甘肅省定西市農業(yè)生產與氣候的關系

李文博：甘肅省定西市氣候因子與小麥產量之間的相關性你分析畢業(yè)論文題目：甘肅省定西市氣候因子與小麥產量之間的相關性分析學院：地理與環(huán)境科學學院專業(yè)：地理科學畢業(yè)年限：2015年學生姓名：李文博學號：201175010117指導教師：楊東教授TOC\o"1-3"\h\u25162摘要 甘肅省定西市氣候因子與小麥產量之間的相關性分析李文博（西北師范大學地理與環(huán)境科學學院，甘肅蘭州730070）摘要：氣候變化會對農業(yè)生產產生巨大的影響。本文以甘肅省定西市的小麥產量為例，來探究氣溫，日照時數(shù)，降水量，相對濕度等氣候因子與單位面積小麥產量的相關性及氣候因子對小麥產量的影響。本文對1998-2013年甘肅省定西市的氣候及糧食產量進行了簡單的數(shù)據(jù)處理，通過制作折線圖與相關性分析，得出年平均相對濕度，年降水量，年日照時數(shù)，年平均氣溫相比小麥生長季節(jié)的相對濕度，降水量，日照時數(shù)及平均氣溫，相關性系數(shù)明顯要低。另外，日照時數(shù)和相對濕度與小麥單產幾乎沒有相關性，它們的相關性系數(shù)都小于0.1，平均氣溫與小麥單產具有一定的相關性，相關性系數(shù)為0.217，年降水量與小麥單產的相關性最高，相關性系數(shù)為0.615，可以認為決定小麥單產的最主要因子是小麥生長季節(jié)的降水量，其次是小麥生長季節(jié)的平均氣溫，日照時數(shù)與相對濕度對小麥單產幾乎沒有影響。關鍵詞:氣候因子;小麥單產；甘肅定西；相關性分析Correlationanalysisbetween

yieldfactor

and

wheat

climateinDingXicityofGanSuprovinceLIwenbo(collegeofgeographyandenvironmentscience,NorthwestNormalUniversity,GanSuLanZhou730070)Abstract:

Climatechange

willhaveahugeimpact

onagriculturalproduction.

ThispapertakesDingXi

cityofGanSuprovince

wheatproduction

asanexample,

toexplore

thetemperature,sunshineduration,

precipitation,

relative

humidityandtherelationshipbetween

climaticfactors

andclimatefactors

perunitarea

yieldofwheat.

The

climate

andfoodproduction

inDingXicity

ofGanSuprovinceovertheyears1998-2013

forasimpledataprocessing,

throughtheanalysisof

correlationbetween

mapand

production

line,

wecansee

theannualaveragerelative

humidity,

annualprecipitation,

annualsunshineduration,relativehumidity,

precipitation

and

averagetemperatureof

wheat

productionseason,comparedto

theaveragetemperature

ofsunshine

whenthe

numberandthe

wheatproductionseason,

thecorrelationcoefficient

islower.

Inaddition,thesunshinedurationand

relativehumidityand

wheatyield

almost

nocorrelation,

correlationcoefficients

are

lessthan0.1,

theaveragetemperature

andthe

yieldofwheat

hascertaincorrelation,

thecorrelation

coefficientis0.217,

theannualprecipitationand

wheatyield

thehighestcorrelation,

thecorrelation

coefficientis0.615,

sowecanthinkthatthe

mostimportantfactor

determinethe

wheatyield

istherainfall

seasonofwheatgrowth,

followedbythe

wheatgrowthseason

averagetemperature,

sunshinedurationand

relativehumidityon

wheatyield

haslittleeffect.Keywords:

climate

factor;

wheatyield;

GanSuDingXi;

