李新妹 關(guān) 輝 陳 昉 蘇榮瑞 林瑞坤 孫朝鋒

(1.福州市智慧氣象行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新中心，福建 福州 350008；2.福州市氣象服務(wù)中心，福建 福州 350008；3.民航福建空管分局氣象臺，福建 福州 350212；4.福建省氣象服務(wù)中心，福建 福州 350008)

1 概述

金鉆鳳梨為鳳梨科鳳梨屬植物，是多年生單子葉常綠草本果樹。鳳梨原產(chǎn)于中、南美洲，北至北美加勒比海沿岸的美洲大陸熱帶地區(qū)[1]，耐陰，也需要適當(dāng)?shù)墓庹諚l件，一般不能直接暴露在直射陽光下。鳳梨最適宜溫度為夜溫16～18℃，晝溫20～32℃，且晝夜溫差應(yīng)在12～15℃[2]。不同栽培技術(shù)、不同生長階段需要的溫度條件不同，大多數(shù)品種的鳳梨在15℃以下生長緩慢，10℃以下基本停止生長，5℃是受寒害臨界溫度。鳳梨耐旱性強(qiáng)，但其生長發(fā)育期間仍需適量水分，年降雨量1000～1500mm最為適合。

氣候適宜性是綜合反映光、溫、水等氣象條件對農(nóng)作物生長發(fā)育的適宜程度[3]。農(nóng)作物在氣候條件適宜的條件下能夠正常生長發(fā)育，且產(chǎn)量高、品質(zhì)優(yōu)；反之，則產(chǎn)量低、品質(zhì)差[4]。氣候適宜性一般依據(jù)生態(tài)學(xué)理念、模糊數(shù)學(xué)方法進(jìn)行研究，建立農(nóng)作物氣候適宜性模型[5]，預(yù)測未來農(nóng)作物生長的氣候條件，從而對農(nóng)作物的種植進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃、合理布局。福州市屬典型的亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，雨量充沛，陽光充足，年平均降雨量1400～1700mm，年平均日照1500～1700小時，年平均氣溫19～20℃。降水條件總體上滿足金鉆鳳梨生長，福州金鉆鳳梨生長主要面臨的農(nóng)業(yè)氣象問題是越冬低溫霜凍與寒害。

為了科學(xué)規(guī)劃福州市金鉆鳳梨生產(chǎn)布局，促進(jìn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展，經(jīng)過調(diào)研、考察和分析研究，確定福州市金鉆鳳梨種植的氣候精細(xì)區(qū)劃指標(biāo)，計算各氣候適宜性區(qū)劃指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，并建立氣候適宜性區(qū)劃指標(biāo)地理推算模型，利用GIS地理信息系統(tǒng)技術(shù)，分析得出金鉆鳳梨精細(xì)化氣候適宜性區(qū)劃。

2 數(shù)據(jù)方法

本文利用福州及周邊19個國家氣象觀測站1971—2020年逐日氣溫要素數(shù)據(jù)，根據(jù)農(nóng)業(yè)相似性原則，在多次實地考察調(diào)研的基礎(chǔ)上，選取80%保證率年極端最低氣溫、1月平均氣溫、≥10℃年活動積溫3個因子作為金鉆鳳梨精細(xì)化氣候適宜性區(qū)劃指標(biāo)，采用層次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)[6-8]計算區(qū)劃指標(biāo)因子權(quán)重系數(shù)。選用經(jīng)度、緯度、海拔高度3個因子與氣候要素建立回歸方程，根據(jù)回歸方程計算各網(wǎng)格點的氣象要素值[9-10]，氣候區(qū)劃指標(biāo)地理推算見式(1)。

I=a+b×x+c×y+d×dem

(1)

式(1)中，I為區(qū)劃指標(biāo)值，dem為海拔高度，x為經(jīng)度，y為緯度，a、b、c、d為回歸系數(shù)。

采用加權(quán)綜合評價法[11]計算氣候適宜性指數(shù)，見式(2)。

(2)

