張山清，普宗朝,李新建，吉春容，傅瑋東，宮恒瑞，蒲 潔

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氣候變化對天山北坡經(jīng)濟(jì)帶設(shè)施農(nóng)業(yè)氣候適宜性的影響*

張山清1，普宗朝2**,李新建1，吉春容1，傅瑋東1，宮恒瑞2，蒲 潔2

（1. 新疆農(nóng)業(yè)氣象臺，烏魯木齊 830002；2. 新疆烏魯木齊市氣象局，烏魯木齊 830002）

新疆天山北坡經(jīng)濟(jì)帶冬季寒冷且漫長、日照時數(shù)少、部分地區(qū)多大風(fēng)，氣候條件對設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總體不利。開展氣候變化對該地區(qū)設(shè)施農(nóng)業(yè)氣候適宜性的影響研究，對適應(yīng)氣候變化，科學(xué)制定天山北坡經(jīng)濟(jì)帶設(shè)施農(nóng)業(yè)布局和發(fā)展規(guī)劃具有重要意義。利用天山北坡經(jīng)濟(jì)帶35個氣象臺站1961?2014年逐年≤0℃負(fù)積溫、12月?翌年2月日照時數(shù)和10月?翌年4月大風(fēng)日數(shù)資料，通過線性趨勢分析、累積距平和t檢驗以及基于ArcGIS的混合插值法對各要素的時空變化進(jìn)行分析。結(jié)合實際調(diào)查獲取的設(shè)施農(nóng)業(yè)氣候適宜性區(qū)劃指標(biāo)，對比分析了1988年前、后天山北坡經(jīng)濟(jì)帶設(shè)施農(nóng)業(yè)氣候適宜性區(qū)劃的變化。結(jié)果表明：天山北坡經(jīng)濟(jì)帶≤0℃負(fù)積溫具有高山帶多，平原次之，中、低山帶少；12月-翌年2月日照時數(shù)高山帶和平原少，中、低山帶多；10月?翌年4月大風(fēng)日數(shù)峽谷地帶及風(fēng)口和風(fēng)線多，平原和山區(qū)少的特點。1961?2014年天山北坡經(jīng)濟(jì)帶≤0℃負(fù)積溫、12月?翌年2月日照時數(shù)和10月?翌年4月大風(fēng)日數(shù)分別以50.67℃·d·10a-1、20.52h·10a-1和1.31d·10a-1的傾向率呈極顯著（P＜0.001）減少趨勢，上述各要素分別于1988、1987和1987年發(fā)生突變。受其影響，1988年后較其之前，設(shè)施農(nóng)業(yè)適宜區(qū)和次適宜區(qū)面積分別增加14466.0km2和4929.7km2，不適宜區(qū)減小19395.6km2。

≤0℃負(fù)積溫；12月?翌年2月日照時數(shù)；10月?翌年4月大風(fēng)日數(shù)；氣候變化；設(shè)施農(nóng)業(yè)；天山北坡經(jīng)濟(jì)帶；ArcGIS

設(shè)施農(nóng)業(yè)是利用工程技術(shù)和可控手段，創(chuàng)造出不受或少受自然季節(jié)限制的適宜作物生長發(fā)育的環(huán)境條件，以實現(xiàn)集約、高效和可持續(xù)發(fā)展的一種現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，但設(shè)施農(nóng)業(yè)也是一項高投入、高風(fēng)險的產(chǎn)業(yè)，尤其受天氣、氣候條件的影響較大[1-3]。設(shè)施農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃是采用對設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有重要意義的氣候指標(biāo)，根據(jù)氣候條件的地區(qū)差異，遵循氣候的相似性原則進(jìn)行的區(qū)域劃分[4]。可為各地充分合理應(yīng)用對設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有利的氣候資源，最大程度地規(guī)避不利氣象災(zāi)害的影響，采取趨利避害的對策措施，促進(jìn)設(shè)施農(nóng)業(yè)的優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效以及可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。近年來，張亞紅等[2-9]從不同角度對全國以及國內(nèi)部分地區(qū)的設(shè)施農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃進(jìn)行了初步研究，研究成果對指導(dǎo)設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生了積極的作用。但前人的研究也存在以下不足，一是區(qū)劃指標(biāo)的選取多基于經(jīng)驗，因此區(qū)劃結(jié)果與部分地區(qū)的氣候特點及設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實際不甚相符；二是限于當(dāng)時氣候要素的空間插值技術(shù)，區(qū)劃的精細(xì)化程度較低；三是關(guān)于氣候變化對設(shè)施農(nóng)業(yè)氣候適宜性影響的研究十分少見；四是研究區(qū)域多集中于中國中東部地區(qū)，對新疆設(shè)施農(nóng)業(yè)氣候適宜性區(qū)劃的研究報道很少。

