劉 娟，徐海軍，姜燕敏

(1.浙江省氣象服務中心，浙江 杭州 310016；2.浙江省杭州市余杭區(qū)氣象局，浙江 杭州 311100；3.浙江省麗水市氣象局，浙江 麗水 323000)

枇杷是亞熱帶常綠果樹，屬薔薇科植物，起源于我國西南地區(qū)，有較高的經濟效益和良好的生態(tài)效應[1]。

杭州屬于亞熱帶季風氣候區(qū)，氣候條件比較適宜枇杷的種植，種植枇杷已有近1400年的歷史，尤其是余杭塘棲枇杷，因其果形美觀、色澤金黃、果大肉厚、汁多味美而享譽省內外，已成為浙江省乃至全國久負盛名的傳統(tǒng)特色果品[2]。

近年來，杭州市及其周邊地區(qū)枇杷種植面積不斷擴大，2015年全市枇杷種植面積2438 hm2，總產量達到13111 t。但由于地貌復雜、氣候多變等原因，經常造成枇杷產量和質量的波動，如2016年受到年初世紀強寒潮影響，杭州塘棲枇杷減產8成，產量創(chuàng)歷年最低。因此，根據(jù)本地的氣候特點和變化規(guī)律，確定枇杷種植的氣候適宜性分布可以有效防御氣象災害，提高氣候資源的利用效率，有助于對今后的枇杷種植進行科學合理的布局。

GIS技術有強大的空間分析功能，它可以將氣候數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)、地理數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)進行疊加和綜合分析，將區(qū)劃結果發(fā)展為基于相對均質的地理網格單元，顯著提高區(qū)劃結果的精度和準確度，近年來已經成為農業(yè)氣候區(qū)劃的有效手段。魏麗[3]、李迎春等[4]分別應用GIS開展了江西優(yōu)質早稻、井岡山毛竹的種植區(qū)劃研究；金志鳳等建立了基于GIS的浙江楊梅、胡柚等特色作物的氣候區(qū)劃[5-7]；福建的學者對枇杷種植區(qū)劃開展了較多、較深入的研究，黃國成[9]以極端最低氣溫值為指標，運用GIS技術對福建優(yōu)勢枇杷產區(qū)進行了精細區(qū)劃和布局分析；張輝等[10]圍繞枇杷越冬的限制因子——極端最低氣溫，基于GIS平臺，對福建永泰山區(qū)枇杷進行了避凍區(qū)劃；陳家金等[11]構建了福建枇杷氣象災害綜合風險評估指標體系，應用GIS技術制作出風險精細區(qū)劃圖。

本文運用GIS和杭州市地形數(shù)據(jù)建立了杭州市數(shù)字高程模型(DEM)，結合氣候要素地理推算模型和細網格推算方法，對杭州市枇杷種植區(qū)進行了氣候生態(tài)區(qū)劃，以期為今后杭州枇杷種植發(fā)展規(guī)劃提供所需的氣候依據(jù)。

1 枇杷生長與氣象條件的關系

1.1 溫度

枇杷喜溫暖氣候，年平均氣溫在12 ℃以上即能正常生長，15 ℃以上更適宜。枇杷冬季開花，春季形成果實，以花果越冬，冬春氣候條件最能影響枇杷生長[12]。其中，枇杷的花蕾比較耐凍，可耐-7～-5 ℃的低溫，而且枇杷開花延續(xù)時間長，頭批花受凍還有后續(xù)花，花發(fā)生凍害對枇杷產量影響較??；而幼果受凍時，果實胚或果肉就會出現(xiàn)褐變，果實不能正常生長或停止生長，從而造成枇杷的減產或絕收[13]。因此，枇杷幼果期的低溫凍害是影響枇杷生產的主要限制因素。近年來，雖然氣候變暖，但階段性極端降溫過程依然多發(fā)，極端最低氣溫低，凍害導致枇杷受損的情況時有發(fā)生。

關于枇杷幼果的凍害指標，多數(shù)學者認為枇杷幼果凍害的臨界溫度為-3 ℃[12]。陳惠等[14]根據(jù)福建省近5年的枇杷幼果低溫箱試驗和低溫過程山坡地枇杷凍害觀測試驗結果，結合最低氣溫(Tmin)和最低氣溫的持續(xù)時間(Td)，給出枇杷幼果凍害的具體等級指標：

輕度：-2.5 ℃

中度：-3.5 ℃3 d；

重度：-4.5 ℃3 d；

極重：Tmin≤-4.5 ℃，Td≤3 d或Tmin≤-3.5 ℃，Td>3 d。

1.2 水分

枇杷喜空氣濕潤、水分充沛的環(huán)境，要求年降雨量在1000 mm以上，且分布較均勻，一般來說，年降雨量在1100～1800 mm對枇杷生長較為適宜。

1.3 光照

枇杷屬喜光耐陰樹種，對光照要求不嚴。枇杷的花芽分化期一般出現(xiàn)在7～9月，此時杭州地區(qū)一般進入夏季，晴天多雨日少，光照強度基本上能滿足枇杷對光照的要求。

