經濟，2009，15(12):1117-1118．］

［11］Xia Dong-xing，Duan Yan，Wu Sang-yun．Study on the methodology of recent coastline delimitation ［J］．Journal of Marine Sciences，2009，27(z1):28-33． ［夏東興，段焱，吳桑云．現代海岸線劃定方法研究［J］．海洋學研究，2009，27(z1):28-33．］

［12］Zhang Rong-yan，Chen Jia-hao，Lin Na，et al．GIS application to the analysis of chilling injury of banana in Zhangzhou［J］．Journal of Fujian Agriculture and Forestry University:Natural Science Edition，2005，34(2):216-219．［張容焱，陳家豪，林娜，等．漳州香蕉低溫害分析的GIS應用［J］．福建農林大學學報:自然科學版，2005，34(2):216-219．］

［13］Wang Ming-tao．A comprehensive analysis method on determining the coefficients in multi index evaluation ［J］．System Engineering，1999，17(2):56-61．［王明濤．多指標綜合評價中權系數確定的一種綜合分析方法 ［J］．系統(tǒng)工程，1999，17(2):56-61．］

［14］Chen Shang-mo．Fruit Meteorology［M］．Beijing:China Meteorological Press，1988:393-402．［陳尚謨．果樹氣象學［M］．北京:氣象出版社，1988:393-402．］

［15］Cai Wen-hua，Zhang Hui，Xu Zong-huan，et al．Primary research on index of litchi freeze injury ［J］．Chinese Agricultural Science Bulletin，2008，24(9):353-356．［蔡文華，張輝，徐宗煥，等．荔枝樹凍害指標初探［J］．中國農學通報，2008，24(9):353-356．］

［16］Xu Zong-huan，Chen Jia-jin，Zhang Rong-yan，et al．Low temperature disaster evaluation and GISapplication to adventitious Planting of Aiwen of Mango form Taiwan［J］．Journal of Natural Disasters，2006，(S1):260-264．［徐宗煥，陳家金，張容焱，等．引種臺灣愛文芒果的低溫災害評估及 GIS應用［J］．自然災害學報，2006，(S1):260-264．］

［17］Wang Jia-yi，Li Wen，Cai Wen-hua．GISapplication to fruit trees freezing avoidance agricultural climate regionalization in Southeast Fujian［J］．Fujian Agricultural Science and Technology，2005，(6):60-62．［王加義，李文，蔡文華．應用GIS進行閩東南果樹避凍農業(yè)氣候區(qū)劃［J］．福建農業(yè)科技，2005，(6):60-62．］

［18］ Chen Jia-jin，Li Li-chun，Wang Jia-yi，et al．Risk assessment of extreme climate on the yield of litchi in Fujian Province［J］．Journal of Fruit Science，2011，28(6):1093-1098．［陳家金，李麗純，王加義，等．極端氣候對福建荔枝產量影響的風險評估 ［J］．果樹學報，2011，28(6):1093-1098．］