【畢業(yè)學(xué)位論文】(Word原稿)使用GIS技術(shù)對我國東北地區(qū)的氣候變化及其對作物生產(chǎn)潛力的影響進(jìn)行研究-氣象學(xué)

I 摘 要 在全球氣候變暖背景下，氣候?qū)r(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力的影響越來越明顯。為了研究氣候變化對我國農(nóng)業(yè)的影響， 本論文收集 了我國 東北地區(qū) （黑龍江、吉林和遼寧三?。?72 個 氣象 站點 的光、熱、水 等氣象資料和作物的生長發(fā)育期及產(chǎn)量資料， 使用 術(shù)，分析了我國 東北地區(qū) 19612004 年的 太陽輻射、溫度、降水等 農(nóng)業(yè)氣候資源的時空演變特征，以 “機制法” 為 基礎(chǔ) ， 對作物生產(chǎn)潛力模型進(jìn)行了光、溫、水的逐級訂正，估算了 該區(qū) 玉米、水稻和大豆生長季的光合、光溫和氣候生產(chǎn)潛力。 研究結(jié)果 表明 ：（ 1） 44 年來太陽輻射呈減少趨勢 ； 年總輻射值 及 作物生長季的太陽總輻射值呈現(xiàn)由東向西逐漸增加的趨勢 ，太陽日照時數(shù)時空變化與總輻射變化大致相同。（ 2）年穩(wěn)定通過 10 持續(xù)日數(shù)和活動積溫及生長季月平均氣溫 在44 年中 都 呈上升趨勢 ； 穩(wěn)定通過 10 的持續(xù)日數(shù)和活動積溫及生長季月平均氣溫均呈現(xiàn) 由 西 南向 東 北逐漸減少 的情況 。 （ 3） 從 1961 年至 2004 年，全 年及生長季降水量 呈減少趨勢 ；年降水量的空間分布呈現(xiàn)由南向北減少的情況，最高值主要集中在遼寧東部 ；各 省 西部地區(qū) 均 為降水缺乏區(qū)域，降水的地區(qū)差異大； 44 年中 降水集中指數(shù)明顯減小。（ 4）由于太陽輻射的減少導(dǎo)致作 物的光合生產(chǎn)潛力下降，但由于溫度的明顯上升，作物的光溫生產(chǎn)潛力和氣候生產(chǎn)潛力呈不同程度的上升趨勢。 各地光合生產(chǎn)潛力 空間 差異不大 ， 光溫 生產(chǎn) 潛力呈由西向東減少的趨勢，氣候 生產(chǎn) 潛力呈由南向北減少的趨勢。 （ 5）玉米氣候增產(chǎn)潛力高值區(qū)主要在遼寧省，水稻氣候增產(chǎn)潛力最大區(qū)在東北三省西部及牡丹江與延吉一帶，大豆氣候增產(chǎn)潛力高值區(qū)在遼寧大部及吉林省延吉一帶。 各地主要作物農(nóng)業(yè)自然資源利用率差別較大，糧食增產(chǎn)潛力大的地區(qū)，資源利用率水平不高。 關(guān)鍵詞： 氣候變化； 生產(chǎn)潛力； 氣候資源利用； 北地區(qū) of on a is to In to of on we as an 2 as as of we of 961 004 we on of of as 1) of a 961 004, of an to of of to of (2) 10 , in in an 4 in a to (3) a of in a to in of in of a in 4 of (4)in a to a to an in in a to a to (5) of of of of in of of in in of in in a a of of 錄 第一章 前 言 . 1 1 選題依據(jù) . 1 候變化成為影響糧食生產(chǎn)和糧食安全的重要因子 . 1 力推廣資源節(jié)約型農(nóng)業(yè)的需要 . 2 2 研究意義 . 2 候變化對農(nóng)業(yè)的重要性 . 2 候變化對東北農(nóng)業(yè)的影響 . 3 術(shù)在研究作物生產(chǎn)潛力方面的優(yōu)勢 . 4 3 研究進(jìn)展 . 5 業(yè)生產(chǎn)潛力研究進(jìn)展 . 5 北地區(qū)氣候變化研究進(jìn)展 . 7 業(yè)資源利用相關(guān)進(jìn)展 . 8 4 研究的主要內(nèi)容 . 8 5 研究特色 . 9 第二章 資料與方法 . 10 1 資料來源 . 10 象數(shù)據(jù) . 10 礎(chǔ)數(shù)據(jù) . 10 2 研究方法 . 11 第三章 太陽輻射能的計算及時空變化 . 13 1 太陽輻射值計算公式的推導(dǎo) . 13 法介紹 . 13 V 算結(jié)果 . 14 2 太陽輻射的時空變化 . 15 陽輻射的空間分布 . 15 陽輻射的時間演變 . 16 3 日照時數(shù)的時空變化 . 16 照時數(shù)的空間分布 . 17 照時數(shù)的時間演變 . 18 第四章 熱量資源的時空變化 . 19 1 穩(wěn)定通過 10持續(xù)日數(shù)的時空變化 . 19 定通過 10持續(xù)日數(shù)的空間分布 . 19 定通過 10持續(xù)日數(shù)的時間演變 . 20 2 穩(wěn)定通過 10的積溫的時空變化 . 21 定通過 10積溫的空間分 布 . 21 定通過 10積溫的時間演變 . 21 3 生長季平均溫度的時空變化 . 22 長季平均溫度的空間分布 . 22 長季平均溫度的時間演變 . 23 第五章 水分條件的時空變化 . 24 1 年降水量的時空變化 . 24 降水量的空間分布 . 