贵州省南部火龙果种植的气候风险评估

贵州省南部火龙果种植的气候风险评估
张新鼎;韩会庆;郜红娟;白玉梅
【摘要】基于1961—2017年历史气象数据,综合考虑火龙果种植气候适宜性水平,利用AHP分析法、Ori-gin75软件以及ArcGIS平台下的空间分析工具,通过构建火龙果种植区的气候风险等级模型,对贵州省南部火龙果种植的气候风险性进行动态分析与评估.结果表明,随着气候的变化,极端最低气温和无霜日数对火龙果种植的气候风险影响程度明显下降,而极端最高气温的风险程度则明显提高,其余因子的风险变化相对平缓.且1961—2017年贵州省南部火龙果种植区的气候风险面积呈现一级>三级>二级>四级,分别占总面积的31.82％、28.97％、22.24％和16.97％.在气候变化背景下,贵州省南部火龙果种植的气候风险总体上呈逐渐降低的趋势.【期刊名称】《宁夏师范学院学报》
【年(卷),期】2019(040)001
【总页数】9页(P54-62)
【关键词】贵州省南部;火龙果;气候风险评估;空间格局
【作者】张新鼎;韩会庆;郜红娟;白玉梅
【作者单位】贵州理工学院建筑与城市规划学院,贵州贵阳 550003;贵州理工学院建筑与城市规划学院,贵州贵阳 550003;贵州师范学院地理与资源学院,贵州贵阳550018;贵州理工学院建筑与城市规划学院,贵州贵阳 550003
【正文语种】中文
【中图分类】S667.9
近年来，全球气候变化下气候灾害频发，在IPCC第5次评估报告中用“气候风险”一词来说明气候变化危害的严重性，并指出气候变化将导致世界范围内农业生产的潜在不利影响[1-2].因此农业气候风险研究成为很多学者关注的话题.王连喜[3]研
究发现1978—2007年间，随着气候的变化，宁夏南部为马铃薯种植低风险区，
盐池、中卫等地区为中风险区，而北部大部分地区和中部的海原、同心为高风险区；陆魁东等[4]对通过1961—2010年气候年代际油菜风险的变化分析，表明在气候
变暖背景下，湖南油菜高风险和较高风险区域略有减小，低风险和微风险区域有所增加；茶国盛[5]通过对低温冷害、连阴雨以及干旱这3大主要影响因子的分析，
得出湖北地区烟草种植的气象灾害的危险系数由东到西依次递减.然而这些研究鲜
有关注火龙果种植的气候风险评估.
火龙果(Hylocereus undatus)系仙人掌科(Caetaceae)三角柱属(Hylocereus)植物，原产于中美洲，是热带、亚热带名优水果之一[6-7].火龙果耐0℃低温和40℃高温，生长的最适温度为25～35℃，在温暖湿润、光线充足的环境下生长迅速[8].然而，近几年来，随着气候的变化，贵州省极端灾害天气频发，严重影响火龙果的栽培及产量[9].因此，针对存在的气候风险问题，本文以贵州省南部的黔东南州、黔南州、黔西南州和安顺市四个地州市为例，通过构建火龙果种植气候风险等级指标体系，分析贵州省南部火龙果种植区域的气候风险区划，以期为火龙果在贵州省的种植和推广提供参考依据.
1 研究区自然概况
贵州省南部地区(24°38′～27°31′N，104°35′～109°35′E)包括黔东南州、黔南州、黔西南州以及安顺市四个地州市，总面积8.26×104 km2，位于云贵高原向湘桂
丘陵盆地过渡的斜坡地带，是典型的喀斯特地貌集中区.全区域属亚热带湿润季风
气候，年平均气温16.0℃，极端最高气温为40.2℃，极端最低气温为-8.9℃，雨
热同期，干湿明显，是贵州生物多样性特征较明显的地区之一.
