基于GIS的沙澧河流域2013年氣候特征及其對農(nóng)業(yè)的影響分析

摘要 選取2013年沙澧河流域16個氣象觀測站的20：00～次日20：00氣溫、降水實時觀測資料和1981～2010年氣溫、降水常年歷史資料，建立氣象要素資料庫，然后以ArcGIS9.3為研究平臺，運用其空間分析模塊中的普通克里格法對研究區(qū)內(nèi)的氣象因子，即年、季平均氣溫和年、季降水量的氣象信息進行空間插值，分析出該流域氣溫和降水的空間分布特征，并在此基礎(chǔ)上揭示此氣候特征對農(nóng)業(yè)產(chǎn)生的影響。

關(guān)鍵詞 地理信息系統(tǒng)（GIS）;氣候特征;農(nóng)業(yè);影響;沙澧河流域

中圖分類號 S127 文獻標識碼

A 文章編號 0517-6611（2014）33-11908-03

2013年度整個沙澧河流域氣候異常，不利因素較多，其中春、夏、秋三季氣溫偏高、降水偏少，導(dǎo)致三季連旱，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生不利影響。地理信息系統(tǒng)（GIS）以其強大的空間分析功能在氣候特征空間分析方面有著廣泛的應(yīng)用[1-3]。21世紀以來，有許多學(xué)者利用GIS對區(qū)域氣候空間要素進行空間插值研究[4-9]，這些研究結(jié)果彌補了氣象數(shù)據(jù)離散對科學(xué)研究帶來的影響，有助于人們了解實際區(qū)域氣象因子分布的空間變化規(guī)律[4-7]。筆者基于GIS技術(shù)，研究了2013年沙澧河流域氣候空間分布特征及其對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)趨利避害、提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力提供必要的科學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

沙澧河流域位于河南省中部，屬于淮河流域的潁河水系，地勢基本上是西高東低，從西部山區(qū)、中部丘陵到東部平原，地貌十分復(fù)雜，類型多種多樣。流域流經(jīng)汝陽、汝洲、郟縣、寶豐、魯山、平頂山、襄城、方城、葉縣、舞鋼、舞陽、漯河、臨穎、西華、周口和商水等6個地區(qū)16個縣市（圖1）。流域內(nèi)的水系包括沙河、澧河、北汝河、甘江河等，其中沙河是沙澧河流域的一條主要河流，發(fā)源于魯山縣石人山，自西向東流經(jīng)寶豐、葉縣、舞陽、郾城、漯河、西華、商水、周口、淮陽、項城、沈丘，進入安徽省，在正陽關(guān)進入淮河，流域面積39 880 km2（其中河南省流域面積34 440 km2），省界以上河長418 km。澧河是沙河的一支較大支流，發(fā)源于方城縣四里店，在漯河市匯入沙河，河長163 km，流域面積2 787 km2。流域內(nèi)的水庫主要有昭平臺水庫、白龜山水庫、孤石灘水庫、燕山水庫等[8-9]。

圖1 沙澧河流域基本地理信息及在河南省的位置

基金項目 沙澧河流域科研基金項目（201401）。

作者簡介 江清霞（1979- ），女，河南內(nèi)鄉(xiāng)人，工程師，碩士，從事應(yīng)用氣象研究。

收稿日期 2014-08-14

1.2 研究資料與分析方法

1.2.1 基于GIS技術(shù)流域基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的建立。

利用地理信息系統(tǒng)軟件ArcGIS9.3完成沙澧河流域背景地理信息數(shù)據(jù)庫的建設(shè)，包括1∶5萬沙澧河流域行政區(qū)劃、主要河流、大型水庫、主要公路、鐵路等主要交通設(shè)施，以及土地覆蓋類型等地理信息的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。其中，空間數(shù)據(jù)以*.shp格式存儲，屬性數(shù)據(jù)以*.dbf格式存儲。

1.2.2 氣象資料的選取和處理。

選取2013年沙澧河流域16個氣象觀測站（漯河市、舞陽縣、臨潁縣、汝陽縣、方城縣、平頂山市、汝州市、魯山縣、寶豐縣、郟縣、葉縣、舞鋼市、襄城縣、西華縣、商水縣、周口市）的20：00～次日20：00氣溫、降水實時觀測資料，建立氣象要素資料庫，然后用ArcGIS9.3空間分析模塊對各氣象要素進行插值處理。

2 2013年沙澧河流域氣候特征分析

2.1 氣溫

2.1.1 流域年平均氣溫偏高。

2013年沙澧河流域年平均氣溫15.5 ℃，較常年偏高0.7 ℃。北汝河、澧河上游、沙河上游、甘江河和西華縣平均氣溫在15.0～16.2 ℃，汝河、澧河下游和沙河下游（除西華縣）平均氣溫在14.5～15.0 ℃（圖2a）。與歷年平均值相比，流域年平均氣溫均偏高，偏高值在0.1～1.3 ℃（圖2b）。