式(2)中，P為氣候適宜性指數(shù)，φ(βi)為第i個指標(biāo)氣候隸屬度，i為評價指標(biāo)數(shù)，αi為相應(yīng)指標(biāo)的權(quán)重。

3 結(jié)果與分析

3.1 氣候精細(xì)區(qū)劃指標(biāo)

根據(jù)金鉆鳳梨生物學(xué)特性、種植技術(shù)及對環(huán)境條件的要求，≥10℃年活動積溫為適宜金鉆鳳梨生長的熱量條件指標(biāo)；1月平均氣溫和80%保證率的年極端最低氣溫為限制金鉆鳳梨(低溫、寒凍害)的指標(biāo)。福州市金鉆鳳梨氣候適宜性精細(xì)區(qū)劃指標(biāo)劃分為適宜區(qū)、次適宜區(qū)和不適宜區(qū)[12]，如表1所示。其中適宜區(qū)的80%保證率的年極端最低氣溫不低于1.9℃，1月平均氣溫不低于12℃，≥10℃年活動積溫不低于7000℃·d。

表1 福州市金鉆鳳梨種植的氣候精細(xì)區(qū)劃指標(biāo)

3.2 氣候區(qū)劃指標(biāo)權(quán)重

采用AHP計算得出80%保證率年極端最低氣溫、1月平均氣溫、≥10℃年活動積溫3個區(qū)劃指標(biāo)因子權(quán)重系數(shù)分別為0.715、0.218、0.067，如表2所示。80%保證率的年極端最低氣溫的權(quán)重最大，≥10℃年活動積溫的權(quán)重最小。

表2 福州市金鉆鳳梨氣候適宜性區(qū)劃指標(biāo)權(quán)重

3.3 氣候區(qū)劃指標(biāo)地理推算模型

通過將各個氣象站點區(qū)劃指標(biāo)值序列與站點經(jīng)度、緯度、海拔高度進(jìn)行多元回歸分析[7]，利用R軟件建立相應(yīng)的地理推算模型，各區(qū)劃指標(biāo)地理推算模型均通過0.05水平的顯著性檢驗，如表3所示。

表3 福州市臺灣金鉆鳳梨氣候適宜性區(qū)劃指標(biāo)地理推算模型

3.4 氣候適宜性指數(shù)與區(qū)劃等級

以各個氣象觀測站點為評估單元，利用上述區(qū)劃指標(biāo)及權(quán)重，基于 GIS 空間分析模型，獲取金鉆鳳梨種植的氣候適宜性各區(qū)劃指標(biāo)圖層[12]，采用加權(quán)綜合評價法計算氣候適宜性指數(shù)，如表4所示。綜合評價值以滿足金鉆鳳梨適宜生長的界限為依據(jù)，結(jié)合福州金鉆鳳梨種植區(qū)分布狀況的實地調(diào)查[13]，確定出適宜、次適宜、不適宜3個區(qū)域等級，據(jù)此制作福州金鉆鳳梨氣候適宜性精細(xì)化區(qū)劃圖。

表4 福州市及其他代表站點的臺灣金鉆鳳梨氣候適宜性指數(shù)(歸一化)

3.5 氣候適宜性區(qū)劃結(jié)果分析

3.5.1 年極端最低氣溫

從福州市各縣(市、區(qū))80%保證率年極端最低氣溫看，高于1.9℃的區(qū)域主要分布于福清沿海；-1.0～1.9℃的區(qū)域主要分布在福清北部、長樂東部、連江和羅源沿海、閩侯及福州市區(qū)等；低于-1.0℃的區(qū)域主要分布于永泰、閩清、閩侯、羅源、連江、福州晉安區(qū)等中高海拔地區(qū)。

3.5.2 1月平均氣溫

從福州市各縣(市、區(qū))1月平均氣溫看，高于12℃的區(qū)域出現(xiàn)在福清南部沿海地區(qū)；10～12℃的區(qū)域主要分布在福清北部及長樂大部分地區(qū)，福州、永泰、閩清、閩侯城區(qū)、連江及羅源沿海地區(qū)；低于10℃的區(qū)域主要分布在永泰、閩清、閩侯、羅源、連江、福州晉安區(qū)等海拔高度高于500m的山區(qū)。