新疆天山北坡經(jīng)濟(jì)帶地處亞歐大陸腹地，位于以烏魯木齊、石河子、克拉瑪依、博樂和伊寧市為軸心的準(zhǔn)噶爾盆地南緣，天山北坡中、西段，是“一帶一路”絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶的核心區(qū)，地理坐標(biāo)79°52′51″-91°33′28″E，42°15′30″-46°14′11″N，區(qū)域面積28.58×104km2，占新疆總面積的17.2％；2014年末區(qū)域人口9.73×104，占新疆總?cè)丝诘?2.3%，GDP約占全疆的66.0%，是新疆經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)，城鎮(zhèn)分布和人口最集中的區(qū)域，對蔬菜等副食品需求量很大[10]。但天山北坡經(jīng)濟(jì)帶熱量資源相對匱乏，大部分地區(qū)無霜凍期不足180d，作物生長季較短[11]。為延長本地蔬菜的上市時間，最大程度地豐富廣大市民冬半年的菜籃子，近年來，新疆自治區(qū)及天山北坡經(jīng)濟(jì)帶各級政府對設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展十分重視，至2012年，天山北坡經(jīng)濟(jì)帶以節(jié)能日光溫室和塑料大棚為主的各類設(shè)施農(nóng)業(yè)投產(chǎn)面積已達(dá)2.38×104hm2，占新疆設(shè)施農(nóng)業(yè)投產(chǎn)總面積的28.8％[12]。

由于天山北坡經(jīng)濟(jì)帶的冬季寒冷且漫長，日照時數(shù)少，部分地區(qū)多大風(fēng)，氣候條件對發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)總體不甚理想。加之近年來該區(qū)域一些地區(qū)忽視氣候條件的適宜性，盲目擴(kuò)大發(fā)展規(guī)模，或規(guī)劃、建設(shè)區(qū)域不合理，導(dǎo)致溫室大棚的輔助加熱能耗劇增，溫室大棚遭受大風(fēng)災(zāi)害侵襲造成棚膜破損甚至大棚垮塌的現(xiàn)象頻發(fā)，致使農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量、品質(zhì)降低，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益均受到嚴(yán)重影響。許多研究表明，在全球變暖背景下，近50a新疆氣候總體呈明顯的“暖濕化”趨勢，氣溫顯著升高[13]，空氣濕度增大，云量增多，日照時數(shù)顯著減少[14]，風(fēng)速顯著減小[15]，低溫、大風(fēng)、霧霾等異常天氣、氣候事件呈多發(fā)、重發(fā)趨勢。氣候變化將改變農(nóng)業(yè)氣候資源和農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的時空分布，進(jìn)而對設(shè)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)生影響。因此，本文擬利用新疆天山北坡經(jīng)濟(jì)帶區(qū)域內(nèi)35個氣象站1961-2014年歷史氣候資料，結(jié)合對當(dāng)?shù)卦O(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實際考察和調(diào)研，確定符合當(dāng)?shù)貙嶋H的設(shè)施農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃指標(biāo)，就近54a新疆天山北坡經(jīng)濟(jì)帶氣候變化對設(shè)施農(nóng)業(yè)氣候適宜性區(qū)劃的影響進(jìn)行研究和分析，以期為適應(yīng)氣候變化，科學(xué)制定設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展計劃和規(guī)劃，采取趨利避害的生產(chǎn)管理和對策措施提供參考依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

新疆天山北坡經(jīng)濟(jì)帶包括烏魯木齊市、克拉瑪依市、石河子市、昌吉回族自治州、博爾塔拉蒙古自治州、伊犁哈薩克自治州州直各縣（市）以及塔城地區(qū)南部的烏蘇市和沙灣縣，共27個縣（市），總面積28.58×104km2。地形地貌復(fù)雜，地勢高差懸殊，氣候類型多樣，其中，海拔900m以下的天山北坡山前傾斜平原受準(zhǔn)噶爾盆地冬季“冷湖”的影響，冬季氣溫較低，多霧霾天氣，日照時數(shù)少；海拔900-1600m的丘陵、低山地帶以及1600-2800m的中山帶因地處天山北坡冬季逆溫層內(nèi)，冬季氣溫較高，日照時數(shù)較多；海拔2800m以上的高山帶氣候嚴(yán)寒，冬季持續(xù)時間長，氣溫低[14,16-17]。另外，受局地地形的影響，阿拉山口和達(dá)坂城等山間峽谷地帶多大風(fēng)[15]。

1.2 資料來源

使用研究區(qū)域內(nèi)資料序列較長的35個氣象站1961-2014年逐日平均氣溫、日照時數(shù)和最大風(fēng)速資料，以及天山北坡經(jīng)濟(jì)帶1:50000地理信息數(shù)據(jù)。研究區(qū)域和所選氣象站點分布見圖1。各站氣候數(shù)據(jù)和區(qū)域地理信息數(shù)據(jù)由新疆氣象信息中心提供。

1.3 氣候區(qū)劃指標(biāo)