24 降水量的時間演變 . 25 2 生長季降水量的時空變化 . 25 長季降水量的空間分布 . 25 長季降水量的時間演變 . 26 穩(wěn)定通過 10期間降水的時空變化 . 27 定通過 10期間降水的空間分布 . 27 定通過 10期間降水的時間演變 . 27 4 降水集中指數(shù)的分布情況 . 28 第六章 作物生產(chǎn)潛力的時空變化 . 30 1 各級生產(chǎn)潛力的計算 . 30 2 不同作物生產(chǎn)潛力的時空變化 . 32 物生產(chǎn)潛力的空間分布 . 32 合生產(chǎn)潛力的空間分布 . 32 溫生產(chǎn)潛力的空間分布 . 32 候生產(chǎn)潛力的空間分布 . 33 物生產(chǎn)潛力的時間演變 . 37 合生產(chǎn)潛力的時間演變 . 37 溫生產(chǎn)潛力的時間演變 . 38 候生產(chǎn)潛力的時間演變 . 39 第七章 作物增產(chǎn)潛力及資源利用率分析 . 41 1 作物氣候增產(chǎn)潛力的空間變化 . 41 2 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對資源轉(zhuǎn)化率的分析 . 43 第八章 結(jié)論與思考 . 45 1 結(jié)論 . 45 2 思考 . 47 參考文獻(xiàn) . 49 致 謝 . 錯誤 !未定義書簽。 個人簡介 . 錯誤 !未定義書簽。 1 第一章 前 言 人類進(jìn)入 20 世紀(jì)以來，經(jīng)濟得到了飛速發(fā)展，農(nóng)業(yè)也先后經(jīng)歷了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和可持續(xù)農(nóng)業(yè)階段，但 隨著人口的迅速增長，人口、資源、環(huán)境的矛盾日益 激化，人均糧食消費量的增加以及耕地面積的 不斷 縮減，糧食安全問題 越來越 突出。未來我國人口高峰將達(dá) 15 億 16 億人，預(yù)計糧食需求總量 將 達(dá)到 6 億 噸左右，而我國當(dāng)前糧食生產(chǎn)能力在 5 億 噸 左右，相差 1 億 噸 1。如何挖掘潛力、提高產(chǎn)量是可持續(xù)發(fā)展的重要課題。 經(jīng)濟全球化的加速和中國加入 對弱勢產(chǎn)業(yè)的農(nóng)業(yè)發(fā)展帶來更大的壓力和挑戰(zhàn)。同時，由于全球氣候的變化， 勢必會引起與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有關(guān)的農(nóng)業(yè)氣候資源在數(shù)量、 質(zhì)量上的 時間和空間變化， 加大了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不穩(wěn)定性，從而 使我國農(nóng)業(yè)發(fā)展又面臨新的考驗。 從已經(jīng)觀測到的數(shù)據(jù)分析來看，氣候變化的影響 是 顯著的、多方面的。各個領(lǐng)域和地區(qū)都存在有利和不利影響，但多數(shù)以不利影響為主。 最新的 氣候變化國家評估報告 就指出氣候變化將對中國的農(nóng)業(yè)產(chǎn)生重大影響，如果不采取任何措施，到 2030 年， 中國種植業(yè)生產(chǎn)能力在總體上可能會下降 5 10 。氣候變化將影響 到 我國長期的糧食安全 2。 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的糧食安全，資源安全及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)等越 來 越成為困擾我國農(nóng)業(yè)發(fā)展和國家安全的重要問題。因此，我們要十分關(guān)注農(nóng)業(yè)的發(fā)展，重視糧食作物生產(chǎn)潛力的研究。 由于影響農(nóng)作物的產(chǎn)量有多方面的因素，農(nóng)作物的實際產(chǎn)量可以看作是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)、土壤、肥料、品種特性與氣候條件綜合作用的結(jié)果。如果在目前條件下的人為可控因子（農(nóng)業(yè)技術(shù)、土肥、品種等）處于最有利狀態(tài)，那么氣候便成為決定一個地區(qū)農(nóng)作物最高產(chǎn)量的因子 3。 氣候生產(chǎn)潛力是 評估土地資源生產(chǎn)力和制訂農(nóng)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的重要依據(jù)。在研究氣候變化對農(nóng)業(yè)、土地人口承載力和土地利用的影響時，必然要考慮氣候變 化對氣候生產(chǎn)潛力的影響。 為此， 本文選擇我國典型的 具有戰(zhàn)略意義的 商品糧基地東北三省， 利用 術(shù) 估算了 當(dāng)?shù)刈罹叽硇缘?