correlationanalysis農業(yè)氣候資源是農業(yè)生產的重要資源之一，主要包括熱量，光能，水分等等，這些因子會或多或少的影響小麥產量，另外，自工業(yè)革命以來大氣中二氧化碳濃度持續(xù)升高，全球變暖已經(jīng)成不爭的事實，根據(jù)IPCC（政府間氣候變化委員會）第五次評估報告指出，從1880年到2012年，全球地面氣溫大致升高了0.85℃；期間，陸地比海洋增溫快，高緯度地區(qū)增溫比中低緯度地區(qū)大，冬半年增溫比夏半年明顯。1983—2012年是過去1400年來最熱的30年。中國氣候變暖趨勢與全球一致。1913年以來，我國地表平均溫度上升了0.91℃.最近60年氣溫上升尤為明顯，平均每10年約升高0.23℃，幾乎是全球的兩倍。本世紀前十年是近百年來最暖的10年[1]。在中國，農業(yè)具有舉足輕重的地位，其中10億多人直接依賴農業(yè)生產，氣候變化將會使中國農業(yè)面臨更加嚴峻的挑戰(zhàn)[2]。所以說探究各個氣候因子對小麥產量的影響對于預測將來氣候變化對于糧食產量的影響將會提供很大的幫助。1.研究區(qū)概況1.1地理位置定西是位于甘肅省中部，取“安定西邊”之意而得名，通稱“隴中”。全市面積19609km2，耕地面積約5100km2，現(xiàn)轄一區(qū)六縣，119個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，常住人口2.9315×106人。地處34°26’-35°35’N,103°52’-105°13’E,處于黃土高原西部邊緣地帶和西秦嶺末端，北與蘭州市，白銀市相連，東與平?jīng)?，天水市毗鄰，南與隴南市接壤，西與甘南州，臨夏州交界。定西市地勢自西南向東北傾斜，海拔最高處為2577.3m，最低處為1671.3m。全境處祖厲河支流關川河流域，在關川河與渭河流域分水嶺之北、關川河與秦祁河、苑川河流域分水嶺之東西、鞏河與厲河分水嶺及祖厲河之西。大地構造屬祁連山加里東褶皺帶東部、隴西旋卷體的一部分。1.2氣候條件定西地區(qū)地勢南高北低，平均海拔1896m，東南暖濕氣流受阻，大陸性氣候明顯，屬于南溫帶半濕潤-中溫帶半干旱區(qū)，年平均氣溫5.7-7.7℃，年總降水量400-600mm,主要集中在7、8、9三個月，且多以暴雨的形式出現(xiàn)，而蒸發(fā)量高達1400mm以上，無霜期100-160天。2.數(shù)據(jù)來源和研究方法2.1數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)來源本文所采用的數(shù)據(jù)來源于甘肅省氣象局信息中心提供的臨洮站和岷縣站氣象局收集地面數(shù)據(jù)資料，包括月平均氣溫，月降水量，相對濕度，日照時數(shù)等等，在進行相關分析和偏相關分析前對數(shù)據(jù)進行簡單的計算，得出年降水量，生長季降水量，年平均氣溫，生長季節(jié)月平均溫度，年平均相對濕度和生長季節(jié)相對濕度以及年總日照時數(shù)和生長季節(jié)總日照時數(shù)，然后進行計算分析。小麥播種面積和產量數(shù)據(jù)來源于《甘肅統(tǒng)計年鑒》和《甘肅統(tǒng)計發(fā)展年鑒》；主要收集了其中1998—2013年甘肅省定西市的小麥產量和種植面積，用于計算分析。2.2研究方法通過制作單一氣候因子變化與單位面積小麥產量的折線圖可以較為直觀的觀察這些氣候因子的變化與小麥單產之間的線性關系及趨勢變化，分析哪些氣候因子的變化與小麥產量的變化密切相關，相關性系數(shù)有多高，究竟哪些氣象因子對小麥的產量起著決定性作用，哪些氣象因子才是決定小麥產量的主導因素，又有哪些因子對小麥產量的影響較弱，起著輔助作用，我們通過分析研究來探討它們之間的奧秘。相關分析是研究現(xiàn)象之間是否存在某種依存關系，并對具體有依存關系的現(xiàn)象探討其相關程度，是研究隨機變量之間相關關系的一種統(tǒng)計方法。線性相關分析是研究兩個變量間線性關系的程度，用相關系數(shù)r來描述。如果x,y變化的方向一致，即當r>0時，表示它們之間正相關，；當r<0時，表示它們之間負相關。r的絕對值越接近1，表示它們之間關系越密切。一般地，|r|>0.95存在顯著性相關；|r|≥0.8高度相關；0.5≤|r|<0.8中度相關；0.3≤|r|<0.5低度相關；|r|<0.3關系極弱，認為它們之間不相關。公式中R為相關系數(shù)，X和Y為變量。偏相關分析是在其它變量影響的條件下進行的線性程度的分析法。在計算偏相關系數(shù)時，需要掌握多個變量的數(shù)據(jù)，一方面需要考慮多個變量之間相互之間可能存在的相互影響，一方面又盡量剔除其它變量的影響，專門考察兩個特定變量之間的相關關系。在偏相關中，根據(jù)變量的多少，可分為零階偏相關，即簡單相關，一階偏相關……N階偏相關[3]。3.數(shù)據(jù)處理分析在制作折線圖與相關分析時，對于同一個氣候因子分開運用全年的氣象數(shù)據(jù)和小麥生長季節(jié)的氣象數(shù)據(jù)對小麥單產進行相關分析，來探究它們之間的關系。甘肅定西地區(qū)的小麥從播種到收割生長季節(jié)大概是每年的3-7月，計算出1998-2013年小麥生長季節(jié)的氣象數(shù)據(jù)進行處理分析。3.1平均相對濕度與單位面積小麥產量的相關性空氣有吸收水分的特征，濕度的概念是空氣中含有水蒸氣的多少。相對濕度，表示空氣中的絕對濕度與同溫度下的飽和絕對濕度的比值，得數(shù)是一個百分比。(也就是指某濕空氣中所含水蒸氣的質量與同溫度下飽和空氣中所含水蒸氣的質量之比，這個比值用百分數(shù)表示。相對濕度用RH表示。相對濕度的定義是單位體積空氣內實際所含的水氣密度（用d1表示）和同溫度下飽和水氣密度（用d2表示）的百分比，即RH（%）=d1/d2x100%；另一種計算方法是：實際的空氣水氣壓強（用p1表示）和同溫度下飽和水氣壓強（用p2表示）的百分比，即RH（%）=p1/p2x100%。3.1.1全年平均相對濕度與單位面積小麥產量的相關性圖1甘肅省定西市1998-2013年平均相對濕度與小麥單產的折線圖Fig11998-2013yield

