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1研究區概況

江西省地處我國長江中下游南岸,是江南丘陵的重要組成部分,東、南、西三面群山環繞,北面有全國最大的淡水湖—鄱陽湖,素有“六山一水二分田,一分道路和莊園”之稱。江西省地處亞熱帶季風氣候區,降水豐富,光熱充足,雨熱同期,優越的氣候條件和自然資源有利于多種農作物生長,全省以占全國1•74%的國土、2•44%的耕地,生產了全國3•6%的糧食,是我國糧食大省和國家商品糧基地。由于地形復雜多樣,江西省各地氣候差異較大。特別是山區,氣候更是復雜多樣。為了給適應農業結構調整和種植制度變化,降低農業風險、合理布局農業、因地制宜發展區域和時代特色農業等農業生產規劃提供更為科學合理的依據,根據多年歷史觀測氣象資料,對江西省農業氣候資源區劃進行研究,對于江西省農業生產布局的安排具有重要的意義。

2數據與方法

SRTM(shuttleradartopographymission,航天飛機雷達地形測繪使命)是由美國航空航天局、美國國家圖像測繪局以及德國與意大利航天機構共同合作完成,2000年2月11日至22日,通過裝載于“奮進號”航天飛機的干涉成像雷達近11天的全球性作業,得到了全球表面從北緯60°至南緯56°間陸地地表80%面積和95%以上的人類居住區、數據量高達12Tbit的三維雷達數據,然后對雷達數據進行相應的處理,生成的數字高程模型[12]。這一數字地形數據是迄今為止現勢性最好、分辨率最高、精度最好的全球性數字地形數據。SRTM數據覆蓋中國全境,SRTM數據的廣泛覆蓋性和數學基礎的統一性使得其高程數據在涉及地形分析的諸多領域有非常廣泛的應用前景,對陸地表層過程研究有重要的促進作用。由網站/SELEC-TION/inputCoord.asp下載覆蓋于江西省范圍的高程數據,并在Arcgis軟件的支持下拼接并裁剪得到江西省范圍的DEM圖。采用1970~2000年江西省84個縣(市)的氣溫、降水、經緯度、海拔作為農業氣候分區的基礎資料,來源于省氣象局的歷年資料匯編;同時下載江西省范圍的SRTM-DEM數據,并拼接和裁剪制作成江西省數字高程數據。利用ARCGIS軟件的空間插值功能,對84個氣象站點的經緯度進行空間內插,生成經度和緯度的柵格數據文件;在SPSS軟件中利用多元線性回歸方法分別建立平均氣溫、年平均降水與經度、緯度和海拔的統計關系模型。在ARCGIS的空間分析功能支持下,計算江西省年平均氣溫和降水的空間分布。最后,利用ERDAS軟件對年平均氣溫、年均降水進行模糊K均值聚類分析,實現江西省農業氣候區劃。與K均值非監督分類相比較,模糊K均值非監督分類法屬于一種軟劃分方法。K均值聚類認為每個待識別的對象非此即彼,將它們嚴格地劃分到某個類別中,屬于硬劃分方法。而模糊K均值聚類認為每個待識別的對象是模糊“隸屬”某一類別的,按照據隸屬函數計算出的隸屬度將其聚類到某個類別中聚類分析。

3結果與討論

3•1氣溫與降水空間分布

農業氣候資源由于緯度、經度以及地形地貌與下墊面的特性不同,造成了大范圍的光、熱、水資源在空間上有明顯的區域差異,而氣象臺站網大多分布在海拔較低的地區,江西僅有廬山、井岡山兩個高山氣象站。臺站網大多反映了平均區域的氣候資源分布,而江西是一個多山的省份,山地、丘陵廣布,海拔最高達2000m。為客觀反映一個區域內氣候資源的立體分布特征,必須建立空間空間分析模型。因為氣溫和降水地域分布差異與經度、緯度、高程等地理要素相關,其分布與地形特征密切相連。根據它們之間的空間關系,利用84個縣的氣象資料數據建立氣溫、降水與經緯度、海拔之間的空間統計關系模型。在這里通過SPSS軟件,采用多元線性回歸的方法來建立多元回歸模型,分析計算區域內的年平均氣溫和降水的空間分布。氣溫的空間分布模型:T=-0•70736×La+0•19488×Lo-0•00493×El+15•33526(1)降水量的空間分布模型:P=7•74441×La+87•39179×Lo+0•43498×El-8706•901517(2)式中T為年均氣溫(℃);La為緯度(度);Lo為經度(度);El為海拔高度(m);P為年均降水量(mm)。根據(1)和(2)式,利用ARCGIS空間疊加分析功能,計算得到江西省年均氣溫(圖1)和年均降水量(圖2)的空間分布。從(1)式可以看出,江西省平均氣溫自北向南遞增,平原高于山區,平均氣溫變化范圍為16•4~19•8℃。其中贛東北、贛西北邊緣山區和長江南岸一帶年平均氣溫較低,為16•4~17•0℃;贛南盆地年平均氣溫較高,為19•0~19•8℃;其余地區多為17•0~19•0℃。年均降水分布圖表明:江西是多雨的省份,年平均降水量為1300~2000mm之間,降水量南多北少、東多西少。從地區分布來看,九嶺山、懷玉山和武夷山一帶是多雨的地區,年雨量多達1800~2000mm;長江南岸的九江附近和吉泰盆地的吉安附近是少雨地區,但年雨量亦達1400~1500mm;其余大部分地區為1500~1700mm。

