海南香蕉种植近30年和过去30年的气候适宜性比较

　　0、 引言

　　香蕉是热带地区的主产水果，气候条件是制约其种植范围的最主要因素，也是决定其产量以及品质的关键因素。香蕉适宜生长的气温在15.5~30℃，最适温度在24~32℃，生育期内对热害及寒害较为敏感，气温达38℃生长会受到抑制，气温低于12℃即会对生长有影响，5℃以下植株会受冻害直至死亡。香蕉亦是喜光作物，一般要求年日照时数大于1800 h，在适宜的温光条件下，香蕉果实发育整齐、成熟快、品质高。

　　海南岛位于中国最南端，属于典型的热带岛屿季风性气候，常年温暖湿润，≥10℃的年活动积温平均达到8800℃· d，年平均日照时数达到 2000 h，光照充足，光温潜力高，是热带水果的主产地，尤其适宜香蕉的生长。近几年来，海南香蕉产业发展迅猛，截止2012年海南香蕉种植面积达到60933 hm2，产量达209万t。

　　近年来，关于气候条件对香蕉影响的研究已有报道，较多见的是关于寒害对香蕉生长、产量的影响以及香蕉种植区划研究。如有研究选取冬季平均气温、年日照时数、10级以上大风发生频率和年平均气温、≥10℃活动积温、l月平均最低气温、年极端最低气温、日最低气温小于5℃天数2组不同区划指标，均采用专家打分法分别对广东和海南香蕉种植进行了气候区划，划分出各省香蕉种植的最适宜区、适宜区、次适宜区和不适宜区；有研究选取年平均气温、≥10℃活动积温、年极端最低气温平均值、日均温≤8℃连续天数、年降雨量为区划指标，采用权重法对广西香蕉进行了气候区划，同样得出了广西香蕉种植的最适宜区、适宜区、次适宜区和不适宜区；此外，也有研究气象条件与香蕉种植产量关系出发，根据建立的香蕉产量寒害危险性评价模型，结合地区间种植规模的差异，开展了海南省香蕉产量寒害风险区划，对全岛各区域寒害危险性进行了划分。这些研究选取的指标各有差异，方法各不相同，但都只是沿用旧方法选用新数据得出新结果，关于海南香蕉种植的精细化区划研究更为少见，当前的研究都只是简单方法的探索，尚未见相关研究分析气候变化下海南香蕉种植气候适宜性变化的报道。

　　在全球气候变化背景下，海南岛各地常年平均气温、极端气温、日照、降水等要素也存在不同程度的变化，加之近些年来极端天气气候事件的频繁发生，使得香蕉种植的气候适宜性也随之改变。本研究旨在分析近30年（1981—2010年）相对过去30年（1971—2000年）影响香蕉生长的主要气候要素变化，对香蕉种植近30 年和过去 30 年的气候适宜性进行区划，并进行对比分析，得出其适宜性的空间变化，以期为香蕉的种植合理布局，香蕉产量和品质提高提供理论依据，为香蕉种植应对气候变化提供决策支持。

　　1、 资料与方法

　　1.1 资料来源

　　本研究气象资料为海南省信息中心提供的海南省18 个市县气象站逐日观测数据，观测要素主要有：日平均气温、日最低气温、日照时数等，资料年限为1971—2010 年；地理信息数据为海南省地形图，海南省数字高程模型。

　　1.2 气候适宜性评价模型

　　1.2.1 评价指标的选择 本研究通过分析海南香蕉产量（2008—2012年）与气候要素的相关性，同时查阅相关文献，并结合海南实际情况，确定选取年平均气温、年极端最低气温、1月平均最低气温、≥10℃活动积温、年日照时数5个要素作为评价指标，具体适宜性划分标准见表1。

　　1.2.2 评价方法的确定 本研究采用前人区划中较为成熟的模糊综合评价法建立气候适宜性评价模型，将香蕉种植的气候适宜性划分为3个等级：适宜、次适宜、不适宜。为使各等级区划指标在进行区划时不具跳跃性，将适宜区指标群作为模糊集合，利用模糊集的隶属函数，对区划指标进行归一化处理，具体隶属函数建立分别见公式(1)~(5)。

　　式中：f1、f2、f3、f4、f5分别代表年平均气温、年极端最低气温、1月平均最低气温、日照时数、≥10℃有效积温。

　　本研究中香蕉种植适宜性各评价指标的权重系数通过层次分析法(AHP)来确定，进一步分析各评价指标对香蕉产量和品质的影响以及各气候要素空间分布的峰度系数，确定指标的权重集为：α=﹛0.25,0.16,0.14,0.28,0.17﹜。将获得的各评价要素空间分布栅格图，进行叠加，获得最终适宜性，见公式(6)。

　　式中：fi为各要素均一化处理后的栅格图层，αi为对应的各要素的权重。计算得出的最终综合气候适宜性评价值s在0~1，用来评价海南岛香蕉种植的气候适宜性。香蕉种植的气候适宜性评价值以能够满足香蕉正常生理生长的气候值界限为依据，结合海南的实际情况，确定s≥0.69、0.45~0.69、≤0.45 依次为适宜、次适宜和不适宜3个等级的划分标准，据此制作海南岛香蕉种植气候适宜性区划图。

