农业气候资源评估要点

第五节　农业气候资源评估要点

一、气候资源的评估指标

（一）日照资源的评估指标

日照是指一天内太阳直射光线照射地面的时间，一般以小时为单位。日照长度对各种生物，特别是对植物的发育有明显的影响，其变化使植物与原来外界日照长度同步的内生节奏受到干扰，植物内部就会产生一系列生理变化，从而影响植物的发育速度。日照资源的评估主要从太阳能辐射的性质、太阳能辐射的数量和光合作用和光能利用效率3个方面进行考量。

1.太阳能辐射的性质

太阳能辐射的性质决定于太阳光谱，太阳辐射的波长范围很广，辐射能的绝大部分集中在0.17-4.00微米之间的波长区间范围内。波长小于0.4微米称为紫外线，大于0.76微米的称红外线，波长介于0.4-0.76微米之间的为可见光。太阳辐射能量约有一半是在可见光区域。

植物进行光合作用有赖于可见光，在可见光谱中，红橙光为植物叶绿素剧烈吸收区域，是光合作用的主要能源，多数情况下，也是植物光周期的现象的作用光谱。绿光是植物的反射光谱，不能被植物吸收，或很少吸收，光合效率低，但略有造形作用，能刺激茎叶生长和色素的形成。蓝紫光是叶绿素和黄色素吸收最强烈的区域，具有较强的光合作用效率和造形作用。它能为叶绿素、类胡罗卜素、酶等所吸收，延迟植物开花的过程，促进蛋白质合成。

红外线主要热效应，对种子发芽、开花、果实上色有重要意义，不能直接为作物的叶绿素所吸收。其中远红外线辐射被植物吸收后直接转化为热，可作为光合作用的背景光，红外光存在时，光合效率显著提高。中近红外辐射对植物有特殊的延伸作用。

2.太阳能辐射的数量

辐射能量数量决定于辐射的强度及持续时间。太阳辐射强度是指投射在垂直于阳光的单位面积上单位时间内的能量。它有时间与空间的变化，夏季或午间比冬季及早晚早，低纬地区比高纬地区高。太阳高度的变化，既影响辐射穿过大气路程的长短，又决定着辐射能在地表的分布。所以太阳能高度高，地表单位面积上受到的辐射能多，温度也高。反之，则地表单位面积上受到的辐射能少，温度也相对较低。植物质体所吸收的辐射能主要在可见光范围内，对红外线和紫外线吸收很少。

辐射持续时间即日照时间，亦即白昼长短及其变化，不仅影响有机物质的积累，而且影响到植物的发育和地区分布。太阳辐射通过大气，主要被水汽、部分被二氧化碳和臭氧等吸收。水汽具有选择性吸收光线的能力，它吸收长波光线的能力比较强，但最强的太阳辐射能是短波辐射，因此太阳辐射通过大气时直接被吸收的为数不多。通过大气以平行光线的形式直接投射到地面的太阳辐射称为直接辐射。太阳辐射受到大气的散射作用，然后以散射的方式从天空射到地面的辐射，称为散射辐射。二者之和就是到达地面的太阳总量，称为总辐射。当地面吸收了太阳辐射之后转变为热能，使本身温度增高，同时地面又以长波辐射把热能投向大气，这种辐射称为地面辐射，它是大气的第二热源。如地面在白天吸收的太阳的直接辐射和散射辐射超过地面辐射盈余的热量使地面增温。在夜间当地面辐射超过大气逆辐射时，地面就发生冷却。大气也是如此，当它吸收的地面辐射超过大气逆辐射时，气温就升高，反之就降低。

3.光合作用和光能利用效率

农业生产的实质就是绿色植物通过光合作用，使太阳能转化，植物和农作物在土壤矿物质肥料和水分参与下，利用日光能和空气中的微量二氧化碳，将太阳能转化为生物化学能，贮存在植物体中，形成根、茎、叶、籽等植物，最终取得农业产品。光合作用还受很多因素的影响，这些因素制约着各地的光合作用的进程和效果。如：辐射强度、温度、水分和二氧化碳浓度及其扩散过程等。

目前国内计算光能利用率约为5%-6%。在目前生产水平下，植物实际能够达到的光能利用率称为实际光能利用率。它的数值等于一定时期内单位土地面积上光合产物折合的热量与同期投射到该面积上的太阳辐射之比，表示为

E=（Mh/∑Q）×100%

式中：M为单位土地面积上的干物质重量；

h为1g干物质燃烧释放的能量，因植物种类而异。

以农作物大豆为例：大豆为5520×4.184J/g，水稻为（3750-4300）×4.184J/g，玉米为4070×4.184J/g；∑Q为一定时期内的太阳总辐射。

（二）降水资源的评估要点

地面从大气中获得的水汽凝结物，总称为降水，它包括两部分，一部分是大气中水汽直接在地面或地物表面及低空的凝结物，如霜、露、雾和雾淞，又称为水平降水；另一部分是由空中降落到地面上的水汽凝结物，如雨、雪、霰雹和雨淞等，又称为垂直降水。但是单纯的霜、露、雾和雾淞等，不作降水量处理。在我国，国家气象局地面观测规范规定，降水量仅指的是垂直降水，水平降水不作为降水量处理。一天之内50毫米以上降水为暴雨（豪雨），25毫米以上为大雨，10-25毫米为中雨，10毫米以下为小雨，75毫米以上为大暴雨（大豪雨），200毫米以上为特大暴雨。降水资源的评估主要从降水量的丰富程度、降水量的季节分配、降水量的年变化和降水量的保证率和干燥度4个方面进行评估。