2 數(shù)據(jù)來源

2.1 研究區(qū)概述

杭州市地處中國東南沿海，浙江省的西北部，氣候屬亞熱帶季風性氣候，年溫適中，冬寒夏熱，春溫秋爽，四季分明，光照充足，雨量充沛。年平均氣溫15～17 ℃，呈南高北低分布。年平均降雨量1100～1600 mm，但在環(huán)流和地形影響下，各地降水量和雨日多寡懸殊，其分布趨勢一般是自西南向東北遞減，自河谷平原和新安江水庫區(qū)向丘陵山地遞增。

杭州地形復雜多樣，地勢西高東低，東部屬浙北平原，地勢低平，河網密布，具有典型的“江南水鄉(xiāng)”特征；西部屬浙西丘陵區(qū)，主干山脈有天目山、白際山、昱嶺等，最高海拔近1800 m。

2.2 數(shù)據(jù)來源

氣象數(shù)據(jù)由杭州市氣象局提供，包括杭州地區(qū)34個自動氣象站1981～2015年的逐日基本氣象要素數(shù)據(jù)，包括平均氣溫、最低氣溫和降雨量。

地理信息數(shù)據(jù)采用浙江省基礎地理信息中心提供的1∶50000杭州市基礎地理數(shù)據(jù)，在此基礎上進行空間分析，提取研究區(qū)的坡度與坡向信息。

3 研究方法

3.1 確定氣候區(qū)劃指標，建立空間分析模型

根據(jù)枇杷生長與氣象條件的關系，枇杷生長易受的氣象災害影響情況，結合杭州枇杷種植實際和前人的研究成果，確定了枇杷種植氣候區(qū)劃指標：(1)熱量條件：年平均氣溫T年；(2)水分條件：年降水量R年；(3)關鍵氣候因子：花果越冬期(12月～次年3月)極端最低氣溫Tmin、花果越冬期日最低氣溫≤-3 ℃的低溫持續(xù)日數(shù)FT≤-3。

利用34個氣象站的氣象資料，整理和計算出上述4個氣候區(qū)劃指標的值。應用SPSS數(shù)理統(tǒng)計軟件，建立了各氣候區(qū)劃指標與緯度、經度和海拔高度的多元回歸模型(表1)。經F檢驗，均通過了信度為0.01的顯著性檢驗。

為解決區(qū)劃中氣象資料以點代面的問題，需要對氣象要素進行細網格推算。為提高插值精度，本文利用混合插值法，即整體插值法和局部插值法的綜合，表達式如下：

F=f(φ,λ,h)+ε

式中φ表示緯度，λ表示經度，h表示海拔高度，ε表示殘差項；其中

ε=F實測值-f(φ,λ,h)

前期利用多元回歸建立的推算模型f(φ,λ,h)能從總體上模擬氣象要素的空間分布，但為了提高精度，還必須對各站點氣象要素回歸后的剩余殘差值ε再次進行空間插值，本文采用回歸反距離權重法對剩余殘差值進行二次空間插值。

表1 氣候區(qū)劃指標的多元回歸模型

注：***表示在0.01水平上的顯著性。φ表示緯度，λ表示經度，h表示海拔高度。

3.2 評價方法

3.2.1 區(qū)域評價模型的構建 本研究評價模型采用的是基于GIS的加權指數(shù)求和法。即根據(jù)不同區(qū)劃指標影響強度的差異，給定與該區(qū)劃指標強度相對應的權重，將區(qū)劃指標的權重和評價值的乘積之和作為量化指標進行分級。

其評價模型為：

式中:Yi表示評價目標i的得分；Pj表示第j個區(qū)劃指標的權重；Xij表示評價單元i在區(qū)劃指標j上的評價值；n表示評價單元數(shù)；m表示區(qū)劃指標數(shù)。

3.2.2 區(qū)劃指標的分級標準 枇杷生長發(fā)育和產量的形成不僅受氣象因素的影響，同時還受地形等環(huán)境條件的制約。研究表明：山地的南向和東南向平緩中下坡，坡度<25°，土層深厚，水分充足，冷空氣不易積聚，最適宜枇杷種植。西坡對枇杷生長來說，容易發(fā)生旱害和日灼病[7]。

枇杷生長對土壤要求不嚴，在一般土壤上均能生長結果；枇杷對土壤酸堿度適應范圍較廣，一般pH值在4.5～8.5之間都能正常生長發(fā)育。所以本文暫不考慮土壤條件對枇杷種植的影響。

因此，選定枇杷種植的綜合區(qū)劃指標為4個氣候指標和3個地形指標(海拔、坡度、坡向)。為了方便綜合區(qū)劃的精細化，對7個區(qū)劃指標分為適宜、一般適宜和不適宜3個等級(表2)。