幾種 糧食作物 生長季 的潛力 值，分析了不同作物 氣候生產(chǎn)潛力 的時空變化情況 ，對比分析了氣候生產(chǎn)潛力與作物實際單產(chǎn)之間的差距， 對區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力與資源利用效率進(jìn)行了探討 ，以期為 正確進(jìn)行農(nóng)作物品種布局、合理調(diào)整種植結(jié)構(gòu)、制定農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的適應(yīng)性對策、提高農(nóng)業(yè) 氣候資源的高效利用乃至農(nóng)業(yè) 資源綜合開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。 1 選題依據(jù) 候變化 成為 影響 糧食 生產(chǎn)和糧食 安全 的重要因子 由于 人口、糧食和資源的矛盾日益加劇 ，糧食安全問題也日益突出。 特別是隨著 當(dāng)前全球氣候不斷變化 ， 光、熱、水等氣候資源都發(fā)生了明顯變 異 ， 直接影響 到 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)， 對國家的糧食 生產(chǎn) 安全帶來威脅 。 而作物生產(chǎn)潛力正好反映了光、熱、水氣候資源與作物生產(chǎn)之間的關(guān)系 。 事實證明， 氣候變化導(dǎo)致了我國北方干旱受災(zāi)面積加大、南方洪澇災(zāi)害加重。 由于氣候變暖使作物發(fā)育期提前、抗寒性減弱，從而加大了春季霜凍的危害；加上局部干旱高溫危害加重，都增加了農(nóng)業(yè) 2 生產(chǎn)的 不穩(wěn)定性， 使 產(chǎn)量的波動增大。 有研究表明， 氣候的明顯增溫使東北地區(qū)東小麥種植北界明顯北移西延，玉米晚熟品種的種植面積不斷擴大， 有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。 如果東北地區(qū)未來氣候繼續(xù)變暖，降水也發(fā)生新的變化，必然對我國這個重要的糧食生產(chǎn)基地的農(nóng)業(yè)發(fā)展造成深 遠(yuǎn) 影響。 通過研究 氣候變化及其對 作物生產(chǎn)潛力 的影響 ，可以了解一個地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受氣候變化的影響情況。 弄清 東北地區(qū) 的 區(qū)域 作物生產(chǎn)潛力 及其時 空 變化規(guī)律 ，對評價該地區(qū)的 過去和未來的 糧食生產(chǎn)能力，進(jìn)而指導(dǎo)糧食生產(chǎn) 規(guī)劃和布局 具有重要的 實際 意義 。 力推廣資源節(jié)約型農(nóng)業(yè) 的需要 目前，資源短 缺與資源浪費現(xiàn)象并存是制約我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的一個突出問題 。雖然我 國農(nóng)業(yè)自然資源絕對量大，但面對不斷增長的人口，人均相對量更少， 加之 目前我國農(nóng)業(yè)資源利用方式仍然是粗放型的，農(nóng)業(yè)自然資源利用率低下，浪費嚴(yán)重，已成為我國農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的重要制約因素。 對發(fā)展中國家而言，資源的有效利用以及適應(yīng)能力的建設(shè)尤為重要。 中共中央國務(wù)院 2007 年“一號文件”就指出，要 發(fā)展農(nóng)業(yè)就要 提高資源的利用率。 對有限的自然資源而言， 只有對資源的利用狀況有個詳細(xì)深入的了解，才能找出問題 ， 充分利用有限資源 。所以說，提高農(nóng)業(yè)自然資源的利用效率是 中國農(nóng)業(yè) 可持續(xù)發(fā)展的保障，也是構(gòu)建和諧社會，建設(shè)社會主義新農(nóng)村的需要。 2 研究意義 候變化對農(nóng)業(yè)的重要性 農(nóng)業(yè)是一種生物的自然和經(jīng)濟再生產(chǎn)過程，除了社會經(jīng)濟和技術(shù)因素外，還受自然環(huán)境尤其是氣候生態(tài)條件的制約。農(nóng)業(yè)類型的分布、產(chǎn)量的豐歉和品質(zhì)的優(yōu)劣，都與土地類型和氣候要素有關(guān)。 氣候為生物提供了光、熱、水、空氣、風(fēng)等能量和物質(zhì)資源，是進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自然資源之一。氣候資源在數(shù)量、質(zhì)量及組合特征上有很大的地域差異；在時間變化上又有明顯的季節(jié)和年際變化性。農(nóng)業(yè)是對氣候變化反應(yīng)最為敏感的部門之一， 各種農(nóng)業(yè)氣候資源的數(shù)量及其匹 配對農(nóng)業(yè)布局、種植制度、作物種類及農(nóng)業(yè)產(chǎn)量有著密切關(guān)系。 氣候作為基礎(chǔ)資源和植物生存條件，在生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用。對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)而言，氣候變化通過改變農(nóng)作物生長發(fā)育過程中光照、熱量 、水分 ，以及光熱和水分的匹配狀況影響其生產(chǎn)力。