圖2 2013年沙澧河流域平均氣溫（a）及其距平（b）（單位：℃）

2.1.2 冬季氣溫整體偏低。

2013年沙澧河流域冬季平均氣溫1.5 ℃，較常年同期偏低1.0 ℃。其中，舞陽冬季平均氣溫為0.9 ℃，流域其他縣市冬季平均氣溫在1.0～2.2 ℃。與歷年平均值相比，沙澧河流域冬季氣溫均偏低，偏低值在0.2～1.7 ℃。

2.1.3 春季氣溫整體偏高。

2013年沙澧河流域春季平均氣溫16.3 ℃，與常年同期相比偏高1.3 ℃。其中，北汝河、澧河上游、沙河上游、舞鋼市春季平均氣溫為16.1～17.1 ℃，流域其他縣市春季平均氣溫為15.4～16.1 ℃。與歷年同期相比，北汝河、澧河上游、沙河上游和舞鋼市春季平均氣溫偏高1.0～2.0 ℃，其余縣市偏高0.7～1.0 ℃。

2.1.4 夏季氣溫整體偏高。

2013年沙澧河流域夏季平均氣溫27.9 ℃，較歷年同期偏高1.8 ℃。其中，漯河、西華、商水、寶豐和葉縣夏季平均氣溫在28.0 ℃以上，其余縣市在26.9～28.0 ℃。

與歷年同期相比，漯河、西華、商水、寶豐和葉縣夏季平均氣溫偏高2.0～2.5 ℃，其余縣市偏高0.5～2.0 ℃。除襄城偏高0.5 ℃外，流域其他縣市氣溫偏高均在1.0 ℃以上。

2.1.5 秋季氣溫整體偏高。

2013年沙澧河流域秋季平均氣溫15.9 ℃，較歷年同期偏高0.6 ℃。其中，除漯河市、方城和魯山秋季平均氣溫<15.6 ℃外，其他縣市秋季平均氣溫在15.6～16.7 ℃。

與歷年同期相比，除漯河和舞陽秋季平均氣溫偏低外，其余縣市秋季平均氣溫均偏高，偏高幅度在0～1.4 ℃。

2.2 降水

2.2.1 流域年降水量整體正常。

2013年沙澧河流域年降水量628.3 mm，較常年同期偏少21.4%，屬正常。其中，流域南部和中部年降水量較多，為700.0～853.7 mm;流域東部和西部降水量較小，為419～700 mm（圖3a）。與歷年同期相比，流域南部和中部年降水量偏少2%～25%，屬正常;流域東部和西部年降水量偏少25%～38%，屬偏少（圖3b）。

圖3 2013年沙澧河流域降水量（a，mm）和降水量距平百分率（b，%）

2.2.2 冬季降水整體偏少。

2013年沙澧河流域冬季降水量30.6 mm，較歷年同期偏少32.2%。其中，西華、商水、舞陽和舞鋼冬季降水量在40.0 mm以上，流域其他縣市冬季降水量在12.9～40.0 mm。與歷年同期相比，汝州和襄城冬季降水量顯著偏少;澧河、沙河下游（除臨潁）和平頂山降水正常;流域其他縣區(qū)降水偏少。

2.2.3 春季降水整體正常，但空間分布不均。

2013年沙澧河流域春季降水量181.9 mm，較歷年同期偏多20.5%，降水正常。降水空間分布不均，其中，春季降水中心在寶豐、魯山和臨潁，降水量為200.0 ～254.5 mm;流域其他縣市春季降水量在100.4～200.0 mm。與歷年同期相比，北汝河和沙河上游降水偏多和顯著偏多（其中汝州和寶豐降水量顯著偏多）;襄城和商水降水偏少;流域其他縣市降水正常。

2.2.4 夏季降水偏少且降水分布極其不均勻。

2013年沙澧河流域夏季降水量307.6 mm，較歷年同期偏少26.4%，降水偏少。降水中心分布在甘江河、澧河、沙河下游的漯河地區(qū)和葉縣，降水量為400.0～546.7 mm;流域其他縣市夏季降水量在121.4～300.0 mm。

與歷年同期相比，北汝河和沙河上游（除葉縣）降水量顯著偏少，漯河降水顯著偏多，流域其他縣市降水正常。

2.2.5 秋季降水偏少。

2013年沙澧河流域秋季降水量103.8 mm，較歷年同期偏少35.8%，降水偏少。秋季降雨中心分布在襄城、西華和商水，降水量為120.0～152.3 mm;流域其他縣市秋季降水量在75.9～120.0 mm。

與歷年同期相比，方城和漯河降水量偏少50.0%～52.8%，屬顯著偏少;襄城和商水降水量偏少2%～25%，屬正常;流域其他縣市降水量偏少25%～50%，屬偏少。

3 氣候特征對農(nóng)業(yè)的影響分析

2013年沙澧河流域未出現(xiàn)大范圍嚴重農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害，但區(qū)域性、階段性氣象災(zāi)害時有發(fā)生。年內(nèi)主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害為干旱，春季、夏季、秋季均出現(xiàn)了不同程度的干旱，多地出現(xiàn)干熱風(fēng)，對農(nóng)作物產(chǎn)生了不同程度的影響。

