1背景介紹

　　精細(xì)化農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃工作對(duì)于我國(guó)當(dāng)前農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、科學(xué)優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)和布局、促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)氣候潛力的挖掘與氣候資源持續(xù)高效的利用具有重要的作用。20世紀(jì)60年代中期和80年代初期，我國(guó)先后完成了第一次和第二次全國(guó)農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃，對(duì)合理利用氣候資源、優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)與布局、保護(hù)生態(tài)環(huán)境等方面發(fā)揮了重要作用。但是，由于當(dāng)時(shí)各項(xiàng)基礎(chǔ)條件還比較薄弱，技術(shù)手段比較落后，所形成的區(qū)劃成果還比較粗略，已經(jīng)不能滿足當(dāng)前新形式下的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要。

　　20世紀(jì)末期，中國(guó)氣象局在有關(guān)部門的大力支持下，組織部分省（區(qū)、市）進(jìn)行了第三次農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃的試點(diǎn)工作，將“3S”技術(shù)引入了農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃試點(diǎn)工作之中，大大提高了工作效率與區(qū)劃精度。當(dāng)前，隨著農(nóng)業(yè)及國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展步伐的加快，迫切需要探討新技術(shù)、新方法，推動(dòng)新一輪全國(guó)性的農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃工作，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃的精細(xì)化、動(dòng)態(tài)化和業(yè)務(wù)化，以滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展決策的需要，提高氣象行業(yè)對(duì)生態(tài)保護(hù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的科技支撐能力。

　　2008年，在公益性氣象行業(yè)專項(xiàng)-“精細(xì)化農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃及其應(yīng)用系統(tǒng)研究”項(xiàng)目的支持下，北京超圖軟件股份有限公司與中國(guó)氣象局國(guó)家氣象中心等多家單位合作開(kāi)發(fā)了精細(xì)化農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃產(chǎn)品制作系統(tǒng)。該系統(tǒng)以精細(xì)化農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃的理論方法為基礎(chǔ)，以常規(guī)氣候觀測(cè)資料、衛(wèi)星遙感資料、農(nóng)業(yè)背景資料等基礎(chǔ)地理信息為數(shù)據(jù)源，基于GIS技術(shù)提供了一套供氣象專業(yè)技術(shù)人員使用的人機(jī)交互式精細(xì)化農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃產(chǎn)品制作系統(tǒng)，該軟件將為農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃專業(yè)技術(shù)人員提供簡(jiǎn)單易用的業(yè)務(wù)平臺(tái)，便于快速、準(zhǔn)確地制作農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃的精細(xì)化、動(dòng)態(tài)化和可視化服務(wù)，滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、農(nóng)業(yè)布局決策的需要。

　　2系統(tǒng)概況

　　系統(tǒng)以Visual C++6.0和國(guó)產(chǎn)組件式GIS平臺(tái)-SuperMap為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)工具，充分利用GIS等技術(shù)及氣候資源的小網(wǎng)格分析方法，建立了一套能夠高效管理基礎(chǔ)地理信息、氣候資源信息，并且集空間信息查詢、氣候要素統(tǒng)計(jì)建模、氣候資源小網(wǎng)格推算及農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃產(chǎn)品制作與輸出等多功能為一體的精細(xì)化農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃產(chǎn)品制作系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了通用地理信息系統(tǒng)的功能，并且結(jié)合氣候資源的空間模擬模型和農(nóng)作物區(qū)劃指標(biāo)模型，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)氣候相應(yīng)的專業(yè)應(yīng)用功能，可實(shí)現(xiàn)國(guó)家、省、市、縣多級(jí)精細(xì)化農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃產(chǎn)品的快速編制。

