基于GIS的黑龍江省氣候資源時空變異研究.pdf

1、近些年，氣候變化不斷突顯，全球變暖、大氣環(huán)流異常、極端氣候頻繁，世界各國對此十分關注與重視。黑龍江省是東北地區(qū)和全國氣候變暖最大地區(qū)，極端天氣不斷增多，災害繁發(fā)。因此，對氣候變化分析、評價與監(jiān)測工作手段和效率提出了更高要求，地理信息系統(tǒng)（GIS）等空間信息技術在氣候資源時空變異研究中的應用越來越廣泛和深入。
　　 GIS是“3S技術”（遙感RS、全球定位系統(tǒng)GPS和地理信息系統(tǒng)GIS）的核心，以GIS為支撐的空間信息技術在氣候要

2、素插值和氣候變化分析中應用研究不斷深入。為了探索黑龍江省氣候變化的區(qū)域特征和規(guī)律，本文以GIS技術和地統(tǒng)計分析為支撐，將旬氣候要素數(shù)據(jù)作為基礎，通過相關模型對來自全省氣象站點的氣候資源數(shù)據(jù)進行插補，將插值得到的區(qū)域氣候要素空間表面數(shù)據(jù)存貯在數(shù)據(jù)庫中，利用站點數(shù)據(jù)和插值結果分析了全省氣候資源時空變異規(guī)律。研究成果對于區(qū)域氣候要素插補方法選擇、氣候資源數(shù)據(jù)庫建設、區(qū)域氣候變化分析與監(jiān)測、提高區(qū)域氣候變化和氣候要素空間變異分析手段、完善農(nóng)業(yè)信

3、息化內(nèi)容和手段、開發(fā)利用區(qū)域資源和農(nóng)業(yè)發(fā)展決策等方面具有重要意義。具體研究成果如下：
　　 1.氣候要素數(shù)據(jù)的空間插補與計算。本文以ArcGIS為支撐，80個氣象站點觀測的1997-2006年10年的氣候要素數(shù)據(jù)為插值樣本，考慮區(qū)域地面高程（DEM）、坡向、森林覆蓋率、土地利用覆被等因素的影響，采用協(xié)同克里格（Cokriging）、徑向基（RBF，Radial Basis
　　 Functions）等方法，對全省旬氣候要

4、素如氣溫、降水量、日照時數(shù)、蒸發(fā)量等進行空間插值，得到它們?nèi)》秶鷥?nèi)1kmx1km所有單元較高精度的空間表面數(shù)據(jù)，其中36個旬降水量插值結果均誤差、平均標準差和均方根標準差的平均值分別為-0.007mm、-0.015和1.011，表明所用插值方法對于氣候要素的插值是一種適當、可信的方法。進而通過地圖代數(shù)方法（柵格疊加）得到相應氣候要素月、年時間序列空間分布數(shù)據(jù)。
　　 2.氣候要素空間數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建。將插補得到的氣候要素及相關數(shù)據(jù)進

5、行整理，以ArcGISGeodatabase模型為支撐，在AreCatolog環(huán)境下，建立了集旬、月和年時間序列的氣溫、降水量、積溫、溫潤指數(shù)、地溫、蒸發(fā)量等氣候要素以及土地利用區(qū)域、行政區(qū)劃、氣象站點等柵格數(shù)據(jù)集（Raster Datasets）、矢量要素集（Feature Datasets）于一體的氣候要素空間數(shù)據(jù)庫。
　　 3.氣候要素時空變異分析。通過氣候要素的時空變異分析，得出全省主要氣候要素的時空變化規(guī)律如下：