氣候的變化，往往是制約地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展，特別是農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要因素，尤其在全球氣候 變暖 的情況下，充分認(rèn)識和掌握氣候變化規(guī)律，科學(xué)合理利用氣候資源，對發(fā)展農(nóng) 業(yè) 經(jīng)濟，構(gòu)建和諧的社會主義新農(nóng)村是十分重要的。 根據(jù)政府間氣候變化委員會（ 三次評估報告，大氣中 經(jīng)從工業(yè)革命前 (1800 年 )的 280升 /升 )上升到 1999 年的 367約增長了26%，近 40 年間增長了 13%。目前， 以每年 速率繼續(xù)增加。 即使把人為的 放速率控制在 1990 年的水平，到 2050 年 15 21 世紀(jì)末 60室氣 3 體的增加 可能是 全球氣候 變暖的重要原因。 在全球 氣候 變化背景下，我國的氣候也將發(fā)生變化。 有關(guān)研究表明，我國的氣候變化趨勢與全球氣候的總趨勢是基本一致的。同時， 告認(rèn)為全球氣候變 化對農(nóng)業(yè)會產(chǎn)生重大影響，特別對那些適應(yīng)能力差，生產(chǎn)異常脆弱地區(qū)的農(nóng)業(yè)十分不利 4針對氣候變化對農(nóng)業(yè)的可能影響，迫切需要更加深入地了解我國氣候與農(nóng)業(yè)的關(guān)系；掌握農(nóng)業(yè)氣候資源的現(xiàn)狀、變化趨勢以及對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力布局的影響； 在氣候不斷變化的背景下研究作物的氣候生產(chǎn)潛力，弄清該地的氣候生產(chǎn)潛力水平和光、熱、水資源的配合協(xié)調(diào)的程度，了解不同要素對生產(chǎn)力影響的大?。?合理利用農(nóng)業(yè)氣候資源 ， 制訂 農(nóng)業(yè)規(guī)劃和生產(chǎn)布局；運用氣候規(guī)律來提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力及防災(zāi)減災(zāi)、趨利避害，進(jìn)而實現(xiàn) 我國農(nóng)業(yè)的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效 、安全、生態(tài) 和可持續(xù)發(fā) 展，降低農(nóng)業(yè)對氣候的脆弱性，確保我國糧食生產(chǎn)安全。 候變化對東北農(nóng)業(yè)的影響 東北地區(qū) 主要包括 黑龍江、吉林、遼寧三省 （圖 總土地面積 7870 萬公頃，其中耕地 公頃，占全國耕地的 8，是 我國具有戰(zhàn)略意義的商品糧基地 ， 糧食區(qū)際商品量和商品率均居全國首位 ， 每年為國家提供 30003500 萬 噸 商品糧。據(jù)有關(guān)研究預(yù)測 9， 若按人 均需求 400 公斤 計 算 ， 東北地區(qū)外調(diào)糧食到 2010 年可以滿足 人的需求 ， 到 2030 年可滿足 即東北地區(qū)提 供的糧食可滿足我國 50 新增人口的需求。隨著我國糧食生產(chǎn)重心進(jìn)一步由南方向北方和由東西部向中部地區(qū)推移 ， 東北地區(qū)糧食生產(chǎn)在國家糧食安全戰(zhàn)略體系中地位將會更加重要 10。 圖 研究的區(qū)域分布 北地區(qū)位處 38 N 54 N， 119 E 133 E 之 間，其地勢特征是東北西三面被山地環(huán)繞，中部為大平原。山地海拔高度一般在 500 1000 米之間，其中最高峰位于長白山白云峰（海拔 2691 米）；中部的東北大平原海拔高度一般在 300 4 米以下，三江平原更低（最低處僅 34 米）。因為受這種地理環(huán)境的影響，使得這一地區(qū)的溫 度 分布除隨緯度增加而降低以外，同緯度地區(qū)中部平原溫 度 較高，東部山區(qū)較低。由于受地理位置的影響，該區(qū)域內(nèi)太陽輻射高于我國同緯度其它地區(qū)，但由于緯度高，生長季較短，生長季內(nèi)的太陽輻射又普遍小于我國同緯度的其它地區(qū)。 東北地區(qū) 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為一熟制，該區(qū)南部地區(qū)也可一年兩熟或兩年三熟。在種植業(yè)結(jié)構(gòu)中，作物以玉米、水稻、大豆為主。其中玉米約占全國總產(chǎn)量的 40，在全國占有十分重要的地位；經(jīng)濟作物 大豆既是糧食作物又是油料作物，同時還是重要的副 食原料，占全國總產(chǎn)量的 40 ； 東北稻區(qū)屬單季稻作帶，盡管面積不大，僅占全國稻田總面積的 但本區(qū)糧食單產(chǎn)較高，稻谷產(chǎn)量約占全國稻谷產(chǎn)量的 3。由于東北地區(qū)屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，地理環(huán)境復(fù)雜，各地氣候、土壤等農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境條件的地理差異較大，各地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展水平仍不平衡，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力尚未充分發(fā)揮出來。 