劉少軍 張京紅 蔡大鑫 李偉光 白蕤

摘要：為了更好開展橡膠氣象服務(wù)（橡膠風(fēng)害和氣候適宜性評(píng)價(jià)），根據(jù)橡膠氣象服務(wù)的關(guān)鍵點(diǎn)，在建立的橡膠氣候適宜性評(píng)價(jià)模型、橡膠臺(tái)風(fēng)潛能破壞指數(shù)監(jiān)測(cè)模型、橡膠風(fēng)害災(zāi)損預(yù)測(cè)模型、橡膠樹斷倒模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合中國(guó)氣象局CIMISS系統(tǒng)，利用C#語(yǔ)言開發(fā)實(shí)現(xiàn)了橡膠風(fēng)害和氣候適宜性系統(tǒng)。該系統(tǒng)能快速實(shí)現(xiàn)不同時(shí)間段不同區(qū)域橡膠風(fēng)害和氣候適宜性狀況，能很好地輔助橡膠氣象服務(wù)，可為橡膠生產(chǎn)管理和防災(zāi)減災(zāi)提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：橡膠；風(fēng)害；氣候適宜性；系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：P49 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2018）06-0100-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.06.025

Abstract： In order to carry out meteorological services for rubber（rubber wind disaster and climate suitability evaluation）， System on rubber wind disaster and climatic suitability evaluation was developed by C# language and combined with the Chinese meteorological Bureau CIMISS system according to the key point of meteorological service in the evaluation of rubber. The system included rubber climate suitability evaluation model，rubber typhoon damage index monitoring model，rubber disaster loss prediction model，rubber stem snapping model and uprooting model. The system can evaluate rubber wind and climate suitability in different time in different area，which can also assist the rubber meteorological service and can provide technical support for rubber production management， disaster prevention and mitigation.

Key words： rubber； wind disaster； climatic suitability； system

橡膠樹屬于典型的熱帶樹種，生長(zhǎng)在赤道附近，喜高溫高濕。由于全球天然橡膠需求的增加，全球橡膠種植開始向更高緯度擴(kuò)展。中國(guó)橡膠種植區(qū)屬于非傳統(tǒng)植膠區(qū)，低溫寒害和臺(tái)風(fēng)災(zāi)害嚴(yán)重影響橡膠單產(chǎn)及橡膠樹的經(jīng)濟(jì)壽命[1]。氣候變化和極端氣候事件對(duì)橡膠產(chǎn)膠的影響程度較高[2]。對(duì)海南省而言，橡膠風(fēng)害相對(duì)突出，直接影響到橡膠樹的生長(zhǎng)；而氣候適宜性的變化可能直接影響橡膠產(chǎn)量的波動(dòng)。因此，建立橡膠風(fēng)害與氣候適宜性評(píng)價(jià)系統(tǒng)將有利于客觀評(píng)估橡膠樹的災(zāi)損狀況和產(chǎn)膠潛力，提高橡膠氣象服務(wù)工作效率。在橡膠氣象服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)方面，前人已經(jīng)開展了研究，如張京紅等[3]基于GIS技術(shù)和可拓模型建立橡膠林風(fēng)害評(píng)估系統(tǒng)，開展橡膠災(zāi)損評(píng)估；車秀芬等[4]基于FY-3遙感數(shù)據(jù)開發(fā)了海南島橡膠遙感長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；黎小清等[5，6]分別建立了橡膠園信息管理系統(tǒng)和橡膠樹施肥管理系統(tǒng)；李湘云等[2]基于GIS技術(shù)開發(fā)了西雙版納橡膠氣象信息服務(wù)系統(tǒng)，科學(xué)指導(dǎo)割膠氣象服務(wù)；陳贊章等[7]建立了基于WebGIS的橡膠樹施肥信息系統(tǒng)，合理管理膠園。針對(duì)海南省橡膠生產(chǎn)區(qū)的災(zāi)害性天氣特點(diǎn)和氣象服務(wù)的需求，將氣象數(shù)據(jù)和風(fēng)害與氣候適宜性評(píng)價(jià)模型相結(jié)合，建立針對(duì)橡膠生產(chǎn)氣象服務(wù)系統(tǒng)，以便能客觀評(píng)估橡膠樹的風(fēng)害損失和氣候適宜性狀況，為橡膠生產(chǎn)與決策氣象服務(wù)提供技術(shù)支撐。