3.5.3 ≥10℃年活動積溫

從福州市各縣(市、區(qū))≥10℃年活動積溫看，福州市日平均氣溫穩(wěn)定≥10℃年活動積溫總體上呈沿海多、山區(qū)少的特點[12]，海拔高度100m以下的福清、長樂、福州城區(qū)及永泰、閩清、閩侯、連江城區(qū)等，即低平地帶是福州市熱量資源最豐富的區(qū)域，≥10℃年活動積溫在7000℃·d以上；≥10℃年活動積溫為6500～7000℃·d的區(qū)域主要分布在海拔高度在100～200m的城區(qū)周邊及羅源沿海地區(qū)；≥10℃年活動積溫低于6500℃·d區(qū)域主要分布在永泰、閩清、閩侯、羅源、福州晉安區(qū)等中高海拔地區(qū)。

3.5.4 氣候適宜性精細(xì)區(qū)劃

從福州市各縣(市、區(qū))區(qū)劃的結(jié)果來看，福州市金鉆鳳梨氣候適宜性精細(xì)區(qū)劃可分為適宜、次適宜和不適宜3個區(qū)，如圖1所示。

圖1 福州市金鉆鳳梨氣候適宜性精細(xì)區(qū)劃

①適宜區(qū)：福州市福清南部沿海海拔高度低于100m區(qū)域，熱量條件好，年極端最低氣溫高于1.9℃，1月平均氣溫高于12℃，≥10℃年積溫高于7000℃·d。光照充足、雨量充沛，氣候條件十分利于金鉆鳳梨優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，與金鉆鳳梨的原產(chǎn)地氣候最為相似，是福州市金鉆鳳梨引種的適宜區(qū)域。

②次適宜區(qū)：該區(qū)面積較大，在福州市各縣(市、區(qū))均有分布，主要位于適宜區(qū)北部的福清大部分地區(qū)、長樂、連江-羅源沿海、福州南部城郊及海拔高度在200m以下的永泰、閩清、閩侯、連江縣城城郊。主要氣候特點為80%保證率年極端最低氣溫為-1.0～1.9℃，1月平均氣溫為10～12℃，≥10℃年積溫為6500～7000℃·d。盡管不是金鉆鳳梨種植的適宜區(qū)，為了規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化種植，福州市多處地區(qū)可作為金鉆鳳梨引種氣候次適宜區(qū)。

③不適宜區(qū)：永泰、閩清、閩侯、羅源、連江、福州晉安等海拔高度高于200m的地區(qū)多為不適宜金鉆鳳梨引種區(qū)，該區(qū)域80%保證率年極端最低氣溫低于-1.0℃，1月平均氣溫低于10℃，≥10℃年積溫低于6500℃·d，熱量條件難以滿足現(xiàn)有種植模式下金鉆鳳梨正常的生長和發(fā)育需求，容易受到越冬低溫霜凍與寒害威脅，且人員稀少，不利于金鉆鳳梨這一水果作物的規(guī)?；芾砗徒?jīng)營，為不適宜種植區(qū)。

4 結(jié)束語

氣象因素在海拔高度的影響下呈現(xiàn)出分布不均、差異明顯的特征。滿足金鉆鳳梨生長發(fā)育條件的區(qū)域多分布在福州市福清南部沿海的低平區(qū)域；而高海拔山區(qū)則多因氣溫較低易受寒凍害影響不適宜引種。金鉆鳳梨生長過程還受到其他自然災(zāi)害及環(huán)境因子的影響，多因子之間關(guān)系復(fù)雜，且動態(tài)可變。建議福州市在引種金鉆鳳梨過程中，在考慮農(nóng)業(yè)氣象因子的同時，還應(yīng)結(jié)合土壤、病蟲害等其他因素進(jìn)行綜合分析，進(jìn)一步優(yōu)化其氣候適宜性模型。