姚益平等[4]研究指出，地處北疆的天山北坡經(jīng)濟(jì)帶冬季嚴(yán)寒、太陽輻射弱、輔助加熱能耗高，為中國設(shè)施農(nóng)業(yè)的氣候“不適宜區(qū)”。但事實上，長期以來該區(qū)域一直有設(shè)施農(nóng)業(yè)的存在，并且近年來發(fā)展十分迅速，說明設(shè)施農(nóng)業(yè)的“氣候適宜”程度是相對的，區(qū)劃指標(biāo)必須結(jié)合氣候條件和設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實際而確定。近年，雖然中國的設(shè)施農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃取得了一定進(jìn)展，但區(qū)劃指標(biāo)各異。加之有關(guān)新疆設(shè)施農(nóng)業(yè)與氣候的關(guān)系及其區(qū)劃的研究報道十分少見，因此，關(guān)于天山北坡經(jīng)濟(jì)帶設(shè)施農(nóng)業(yè)氣候適宜性區(qū)劃指標(biāo)無成熟的研究成果可供借鑒?；谝陨显?，本研究對天山北坡經(jīng)濟(jì)帶設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行了實地考察、調(diào)研，并就影響設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要氣候因子及其影響權(quán)重走訪了有關(guān)專家和設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大戶，形成以下調(diào)查結(jié)果。

（1）天山北坡經(jīng)濟(jì)帶冬季寒冷且漫長，溫度條件是影響溫室大棚內(nèi)農(nóng)作物生長發(fā)育、室內(nèi)輔助加熱能耗的主要氣候要素，應(yīng)將溫度條件作為區(qū)劃的主要因子。體現(xiàn)冬季氣候寒冷程度的氣候因子很多，如，冬季平均氣溫、極端最低氣溫、最冷月平均氣溫等，其中，日平均氣溫穩(wěn)定≤0℃負(fù)積溫能綜合反映冬季寒冷期的持續(xù)時間和低溫的強度[16-17]，因此，本研究將≤0℃負(fù)積溫的絕對值作為衡量天山北坡經(jīng)濟(jì)帶設(shè)施農(nóng)業(yè)適宜程度的溫度指標(biāo)。其計算式為

式中，∑T為≤0℃負(fù)積溫絕對值，以下簡稱≤0℃負(fù)積溫（℃·d）；n為采用五日滑動平均法[18]確定的日平均氣溫穩(wěn)定≤0℃初、終日之間的天數(shù)；ti為期間第i日的平均氣溫。

（2）光照對溫室大棚內(nèi)各種作物光合作用以及室內(nèi)溫度的提高均有重要影響，但由于天山北坡經(jīng)濟(jì)帶緯度較高，冬季太陽高度角低，加之準(zhǔn)噶爾盆地冬季多陰霧天氣，12月-翌年2月日照時數(shù)較少[11,14]，對設(shè)施農(nóng)業(yè)影響較大。因此，將12月-翌年2月日照時數(shù)（期間逐日日照時數(shù)之和）作為衡量天山北坡經(jīng)濟(jì)帶光照條件對設(shè)施農(nóng)業(yè)適宜程度的指標(biāo)。

（3）瞬時風(fēng)速≥17m·s-1（風(fēng)力≥8級）稱為大風(fēng)，將出現(xiàn)大風(fēng)之日記作一個大風(fēng)日[11]。天山北坡經(jīng)濟(jì)帶部分地區(qū)設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)季（10月-翌年4月）多大風(fēng)[11]，常導(dǎo)致溫室大棚棚膜撕裂、破損，甚至大棚垮塌，造成損失，因此，10月-翌年4月大風(fēng)日數(shù)是影響天山北坡設(shè)施農(nóng)業(yè)的主要氣象災(zāi)害。但由于大風(fēng)的多寡受局地地形的影響十分明顯，其對設(shè)施農(nóng)業(yè)的影響也具有區(qū)域性特點，因此，其影響權(quán)重總體較小。

綜合上述考察和調(diào)研結(jié)果，并結(jié)合專家打分法，確定天山北坡經(jīng)濟(jì)帶設(shè)施農(nóng)業(yè)氣候適宜性區(qū)劃指標(biāo)及各因子的影響權(quán)重見表1。

表1 天山北坡經(jīng)濟(jì)帶設(shè)施農(nóng)業(yè)氣候適宜性區(qū)劃指標(biāo)

注：∑T為≤0℃負(fù)積溫的絕對值，∑S為12月-翌年2月日照時數(shù)，∑D為10月-翌年4月大風(fēng)日數(shù)

Note:∑T is the absolute value of the negative accumulated temperature, ∑S is the sum of sunshine hours from Dec. to Feb. next year, ∑D is the sum of the gale days from Oct. to next April. The same as below.

1.4 研究方法

使用線性趨勢、累積距平和t-檢驗[18]方法分析天山北坡經(jīng)濟(jì)帶1961-2014年≤0℃負(fù)積溫、12月-翌年2月日照時數(shù)和10月-翌年4月大風(fēng)日數(shù)的變化趨勢和突變特征。

采用宏觀地理因子的三維二次趨勢面模擬與反距離加權(quán)殘差訂正相結(jié)合的方法，對天山北坡經(jīng)濟(jì)帶≤0℃負(fù)積溫、12月-翌年2月日照時數(shù)和10月-翌年4月大風(fēng)日數(shù)等指標(biāo)氣候要素進(jìn)行200m×200m柵格的空間插值模擬[19-20]。以三要素中發(fā)生突變最遲的突變年（1988年）為時間節(jié)點，探討1988年前（1961-1987年）、后（1988-2014年）≤0℃負(fù)積溫、12月-翌年2月日照時數(shù)和10月-翌年4月大風(fēng)日數(shù)空間分布的變化[19-21]。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣候區(qū)劃指標(biāo)的變化趨勢分析