1 相關(guān)模型

橡膠風(fēng)害與氣候適宜性評(píng)價(jià)系統(tǒng)包括4個(gè)模型，即橡膠氣候適宜性評(píng)價(jià)模型、橡膠臺(tái)風(fēng)破壞潛能監(jiān)測(cè)指數(shù)監(jiān)測(cè)模型、橡膠風(fēng)害災(zāi)損預(yù)測(cè)模型、橡膠樹斷倒模型。

1.1 橡膠氣候適宜性評(píng)價(jià)模型

氣候條件（光、溫、水）直接影響橡膠的生長(zhǎng)和產(chǎn)膠的潛力，因此氣候適宜性評(píng)價(jià)模型可為橡膠生長(zhǎng)狀況和產(chǎn)量分析提供判別的依據(jù)[8]。參照文獻(xiàn)[8，9]，建立橡膠生長(zhǎng)期內(nèi)的氣候適宜性評(píng)價(jià)模型，如式（1）所示。

S（T，P，S，W）=■ （1）

式中，S（T，P，S，W）為橡膠生長(zhǎng)期內(nèi)的氣候適宜度；S（T）、S（p）、S（s）、S（w）分別為橡膠生長(zhǎng)期溫度適宜度、降水適宜度、日照時(shí)數(shù)適宜度、風(fēng)速適宜度，具體計(jì)算見式2～式8。

ST=■ （2）

B=■ （3）

式中，S（T）表示橡膠生長(zhǎng)期溫度適宜度，T表示溫度，T1、T2、T0分別為橡膠生長(zhǎng)期內(nèi)的最低溫度、最高溫度和最適宜溫度；ST表示溫度為T時(shí)的溫度適宜度，B表示最高溫度和最適宜溫度的差值與最適宜溫度和最低溫度差值之比。

S（p）=（S（r）+S（d））/2 （4）

S（r）=R/R1 R

S（d）=d/d1 d≤d1 1 d1

式中，S（p）表示橡膠生長(zhǎng)期降水適宜度；S（r）為橡膠生長(zhǎng)期降水量適宜度；S（d）為橡膠降水日數(shù)適宜度。R1為生長(zhǎng)期橡膠適宜降水量，R為生長(zhǎng)期內(nèi)的實(shí)際降水量。d1、dh為橡膠生長(zhǎng)期適宜降水日數(shù)的上限和下限，d為橡膠生長(zhǎng)期實(shí)際降水日數(shù)。

S（s）=e■ S

式中，S（s）為橡膠生長(zhǎng)期日照適宜度，S為橡膠生長(zhǎng)期內(nèi)實(shí)際日照時(shí)數(shù)，S0為日照百分率為55%的日照時(shí)數(shù)，常數(shù)b取5.1。

S（w）= 1 W≤W1（29/9）*（Wh-W）/Wh W1

式中，S（w）為橡膠生長(zhǎng)期風(fēng)速適宜度，W為實(shí)際風(fēng)速，W1、Wh為橡膠生長(zhǎng)期適宜風(fēng)速的上限和下限。

1.2 橡膠臺(tái)風(fēng)潛能破壞指數(shù)監(jiān)測(cè)模型

風(fēng)速是導(dǎo)致橡膠災(zāi)損程度的重要因子，橡膠林的災(zāi)損程度隨著風(fēng)速的增大而線性增大[10]。根據(jù)文獻(xiàn)[11]，建立橡膠臺(tái)風(fēng)潛能破壞指數(shù)監(jiān)測(cè)模型（式9、式10）。

F=-0.057-1.84×10-5P （9）

P=∑■■Vi （10）

式中，F(xiàn)表示臺(tái)風(fēng)對(duì)橡膠林植被影響力指數(shù)；P表示臺(tái)風(fēng)破壞潛能指數(shù)。

1.3 橡膠風(fēng)害災(zāi)損預(yù)測(cè)模型

對(duì)橡膠林風(fēng)害災(zāi)損程度的準(zhǔn)確評(píng)估是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，因?yàn)橄鹉z災(zāi)損程度不僅與大風(fēng)本身強(qiáng)度有關(guān)，還與地形下墊面和橡膠栽培技術(shù)等多種因素有關(guān)[12]。根據(jù)海南省橡膠風(fēng)害的災(zāi)情調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果情況和海南橡膠氣象服務(wù)實(shí)用技術(shù)手冊(cè)[13]，確定橡膠風(fēng)害與風(fēng)力評(píng)價(jià)指標(biāo)表1。

1.4 橡膠樹斷倒模型

在研究方法上，借鑒國(guó)內(nèi)外森林風(fēng)害機(jī)理模型（HWIND和GALES）的研究思路，并憑借以往開展橡膠災(zāi)害影響評(píng)價(jià)和氣象災(zāi)害實(shí)時(shí)評(píng)估的豐富經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合現(xiàn)有的工作條件，構(gòu)建海南橡膠林?jǐn)嗟沟臋C(jī)理模型[14]。