　　1.3 空间插值方法

　　平均气温、年极端最低气温、1月平均最低气温、活动积温等4个气候要素空间插值方法为多元线性回归插值法，通过“多元回归+残差内插”的方法进行插值 。 将 1971—2010 年 数据分为 1971—2000 年和1981—2010 年 2 个部分，以便对其进行对比分析，分别对前30年与近30年各站点气候要素值与其对应站点经度、纬度以及海拔高度进行相关分析，得出其多元线性回归方程（见公式(7)、表2）：

　　式中：y为相关插值要素，x1为经度，x2为纬度，x3为海拔高度，ε为各要素残差。在ArcGIS中基于空间分析模块，以得出的回归方程进行栅格计算，生成以经度、纬度和海拔网格图层为变量的气象要素插值图层1，采用反距离插值方法内插生成各要素残差的网格图层2，将图层1与图层2进行叠加，生成各要素的空间分布图。日照时数空间插值方法采用反距离插值法。

　　2、 结果与分析

　　2.1 海南岛年平均气温分布对比

　　分析前30年（1971—2000 年 ）以及近 30 年（1981—2010年）气温变化（见表3）可知，各代表观测站年平均气温均在升高。本研究通过对前 30 年（1971—2000年）以及近30年（1981—2010年）各观测站年平均气温利用得出的多元线性回归方程，基于DEM 数据进行多元线性回归插值，得出前 30 年以及近30年海南岛平均温度空间分布图。空间分布图进行叠加分析得出气温变化图（见图1），进一步可知，近30 年海南全岛平均气温在升高，其中从东部琼海到西部儋州一线以南地区以及北部的海口升温幅度较高，达到了0.3℃以上，三亚地区升温幅度为最高，达到了0.4℃，北部地区澄迈、文昌升温幅度相对较小，在0.2℃左右。

　　2.2 海南岛≥10℃积温分布对比

　　≥10℃活动积温是衡量作物种植气候适宜性的重要指标，分析前30年以及近30年年平均活动积温变化（见表3），可知各代表观测站年平均活动积温均在增加。本研究通过对前30年以及近30年各观测站年平均活动积温利用得出的多元线性回归方程，基于DEM数据进行多元线性回归插值，得出前30年以及近30年海南岛平均≥10℃活动温度空间分布图（见图2）。对得出的空间分布图进行叠加分析，进一步可知，近30年海南全岛≥10℃活动温度均在增加，其中从东部琼海到西部儋州一线以南地区以及北部的海口增幅较大，除东方跟万宁为 99.5℃· d 以上，其他均达到了100℃· d 以上，三亚地区增幅为最大达到了 181℃· d，北部地区澄迈、定安、文昌增幅相对较小，澄迈增幅最小，为66.7℃· d，其他在 90℃· d 左右。

　　2.3 年极端最低气温分布对比

　　低温寒害是影响香蕉生长发育的严重气象灾害，香蕉受害程度受低温程度以及持续时间的影响。分析前30年以及近30年年极端最低气温变化（见表3），可知各代表观测站年1981—2010年出现的极端最低气温均高于或与1971—2000年相同。本研究通过对前30 年以及近 30 年各观测站年极端最低气温利用得出的多元线性回归方程，基于DEM数据进行多元线性回归插值，得出前30年以及近30年海南岛年极端最低温度空间分布图（见图3）。对得出的空间分布图进行叠加分析可知，海南岛西部地区年极端最低气温变化不大，呈现略增加的趋势，南部的保亭、三亚、乐东以及北部的定安增加趋势最为明显，达到了2℃以上，其他地区呈现略增加或无明显变化的趋势。

　　2.4 1 月平均最低气温分布对比

　　香蕉生长要求最冷月的平均气温高于12℃，为进一步探讨低温寒害对香蕉生长的影响，本研究选取海南省最冷月份1月的平均最低气温最为对象，分析其前30年和近30年的变化情况。由表3可知，近30年各个观测点1月平均最低气温均在升高。通过对前30年以及近30年各观测站1月平均最低气温利用得出的多元线性回归方程，基于DEM数据进行多元线性回归插值，得出前30年以及近30年海南岛1月平均最低温度空间分布图（见图4）。对得出的空间分布图进行叠加分析可知，除北部的澄迈外，其他地区1月平均最低气温增幅均在0.2℃以上，其中增幅最大的区域出现在中部五指山、琼中以及东南部陵水、万宁、三亚、保亭，达到了0.4℃以上。