2 材料和方法
2.1 数据来源与处理
利用国家气象信息中心提供的气象站点数据，选取1961—2017年的观测资料，
包括平均气温、日最低气温、日最高气温以及月平均气温等数据，缺测部分利用临近站点平均值进行插值.由于无法获取更多和更细致的气象站点数据，在基于贵州
省南部8个一级气象站的基础上，利用海拔和气象要素之间的相互关系建立回归
方程，来对其进行修正，从而提高各个气象站点的气候要素精度.并将筛选出的数
据划分为1961—1970年、1971—1980年、1981—1990年、1991—2000年、2001—2010年、2011—2017年6组，基于ArcGIS10.1，利用克里金(Kriging)插值法获取气候要素空间分布图.
2.2 研究方法
2.2.1 指标体系构建
参考高龙、胡子有、刘涛等学者[10-12]研究成果.选取极端最低气温、极端最高气温、年平均气温、1月平均气温、7月平均气温、>10℃活动积温、无霜日数7个指标，构建贵州省南部火龙果种植气候风险等级区划评价指标，并将风险等级按由低向高分别赋予1分、4分、7分和10分，再利用AHP分析法确定各指标权重，详见表1.
表1 贵州省南部火龙果种植的气候风险等级区划评价指标体系指标权重一级二级
三级四级极端最低气温(℃)0.25-3～0 -4～-3-5～-4<-5极端最高气温
(℃)0.1735～3636～3737～38>38年平均气温(℃)0.0717～1816～1715～
16<151月平均气温(℃)0.136～75～64～5<47月平均气温(℃)0.0924～2522～2420～22<20>10℃活动积温(℃·d)0.115000～55004500～50004000～
4500<4000无霜日数(d)0.18355～360350～355345～350<345
2.2.2 评价方法
基于确定的各参评因子权重及因子分级等级指数的基础上，采用克里金(Kriging)
插值法，建立火龙果种植区域的气候风险评估综合分析的数学计算模型.
式中，Si为气候风险等级的总分值(介于1～10分)；Ci为第i个指标因子等级分值；Qi为第i个指标因子的权重；权重的和为1.依据火龙果的生长条件以及气候因子
对火龙果的影响程度，将Si≤1.5、1.5<Si≤3、3<Si≤4.5、Si>4.5分别确定为贵
州省南部火龙果种植区的一级气候低风险区、二级气候中度风险区、三级气候较高风险区和四级气候高风险区.
2.2.3 插值分析
基于ArcGIS10.1软件平台，利用Kriging工具对7个气候因子的气候数据进行插值分析，并利用Reclassify工具对插值后的图层进行重分类，最终在栅格计算器
中乘以权重，从而获取气候要素空间分布图.
3 结果与分析
3.1 火龙果种植区各气候因子年际变化分析
通过对贵州1961—2017年气候数据的筛选整理，运用Origin75软件对整理后的数据进行数据分析，制作影响火龙果生长的气候因子的年际变化图，并通过ArcGIS平台下的空间分析工具，制作出各因子每一阶段种植风险的空间变化图.发现随着全球气候的变化，影响火龙果种植的7个气候因子均呈现不同程度的变化
趋势.其中，年平均气温、>10℃活动积温以及无霜日数三个气候因子的上升幅度
最大，极端最低气温和极端最高气温上升幅度居中，1月平均气温和7月平均气温上升幅度较小，详见图1.
图1 火龙果种植区各气候因子的年际变化及趋势
3.2 火龙果种植区各气候因子风险等级区划
气候因子的变化使得火龙果种植风险的空间变化也相应改变，57年间，随着气候的变化，极端最低气温和无霜日数对火龙果种植的风险影响范围均呈现较大减少，极端最高气温则相反，对火龙果种植的风险影响范围逐渐加大，年平均气温对火龙果种植的风险影响范围呈缓慢减少趋势，一月平均气温、七月平均气温以及>10℃活动积温三个气候因子的空间变化情况则较小，详见图2～图8.