2.1.1 ≤0℃負(fù)積溫

由圖2可見，1961-2014年研究區(qū)內(nèi)≤0℃負(fù)積溫（35個站點的平均，下同）呈波動變化過程，最大值為1746.7℃·d，最小值為901.1℃·d，平均為1229.3℃·d；整個分析期內(nèi)，≤0℃負(fù)積溫以50.7℃·d·10a-1的傾向率呈極顯著減少趨勢（P＜0.01）。由1961-2014年天山北坡經(jīng)濟(jì)帶≤0℃負(fù)積溫序列的累積距平可以看出，1987年出現(xiàn)了累積距平的最大值（圖2），對1961-1987年與1988-2014年≤0℃負(fù)積溫序列進(jìn)行t檢驗，結(jié)果表明（表2），｜t0｜=6.8198＞tα=0.001，通過了0.001水平的顯著性檢驗，說明近54a天山北坡經(jīng)濟(jì)帶≤0℃負(fù)積溫于1988年發(fā)生了突變。突變后（1988-2014年）較突變前（1961-1987年）平均≤0℃負(fù)積溫減少了186.2℃·d。

表2 ∑T、∑S和∑D數(shù)據(jù)序列的突變點及其T-檢驗

注：n1、n2分別為待檢測氣候突變點前后氣候要素序列的樣本數(shù)。***表示通過0.001水平的顯著性檢驗。

Note: n1and n2are the sample number before and after detected year.***is P<0.001.

2.1.2 12月-翌年2月日照時數(shù)

由圖3可見，天山北坡經(jīng)濟(jì)帶1961-2014年12月-翌年2月日照時數(shù)以20.52h×10a-1的傾向率呈極顯著（P＜0.01）減少趨勢（圖3），54a來減少了110.8h。由1961-2014年12月-翌年2月日照時數(shù)序列的累積距平可以看出，1986年出現(xiàn)了累積距平的最大值（圖3），對1961-1986年與1987-2014年12月-翌年2月日照時數(shù)序列進(jìn)行t檢驗，結(jié)果表明（表2），｜t0｜=6.5617＞tα=0.001，通過了0.001水平的顯著性檢驗，說明近54a天山北坡經(jīng)濟(jì)帶12月-翌年2月日照時數(shù)于1987年發(fā)生了突變。突變后（1987-2014年）較突變前（1961-1986年）12月-翌年2月平均日照時數(shù)減少了60.8h。

2.1.3 10月-翌年4月大風(fēng)日數(shù)

由圖4可見，天山北坡經(jīng)濟(jì)帶1961-2014年10月-翌年4月大風(fēng)日數(shù)以1.31d×10a-1的傾向率呈極顯著（P＜0.01）減少趨勢，54a來減少了7.1d。由1961-2014年10月-翌年4月大風(fēng)日數(shù)序列的累積距平可以看出，1986年出現(xiàn)了累積距平的最大值（圖4），對1961-1986年與1987-2014年10月-翌年4月大風(fēng)日數(shù)序列進(jìn)行t檢驗，結(jié)果表明（表2），｜t0｜=9.6455 >tα=0.001，通過了0.001水平的顯著性檢驗，說明近54a天山北坡經(jīng)濟(jì)帶10月-翌年4月大風(fēng)日數(shù)于1987年發(fā)生了突變。突變后（1987-2014年）較突變前（1961-1986年）10月-翌年4月平均大風(fēng)日數(shù)減少了3.9d。

2.2 氣候指標(biāo)的空間分布及其變化

2.2.1 ≤0℃負(fù)積溫

由圖5可見，研究區(qū)內(nèi)高山帶因海拔高、氣候嚴(yán)寒，故≤0℃負(fù)積溫最多；準(zhǔn)噶爾盆地南緣的山前傾斜平原地帶受盆地冬季“冷湖”的影響，≤0℃負(fù)積溫也較多，但次于高山帶；中、低山帶因冬季有明顯的逆溫現(xiàn)象，因此，是研究區(qū)≤0℃負(fù)積溫最少的區(qū)域。

就1988年前各適宜性等級≤0℃負(fù)積溫（表1）的空間分布而言（圖5a），高山帶負(fù)積溫一般在1800℃·d以上；平原地帶為1400～1800℃·d；中、低山帶在1400℃·d以下。1988年后較其之前，≤0℃負(fù)積溫的分布格局基本相似，但不足1400℃·d的區(qū)域明顯擴(kuò)大，其中，中、東部山前傾斜平原地帶擴(kuò)大尤為明顯；1400～1800℃·d的區(qū)域明顯壓縮，≤0℃負(fù)積溫＞1800℃·d的區(qū)域變化不大（圖5b）。

2.2.2 12月-翌年2月日照時數(shù)