and

relativehumidityinDingXicityofGanSuprovince

linechart表1甘肅省定西市年平均相對濕度與小麥單產的相關系數(shù)Table1Thecorrelationcoefficientsbetween

annualrelativehumidity

andwheatyieldinDingXiCityofGanSuprovince

相關性產量/面積（t/1000hm2)相對濕度產量/面積（t/1000hm2)Pearson相關性1-.011顯著性（雙側）.967N1616相對濕度Pearson相關性-.0111顯著性（雙側）.967N16163.1.2小麥生長季節(jié)的平均相對濕度與單位面積小麥產量的相關性圖2甘肅省定西市1998-2013年小麥生長季節(jié)的平均相對濕度與小麥單產的折線圖Fig2

The

averagerelativehumidity

andtheyield

ofwheatlinechartinDingXicityofGanSuprovinceonwheat

growingseason表2甘肅省定西市小麥生長季節(jié)的平均相對濕度與小麥單產的相關系數(shù)Table2Thecorrelationcoefficient

betweenwheatproductionandrelativehumidity

inDingXiCityofGanSuprovince

onwheatgrowingSeason相關性平均相對濕度產量/面積（t/1000hm2)平均相對濕度Pearson相關性1.092顯著性（雙側）.736N1616產量/面積（t/1000hm2)Pearson相關性.0921顯著性（雙側）.736N16163.2降水量與單位面積小麥產量的相關性年降雨量，是指某地一年降雨量或某地多個觀測點測得的降雨量均值。年降水量是衡量某地氣候的重要指標，單位用mm表示。3.2.1年降水量與單位面積小麥產量的相關性圖3甘肅省定西市1998-2013年降水量與小麥單產的折線圖Fig3Thelinegraphovertheyears1998-2013wheatyield

andprecipitationin

DingXi

cityofGanSuprovince表3甘肅省定西市年降水量與小麥單產的相關系數(shù)Table3Thecorrelationcoefficient

betweenannualprecipitationandwheatyieldinDingXi

CityofGanSuProvince相關性產量/面積（t/1000hm2)降水量產量/面積（t/1000hm2)Pearson相關性1.341顯著性（雙側）.197N1616降水量Pearson相關性.3411顯著性（雙側）.197N16163.2.2小麥生長季節(jié)的總降水量與單位面積小麥產量的相關性分析圖4甘肅省定西市1998-2013年小麥生長季節(jié)的降水量與小麥單產的折線圖Fig4DingXicityofGanSuprovinceovertheyears1998-2013Precipitationand

yieldofwheatin

thegrowthperiodofwheat

linechart表4甘肅省定西市小麥生長季節(jié)的降水量與小麥單產的相關系數(shù)Table4Thecorrelationcoefficientbetweenprecipitation