在氣候變暖的影響研究中，東北地區(qū)因其緯度偏高，增暖明顯，降水量減少，干旱顯著增加，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受到 較 大影響 11。 其影響集中表現(xiàn)在三個方面 ：農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不穩(wěn)定性增加，產(chǎn)量波動大；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局和結(jié)構(gòu)將出現(xiàn)變動， 作物種植制度可能發(fā)生較大變化；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件的改變，增加了農(nóng)業(yè)成本和農(nóng)業(yè)投資的幅度 ，對當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響顯著。 有 研究表明： 20 世紀(jì) 80 年代以來東北地區(qū)春季提前，生長季延長、生長季內(nèi)總積溫增加、 10積溫帶北移，玉米和水稻晚熟品種的種植范圍出現(xiàn)北移和東擴 12。 目前，對 東北地區(qū)氣候變化的影響研究 大多是 對增溫的正效應(yīng)關(guān)注較多，而且就 氣候變化對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的研究 來看，也多是利用各 種模式模擬 不同情況下 未來氣候變化對 作物產(chǎn)量的影響， 對 于 過去農(nóng)業(yè)氣候資源的綜合演化 情況研究還不夠。 在我國季風(fēng)性氣候特征明顯、氣候變率較大的前提 下，如何客觀地評 價 東北 氣候變 暖 對我國東北地區(qū)農(nóng)業(yè) 生產(chǎn)造成的影響及氣候資源的 變化趨勢和 利用情況 ， 分析這種變化對農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)潛力造成的影響， 為制定合理的農(nóng)業(yè)種植制度 ，使 農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整 向縱深推進(jìn)， 為實現(xiàn) 優(yōu)質(zhì) 高產(chǎn)高效農(nóng)業(yè)提供科學(xué)的理論依據(jù) 。 正是本 論文研究的 主旨所在 。 術(shù)在研究作物生產(chǎn)潛力方面的優(yōu)勢 隨著全球化、網(wǎng)絡(luò)化和知識經(jīng)濟的日益發(fā)展 ， 地理信息系統(tǒng)作為應(yīng)用領(lǐng)域的工程技術(shù)和跨越信息科學(xué)、地球科學(xué)和空間科學(xué)的應(yīng)用基礎(chǔ)科學(xué) ， 其意義和價值已被認(rèn)同。近年來 ， 我國的 術(shù) 正迅猛地由實驗室走向產(chǎn)業(yè)化和社會化 ， 由設(shè)備引進(jìn)、技術(shù)克隆走向自主開發(fā)、知識創(chuàng)新的新階段。 地理信息系統(tǒng)（ 一種決策支持系統(tǒng)，它具有信息系統(tǒng)的各種特點（ 如 數(shù)據(jù)采集、管理、分析和表達(dá)數(shù)據(jù)能力的系統(tǒng) ，它能夠為單一的或有組織的決策過程提供有用的信息）。它是一門以數(shù)據(jù)庫、圖論、拓?fù)鋵W(xué)、圖像處理、人工智能、虛擬現(xiàn)實及計算機地形學(xué)等多門學(xué)科綜合的交叉科學(xué)，是描述、存儲、分析和輸出空間信息的理論和方法的一門新興的高新技術(shù)；另一方面，地理信息系統(tǒng)是一個技術(shù)系統(tǒng)，是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，采用 地理模型分析方法，適時提供多種空間的和動態(tài)的地理信息，為地理研究和地理決策服務(wù)的計算機技術(shù)系統(tǒng)。 5 地理信息系統(tǒng) 具有 三大 基本 特征 ： 第一，具有 空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的 采集、管理、 查詢、 分析和輸出多種地理信息的能力， 支持矢量和柵格兩種數(shù)據(jù)模型，可方便地相互轉(zhuǎn)化，為多源數(shù)據(jù)的有機整合提供了可能 ， 具有空間性和動態(tài)性；第二，由計算機系統(tǒng)支持進(jìn)行空間地理數(shù)據(jù)管理，并由計算機程序模擬常規(guī)的或?qū)ｉT的地理分析方法，作用于空間數(shù)據(jù)，產(chǎn)生有用信息，完成人類難以完成的任務(wù)；第三，計算機系統(tǒng)的支持是地理信息系統(tǒng)的重要特征，因而使得地理信息 系統(tǒng)能以快速、精確、綜合地對復(fù)雜的地理系統(tǒng)進(jìn)行空間定位和過程動態(tài)分析。 