3•2農業氣候分區

利用ERDAS遙感圖像處理軟件,對年平均氣溫和降水量柵格圖進行疊加,利用ERDAS軟件中非監督分類模塊對氣候資源參數進行模糊k均值聚類,得到江西省的氣候分區(圖4)。江西省可以劃分為以下6大農業氣候區,如表1所示。

(1)湖泊氣候區:該氣候區地勢低平,港汊縱橫,草洲灘地成片,池沼水田相連,土壤深厚肥美,氣候濕潤,灌溉便利,宜于水稻種植、放牧和水產養殖,被譽為江南的“魚米之鄉”。本區農業氣候條件好,光熱條件充足,春末夏初多雨,秋季干旱,無霜期長,易夏澇秋旱。

(2)平原盆地氣候區:鄱陽湖平原外側海拔在50~100m之間,紅色丘崗,波浪起伏,經千百年勞動人民的開墾,開辟為大片的水旱梯田丘陵盆地自然條件較好,宜于農、林、牧、漁各業生產。該氣候區的中南部為河流階地、丘陵和盆地交錯,地勢呈波狀起伏,坡度較緩,亦有中低山零星分布。由于有大量荒地可供墾殖,本區農業生產發展潛力大。本區光熱條件好,年平均日照數約1800h,雨期集中,氣候災害有低溫、干旱。

(3)贛西北中低山丘陵氣候區:幕阜山、九嶺山侵蝕中山副區,以開拓水電和林業為主;宜豐、高安侵蝕丘陵副區,以發展糧食和經濟作物為主。廬山即拔起于幕阜山東延余脈。區內山峰連綿逶迤、峰峭谷險、澗深流急,森林和水利資源十分豐富。本區光熱條件較好,冬冷夏熱,≥10℃積溫高,氣候災害有春寒、伏旱。

(4)贛東低山丘陵氣候區:區內氣候溫和,降水充沛,河谷兩岸和盆地則適宜于耕作業,主要農作物有水稻、油菜、早熟梨等,宜于發展經濟林木。

(5)山地氣候區:這里森林廣布,植物資源豐富。山地丘陵覆蓋著豐富的林木、茅竹、油茶等經濟林木;這里分布著大片草山草坡,是發展牛、羊等食草動物的良好場所;在一些海拔較低的地區開墾梯田,也有農田耕作業。(6)高山氣候區:該區是最特殊的一個氣候區域,平均海拔最高,平均氣溫最低,降雨量最為豐富,涼爽的氣候,豐富的降水,高山霧靄都是優質茶葉的理想生長環境。例如井岡山翠綠茶,廬山云霧茶。

4小結與展望

通過對農業氣候資源空間分布特征的模擬,并結合GIS的空間分析功能,能夠有效實現地形復雜的地區的農業氣候資源區劃。文中使用的SRTM-DEM數據能夠方便地從網絡上獲取,為這種與地形因子有較大相關關系的生態、環境與資源參數的區域化提供了方便。文章利用降水、氣溫與海拔高的關系,實現了江西省氣溫與降水的柵格化。遙感影像處理軟件中的影像分類模塊主要用于影像的模式識別,能夠很方便的處理柵格數據,將遙感影像處理軟件中非監督分類功能應用于資源區劃分析,得到合理的結果,是有意義的嘗試。盡管氣溫與降水是影響農業結構布局和生產布局的重要農業氣候資源,但是其他如太陽凈輻射、日照時數、>0℃或>10℃積溫等也是影響農作物生長的主要因子。雖然這些因子與氣溫之間有顯著的相關性,但是本文沒有考慮這些因素顯得并不全面,有待今后進一步深入研究。