天山北坡經(jīng)濟(jì)帶12月-翌年2月日照時數(shù)的空間分布格局與≤0℃負(fù)積溫大體相似，也呈現(xiàn)高山帶和山前傾斜平原少，中、低山帶多的特點（圖6）。1988年前，伊犁河谷和天山北坡中、西部海拔1500-2500m的中山帶以及研究區(qū)東部的奇臺、木壘等地12月-翌年2月日照時數(shù)較多，一般在520h以上；伊犁河谷谷地、準(zhǔn)噶爾盆地南緣的山前傾斜平原大部次之，為420～520h；海拔4000m以上的高山帶云量較多、準(zhǔn)噶爾盆地西南部的精河至克拉瑪依低洼地霧霾天氣多的緣故，12月-翌年2月日照時數(shù)較少，一般在420h以下（圖6a）。1988年后較其之前，12月-翌年2月日照時數(shù)不足420h的區(qū)域在高山帶變化不大，但在山前傾斜平原有較大幅度的擴(kuò)大，其中，海拔700m以下的平原地帶幾乎完全被該區(qū)域所覆蓋；420～520h的區(qū)域明顯壓縮；520h以上的區(qū)域向高海拔抬升、壓縮（圖6b）。

2.2.3 10月-翌年4月大風(fēng)日數(shù)

天山北坡經(jīng)濟(jì)帶10月-翌年4月大風(fēng)日數(shù)的空間分布呈現(xiàn)風(fēng)口風(fēng)線及峽谷地帶多，平原和天山山區(qū)少的特點（圖7）。1988年前，準(zhǔn)噶爾盆地西南部的阿拉山口至克拉瑪依一帶、烏魯木齊市東南部達(dá)坂城山間峽谷地帶以及吉木薩爾、奇臺、木壘等風(fēng)口風(fēng)線地帶10月-翌年4月大風(fēng)日數(shù)一般在10d以上；伊犁河谷、準(zhǔn)噶爾盆地南緣的山前傾斜平原和低山丘陵地帶次之，為4～10d；天山山區(qū)以及石河子墾區(qū)平原地帶在4d以下（圖7a）。1988年后較其之前，10月-翌年4月大風(fēng)日數(shù)在10d以上的區(qū)域明顯減小，4～10d的區(qū)域明顯增大，不足4d的區(qū)域面積變化不大但其分布總體向低海拔區(qū)移動（圖7b）。

2.3 設(shè)施農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃的變化及其評述

根據(jù)表1的等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，在ArcGIS10.0平臺上將1988年前、后天山北坡經(jīng)濟(jì)帶≤0℃負(fù)積溫、12月-翌年2月日照時數(shù)和10月-翌年4月大風(fēng)日數(shù)的柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行分級處理，將各要素的“適宜區(qū)”、“次適宜區(qū)”和“不適宜區(qū)”分別賦值3、2、1。再將經(jīng)過重新賦值的柵格圖層按照各要素不同的權(quán)重（表1）進(jìn)行加權(quán)疊加處理，獲得綜合考慮各區(qū)劃氣候指標(biāo)要素變化的1988年前、后新疆天山北坡經(jīng)濟(jì)帶設(shè)施農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃專題圖，結(jié)果見圖8。

表3 1988年前后天山北坡經(jīng)濟(jì)帶設(shè)施農(nóng)業(yè)氣候適宜性分區(qū)面積的變化

（1）適宜區(qū)。1988年前天山北坡經(jīng)濟(jì)帶設(shè)施農(nóng)業(yè)氣候適宜區(qū)主要分布在伊犁河谷海拔2800m以下的河谷平原和中、低山帶，以及準(zhǔn)噶爾盆地南緣海拔700-2500m的丘陵和中、低山帶，面積77798.4km2，占天山北坡經(jīng)濟(jì)帶總面積的35.6%；1988年后較其之前適宜區(qū)的分布格局無明顯變化，但面積增至92264.4km2，占比增至42.2%，分別較1988年前增加了14466.0km2和6.6個百分點（表3）。適宜區(qū)增大的區(qū)域主要在昌吉回族自治州東部的奇臺、木壘兩縣，另在伊犁河谷、博爾塔拉蒙古自治州等地也向高海拔區(qū)域有所擴(kuò)張。適宜區(qū)冬季氣候相對溫和，≤0℃負(fù)積溫較少，12月-翌年2月日照時數(shù)較多，且10月-翌年4月大風(fēng)日數(shù)少，綜合氣候條件較有利于設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

（2）次適宜區(qū)。天山北坡經(jīng)濟(jì)帶設(shè)施農(nóng)業(yè)氣候次適宜區(qū)主要在準(zhǔn)噶爾盆地南緣的山前傾斜平原地帶，1988年前該區(qū)面積87710.3km2，占比40.1%；1988年后面積增至92640.0km2，占比增至42.4%，分別增加4929.7km2和2.3個百分點（表3）。該區(qū)影響設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要氣候因素是，≤0℃負(fù)積溫和10月-翌年4月大風(fēng)日數(shù)較適宜區(qū)偏多，12月-翌年2月日照時數(shù)偏少，設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的綜合氣候條件次于適宜區(qū)。

（3）不適宜區(qū)。1988年前天山北坡經(jīng)濟(jì)帶設(shè)施農(nóng)業(yè)氣候不適宜區(qū)主要分布在高山帶以及烏蘇市至克拉瑪依市北部和阜康市至奇臺縣北部平原地帶，面積53219.2km2，占比24.3%；1988年后該區(qū)面積降至33823.5km2，占比減至15.5%，分別減小19395.6km2和8.9個百分點（表3）。該區(qū)影響設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要氣候因素是，冬季氣候嚴(yán)寒，≤0℃負(fù)積溫多；12月-翌年2月日照時數(shù)少，10月-翌年4月大風(fēng)日數(shù)多，綜合氣候條件不利于設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