　　本系統(tǒng)主要由以下五大功能模塊組成，如下：

　?、呸r(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃資料管理功能；

　　⑵交互式氣候要素空間分析模型的構(gòu)建；

　?、菤夂蛞匦【W(wǎng)格推算功能；

　?、绒r(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃產(chǎn)品制作功能；

　?、赊r(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃產(chǎn)品加工模塊；

　　農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃資料管理模塊主要由農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃產(chǎn)品管理、區(qū)劃因子數(shù)據(jù)管理、區(qū)劃指標(biāo)管理組成。區(qū)劃產(chǎn)品庫(kù)管理以目錄的形式提供了對(duì)農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃產(chǎn)品的管理，并在目錄中包含了具體的產(chǎn)品文件、產(chǎn)品數(shù)據(jù)源、區(qū)劃方法、區(qū)劃指標(biāo)、區(qū)劃統(tǒng)計(jì)結(jié)果文件、區(qū)劃產(chǎn)品圖片等說(shuō)明性文件。區(qū)劃因子數(shù)據(jù)管理管理了區(qū)劃產(chǎn)品制作中需要的各種氣候要素（即因子），用戶可以根據(jù)需要進(jìn)行分類管理。區(qū)劃指標(biāo)管理提供了基本的指標(biāo)管理功能,如建立指標(biāo)、修改、發(fā)布指標(biāo)等功能。

　　氣候要素空間分析模型采用常規(guī)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法構(gòu)建氣候要素空間分析模型，并將建立的模型按規(guī)定的格式輸出保存到模型庫(kù)中，也可直接利用模型庫(kù)中已建好的模型進(jìn)行小網(wǎng)格推算，并進(jìn)行殘差分析和疊加等。系統(tǒng)提供建立線性模型和非線性模型的功能，主要的建模方法包括逐步回歸方法、多元回歸、指數(shù)函數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù)、邏輯函數(shù)等空間分析模型推算功能。

　　農(nóng)業(yè)氣候要素的細(xì)網(wǎng)格推算功能利用空間插值方法將離散點(diǎn)氣象要素或其它要素按一定的網(wǎng)格大小值插值到平面空間。系統(tǒng)提供基于常規(guī)插值算法的離散點(diǎn)網(wǎng)格插值功能，包括梯度距離反比法、反距離權(quán)重插值、高斯－克呂格插值、三角網(wǎng)插值和克里金插值等插值方法。系統(tǒng)中還提供針對(duì)某些特殊氣象要素優(yōu)化的細(xì)網(wǎng)格推算，系統(tǒng)可利用這些模型進(jìn)行插值操作，并能提供任意分辨率的氣候要素小網(wǎng)格推算功能。

　　農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃產(chǎn)品制作模塊實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃常用的基本處理方法，包括指標(biāo)法、專家打分法、聚類分析、模糊聚類、決策樹法、一般的公式處理等。系統(tǒng)還提供一個(gè)農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃制作向?qū)В龑?dǎo)用戶利用基本處理方法的組合處理過(guò)程實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃的制作，并記錄該處理過(guò)程，保存為區(qū)劃流程文件，以備再次運(yùn)行。

　　農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃產(chǎn)品加工模塊提供了區(qū)劃產(chǎn)品統(tǒng)計(jì)功能和產(chǎn)品包裝功能。區(qū)劃產(chǎn)品統(tǒng)計(jì)功能可用于用于統(tǒng)計(jì)區(qū)劃區(qū)域各個(gè)區(qū)劃等級(jí)所占區(qū)域的面積大小。通過(guò)輸入?yún)^(qū)劃結(jié)果數(shù)據(jù)可以根據(jù)區(qū)劃等級(jí)、行政區(qū)域等進(jìn)行某個(gè)行政區(qū)劃中各等級(jí)的區(qū)劃類型的分布情況。區(qū)劃產(chǎn)品包裝功能對(duì)生成的產(chǎn)品數(shù)據(jù)集進(jìn)行加工，主要包括專題圖制作、產(chǎn)品配色、名稱等基本信息的添加等，加工后的產(chǎn)品還可以輸出產(chǎn)品圖片。