6、>　　 1）近10a來，旬平均氣溫有波動。從空間上看，東南部和東部地區(qū)變化較小，其它地區(qū)變化較大；從時間上看，11-13、12-14、19-21旬的平均氣溫有平穩(wěn)下降趨勢，15-17、26-28和27-29旬的平均氣溫有平穩(wěn)升高趨勢；7月份平均氣溫有稍許下降趨勢，9和11月的平均氣溫稍有上升趨勢，5-9月平均氣溫升高約1.0℃，平原地區(qū)升溫幅度大于山地丘陵區(qū)。氣象站年平均氣溫移動變化以2.9℃為均值在2.5-3.3℃之間，略有升高和波

7、動跡象，但無明顯上升趨勢。與多年平均氣溫相比，也無明顯升高。春夏之交一些旬期平均氣溫變化率降低趨穩(wěn)，夏秋之交一些旬期平均氣溫變化率升高，表明實際物候有向后延遲的跡象。
　　 2）旬降水量及其波動在時間上呈中間大、兩頭小的分布特征；月降水量也呈中間大、兩頭小，但其波動卻是中間小、兩頭大；年降水量基本是以小興安嶺和張廣才嶺地區(qū)為最大，向周邊逐步減少，且以向大慶、齊齊哈爾方向遞減最快，其它方向遞減較慢。原來多年降水量較大的峰值區(qū)域降水

8、量減少，地區(qū)間降水量較差減小。全省插值和計算的年降水量為524.6mm，與歷史數(shù)據(jù)相比減少幅度約為60mm。小興安嶺和張廣才嶺一帶降水量相對較大，松嫩平原西部和大興安嶺西麓相對較小，地區(qū)間降水量分布不均。
　　 3）13-27旬濕潤指數(shù)在平原地區(qū)波動變異較大，山地丘陵地區(qū)變異較小。齊齊哈爾變異最大，牡丹江變異最小。7月份波動變化最小，最大在春季的5月份。
　　 4）13-27旬的積溫在山地丘陵地區(qū)和松嫩平原地區(qū)變異較大，

9、三江平原地區(qū)變異較小。松嫩平原和三江平原這兩大平原之間的積溫變異存在較明顯的差別。大興安嶺、伊春、齊齊哈爾等地、市旬積溫波動變異較大，七臺河、佳木斯等市波動變異較小。山地丘陵地區(qū)的地、市年積溫相對較低，而位于平原地區(qū)和東南部地區(qū)相對較高。七臺河、雞西、佳木斯、雙鴨山等市≥0℃年積溫波動變異較小，大興安嶺、伊春、齊齊哈爾等地、市波動變異較大；七臺河、佳木斯、雞西等市≥10℃年積溫波動變異較小，大興安嶺、伊春、齊齊哈爾、綏化等地、市波動變異

10、較大。
　　 創(chuàng)新點：1）首次利用協(xié)同克里格（Cokriging）方法，建立黑龍江省氣候要素與高程（DEM）、坡向、森林覆蓋率等因素間的統(tǒng)計關系，對降水量、蒸發(fā)量、日照時數(shù)等氣候要素進行空間插值?；贏rcGIS對氣溫、降水、積溫、濕潤指數(shù)等氣候要素進行分析，得到它們的區(qū)域空間變異規(guī)律；2）在計算旬濕潤指數(shù)過程中，深入研究了多種濕潤指數(shù)計算的模型，參考了適合本論文研究的模型--德·馬東（de Martonne）月濕潤指數(shù)模型Id

11、M=P/（T+10）（P為月降水量，T為月平均氣溫），吸收該模型用降水量與氣溫間關系反映濕潤程度的思想，并通過相關分析尋找模型I=P/（T+a）（P為旬降水量，T為旬平均氣溫，a為常數(shù)）計算結果同P/E（P為旬降水量，E為旬蒸發(fā)量）間的關系，從而建立適合計算黑龍江省旬濕潤指數(shù)的公式IYFH=P/（T+5）（P為旬降水量，T為旬平均氣溫）。用新創(chuàng)建的模型計算旬濕潤指數(shù)，收到很好的效果；3）氣候要素空間插值主要按旬進行，插值出旬平均氣溫、降