（1）冬季寒冷、日照時數(shù)少、部分地區(qū)大風(fēng)日數(shù)多是影響天山北坡經(jīng)濟(jì)帶設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要氣候因素。天山北坡經(jīng)濟(jì)帶≤0℃負(fù)積溫具有高山帶多，平原次之，中、低山帶少；12月-翌年2月日照時數(shù)高山帶和平原少，中、低山帶多；10月-翌年4月大風(fēng)日數(shù)風(fēng)口和風(fēng)線及峽谷地帶多，平原和山區(qū)少的空間分布特點。1961-2014年≤0℃負(fù)積溫、12月-翌年2月日照時數(shù)和10月-翌年4月大風(fēng)日數(shù)分別以50.67℃·d·10a-1、20.52h ·10a-1和1.31d·10a-1的傾向率呈極顯著（P＜0.001）減少趨勢，上述各要素分別于1988年、1987年和1987年發(fā)生突變。

（2）近54a，尤其是1988年以來，天山北坡經(jīng)濟(jì)帶≤0℃負(fù)積溫、10月-翌年4月大風(fēng)日數(shù)顯著減少，這對當(dāng)?shù)卦O(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有積極意義，但12月-翌年2月日照時數(shù)顯著減少對設(shè)施農(nóng)業(yè)又將產(chǎn)生不利影響。受上述氣候要素的綜合影響，1988年后較其之前，設(shè)施農(nóng)業(yè)適宜區(qū)和次適宜區(qū)面積分別增加14466.0km2和4929.684km2，占比增加6.6和2.3個百分點；不適宜區(qū)減小19395.6km2，占比減小8.9個百分點。總體來說氣候變化對天山北坡經(jīng)濟(jì)帶設(shè)施農(nóng)業(yè)利大于弊，這對當(dāng)?shù)卦O(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

（3）適宜區(qū)是天山北坡經(jīng)濟(jì)帶綜合氣候條件最利于設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的區(qū)域，因此，在制定設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展計劃和規(guī)劃時應(yīng)重點考慮該區(qū)。次適宜區(qū)的綜合氣候條件次于適宜區(qū)，各地的不利氣候因素也不盡相同，因此，該區(qū)不宜大規(guī)模發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)，即使適度發(fā)展，也應(yīng)因地制宜地采取趨利避害的技術(shù)措施，最大程度地減少不利氣候因素的影響；不適宜區(qū)的綜合氣候條件不利于設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，應(yīng)盡量避免在該區(qū)發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)。

3.2 討論

前人在中國設(shè)施農(nóng)業(yè)適宜性區(qū)劃的研究中將地處新疆北部的天山北坡經(jīng)濟(jì)帶劃為設(shè)施農(nóng)業(yè)的氣候“不適宜區(qū)”[4]，這與長期以來天山北坡經(jīng)濟(jì)帶一直有設(shè)施農(nóng)業(yè)的存在，并且近年來發(fā)展尤為迅速的事實有較大出入，說明設(shè)施農(nóng)業(yè)的“氣候適宜”程度是相對的，區(qū)劃指標(biāo)必須結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂蚝驮O(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實際來確定。本研究基于對天山北坡經(jīng)濟(jì)帶設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實際考察和調(diào)研，并咨詢有關(guān)專家和設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大戶，形成了較為符合當(dāng)?shù)貙嶋H的區(qū)劃指標(biāo)，并據(jù)此完成了氣候變化背景下該區(qū)域設(shè)施農(nóng)業(yè)氣候適宜性區(qū)劃的研究，研究結(jié)果對適應(yīng)氣候變化，科學(xué)制定天山北坡經(jīng)濟(jì)帶設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展計劃和規(guī)劃，采取趨利避害的生產(chǎn)管理和對策措施，促進(jìn)設(shè)施農(nóng)業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展具有一定指導(dǎo)意義。

值得說明的是，設(shè)施農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃只是一項基礎(chǔ)性部門區(qū)劃[5]。事實上，設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展和分布區(qū)域不僅受光、熱等氣候資源以及大風(fēng)等氣象災(zāi)害的影響，同時還與土壤、生產(chǎn)成本以及市場狀況等因素密不可分，因此，在本研究工作的基礎(chǔ)上，統(tǒng)籌考慮自然、社會和經(jīng)濟(jì)因素的變化對設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的綜合影響，制定更加符合當(dāng)?shù)貙嶋H的設(shè)施農(nóng)業(yè)區(qū)劃和發(fā)展規(guī)劃，是今后有關(guān)天山北坡經(jīng)濟(jì)帶設(shè)施農(nóng)業(yè)的重點研究工作之一。

參考文獻(xiàn)：References

[1]高浩,黎貞發(fā),潘學(xué)標(biāo),等.中國設(shè)施農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)服務(wù)現(xiàn)狀與對策[J].中國農(nóng)業(yè)氣象,2010,31(3):402-406.