　　2.5 海南岛光照资源分布对比

　　有效的光照条件是香蕉产量以及品质形成的关键气候要素，本研究选取海南省年平均日照时数为对象分析其前30年和近30年的变化情况。由表3可知，近30 年除了中部白沙、琼中外，其他各个观测点年平均日照时数均在降低。通过对前30年以及近30年各观测站年平均日照时数利用反距离插值，得出前30年以及近30年海南岛年平均日照时数的空间分布图（见图5）。对得出的空间分布图进行叠加分析可知，海南全岛除中部琼中、白沙呈现弱增加外，其他地区日照时数均在减少，尤其北部的澄迈、海口，南部的陵水、乐东表现最为明显，年平均日照时数减少达到了100 h以上。

　　2.6 气候变化下海南岛香蕉种植适宜性对比

　　根据确定的权重值，基于GIS空间分析平台，将获得的1971—2000年以及1981—2010年年平均气温、年极端最低气温、1月平均最低气温、≥10℃活动积温、年平均日照时数分别经过各自隶属函数处理后的空间分布图进行叠加，并对结果进行重分类，得出海南岛前30 年以及近 30 年香蕉种植气候适宜性区划图（见图6~7），共分为 3 个等级，即适宜、次适宜以及不适宜，可知海南香蕉种植适宜地区主要分布在西部儋州、东方、临高、昌江以及东部琼海、万宁、陵水部分地区，北部海口、文昌、定安部分地区，南部三亚、乐东部分地区，不适宜区主要分布在中部琼中、白沙、五指山地区，其他地区为次适宜地区。

　　对获得的香蕉种植气候适宜性区划图进行叠加（见图8），进一步分析可知，气候变化背景下，海南岛香蕉种植气候适宜性在近30年出现了变化，主要表现为不适宜地区在减少，次适宜地区在增加，适宜区变化不明显，尤以北部以及中部山地变化最为明显。北部澄迈地区适宜度降低面积最大，西南部乐东部分地区适宜度也有降低，表现为由适宜降低到次适宜；海口西部以及定安东北部部分地区适宜度有所增加，表现为由次适宜升高到适宜；中部琼中、白沙、五指山，东南部保亭、三亚以及西南部乐东、东方部分地区适宜度均有明显变化，主要表现为由不适宜升高到次适宜，也有部分地区为次适宜升高到适宜，其他地区变化不显著。

　　3、 结论与讨论

　　本研究分析了香蕉种植气候适宜性的主要评价指标年平均气温、年极端最低气温、1月平均最低气温、日照时数、≥10℃活动积温近30年（1981—2010年）相对过去30年（1971—2000年）的变化，基于GIS空间分析模块，利用权重法对海南香蕉种植近30年和过去30年的气候适宜性进行了区划及对比分析，得出其适宜性的空间变化。

　　年平均气温、≥10℃活动积温是香蕉生长热量的主要反映，年极端最低气温以及海南最冷月1月平均最低气温是香蕉冬季安全越冬的关键指标，日照时数是香蕉生长光合潜力的反映。利用多元回归插值法及反距离插值法生成了近30年和过去30年各指标的空间分布图，并进行了叠加分析。分析结果表明：近30年海南全岛年平均气温、年极端最低气温、1月平均最低气温、≥10℃活动积温均在增加，其中年平均气温平均升高0.3℃，年极端最低气温平均升高1.2℃，1月平均最低气温平均升高0.3℃，≥10℃活动积温平均增加108.2℃· d。由此可以推知，海南的热量资源在增加，遇低温寒害的几率在降低，这主要与全球气候变化大背景下气温升高相关，同时海南全岛日照时数除中部地区有增加外，其他地区均表现为降低，平均降低59.8 h，由此可以推知海南的光照资源在下降，这主要与城市化进程以及空气气溶胶浓度增加有关。

　　基于模糊综合评价法，利用层次分析法得出各指标权重，对近30年和过去30年香蕉种植的适宜性进行评价，并进行叠加分析，其变化结果分析表明：在气温增加、日照降低的气候背景下，海南岛香蕉种植气候适宜性也出现了变化，表现为不适宜地区减少了6.2%，次适宜地区增加了10.2%，适宜区减少了约4%，尤以北部以及中部山地变化最为明显。出现不适宜地区减少主要是由于中南部山区气温在增加尤其低温表现增加明显，过去不适宜地区在气温适宜的状况下均可种植香蕉；出现适宜地区减少主要是由于海南北部地区最低气温变化不明显，部分地区近30年极端最低气温与过去30年相同，与此同时此区由于城市化进程较快，日照时数降低较多，香蕉种植适宜性由适宜降低到次适宜。

　　前人关于海南香蕉的气候区划已有开展，如有学者选取冬季平均气温、年日照时数、10级大风频次对海南香蕉种植气候区划进行了初步探索，但研究相对简单，选择评价指标较少，未能真实地反映海南香蕉种植的气候适宜性，关于香蕉种植气候适宜性变化的研究还未见报道。本研究结果针对香蕉生长的气候条件，未考虑香蕉生长期内的风灾等其他灾害，在今后的研究中要进一步探索不同生育期内香蕉的受灾情况，使适宜性的评价得到全面反映，使评价结果更为客观准确。本研究的开展可为气候变化背景下，海南香蕉种植合理布局以及香蕉产量品质提高提供理论依据。

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