3.1 干旱

3.1.1 春季干旱。3月～4月中旬，流域內(nèi)降水持續(xù)偏少，該時期正值冬小麥生長的關(guān)鍵時期，水分的缺乏對小麥的拔節(jié)生長帶來不利影響，造成部分縣市冬小麥減產(chǎn)。

進入春季以后降水持續(xù)偏少，加之氣溫偏高和光照強等因素，導(dǎo)致土壤水分蒸發(fā)量大，麥田墑情下降明顯，對小麥的生長十分不利。據(jù)3月18日測站墑情資料，0～30 cm土層平均含水率在11%～18%;0～50 cm土層平均含水率在11%～18%，大部分麥田旱情明顯，不利于小麥拔節(jié)。加之入冬以來降水一直偏少，春季氣溫偏高、風(fēng)日多，麥田失墑嚴重。部分田塊甚至達到了中度干旱，水分不足影響了小麥正常拔節(jié)，造成小花大量退化，小穗結(jié)實率降低。

3.1.2 夏季干旱。

7月下旬～8月中旬，流域內(nèi)持續(xù)高溫少雨天氣，加之小麥收獲后土壤裸露等因素導(dǎo)致土壤缺墑嚴重，影響了秋糧作物的播種、出苗及苗期生長。所幸7月中下旬全市出現(xiàn)大范圍降水天氣過程，旱情有所緩解。進入8月份，高溫少雨天氣持續(xù)，高溫加上降水匱乏導(dǎo)致農(nóng)田土壤水分缺墑嚴重，出現(xiàn)了高溫熱害與干旱并存的不利局面。8月上中旬是秋糧作物產(chǎn)量形成的關(guān)鍵時期，也是作物的水分臨界期，土壤干旱、空氣干燥，高溫容易使雌雄花期不遇，不利于花粉形成，導(dǎo)致授粉不良、授粉率降低，出現(xiàn)高溫逼熟現(xiàn)象，導(dǎo)致夏玉米等秋雜作物產(chǎn)量和品質(zhì)雙雙下降。

3.1.3 秋季干旱。

進入10月以后，沙澧河流域降水持續(xù)偏少，導(dǎo)致秋季干旱，給冬小麥的播種和出苗帶來不利影響。10月29日～11月1日，出現(xiàn)了明顯降水天氣過程，降雨量為26.6～37.1 mm，此次降水過程使旱情得到解除，有利于小麥的播種、出苗及已播小麥苗期生長。

3.2 干熱風(fēng)

干熱風(fēng)是一種高溫、低濕并伴有一定風(fēng)力的農(nóng)業(yè)災(zāi)害性天氣，往往可導(dǎo)致小麥灌漿不足、秕粒嚴重甚至枯萎死亡。按照標準，輕干熱風(fēng)為日最高氣溫≥30 ℃、14：00相對濕度≤30%、14：00風(fēng)速≥2 m/s;重干熱風(fēng)為日最高氣溫≥32 ℃、14：00相對濕度≤25%、14：00風(fēng)速≥3 m/s。2013年4月30日～5月1日、5月11～14日、5月21日沙澧河流域的洛陽、平頂山和周口分別出現(xiàn)了不同程度的干熱風(fēng)。2013年4月30日～5月1日洛陽市出現(xiàn)了輕度干熱風(fēng)天氣，5月11～13、19～21日出現(xiàn)了重度干熱風(fēng)天氣。干熱風(fēng)使全市本就干旱的冬小麥災(zāi)害嚴重，5月上中旬洛陽市大部分無法灌溉的旱地冬小麥由于干熱風(fēng)而枯熟，小麥減產(chǎn)幅度進一步加大。5月11～14日平頂山市出現(xiàn)了連續(xù)4 d的干熱風(fēng)天氣，對小麥灌漿造成一定影響。5月11、14、21日周口市部分縣區(qū)出現(xiàn)干熱風(fēng)天氣，特別是商水縣14：00平均氣溫31.6 ℃，相對濕度29%，最大風(fēng)速3.1 m/s，達輕度干熱風(fēng)標準。另外14日和21～22日14：00平均氣溫均超過33 ℃，最小相對濕度<30%，風(fēng)速在2.5～3.0 m/s，達到干熱風(fēng)指標，一定程度上縮短了小麥灌漿進程，造成粒重明顯下降。

4 結(jié)論與討論

由于2013年沙澧河流域年平均氣溫較常年偏高，除冬季平均氣溫較常年同期偏低外，春、夏和秋季平均氣溫較常年均偏高，再加上沙澧河流域2013年年降水量較常年同期偏少2成以上，導(dǎo)致流域內(nèi)區(qū)域性、階段性農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害干旱和干熱風(fēng)的發(fā)生，對農(nóng)作物產(chǎn)生了不同程度的影響。

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