由于地理信息系統(tǒng)所具有的這些優(yōu)勢， 使得研究人員在地理信息系統(tǒng)支持下能夠方便的提取地理系統(tǒng)各 個 不同側(cè)面、不同層次的空間和時間特征，也可以快速地模擬自然過程的演變或思維過程的結(jié)果，取得地理預(yù)測或“實驗”的結(jié)果，選擇優(yōu)化方案，用于管理與決策。地理信息系統(tǒng) 發(fā)展迅速， 目前已被廣泛應(yīng)用于資源管理、農(nóng)業(yè)區(qū)劃、環(huán)境監(jiān)測、城市規(guī)劃等許多領(lǐng)域 。 農(nóng)業(yè)氣象中正得到充分應(yīng)用，但在我國糧食生產(chǎn)研究中應(yīng)用 得還不多 。正是由于 特有的空間分析、動態(tài)預(yù)測與提供 決策支持的功能 ,為我們運用 術(shù)來分析和評價氣候生產(chǎn)潛力提供了很 大 的便利， 成為 研究區(qū)域性糧食生產(chǎn)潛力的有效手段 13。 因此 ， 使用 術(shù)對我國東北地區(qū)的氣候變化及其對作物生產(chǎn)潛力的影響進(jìn)行研究，對提高農(nóng)業(yè)氣候資源利用效率， 保證 東北地區(qū)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)高效農(nóng)業(yè)提供理論依據(jù)和科學(xué)指導(dǎo)具有重要的現(xiàn)實意義和應(yīng)用價值。 3 研究進(jìn)展 業(yè)生產(chǎn)潛力研究進(jìn)展 農(nóng)業(yè) 生產(chǎn)潛力 ，也稱理論潛力 ，它是指在其它一切條件（包括作物品種、土壤、耕作技術(shù)等）都能充分 滿足和發(fā)揮最大效能的情況下，現(xiàn)今氣候條件所能允許的作物 單產(chǎn)上限。對糧食生產(chǎn)來說， 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力的研究主要包括：光合 生產(chǎn)潛力 、光溫 生產(chǎn)潛力和 氣候生產(chǎn)潛力。 對生產(chǎn)潛力的 研究 最早可以追溯到 1840 年 德國化學(xué)家 出的“最小因子律” (of 他在研究干物質(zhì)生產(chǎn)量與營養(yǎng)物質(zhì)間供需關(guān)系時，從光能利用與同化 14。 20 世紀(jì) 20 年代初，國外一些學(xué)者利用量子效率理論研究光合作用過程，認(rèn)為作物生產(chǎn)潛力的大小最終取決于光照的多少及光能利用效率的高低。 20 世紀(jì) 60 年代，量子效率法計算光合生產(chǎn)潛力的研究取得了 很大進(jìn)展，美國的 從作物的光合效率及干物質(zhì)生產(chǎn)潛力的角度作了大量研究工作，利用量子效率概念進(jìn)行了生產(chǎn)潛力研究，提出生物生產(chǎn)量 ( )與太陽總輻射 ( )之間的估算模式，而且從理論上推算出作物最大光能利用率為 5% 6%，但由于光合潛力未涉及其它因素，如溫度和降水對產(chǎn)量潛力的制約作用，而僅考慮了光合作用，因此，計算結(jié)果偏高，與實際產(chǎn)量相差甚遠(yuǎn) 15。考慮到溫度對光合生產(chǎn)潛力的影響，許多學(xué)者把光溫生產(chǎn)潛力作為理論上限，用溫度影響函數(shù)對光合生產(chǎn)潛力進(jìn)行校正，研究光溫生產(chǎn)潛力 。 推薦 了 赫寧根）模型和農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)域 (，對光溫生產(chǎn)潛力研究較為深入，其思路和方法框架被世界不同區(qū)域采用。 6 此后作物生產(chǎn)力研究逐步轉(zhuǎn)向氣候生產(chǎn)潛力，即把光照、溫度、降水等因素綜合考慮進(jìn)去探討作物生產(chǎn)潛力。 從作物生產(chǎn)與水分有效利用的關(guān)系提出各種計算模型 16。由于水分因素與作物生產(chǎn)力關(guān)系的復(fù)雜性，以及相關(guān)參數(shù)獲得的難度與精確性等問題，氣候生產(chǎn)潛力的研究在總體思路上雖已成型，但研究成果的差異性比較以及可靠性程度存在問題較多。 20 世紀(jì) 80 年代，作物生產(chǎn)潛力的研究得到進(jìn)一步的 補充和完善，并在實踐中得到應(yīng)用。 對氣候生產(chǎn)能力的有限性做了深入的研究。德米季洛伊科提出了有效降水量的概念，并建立了水分效應(yīng)模型 17。切卡沙尼卡提出了 度對產(chǎn)量的訂正公式 18。櫻谷哲夫從生理角度論述了作物蒸散與其生產(chǎn)潛力的關(guān)系 19。 之后 將作物生長模型與 術(shù)結(jié)合，分析了區(qū)域生產(chǎn)力，并提出優(yōu)化的生產(chǎn)措施，如良種選擇、最佳播種日期確定、灌溉計劃制定等。他們的研究表明，通過與 術(shù)的結(jié)合，可以擴大作物模型的應(yīng)用范圍。因為術(shù)不僅可以定量表征區(qū)域環(huán) 境特性，而且能夠揭示生產(chǎn)力的區(qū)域分布特征、以及存在的問題 ,從而通過與作物模型的結(jié)合，評估不同管理情景下的生產(chǎn)力，為農(nóng)業(yè)管理或區(qū)域規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù) 20。 