andwheatyieldin

DingXicityofGanSuProvince相關性降水量產量/面積（t/1000hm^2)降水量Pearson相關性1.615*顯著性（雙側）.011N1616產量/面積（t/1000hm2)Pearson相關性.615*1顯著性（雙側）.011N1616*.在0.05水平（雙側）上顯著相關。3.3日照時數(shù)與單位面積小麥產量的相關性日照時數(shù)是指太陽每天在垂直于其光線的平面上的輻射強度超過或等于120W/㎡的時間長度。3.3.1年日照時數(shù)與單位面積小麥產量的的相關性圖5甘肅省定西市1998-2013年日照時數(shù)與小麥單產的折線圖Fig5DingXicityofGanSuprovince

overtheyears1998-2013of

wheatyield

and

sunshinedurationlinechart表5甘肅省定西市年日照時數(shù)與小麥單產的相關系數(shù)Table5Thecorrelationcoefficient

betweenannualsunshineduration

and

yieldofwheatinDingXicityofGanSuprovince相關性產量/面積（t/1000hm2)日照時數(shù)產量/面積（t/1000hm2)Pearson相關性1.039顯著性（雙側）.886N1616日照時數(shù)Pearson相關性.0391顯著性（雙側）.886N16163.3.2小麥生長季節(jié)的日照時數(shù)與單位面積小麥產量的相關性圖6甘肅省定西市1998-2013年小麥生長季節(jié)的日照時數(shù)與小麥單產的折線圖Fig6Thetotal

duration

ofwheatandyieldofwheatinDingXicityofGanSuprovince

overtheyears1998-2013

ofgrowingseason

linechart表6甘肅省定西市小麥生長季節(jié)的總日照時數(shù)與小麥單產的相關系數(shù)Table6Thecorrelationcoefficientbetweentotal

scale

ofwheatproduction

Seasons

Sunshine

andtheyieldofwheatinDingXicityofGanSuprovince相關性日照時數(shù)產量/面積（t/1000hm2)日照時數(shù)Pearson相關性1-.089顯著性（雙側）.744N1616產量/面積（t/1000hm2)Pearson相關性-.0891顯著性（雙側）.744N16163.4氣溫與單位面積小麥產量的相關性3.4.1年平均氣溫與單位面積小麥產量的相關性圖7甘肅省定西市1998-2013年平均氣溫與小麥單產的折線圖Fig7The

yieldofwheat

andannualaveragetemperature

linechartovertheyears1998-2013inDingXicity

ofGanSuprovince

表7甘肅省定西市年平均氣溫與小麥單產的相關系數(shù)Table7TheCorrelationcoefficients

betweenannualmeantemperatureand

yieldofwheatin

DingXicityofGanSuprovince相關性產量/面積（t/1000hm2)平均氣溫產量/面積（t/1000hm2)Pearson相關性1-.209顯著性（雙側）.438N1616平均氣溫Pearson相關性-.2091顯著性（雙側）.438N16163.4.2小麥生長季節(jié)的月平均氣溫與單位面積小麥產量的相關性圖8甘肅省定西市1998-2013年小麥生長季節(jié)的月平均氣溫與小麥單產的折線圖Fig8The

monthlyaveragetemperature

and

yield

ofwheatlinechartovertheyears1998-2013

onwheat

growingseasoninDingXicityofGanSuprovince表8甘肅省定西市小麥生長季節(jié)的平均氣溫與小麥單產的相關系數(shù)Table8Thecorrelationcoefficientbetween

