第四节 应用实例

——甘肃黄土高原区农业生态气候条件分析

一、农业生态气候模型

一个地区的气候特征，主要反映在热量和水分的组合关系上。这是大多数气候分类方法的理论基础。农业生态气候是一个复杂的动态系统，其在时间和空间上的变化，不仅使农业生产具有相应的季节性和地域性，而且还直接影响着农作物生长的快慢、质量的高低和产量的多少，并在一定程度上制约着农业生产结构及其空间布局。其次，作为重要生态因子的气候对农业的影响，就农区、牧区和林区而言，主要是分别指对农作物、牧草和森林生长的影响。这既涉及繁多的自然因素，同时也受到人类活动的干扰。所以，农业生态气候处于农业和气候两大系统的界面上，兼有自然因素和人文因素的共同影响，是一个具有复杂生物物理机制和生物化学变化的动态系统，难以用传统的气候学方法进行分类和评价。鉴于上述原因，我国学者顾恒岳、艾南山等先生(1984)曾提出和建立了农业生态气候适宜度理论。

该理论认为，各气候要素对作物生长的适宜度是定义在此气候要素定义域(取值范围)上，在[0，1]区间上取值的模糊子集。譬如，气温适宜度可以表示为：

ST ⊆ [T0 , T1 ] (1)

ST △μS (T)→[0, 1] (2)

在(1)式中，ST 表示气温要素的适宜度模糊子集；在(2)式中，μsT(T)

表示气温适宜度——模糊子集ST 的隶属函数，ST 表示气温要素T对ST 的

～ ～

隶属度。

由各气候要素的适宜度子集，可以诱导出各气候要素随时间 t 变化的适

宜度过程，即气候适宜态。如果用ST (t)、SR (t)和SI (t) 分别代表气温T、

～ ～ ～

相对湿度 R 和日照 I 的适宜态，则农业生态气候的动态过程可用模糊向量

ST (t)

 

Sc (t) = SR ( t)

(3)

～  S

(t) 

表示。Sc(t)可以是连续过程，也可以是离散过程。

关于农业生态气候适宜度，可以用下述一组模型描述。1.资源模型

1

SC1(t)△ [ST (t) + SR (t) + SI (t)] (4)

～ ～ ～ ～

连续过程：

Sc1(t) = ∫

1

3 [ST (t) + SR ( t) + S1 (t)] / t

(5)

～

离散过程：

t ∈[0, t0 ]

n 1

SC1 (t) = ∑ 3[ST ( t j ) + S1 ( t j

(6)

～ j= 1

资源模型表示光、水、热组合过程对作物生长可提供的气候2.效能模型

SC2 (t) △ ST (t) Ι

SR (t)

Ι S1 (t) (7)

～ ～ ～ ～

连续过程：

SC2 (t) = ∫

[ST (t)∧SR (t) ∧S1 (t)] / t (8)

～

离散过程：

t∈[0,t 0 ]

n

SC2 (t) = ∑[ST (t j )∧SR (t j )∧SI ( t j )] / t j ∧

(9)

～ j=1

效能模型反映了光、水热匹配程度及其对作物生长的适宜度过程。3.结构模型

SC3 (t)△α 1ST (t) + a 2SR (t) + a3SI (t) (10)

～

连续过程：

SC3 (t)∫

[a1ST (t) + a 2SR (t) + S1 (t)] / t (11)

～

离散过程：

t∈[0,t 0 ]

n

Scs (t) = ∑[a1ST ( t j ) + a 2SR ( t j ) + a 3SI (t i )] / t j j=1

(12)

结构模型反映了农业生态气候过程的区域差异。权重 ai(i=1，2，3)的选择，在旱生和长日照作物区，可适当增大 a2，减小 a3；而在喜温喜湿作物区，则可酌情增大 a1 和 a2；在喜凉作物为主的地区，可适当减小 a1。

4.农业生态气候指数

根据资源模型和效能模型，可用实测的多年平均气候资料推求农业生态气候资源指数 Cr，效能指数 Ce 及气候利用系数 K。

(1)资源指数：

t 0

C Sc

(t)dt = 1 9 [S (t) + S (t) + S ( t)]dt

(13)

T ∫ 1 3 ∫ T R I

0 0

1 n

或者 CT = ∑[ST (t j ) + SR (t j ) + SI (t j )] (14)

j=1

资源指数 Cr 表示气候资源的潜力，Cr 愈大，气候潜力愈大，资源愈丰富。(2)效能指数：

Ce = ∫

Sc2 (t)dt = ∫

[ST (t) ∧SR (t)∧SI (t)]dt

(15)

0 0

或者 Ce = ∑[ST (t j )∧SR (t j )∧SI (t j )] (16)

j=1

效能指数从作物生长的角度，反映了光、水、热的匹配程度，Ce 愈大， 光、水、热匹配程度愈佳，愈有利于作物生长。

(3)气候利用系数：

K=Ce/Cr (17)

气候利用系数反映了农业气候资源在天然条件下被作物生长过程所利用的实际效率，K 愈大，利用率愈高。

二、甘肃黄土高原区农业生态气候条件分析

本节所研究的甘肃黄土高原区以六盘山和渭河源山地为界，可分为三个部分，六盘山以东地区，即通常所谓的陇东黄土高原，海拔较低，水分、热量均较充足；六盘山以西地区，通称陇中黄土高原，海拔平均较前者高 500 米以上，降水偏少，气温偏低；而渭河源山地以西部分，主要指临夏一带黄土高原，因临近青藏高原，水热条件的内部地域分界十分显著，总的特征是降水量较多而气温偏低。按行政区划分，包括庆阳地区、平凉地区、定西地区、兰州市、白银市所管辖的全部地区，及天水地区的北部和临夏回族自治州的东部地区，共四十个县(市)。我们选用本区内各主要气象台站多年气温、相对湿度和日照时数，取月平均值的离散过程。运用以上农业生态气候模型， 计算了各台站所代表地区的气候资源指数，效能指数和利用系数，它们与多年平均的日照总时数，年降水量和≥10℃活动积温的比较结果列于表 9-1。