在國內(nèi)，任美鍔 于 1950 年 首先提出了作物生產(chǎn)潛力的問題 21， 1964 年 竺可楨從氣候角度探討了作物生產(chǎn)潛力，指出了光能利用效率的提高對作物單產(chǎn)的貢獻(xiàn) 22。此后黃秉維根據(jù)作物光合潛力過程中的能量轉(zhuǎn)換，提出了計算光合生產(chǎn)潛力的計算公式，即光合生產(chǎn)潛力是太陽總輻射與換算系數(shù)的乘積 23。換算系數(shù)是考慮能量轉(zhuǎn)換系數(shù)與光能利用率后得出的。該公式首次以定量方 法研究了我國輻射資源狀況，指出了對光能利用的上限，得到廣泛應(yīng)用。 在光溫生產(chǎn)潛力的基礎(chǔ)上陳明榮、侯光良等采用自然降水訂正法對不同地區(qū)的光溫生產(chǎn)潛力進(jìn)行訂正 ,估算出光熱水生產(chǎn)潛力 24,25。田國良、于滬寧、趙名茶、李世奎等諸多學(xué)者從不同的角度研究了氣候生產(chǎn)潛力 ， 并對我國氣候生產(chǎn)潛力的空間分布進(jìn)行了有益的探討 26 在氣候變化對作物生產(chǎn)潛力的影響研究方面，張強研究了黃土高原地區(qū)氣候變化對玉米生產(chǎn)潛力的影響 30。楊恒山對 內(nèi)蒙古哲里木 盟近 45 年的作物光能、光溫和氣候生產(chǎn)潛力的變化趨勢進(jìn)行了研究，并 對玉米、水稻、大豆、高粱 4 種作物的生產(chǎn)潛力變化進(jìn)行了對比分析 31。張愛民等應(yīng)用回歸統(tǒng)計模型研究了淮河流域作物氣候生產(chǎn)潛力 32。楊文坎運用純數(shù)理統(tǒng)計的方法研究了越南北方水稻生產(chǎn)的影響 33。王素艷等采用逐步訂正法，從水分平衡角度，用數(shù)理模式研究了氣候生產(chǎn)潛力 34。黃志英等人從雨 養(yǎng) 和灌溉兩個系列研究了河北省小麥、玉米的氣候生產(chǎn)潛力 35。 趙艷霞等采用 光溫生產(chǎn)潛力和氣候生產(chǎn)潛力的計算方法，計算黃土高原不同地區(qū) 1960 2000年近 406。 在未來氣候變 化對作物生產(chǎn)潛力的估算方面，金之慶等考慮 出北方冬小麥變化趨勢 37。石春林和張宇等分別運用 型研究了氣候變化對作物生產(chǎn)潛力的影響 38,39。林而達(dá)等利用中國隨機天氣模型將氣候模式與 型相連接，模擬了未來氣候情景下我國主要水稻產(chǎn)區(qū)產(chǎn)量的變化趨勢 40。王宗明運用 型對黃土塬區(qū)作物生產(chǎn)潛力進(jìn)行了初步研究 41。周治國 和周留根 基于知識模型和 術(shù) 分別 對江蘇地區(qū)作物 7 的氣候生產(chǎn)潛力 和棉花生產(chǎn)潛力 進(jìn)行了分析和評價 42,43。 封志 明基于 術(shù)對甘肅省的作物生產(chǎn)潛力進(jìn)行了分區(qū) 研究 44。劉引鴿和吳志杰 分別利用逐級訂正法和 術(shù)對 關(guān)中平原和 漳州市的土地生產(chǎn)潛力 進(jìn)行 了分析評價，將潛力研究由氣候生產(chǎn)潛力推進(jìn)到了土地潛力層面 45,46。 評價一種模型的優(yōu)劣是與模擬結(jié)果精度要求和應(yīng)用目的相聯(lián)系的。國外采用的先進(jìn)方法基本上是借用計算機技術(shù)和田間試驗進(jìn)行作物生長動態(tài)及產(chǎn)量形成模擬，剖析農(nóng)田水分與生產(chǎn)力的量化關(guān)系；而我國則以潛力分析數(shù)學(xué)模型、動態(tài)模擬、田間潛力試驗等結(jié)合探討。總體來看，農(nóng)田作物生產(chǎn)潛力的研究經(jīng)歷了從光合潛力到光溫潛力，再 到氣候潛力和土地潛力的發(fā)展歷史，內(nèi)容日趨完善，范圍愈加廣泛。隨著研究手段的不斷提高，作物生產(chǎn)潛力研究將由靜態(tài)描述走向動態(tài)模擬，由單一因素走向多因子綜合因素研究 47。 由于 以將時間作為第四維空間進(jìn)行考慮，把基于機理過程的作物生長模型 (即隨時間而發(fā)生的變化 )結(jié)合進(jìn)來，將有利于對作物生長過程中的時間和空間變量進(jìn)行分析 48。 作物動態(tài)生長模型與地理信息系統(tǒng)的結(jié)合也成為了研究作物生產(chǎn)潛力 較為理想的 一個新的發(fā)展趨勢 49 隨著世界對糧食生產(chǎn)潛力研究的拓展和深入，西方傳統(tǒng)作物的微觀模型在中國應(yīng)用存在 參數(shù)設(shè)定適合度的缺陷，比如以往主要采用 業(yè)生態(tài)區(qū)域法，具有一般綜合模式的優(yōu)點，但該模型是基于非洲的試驗資料建立起來的，運用于我國時要根據(jù)各地的作物品種和生長實際情況進(jìn)行必要的修正。而近年來得到大家公認(rèn)的“機制法” 模擬作物生長動態(tài)，考慮了作物群體的動態(tài)生長過程，分析作物的光合、呼吸和蒸騰等各基礎(chǔ)生理過程，考慮全面，機理性較強，因而是作物生產(chǎn)潛力較為理想的計算方法。