Gao H,Li Z F,Pan X B,et al.Situation and countermeasures to agro-meteorological services on controlled environment agriculture in China[J].Chinese Journal of Agrometeorology, 2010,31(3):402-406.(in Chinese)

[2]張亞紅,陳青云.中國大陸園藝設(shè)施氣候區(qū)劃方法研究[J].農(nóng)業(yè)科學(xué)研究,2005,26(4):1-6.

A study on methods of greenhouse climatic regionalization in China[J].Journal of Agricultural Sciences,2005,26(4):1-6.(in Chinese)

[3]張亞紅,陳青云.中國溫室氣候區(qū)劃及評述[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2006,22(11):197-202.

Zhang Y H,Chen Q Y.Greenhouse climatic zoning and its commentary in China[J].Transactions of the CSAE,2006, 22(11):197-202.(in Chinese)

[4]姚益平,蘇高利,羅衛(wèi)紅,等.基于光熱資源的中國溫室氣候區(qū)劃與能耗估算系統(tǒng)建立[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2011,44(5): 898-908.

Yao Y P,Su G L,Luo W H,et al.A photo-thermal resources based system for greenhouse climate zonation and energy consumption estimation in China[J].Scientia Agricultura Sinica,2011,44(5):898-908.(in Chinese)

[5]邱寶劍,盧其堯.農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃及其方法[M].北京:科學(xué)出版社,1987:1-72.

Qiu B J,Lu Q Y.The method of agricultural climate division[M].Beijing:Science Press,1987:1-72.(in Chinese)

[6]陳端生.從能源消耗探討我國加溫溫室的合理布局問題[J].中國農(nóng)業(yè)氣象,1988,9(2):39-41.

Chen D S.Discussion of China's warming greenhouse rational distribution from the energy consumption[J].Chinese Journal of Agrometeorology,1988,9(2):39-41.(in Chinese)

[7]陳端生,徐師華,劉步洲.我國加溫溫室蔬菜生產(chǎn)合理布局探討[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,1985(11):36-42.

Chen D S,Xu S H,Liu B Z.An approach to the reasonable layout of heating greenhouse in China[J].Transactions of the CSAE,1985(11):36-42.(in Chinese)

[8]張明潔,趙艷霞.日光溫室氣候適宜性研究:以北方地區(qū)為例[J].中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃,2012,33(5):40-48.

Zhang M J,Zhao Y X.The study on the climate suitability of solar greenhouse:a case study of northern China[J].Chinese Journal of Agricultural Resources and Regional Planning, 2012,33(5):40-48.(in Chinese)

[9]張明潔,趙艷霞.北方地區(qū)日光溫室氣候適宜性區(qū)劃方法[J].應(yīng)用氣象學(xué)報,2013,24(3):278-286.

Zhang M J,Zhao Y X.The climate suitability zoning method of the solar greenhouse in the northern of China[J].Journal of Applied Meteorological Science,2013,24(3):278-286.(in Chinese)

[10]新疆維吾爾自治區(qū)統(tǒng)計局.2014年新疆統(tǒng)計年鑒[M].北京:中國統(tǒng)計出版社,2015:81-157.

Statistics Bureau of Xinjiang Uygur Autonomous Region. Xinjiang statistical yearbook 2014[M].Beijing:China Statistics Press, 2015:81-157.(in Chinese)

[11]徐德源.新疆農(nóng)業(yè)氣候資源及區(qū)劃[M].北京:氣象出版社,1989:1-61,147-157.

Xu D Y.Xinjiang Agro-climatic resources and divisions[M]. Beijing:Meteorological Press,1989:1-61,147-157.(in Chinese)

[12]新疆維吾爾自治區(qū)統(tǒng)計局.2012年新疆統(tǒng)計年鑒[M].北京:中國統(tǒng)計出版社,2014:85-166.

Statistics Bureau of Xinjiang Uygur Autonomous Region.Xinjiang statistical yearbook 2012[M].Beijing:China Statistics Press,2014:85-166.(in Chinese)

[13]李景林,張山清,普宗朝,等.近50a新疆氣溫精細(xì)化時空變化分析[J].干旱區(qū)地理,2013,36(2):228-237.

Li J L,Zhang S Q,Pu Z C,et al.Spatial-temporal variation of seasonal and annual air temperature in Xinjiang during 1961-2010[J].Arid Land Geography,2013,36(2):228-237.(in Chinese)

[14]張山清,普宗朝,李景林.近50年新疆日照時數(shù)時空變化分析[J].地理學(xué)報,2013,68(11):1481-1492.

Zhang S Q,Pu Z C,Li J L.The spatial-temporal variation of sunshine duration in Xinjiang during 1961-2010[J].Acta Geographica Sinica,2013,68(11):1481-1492.(in Chinese)

[15]何毅,楊太保,陳杰,等.1960-2013年南北疆風(fēng)速變化特征分析[J].干旱區(qū)地理,2015,38(2):249-259.

He Y,Yang T B,Chen J,et al.Analysis of wind speed variation characteristics in the northern and southern Xinjiang during 1960-2013[J].Arid Land Geography,2015,38(2):249-259.(in Chinese)

[16]普宗朝,張山清,李景林,等.近50年新疆冬季熱量資源時空變化[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2014,32(2):40-46.