橡膠樹斷裂模型：

V■=■

[■]■[■]■ln■ （11）

式中，V■表示橡膠樹斷倒的風(fēng)速，k為卡門常數(shù)（=0.41），D表示橡膠樹的平均間距，d表示零平面位移，h表示離地高度，z0表示地面粗糙度，G表示陣風(fēng)系數(shù)；MOR表示斷裂的彈性模量，dbh表示斷裂部位樹干的直徑，？籽表示空氣密度，取1.226 kg/m3；f■， f■， f■為風(fēng)力試驗(yàn)參數(shù)。

橡膠樹倒伏模型：

V■=■[■]■[■]■ln■（12）

式中，V■表示橡膠樹倒伏的風(fēng)速，SW表示冠層的重量，Creg為風(fēng)力試驗(yàn)參數(shù)。

2 業(yè)務(wù)系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)框架

系統(tǒng)包括4個(gè)模型，即橡膠氣候適宜性模型、橡膠臺(tái)風(fēng)破壞潛能指數(shù)、橡膠風(fēng)害災(zāi)損預(yù)測(cè)模型、橡膠樹斷、倒判識(shí)模型。模型運(yùn)行數(shù)據(jù)取值來(lái)源于中國(guó)氣象局氣象信息中心CIMISS數(shù)據(jù)庫(kù)，圖像邊界取值地理信息數(shù)據(jù)。CIMISS數(shù)據(jù)庫(kù)建立了氣象數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化框架，規(guī)范了各類數(shù)據(jù)命名、格式和算法，定義了國(guó)家級(jí)和省級(jí)一致的氣象數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)服務(wù)接口，實(shí)現(xiàn)了國(guó)家級(jí)、省級(jí)數(shù)據(jù)同步和實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)一體化管理[15]。系統(tǒng)具體框架見圖1。

2.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)的開發(fā)基于ArcGIS平臺(tái)和CIMISS數(shù)據(jù)庫(kù)，采用C#語(yǔ)言進(jìn)行二次開發(fā)，同時(shí)耦合4個(gè)評(píng)價(jià)模型（橡膠氣候適宜性模型、橡膠臺(tái)風(fēng)破壞潛能指數(shù)、橡膠風(fēng)害災(zāi)損預(yù)測(cè)模型、橡膠樹斷倒模型），實(shí)現(xiàn)橡膠氣候適宜性和風(fēng)害評(píng)價(jià)，并結(jié)合地圖可視化顯示評(píng)價(jià)結(jié)果，可為橡膠氣象服務(wù)人員提供評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)主要功能為橡膠氣候適宜性評(píng)價(jià)、橡膠臺(tái)風(fēng)破壞潛能指數(shù)評(píng)價(jià)、橡膠風(fēng)害災(zāi)損預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)、橡膠樹斷倒判識(shí)等功能，并以圖像和數(shù)據(jù)分別展示評(píng)價(jià)結(jié)果；地圖操作功能包括放大、縮小、平移、全圖、導(dǎo)出和保存圖形等；專題圖的制作可以根據(jù)用戶需求將評(píng)價(jià)結(jié)果快速展示。系統(tǒng)具體界面見圖2。

2.3 系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境

服務(wù)端：服務(wù)器操作系統(tǒng)：Windows Server 2003；數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器：SQL Server2008以上；中間件：IIS；其他支持軟件：.NET Framework 4.0。

客戶端：客戶端操作系統(tǒng)：Microsoft Windows XP以上；其他支持軟件：.NET Framework 4.0。

3 結(jié)論

1）為適應(yīng)橡膠氣候適宜性和氣象災(zāi)害評(píng)價(jià)的需求，基于橡膠氣候適宜性評(píng)價(jià)模型、橡膠臺(tái)風(fēng)潛能破壞指數(shù)監(jiān)測(cè)模型、橡膠災(zāi)損預(yù)測(cè)模型、橡膠樹斷倒模型，通過(guò)二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)了橡膠風(fēng)害與氣候適宜性評(píng)價(jià)，提高了橡膠氣象服務(wù)能力。

2）系統(tǒng)采用的模型分別來(lái)自不同科研成果的總結(jié)，具有一定的實(shí)用性，后期將根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況，不斷修訂評(píng)價(jià)模型參數(shù)，提高模型的精度，提升系統(tǒng)的可靠性。

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