图2 极端最低气温因子在时空尺度上的风险等级划分
图3 极端最高气温因子在时空尺度上的风险等级划分
图4 年平均气温因子在时空尺度上的风险等级划分
图5 一月平均气温因子在时空尺度上的风险等级划分
图6 七月平均气温因子在时空尺度上的风险等级划分
图7 大于10℃活动积温因子在时空尺度上的风险等级划分
图8 无霜日数因子在时空尺度上的风险等级划分
3.3 火龙果种植区的气候风险评估
1961—2017年间，贵州省南部地区火龙果种植区域的气候风险等级区划以一级气候风险区为主，占总面积的31.82%，主要分布在黔南州南部以及黔西南州的南部、东部及东南部部分地区，其次分布在及安顺市的南部地区，黔东南州一级气候风险等级范围最少.其次为三级气候风险区，占总面积的28.97%，主要分布在黔东南州和黔南州的中部、北部部分地区，黔西南州及安顺市则只有中部小部分地区为
三级气候风险区.再次为二级气候风险区，占总面积的22.24%，主要集中分布在黔东南州的南部及东南部的部分地区，其次分布在黔西南州的中部、西部，安顺市和黔南州均只有中部小部分为气候风险区.四级风险区面积较小，仅占总面积的
16.80%，主要分布在黔东南州北部，其次分布在安顺市北部，黔南州东北部及安
黔西南州北部部分地区，详见表2和图9.
表2 贵州省南部火龙果种植区域气候风险等级区划面积和比例等级黔东南州面积(km2)黔南州面积(km2)黔西南州面积(km2)安顺市面积(km2)总计面积(km2)比例(%)一级1411.2011869.4010562.252446.0426288.8831.82二级
10912.881914.573841.671702.2818371.3922.24三级
11415.729557.411391.221562.8223927.1728.97四级
6624.902359.291216.683817.7014018.5616.97
图9 贵州省南部火龙果种植区域的气候风险等级区划
3.4 各阶段气候风险等级区划的空间分布
以GIS为平台，利用克里金(Kriging)插值法对1961—1970年、1971—1980年、1981—1990年、1991—2000年、2001—2010年以及2011—2017年6个不
同时间阶段的火龙果种植区域气候风险更进一步的叠加分析.如图10所示，57年间，贵州南部火龙果种植区域的气候风险等级区划发生明显改变.其中，在极端最
低气温因子和无霜日数因子气候风险逐渐降低后，一级气候风险区范围先明显增大，到1991—2000年阶段后，这一范围显露出减少趋势，且减少区域为受极端最高
气温因子风险影响加重的黔东南州和黔西南州东南部以及黔南州西南部地区.二级
气候风险区范围在经历了1961—1980短期的减少后，从1981—1990年这一阶段起，呈现迅速增大趋势，气候的变化使得黔东南州和黔西南州东南部以及黔南州西南部地区原为一级气候风险区的区域加重到二级气候风险.三级气候风险区范围
在1980年以前，受低温的影响，气候风险区范围逐阶段增加，在1981—2017
年的37年内，气候风险区范围则随着气温的升高而逐阶段减少.四级气候风险区总体上呈现逐阶段递减的趋势，1971—1980年阶段至1981—1990年阶段气候风险范围急剧减少，其余阶段的风险范围则呈现较为平缓的减少.
图10 各阶段气候风险区空间变化图
4 讨论
本研究认为，随着全球气候变化，极端最低气温、年平均气温、1月平均气温以及无霜日数因子对火龙果种植的气候风险影响程度逐渐降低，进而使得贵州省南部龙果种植区域的四级高风险区和三级较高风险区范围总体呈减少趋势.而极端最高气温、7月平均气温以及>10℃活动积温因子则随着全球气候变暖，将成为新的火龙果种植高风险因子，对火龙果种植的影响程度逐渐增加，这也是导致本文中贵州省南部火龙果种植区域的一级低风险区和二级中度风险区范围呈逐渐增加趋势的原因.这与段海来[13]等对中国亚热带地区柑橘气候风险评估结果以及赖纯佳[14]对淮河流域农业种植制度的气候风险评估结果基本一致.
5 结论
1961—2017年间，随着气候的变化，影响贵州省南部火龙果种植的气候要素呈现不同程度的变化趋势.其中极端最低气温、年平均气温以及无霜日数三个气候因子的等级呈现下降趋势，极端最高气温和>10℃活动积温两个气候因子的风险等级呈上升趋势，1月平均气温和7月平均气温的风险等级变化较小.总体上，57年间贵州省南部火龙果种植区域的气候风险以一级气候风险区为主，其次为三级气候风险区，二级和四级气候风险区面积较小.
参考文献:
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