基于数字高程模型的中国酿酒葡萄气候区划及品种区域化研究

发布时间：2020-04-10 10:11

【摘要】：随着中国葡萄与葡萄酒产业的迅速发展,葡萄栽培越来越多元化,对葡萄气候区划的精度要求越来越高。中国气候类型复杂,葡萄栽培品种多,区划难度大,以往的区划研究大多是针对某一个区域,小范围的区划较多,且大多数研究仅仅针对欧亚种葡萄,还没有形成结合多个葡萄种属并细致到各产区的区划研究。并且由于数据获取难度大,计算复杂,区划精度普遍不足。本研究旨在选取正确的区划指标、恰当的区划方法,以提高中国葡萄气候区划研究的精确度。本研究对国内各地区、各葡萄种类区划指标进行筛选,选取无霜期(FFP)作为中国葡萄气候区划的热量指标,干燥度(DI)作为水分指标,并加入生长季活动积温(AAT)这一热量指标对区划结果进行修正,以年极端低温、最热月平均温以及埋土防寒线作为辅助指标,在ArcGIS平台支持下,以中国2294个气象站点1982~2011年30年逐日气象数据为基础,并导入了中国全境90 m(30)分辨率数字高程模型(DEM)数据,显著提高了对山地、峡谷、高原、盆地等地理因子以及高程的分辨率,同时也极大地改善了对地形因子如坡度、坡向以及遮蔽度的模拟精度。采用多元逐步回归与残差插值相结合的混合插值法对AAT和FFP进行模拟,分别建立其多元逐步回归模型;利用交叉验证法对不同插值方法的误差大小进行对比,对各指标选取误差最小的插值方法,分别选用普通克里金法和反距离权重法对AAT和FFP空间回归残差进行插值,选用普通克里金法对DI进行空间内插,分别得到AAT、FFP、DI的栅格图层;在3个图层叠加的基础上绘制了高精度的中国葡萄气候区划图。与以往绝大多数仅针对欧亚种葡萄的气候区划不同,此次中国葡萄气候区划适宜区包含了山葡萄栽培区、欧亚种栽培区、欧美杂种栽培区和避雨栽培区,并根据山葡萄、欧亚种葡萄以及欧美杂种葡萄抵御极端最低温的不同能力,分别绘制了埋土防寒线。随后,针对适宜栽培区中的酿酒葡萄栽培区,进行了深入而细致的气候区划及品种区域化研究。主要研究结果如下:(1)中国近30年生长季AAT分布整体上呈现由南向北、由东向西热量逐渐减少的分布格局。青藏高原、川西高原、东北地区以及内蒙古中部、东北部终年冷凉,AAT2500℃,不适宜葡萄种植;2500℃≤AAT≤2700℃的区域较小,主要分布在东北和内蒙;2700℃AAT≤3200℃的区域主要分布在东北、内蒙,陕北、甘肃,宁夏和新疆也有少量分布;3200AAT≤3500℃的区域主要分布在辽宁、内蒙、陕西、宁夏及新疆;而整个华南、长江中下游、华北地区、西南地区的热量都十分充沛,AAT3500℃。(2)中国近30年生长季FFP分布整体上呈现由南向北、由东向西逐渐减少的分布格局。中国西部的青藏高原及川西高原、东北地区及内蒙古中部、东北部终年低温,FFP160d,热量条件不佳;西北东部及东北的部分地区热量条件基本满足葡萄正常生长所需,160≤FFP≤180;180FFP≤200的地区热量条件非常适宜葡萄的生长,主要分布在新疆、辽宁及西北西部;新疆中部分布着面积广袤的沙漠区,致使绝大多数地区的FFP200d;整个华南、长江中下游、华北地区、西南地区的热量都十分充沛,FFP220d。(3)选用葡萄生长季DI为水分指标进行气候区划,将中国划分为8个区域:DI0.6;0.6≤DI1.0;1.0≤DI≤1.6;1.6DI≤3.5;3.5DI≤10;10DI≤20;20DI≤60;DI60。中国近30年平均DI反映了中国南湿北干、东湿西干、沿海湿、内陆干的整体气候特点,并且由南至北,由东至西,干旱程度的增加呈现出明显的层次性、规律性。(4)以生长季FFP为中国葡萄气候区划的热量指标,生长季DI为水分指标,加入生长季活动积温(AAT)这一热量指标对区划结果进行修正,以-35℃极端低温作为辅助指标,对AAT、FFP、DI的栅格图层进行叠加后,通过ArcGIS软件绘制高精度中国葡萄气候区划图,将适宜栽培区划分为山葡萄栽培区、欧亚种栽培区、欧美杂种栽培区和避雨栽培区4个大区。(5)以生长季FFP为中国酿酒葡萄气候区划的热量指标,生长季DI为水分指标,加入生长季活动积温(AAT)这一热量指标对区划结果进行修正,以-35℃极端低温作为辅助指标,对AAT、FFP、DI的栅格图层进行叠加,绘制中国酿酒葡萄气候区划图,将中国酿酒葡萄适宜栽培区划分为4区12亚区,大大提高了中国西南和东北等气候、地形特殊区域区划的准确度。(6)在中国酿酒葡萄气候区划的基础上,对适宜栽培区划分的12个不同气候类型的亚区分别进行酿酒葡萄品种区域化,以不同成熟期葡萄品种对生长季AAT的需求范围为指标,绘制12幅针对每个亚区的酿酒葡萄品种区域化图,将12个亚区进一步细分为36个不同类型的小产区;以最热月平均温度为辅助指标,对每个亚区进行了适宜栽培品种的推荐,并对不同亚区的品种引进及栽培时的注意事项给出了建议。研究结果显示,中国酿酒葡萄栽培区类型多样,在不考虑土壤等其它因素的情况下,中国酿酒葡萄适宜区类型可细化至36种之多。与以往研究相比,此次区划结果的精确度和准确度以及制图的分辨率均有极大提高,对全国酿酒葡萄适宜栽培区进行了更加细致精确的分类,对栽培品种的建议更有针对性,绝大部分地区引种时可直接参考区划结果,这对中国各产区未来葡萄种植及产业发展有着重要的指导意义。
【图文】：