　　3系統(tǒng)應(yīng)用情況

　　精細(xì)化農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃產(chǎn)品制作系統(tǒng)已2009年3月份投入試運(yùn)行，已在河南氣象局、廣西氣象局、江西氣象局、北京氣象局、氣象科學(xué)研究院、中國(guó)農(nóng)科院、西藏氣象局、廣東氣象局等單位成功試運(yùn)行，取得了良好的應(yīng)用效果。該系統(tǒng)的應(yīng)用，將對(duì)各級(jí)氣象部門農(nóng)業(yè)與生態(tài)氣象業(yè)務(wù)拓寬服務(wù)領(lǐng)域、豐富服務(wù)手段起到很大的促進(jìn)作用。

　　如廣西氣象局利用本系統(tǒng)制作了廣西甘蔗種植的農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃。如下圖：

　　在系統(tǒng)的支持下，廣西氣象局區(qū)劃人員根據(jù)甘蔗生長(zhǎng)與氣候條件的關(guān)系，分析確定了廣西甘蔗種植的農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃指標(biāo)；利用廣西90個(gè)氣象臺(tái)站30年的氣候資料和臺(tái)站地理信息，建立了區(qū)劃指標(biāo)的空間分析模型。在GIS技術(shù)的支持下，按1×1Km細(xì)網(wǎng)格推算出無(wú)測(cè)站地區(qū)氣候區(qū)劃因子的空間分布，并對(duì)廣西甘蔗的適宜種植區(qū)進(jìn)行農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃，為優(yōu)化廣西甘蔗布局以及趨利避害提高產(chǎn)量和含糖量提供科學(xué)依據(jù)。

　　與非精細(xì)化的區(qū)劃技術(shù)相比較，本次區(qū)劃以GIS為技術(shù)支持，采用了氣候資源的小網(wǎng)格分析方法，較為客觀地劃分了廣西甘蔗種植的最適宜、適宜、次適宜和不適宜氣候區(qū)，其結(jié)果與以往傳統(tǒng)區(qū)劃相比更為精細(xì)，空間分辨率達(dá)到1km。特別是在建立氣候要素與地形因子關(guān)系模型的過(guò)程中，不僅考慮了緯度、經(jīng)度、海拔高度等地理因素的影響，還考慮了不同坡向?qū)涤炅恳蜃拥挠绊?，突破了以往氣候因子只能描述其在水平方向變化的局限，能夠直觀地反映出氣候區(qū)劃因子隨地理位置和隨海拔高度的立體變化特征。從區(qū)劃的結(jié)果上來(lái)看，在過(guò)去用常規(guī)方法開(kāi)展的全國(guó)甘蔗氣候區(qū)劃中，廣西境內(nèi)并未劃分出不適宜氣候區(qū)。但實(shí)際上，廣西桂北、桂西不少山最高處海拔超過(guò)1500m，如貓兒山海拔2141m，真寶頂2123m，元寶山2081m，岑王老山2062m，桂中的大瑤山、大明山等海拔也在1500m以上。這些山區(qū)不僅熱量條件差，而且地勢(shì)險(xiǎn)峻，并不具備甘蔗生產(chǎn)適宜氣候條件和土壤條件。根據(jù)實(shí)地調(diào)查結(jié)果，也未有甘蔗分布。因此，本區(qū)劃在GIS支持下，能夠十分精確地將桂北、桂西高寒山區(qū)劃分為甘蔗種植的不適宜氣候區(qū)，其結(jié)果更符合廣西的客觀情況，充分體現(xiàn)了本系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。

　　系統(tǒng)還將開(kāi)發(fā)完成供社會(huì)公眾使用的農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)系統(tǒng)。屆時(shí)，普通社會(huì)大眾可通過(guò)方便快捷的互聯(lián)網(wǎng)，獲取精細(xì)化農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃產(chǎn)品庫(kù)中的各類已有靜態(tài)信息；農(nóng)業(yè)科技工作者、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理者、農(nóng)產(chǎn)品經(jīng)營(yíng)者、農(nóng)戶以及其他涉農(nóng)部門的相關(guān)科研與技術(shù)人員，可通過(guò)本系統(tǒng)的引導(dǎo)，自行給定氣候要素指標(biāo)，了解不同類別的農(nóng)業(yè)氣候資源空間分布以及特色農(nóng)業(yè)區(qū)劃的氣候分布狀況。