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浅析绍兴市蚕桑生产在GIS的气候区划

2020-03-01 365 上传者：管理员

摘要：将66个自动气象站短序列数据使用支持向量机方法延长到1972年,在相关性分析和小网格推算法下建立气温和纬度、经度、海拔等地理因子线性回归模型,并于GIS技术支持下,再于蚕桑生产区划指标对绍兴市蚕桑生产进行细网格气候区划相结合，结果显示，气温和经度、纬度和海拔等地理因素有着明显的关系,兴市北部平原地区和诸暨市、嵊州市、新昌县等南部大部分地区适宜蚕桑生产,海拔450m以上地区不适宜蚕桑生产。此区划结果为绍兴市政府及有关部门对于蚕桑生产、发挥区域农业气候优势、减轻农业气象灾害损失起到了指导作用，还为各地农民因地制宜地开展生产提供科学根据。

关键词：
区划
地理信息系统
浙江绍兴
蚕桑
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蚕桑，即养蚕与种桑。中国的蚕桑生产历史悠久，广东、浙江和江苏是中国蚕桑生产的主要地区。蚕桑生产与气象、气候条件密切相关[1]。绍兴市季风气候明显，局地小气候资源丰富，林地面积广阔[2]，具备栽桑养蚕的有利条件，是浙江省蚕桑产业的主要产区之一。综合考虑气候和地理等因子开展农业生态区划，可以为合理布局作物品种、减少生产的盲目性提供科学依据。近年来，有关学者对玉米[3]、水稻[4]、小麦[5]等作物生产气候适宜区划进行了研究，但这些研究大多数是基于单个站点的分析，无法满足精细化、网格化需求。绍兴市地形复杂，气象要素空间分布差异大[6-8]，暴雨洪涝、高温干旱和低温冻害等自然灾害时有发生，对蚕桑生产产生恶劣影响。因此，本研究选取绍兴市2004年开始建设的间距为5km的自动站数据和高分辨率地理数据，利用蚕桑生产与气象条件的关系，在GIS技术支持下开展蚕桑生产精细化气候区划，为利用气候规律合理协调蚕桑生产提供技术支撑。

1、研究区概况

绍兴市位于浙江省中北部、杭州湾南岸，东邻宁波市，南接台州市和金华市，西接杭州市，北隔钱塘江与嘉兴市相望，地理坐标为北纬29°13’35"~ 30°16’30"、东经119°53’03"~121°13’38"。绍兴市地形地貌复杂，土壤类型多样，各类资源丰富，具备栽桑养蚕的天然有利条件，是中国最适宜发展蚕桑业的地区之一。在全市土地面积构成中，山地丘陵占60.5%，台地盆地占22.1%，平原占17.4%。该市属于亚热带季风气候，温暖湿润，四季分明，但洪涝、干旱等常有出现；同时，由于山脉和地势的影响，气候要素具有一定的地域性差异。

2、资料与方法

2.1 资料

文章选用柯桥区、上虞区、诸暨市、嵊州市和新昌县5个国家气象站从1972年建站以来到2011年整编气候资料、66个绍兴市区域自动气象站2007-2011年逐日气温资料以及1：25万绍兴市DEM数据。所有数据均来自绍兴市气象局网络中心。

2.2 日气温资料回推

目前的自动站普遍只有几年的资料积累，不能进行可靠的气候分析；并且常会由于仪器故障等原因造成数据中断，导致资料不连续，影响使用。本文基于支持向量机采用DPS软件提供的支持向量机模块[9]，采用ε-SVR、RBF核函数类型对66个自动站日气温资料进行延长，形成1972-2011年的温度资料数据集。

2.3 细网格气温模型

农业气候资源的空间分布使用以下公式[10-11]计算:Y=Y1+Y2=f(a，b，c)+Y2式中，Y是指气温，Y1是仅受宏观地理因子(纬度a，经度b，海拔高度c)影响的气候因素的结果，一般可拟合出Y1=f(a，b，c)；Y2为微观地理因子(包括局地坡地方位、地形形态、植被、土壤和各种小水体)对Y的订正值。Y2项可以被视为拟合气候方程的残差，即

Y2=Y-Y1

2.4 生产区划指标

考虑到栽桑养蚕对气象条件的要求，将日平均气温稳定通过15℃的初、终日时间长短作为区划的主导因子[12]，划分为3个区。②适宜区:日平均气温稳定通过15℃的初日在4月20日之前，终日在10月20日之后。'次适宜区:日平均气温稳定通过15℃的初日在4月20-25日，终日在10月15-20日。③不适宜区:日平均气温稳定通过15℃的初日在4月25日之后，终日在10月15日之前。

3、结果与分析

3.1 气温模型回推结果

使用ε-SVR、RBF核函数类型，Gamma参数设置采用试错法，即取0.001到0.5，使平均绝对误差值最小。对各自动气象站资料按时间长度对半划分为2部分，一部分作为训练值，另一部分作为拟合值，从而确定平均绝对误差值最小时的Gamma参数，各气象站拟合结果的平均绝对误差值均≤0.5℃。为了验证模型在长序列气温资料延长中的稳定性，分别利用绍兴站气象资料对上虞站气温资料的历史回推、利用新昌站气象资料对嵊州站气温资料的历史回推对模型进行验证，表1显示了1-4月的日平均气温和日最低气温的计算结果。5-12月的日平均气温和日最低气温以及1-12月的最高气温的结果是相同的。支持向量机在温度数据的扩展上具有很好的稳定性和准确性。本文利用支持向量机将各自动气象站日平均气温资料回推到1972年。

3.2 蚕桑生产气候区划

绍兴市、上虞区、柯桥区等北部平原地区和诸暨市、嵊州市、新昌县等南部大部分地区适宜蚕桑生产，新昌县东南部、诸暨市东南部、嵊州市西部和东北部等海拔较高山区不适宜蚕桑生产，适宜区与不适宜区之间的过渡地区为蚕桑生产次适宜区(图1)。

图1 绍兴市蚕桑生产气候空间分布

表1 柯桥站、嵊州站、上虞站、新昌站1-4月资料对模型历史回推验证

4、结论

(1) 气温变化与天气状况之间存在复杂的非线性关系，基于支持向量机的非线性回归组合模型，并在训练中不断优化模型参数，对短序列的自动站气温数据进行延拓，拟合值和实际值平均绝对误差＜0.5℃，验证了气温回推模型的稳定性和准确性，弥补了精细化研究中资料年限不足的缺陷，可为同行同类资料的应用提供借鉴。

(2) 针对推算无测站地区气温的需要，本文采用小网格推算法，综合考虑经度、纬度和海拔等地理因子对小气候的影响，结合GIS技术建立了绍兴市山地立体气温空间分布模型，网格单位大小为100m×100m。利用相关性分析得出，绍兴市日平均气温与地理因子成显著相关，相关系数为0.925。

(3)绍兴市春季常遇低温阴雨天气，回暖期的迟早变化较大，从而造成各地桑叶萌发早晚差异很大；夏季又经常出现高温干旱天气，对各地蚕桑产量影响较大。本文利用GIS技术，在区划时考虑到栽桑养蚕对气象条件的要求，将绍兴市蚕桑生产划分为适宜区、次适宜区和不适宜区，区划结果更精准、更客观，也符合实际布局情况，为更好、更有针对性地调整蚕桑生产布局提供了技术支撑。叠加数字高程数据分析得出，绍兴市大部分地区适宜蚕桑生产，海拔400~450m地区为次适宜区，海拔450m以上地区不适宜开展蚕桑生产。

参考文献：

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