但該方法的關(guān)鍵問題是如何正確的給出與當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程相符合的各級資源有效系數(shù)。目前關(guān)于各級有效系數(shù)的確定無論在指標(biāo)的設(shè)定還是在研究尺度上都較 為粗略?；诖耍狙芯坷迷戮鶜庀笥^測數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)和數(shù)字高程數(shù)據(jù)，利用 術(shù)采用 逐級訂正的方法，估算了包括光、溫、水的逐級農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力。 北地區(qū)氣候變化研究 進(jìn)展 我國對東北氣候的研究不少，如 任國玉對東北的集中降水指數(shù)進(jìn)行了研究 ，結(jié)果表明東北地區(qū)的年降水主要集中于作物的生長季節(jié) 52。 任國玉、周薇對遼東半島本世紀(jì)氣溫變化做了初步研究 ， 指出遼東半島冬、夏和年平均氣溫的長期趨勢變化特點是冬季正不斷增暖，而夏季卻在持續(xù)變涼 53。 劉玉瑛等對吉林省 1980 1995 年熱量資源的地理分布及作物品種布局進(jìn) 行了研究 ， 發(fā)現(xiàn) 這段時間吉林的熱量資源變化較大，積溫增加，對作物生育期有所延長，農(nóng)作物中晚熟區(qū)域向北向東擴展 54。 毛飛等對東北地區(qū)熱量資源和低溫冷害分布規(guī)律進(jìn)行了研究 55。 吳金棟結(jié)合 式，利用 式就未來氣候變化對東北地區(qū)水熱條件的可能變化進(jìn)行了數(shù)值模擬 ， 研究指出 ，未來增溫有利于改善東北地區(qū)當(dāng)前的熱量條件，減輕低溫冷害的危害；東北地區(qū)主要作物生長發(fā)育期間水分普遍不足，在無灌溉條件地區(qū)的農(nóng)業(yè)產(chǎn)量將受到影響 56。 王春乙研究了氣候變暖對東北地區(qū)作物種植的影響 ， 結(jié)果表明作物播種期 比 過去提早 10 15 天； 20 世紀(jì) 90 年代東北各種作物的中晚熟品種種植區(qū)域已向北向東擴展 57。 馬樹慶等對東北玉米 8 的 低溫冷害 進(jìn)行了研究 ，結(jié)果表明東北北部、東部冷害風(fēng)險較大，中、西、南部較小 58。 王石立就近 20 年來氣候變暖對東北地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水熱條件的影響進(jìn)行了研究 ， 指出 東北地區(qū)變暖主要表現(xiàn)在冬季，夏季增溫幅度有限且不穩(wěn)定； 且 20世紀(jì) 90 年代中后期出現(xiàn)暖干化趨勢 59。 王媛等人就氣候變暖對東北地區(qū)水稻種植的適應(yīng)行為進(jìn)行了研究 ，結(jié)果顯示氣候變暖對黑龍江、吉林大部分地區(qū)的水稻產(chǎn)生正面影響，而對遼寧大部分地區(qū)產(chǎn)生 負(fù)面影響 60。 汪宏宇對東北地區(qū)作物生長季降水異常的特征進(jìn)行了分析 ， 發(fā)現(xiàn) 東北地區(qū)生長季降水存在減少趨勢，旱災(zāi)略多于澇災(zāi) 61。 何平 利用氣候?qū)W計算方法和遼寧農(nóng)作物氣候產(chǎn)量模型 對本溪 近 40年 的 農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)潛力的 變化規(guī)律 進(jìn)行了研究 ，分析結(jié)果認(rèn)為該地太陽輻射量減少、降水量減少是本溪作物氣候生產(chǎn)潛力下降的主要原因 62。 目前，各類研究大多針對單個氣候指標(biāo)的變化或局部地區(qū)氣候變化對某種作物的影響進(jìn)行了研究，還很少有人利用 業(yè) 資源利用 相關(guān)進(jìn)展 氣候資源利用率是指 在生育期或一年內(nèi)作物的單位光、溫、降水 所產(chǎn)生的生物產(chǎn)量或經(jīng)濟產(chǎn)量的絕對量或相對量，主要包括光、熱、降水資源的利用率和氣候資源綜合利用率幾個方面。評價指標(biāo)大致可分兩類，一類是相對量指標(biāo)， 如馬樹慶和徐勇 用單位面積上作物實際生物產(chǎn)量或 經(jīng)濟 產(chǎn)量與作物生產(chǎn)潛力的百分比 來 表示 63,64，主要指標(biāo)有：理論光能利用率、有效光能利用率、光合資源的糧食轉(zhuǎn)化率、光溫資源的糧食轉(zhuǎn)化率和氣候資源的糧食轉(zhuǎn)化率 。另一種是絕對量指標(biāo)， 如崔讀昌和 劉秋海 用單位種植面積上單位資源所獲得的生物產(chǎn)量或經(jīng)濟產(chǎn)量表示 65主要指標(biāo)有：相對光能利用率、熱量資源利用率、降水量資源利用率和綜合氣候資源利用率。 氣候資源利用率的研究目前主要集中在對氣候資源利用現(xiàn)狀水平評價和提高的對策途徑等方面。崔讀昌先后用氣候資源利用率的絕對量指標(biāo)對世界主要國家和地區(qū)以及中國不同省、區(qū)的氣候資源利用率進(jìn)行研究，發(fā) 現(xiàn) 世界谷物產(chǎn)量的農(nóng)業(yè)氣候資源利用率地區(qū)差異很大。馬樹慶對吉林省、 劉秋海 對廣東省糧食作物的氣候資源利用率進(jìn)行了研究 ，并分別提出了高