Pu Z C,Zhang S Q,Li J L,et al.Spatial-temporal variation of heat resources in winter of Xinjiang near 50 years[J]. Agricultural Research in the Arid Areas,2014,32(2):40-46.(in Chinese)

[17]張山清,普宗朝,李景林,等.1961-2010年新疆季節(jié)性最大凍土深度對冬季負(fù)積溫的響應(yīng)[J].冰川凍土,2013, 35(6):1419-1427.

Zhang S Q,Pu Z C,Li J L,et al.Response of the maximum depth of seasonal freezing to the cumulated negative temperature in Xinjiang[J].Journal of Glaciology and Geocryology,2013,35(6):1419-1427.(in Chinese)

[18]魏鳳英.現(xiàn)代氣候統(tǒng)計診斷與預(yù)測技術(shù)[M].北京:氣象出版社,2007:40-67

Wei F Y.Modern technology of climate statistical diagnosis and prediction[M].Beijing:China Meteorological Press, 2007: 40-67.(in Chinese)

[19]普宗朝,張山清,李景林,等.1961-2010年新疆不同保證率極端最低氣溫變化分析[J].中國農(nóng)業(yè)氣象,2014,35(1):10-16.

Pu Z C,Zhang S Q,Li J L,et al.Analysis of different guarantee rate extreme minimum temperature variation in Xinjiang during 1961-2010[J].Chinese Journal of Agrometeorology,2014,35(1):10-16.(in Chinese)

[20]張山清,普宗朝,李景林,等.氣候變化對新疆紅棗種植氣候區(qū)劃的影響[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報,2014,22(6):713-721.

Zhang S Q,Pu Z C,Li J L,et al.Impact of climate change on the division of jujube planting zones in Xinjiang[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture,2014,22(6):713-721.(in Chinese)

[21]普宗朝,張山清,吉春容,等.氣候變化對新疆哈蜜瓜種植氣候區(qū)劃的影響[J].氣候變化研究進(jìn)展,2015,11(2):115-122.

Pu Z C,Zhang S Q,Ji C R,et al.Impacts of climate change on melon-planting zoning in Xinjiang in 1961-2013[J]. Advances in Climate Change Research,2015,11(2): 115-122. (in Chinese)

Impact of Climate Change on Facility Agriculture Climatic Suitability in Economic Belt on North Slope of Tianshan Mountains in Xinjiang

ZHANG Shan-qing1, PU Zong-chao2, LI Xin-jian1, JI Chun-rong1, FU Wei-dong1, GONG Heng-rui2, PU Jie2

(1.Xinjiang Agro-meteorological Observatory,Urumqi 830002, China；2.Urumqi Meteorological Bureau of Xinjiang, Urumqi 830002)

Winter was cold and long, sunshine hours were less and gale days were more in economic belt on north slope of Tianshan Mountains(EBNSTM) in Xinjiang Uygur Autonomous Region, the climate conditions are unfavorable to facility agriculture. It has great significance, study on the impact of climate change on climate suitability of facility agriculture, to adapt to climate change, scientific arrangements layout and made development planning for facility agriculture in EBNSTM. In this article, using climatic data from 35 meteorological stations in EBNSTM during 1961-2014, the fundamental spatial-temporal change characteristic of negative accumulated temperature of ≤0℃, sunshine hours from Dec. to next Feb. and gale days from Oct. to next Apr. were analyzed by using the methods of linear regression, accumulative anomaly, T-test and mixed spatial interpolation technology based on ArcGIS. And the change of facility agriculture climatic suitability was studied by combining with the climate division indices obtained through the actual investigation. The main results were as the follows:climatic conditions was very obviously different in different regions of EBNSTM, generally, negative accumulated temperature of ≤0℃ were more in alpine zones, followed by plain area, mid-mountain and low mountain zones were less. Sunshine hours from Dec. to Feb were more in mid-mountain and low mountain zones, alpine zones and plain area were less. Gale days from Oct. to Apr. were more in mountain valley areas, were less in mountain and plain areas. In recent 54 years, the three indicators showed a decreasing trend at the rates of -50.67℃·d·10y-1, -20.52h·10y-1and -1.31d·10y-1, and they had mutation in 1988, 1987 and 1987respectively.Under the joint effects of the above-mentioned climate factors, the areas of suitable area and sub-suitable area expanded 14466.0km2and 4929.7km2respectively, but the areas of unsuitable area decreased by 19395.6km2after 1988 than before in EBNSTM of Xinjiang.

Negative accumulated temperature of ≤0℃; Sunshine hours from Dec. to next Feb.; Gale days from Oct. to next Apr.; Climate change; Facility agriculture; Economic belt on north slope of Tianshan Mountains(EBNSTM); ArcGIS

10.3969/j.issn.1000-6362.2016.05.001

2016-03-28**

。E-mail: puzongchao@163.com

國家重大科學(xué)研究計劃項目（2012CB956204）；國家自然科學(xué)基金（41375122；31260312）；新疆氣象局科研項目（MX201512）；中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費（IDM201201）；科技部農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化資金（2013GB24160633）

張山清（1966-），女，高級工程師，主要從事氣候變化與農(nóng)業(yè)氣象研究。E-mail:zhangshanqing-66@163.com