2.2.2 全国气象站点逐日气象数据本研究采用的气象数据为中国气象局气象信息中心提供的 2480 个全国气象观测站点连续 30 年（1982～2011）的各气象要素日值，包括各站点的经度、纬度、海拔高度（m）、日最高气温（℃）、日最低气温（℃）、日平均气温（℃）、日降水量（mm）日平均风速（m/s）、日平均相对湿度（%）以及日照时数（h）等。首先对站点进行筛选，剔除远离大陆的海岛、有站点迁移历史、海拔显著高于周围地形、数据连续缺失大于 10 天、月份序列缺失 4-9 月任意一月的站点，最终得到 2294 个站点（图 2-1的逐日气象数据。对于数据缺失在 10 天以内的站点，，用前一日与后一日的各气象要素平均值替代。1982 年 1 月 1 日～2011 年 12 月 31 日共计 10957 d，除经度、纬度、海拔高度外的逐日气象要素为 7 个，则本次研究最终计算使用的 2294 个站点的原始气象数据共计 1.76 亿个。对于未能获取气象站点数据的台湾地区，由于其位属热带、亚热带气候，与同纬度的福建、广东气候极其相似，因此，对其气象数据我们采用福建、广东两省境内距离其最近的同纬度站点进行空间推算与趋势推算；台湾所有 DEM 数据均包含在中国科学院科学数据镜像站提供的中国全境 DEM 数据库中，可直接用于插值使用。

2.4.1 中国近 30 年生长季 AAT 分布状况以模拟值与残差值栅格图层叠加后得到的AAT栅格图层为数据基础，应用ArcGIS软件绘制中国近30年AAT分布图，将中国分为5个区域（图2-2），Ⅰ区：AAT＜2500℃；Ⅱ区：2500℃≤AAT≤2700℃；Ⅲ区：2700℃＜AAT≤3200℃；Ⅳ区：3200＜AAT≤3500℃；Ⅴ区：AAT＞3500℃。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S663.1;S162.2


本文编号：2622100