表2 枇杷區(qū)劃指標的等級量化標準

3.3 區(qū)劃指標權重的確定

由于各個區(qū)劃指標對枇杷種植的影響是互相不同的，為了綜合考慮多因子的影響，引入層次分析法確定權重Pj。

3.3.1 建立層次結構模型 根據(jù)各區(qū)劃指標對枇杷種植適宜性的影響程度不同，分成3個層次：第1層為目標層，即枇杷種植氣候區(qū)劃層(A)；第2層為因子層(B)，即一級區(qū)劃指標層(氣候B1和地形B2)；第3層為因子層(C)，即二級區(qū)劃指標層(4個氣候指標C1、C2、C3、C4和3個地形指標C5、C6、C7)。

3.3.2 構造判斷矩陣 將同一層中各要素相對于上一層而言進行兩兩比較，對每一層中各因素的相對重要性給出一定的判斷，采用1～9比率標度進行定量化，并進行兩兩因素之間的比較，形成判斷矩陣,確定區(qū)劃判斷矩陣。該矩陣滿足以下3個特征：

Rij=1

Rij=1/Rji，i,j=1,2,3,…,n

Rij>0，i,j=1,2,3,…,n

各區(qū)劃指標的權重值如表3。

3.3.3 矩陣隨機一致性比率的檢驗 判斷矩陣所求的權重是否合理，需要對判斷矩陣進行一致性檢驗，檢驗公式為：

RC=CI/RI

其中：RC為判斷矩陣的一次性比率，CI為一致性指標，RI為判斷矩陣的平均隨機一致性指標。CI的計算公式為：CI=(λmax-n)/(n-1),其中，λmax為矩陣的最大特征根。

當RC<0.1時,即認為判斷矩陣具有滿意的一致性，說明權重的分配是合理的；否則就需要對判斷矩陣進行調整。經計算，RC=0.0053，表明權重的分配是合理的。

在GIS技術平臺的支持下，應用其中的空間分析功能模塊，將7個綜合區(qū)劃指標適宜性等級圖按照相應的權重進行疊加，得到綜合指數(shù)的分布圖。分析綜合指數(shù)的分布規(guī)律，將杭州市枇杷種植氣候生態(tài)區(qū)劃確定為適宜、一般適宜和不適宜3個等級(圖1)。

表3 綜合判斷矩陣和各因子權重

圖1 杭州市枇杷種植氣候生態(tài)區(qū)劃

4 區(qū)劃結果與分析

整體來看，杭州市東部地區(qū)適宜種植枇杷，而西部地區(qū)不適宜枇杷種植，其主要原因和杭州市地形分布有關。

杭州市枇杷適宜種植面積有2698.41 km2，占評價區(qū)域的16.26%，主要集中在蕭山區(qū)、余杭區(qū)東北部和杭州主城區(qū)東北部，這些區(qū)域多為錢塘江沖擊平原地帶，地勢較平，河網密集，熱量和水分資源充沛，且冬春季節(jié)冷空氣不易堆積，枇杷越冬條件好，發(fā)生凍害的概率較低。

杭州市枇杷種植一般適宜區(qū)面積有2700.65 km2，占評價區(qū)域的16.27%，主要分布在余杭區(qū)西北部、富陽區(qū)東部以及桐廬縣和建德市沿富春江周邊的少量低丘陵地帶。這些區(qū)域基本能滿足枇杷種植的氣候要求，像沿富春江流域氣候溫暖濕潤，且海拔相對較低，在正常年份枇杷基本能安全越冬。

但是杭州市將近70%的面積不適宜枇杷種植，這些區(qū)域都在杭州西部，具體分布在臨安區(qū)、淳安縣和建德、桐廬的大部分地區(qū)，這些區(qū)域多山地，海拔較高，冬春季節(jié)極端最低氣溫較低，且低溫持續(xù)時間較長，枇杷發(fā)生中度或重度以上凍害的概率很高。

5 討論

(1)本研究對枇杷種植區(qū)的氣候資源進行了細網格推算，打破了以點代面的局限性；在此基礎上利用GIS技術進行精細區(qū)劃，實現(xiàn)了區(qū)劃結果的定量化，不僅準確地反映了地形對氣候的影響，而且也大大提高了區(qū)劃的精度。

(2)除受低溫凍害的影響外，枇杷的生長還受連陰雨、干旱、大風等其他氣象災害的制約。本文僅考慮了低溫這一關鍵氣候因子，區(qū)劃結果有一定的局限性。在以后的研究中將進一步考慮多種氣象災害對枇杷生長發(fā)育的綜合影響。

(3)枇杷的實際種植生產還應科學選擇園地和結合農技措施防寒防凍。丘陵山地選擇南向、西向、西南向或東南向為好，避免在山脊、風口或冷空氣易沉積的低凹地方栽種枇杷。對局部易遭受凍害的栽培區(qū)，生產上可采取種植晚熟品種、推遲開花栽培、多留中后期花和樹膛內的花穗、早套袋等措施[16]。

(4)本文區(qū)劃結果基本上符合杭州市枇杷實際種植現(xiàn)狀，但仍然可能存在著少部分地區(qū)區(qū)劃等級與實際不符的現(xiàn)象，例如蕭山有部分區(qū)域因土壤、地下水位等因素，種植枇杷較少。因此，區(qū)劃指標的選定和指標的量化分級還需要在實際應用中不斷修正與完善，使綜合區(qū)劃結果更加合理、實用。