averageairtemperatureand

surface

ofwheatproductioninDingXicityofGanSuprovince相關性平均氣溫產量/面積（t/1000hm2)平均氣溫Pearson相關性1.217顯著性（雙側）.420N1616產量/面積（t/1000hm2)Pearson相關性.2171顯著性（雙側）.420N16163.5總結表9甘肅省定西市小麥生長季節(jié)的氣候因子與小麥單產的相關性系數(shù)Table9ThecoefficientofcorrelationbetweenclimaticfactorsandyieldofwheatproductioninDingXicityGanSuprovinceonwheatgrowingseason相關性降水量平均氣溫平均相對濕度日照時數(shù)產量/面積（t/1000hm2)降水量Pearson相關性1.196.059.082.615*顯著性（雙側）.468.828.761.011N1616161616平均氣溫Pearson相關性.1961.259.190.217顯著性（雙側）.468.333.480.420N1616161616平均相對濕度Pearson相關性.059.2591-.371.092顯著性（雙側）.828.333.157.736N1616161616日照時數(shù)Pearson相關性.082.190-.3711-.089顯著性（雙側）.761.480.157.744N1616161616產量/面積（t/1000hm2)Pearson相關性.615*.217.092-.0891顯著性（雙側）.011.420.736.744N16161616164.結論與展望及誤差分析4.1結論(1)通過SPSS軟件的相關性分析，可以看到年平均相對濕度，年降水量，年日照時數(shù)，年平均氣溫與小麥生長季節(jié)的相對濕度，降水量，日照時數(shù)與小麥生長季節(jié)的平均氣溫相比，相關性系數(shù)明顯要低，所以決定小麥單產的是小麥生長季節(jié)的氣象條件。（2）由于全年的氣候因子與小麥單產的相關性系數(shù)相比小麥生長季節(jié)的氣候要素與小麥單產的相關性系數(shù)較低，引用小麥生長季節(jié)的氣候要素與小麥單產的相關系數(shù)來做結論，相對濕度和日照時數(shù)與小麥單產的相關性系數(shù)很低，都小于0.1，即它們之間的相關性很小，幾乎沒有，也就是說相對濕度和日照時數(shù)對于小麥的單產幾乎沒有影響。相比相對濕度和日照時數(shù)，降水量和平均氣溫與小麥單產的相關系數(shù)就要大的多，尤其是降水量，與小麥單產的相關系數(shù)高達0.615，我們可以簡單的得出結論，對小麥單產有顯著影響的氣候因子主要是小麥生長季節(jié)的降水量，小麥生長季節(jié)的平均溫度也是決定小麥單產的一個重要氣候因子。（3）雖然通過SPSS軟件的相關性分析可以看出相對濕度和日照時數(shù)與小麥單產幾乎沒有相關性，但不能否認它們對農作物生長有很重要的影響，那么究竟是什么原因導致它們之間的相關性系數(shù)如此低呢?通過對比過去十六年中的相對濕度與日照時數(shù)的氣象數(shù)據(jù)，可以看出它們雖然每年都有微小的浮動，但它們的微小浮動與小麥單產數(shù)據(jù)的變化經(jīng)過SPSS軟件的相關性分析發(fā)現(xiàn)它們之間的相關性系數(shù)很低，這并非是它們之間毫無相關性，由于這兩項氣象因子的數(shù)值基本都在一定的區(qū)間內浮動，據(jù)我推測它們的數(shù)值只要停留在一定的范圍內，這種微小的浮動與小麥單產的變化經(jīng)過相關性分析并不會有很大的相關性，也就是說，它們對小麥的單產具有一定的影響，但只要沒有太大的浮動與變化，并不會對小麥的單產有決定性的影響。4.2誤差分析(1)本文僅僅收集了1998-2013年16年以來甘肅省定西市小麥的產量及種植面積的數(shù)據(jù)，結合部分氣候數(shù)據(jù)進行了相關分析，顯然由于這個時間序列過短，很難較為準確的分析和計算出它們之間的相關性，加之由于本文僅僅運用了SPSS軟件對數(shù)據(jù)進行了簡單的處理分析，處理得到的結論很難較準確的反映出它們之間的相關性，另外在探究氣候因子與小麥產量的相關性時，出于能力限制，僅僅提取了其中的四個因子對其進行處理分析，分別是降水量，日照時數(shù)，相對濕度與氣溫。所以我希望有能力和數(shù)據(jù)的專家學者可以在延長時間序列的同時，可以探究更多的氣候因子與糧食產量的相關性，運用更專業(yè)的軟件和方法對數(shù)據(jù)進行處理分析，得出更加科學的結果與結論，另外本文只對小麥產量進行了簡單的相關分析研究，如果有機會，專家學者們可以對更多的農作物進行氣候因子與糧食產量的相關性分析，這對于預測未來的氣候變化對于糧食產量的影響一定會有很大的幫助。(2)糧食產量的一個重要決定因子并非氣候因子，而是糧食種子的品種，以本文為例，在探究小麥單產與氣候因子的相關性時，我們僅僅談究了氣候因子與小麥單產之間的關系，并沒有考慮到種子的品種對于小麥產量的影響，很顯然這樣的處理存在著很大的誤差，另外人為因素也是決定小麥產量的一個重要因素，更加科學的種植，除草，收割也會大大的提高單位面積小麥產量，在處理數(shù)據(jù)時無法剔除掉人為因素對于小麥單產的影響，顯然也會造成較大的誤差。(3)自工業(yè)革命以來大氣中二氧化碳濃度持續(xù)升高，全球變暖已經(jīng)成不爭的事實，根據(jù)IPCC（政府間氣候變化委員會）第四次評估報告指出，在未來100年中，全球地面氣溫大致升高了（0.74±0.18）℃（IPCC,2007）;過去五十年升溫率幾乎是過去100年的兩倍，中國增溫尤為顯著，北方地區(qū)增溫比其