1.降水量的丰富程度

降水量的多少及其地区分布，主要受大气环流、距海远近和下垫面的影响。它是一个重要的水分数量指标，直接影响着农作物的分布和产量，是划分农业区与牧业区，旱作区与水田区的基本依据。国际上通常把降水量大于等于500毫米的地区称为半湿润和湿润地区；小于等于500毫米的地区称为半干旱或者少雨地区；小于250毫米的地区称为干旱区或者无灌溉及无农业地区。我国东部湿润，年降水量大于400毫米，是主要的农业区；西部干旱，除少数山区外，年降水量不及400毫米，多为草原和荒漠，为我国主要的草原放牧区。

此外，一个地区的降水量的丰富程度，还受地形条件和气旋活动的影响。如山地的降水量多于草原，迎风坡的降水量大于背风坡，气旋活动多的地区降水量多，气旋活动少的地区降水量就少，几乎已成为降水量丰富程度的一般规律。

2.降水量的季节分配

就农业生产队降水量的要求来看，既需要有一定数量的年降水总量，也要求年降水总量在各季节中的合理分配。所谓合理分配，就是在各季节间不要相差过于悬殊，而且要湿热同期，这样才有利于农作物的生长发育。反之，即使有足够的年降水总量，也不一定能够满足农作物生长各阶段对降水资源的需要，而要求有较多的水利工程设施，来战胜旱涝灾害，保证农业生产对水分条件的基本需求。我国位于北半球，处于季风气候条件下，降水资源对农业有利的一面，就是湿热同期，全国大部分地区全年降水的集中季节同高温的生长期基本上一致。但也有不利的一面，就是年降水的季节分配不均。

3.降水量的年变化

农业生产既要求一定数量的年降水量和合理的季节分配，希望常年稳定少变。降水量变动大，易形成旱涝，不利于高产稳产。

降水量年际变化的规律，主要是降水量多的地区，降水量年变率小，反之，则大；气旋雨、地形雨为主的地区，降水量年变率小；台风雨、对流雨地区，降水量的年变率大；山区的降水量年变率小；河谷、盆地的降水量年变率大。

降水量年际变化的大小，常用绝对变率和相对变率来表示，其中相对变率更能反映降水量的变化程度。降水量年际变化大的地区，也常是水旱灾频繁的地区。因此，研究各地区降水相对变率，与作物布局和采取抗旱措施有密切关系。

4.降水量的保证率和干燥度

为了根据降水变率确定某种农作物是否能够栽培，是否应采取灌排水利措施和其他农业技术措施，以及确定农作物需水量的供应情况，还要计算降水保证率。亦即降水量在一定数值以上所发生的机会的频率，也叫积累频率。降水保证率高，农业水分保证率程度也高，反之，农业水分保证程度也低。

为了充分评价某一地区的水分条件，只有全年和作物生长期降水量和保证率资料还是不够的。因为在不同的地区降水量可能相同，而大气湿润情况则未必相同，从而对农作物生长的影响有差别。这是因为不同的地区降水量相同，但是蒸发量可能并不相同，即土壤蒸发量和植物叶面蒸腾量在各地均有差别。因而关于农作物的水分保证情况，不能只看全年或生长期降水量，还必须考虑可能蒸发量与降水量的比例。二者之比称为干燥度。用干燥度可以大致表示降水对作物需水的保证程度，比值越小，说明作物需水的保证程度越大，比值越大，说明作物需水的保证度越小。据此，可以采取相应的农业和水利措施，促进农业生产的发展。

二、农业气候资源评估应该注意问题

（一）气候资源的整体性和各组成指标的不可替代性

气候资源的评，需要结合具体的应用进行。不同对象,相同的条件下满足程度也不同，气候资源的农业评价要采用综合的观点、生态观点和经济观点。气候资源评价的原则是气候资源利用的可能性与经济利用的合理性相结合、气候要素的空间分布与组合相结合、农业气候资源的数量与质量相结合、经济效益与生态效益和社会效益相结合。

气候评估的各个指标不仅有自己的功能，而且相互联系、相互影响，气候资源的丰富程度及其各指标的组合匹配状况体现的，任何一个指标的变化均会引起另外一个指标的变化，并有可能影响气候资源的可利用程度及其功能的发挥。因此，对气候资源进行评估的时候要综合考虑多个因素，而不是单单考虑个别因素，只有这样才能准确的对气候资源进行评估，为气候资源的合理利用提供依据。

（二）时间分布上的周期性和波动性

受天文、地理因素的制约，气候资源表现出明显地随季节的变化的周期性。每一个季节的各个气候资源的指标的具体数据都不一样，我们不能只用某一时期或者季节的数据，要具体季节具体对待，不能依靠以前现成的模式，而不思进取。随着社会的发展，自然界无时无刻不在发生着变化，气候也在不断地变化之中，影响气候资源的各个因素也在不断的变化，所以我要跟随变化的气候来对其进行评估，而不能依靠过去的数据、方法和模型来评估现在的气候资源，那样就会出现问题，评估不准确，进而影响气候资源的合理利用。

（三）地区分布上的普遍性和差异性

与矿产等其他自然资源有一定的蕴藏区不同，地球上人类生存的空间到处都有可以利用的气候资源，对气候资源的利用几乎不需要勘探，甚至不需要长时间的观测记录。但是并不是各个地方的气候资源都是相同的，没有区别的。天体运动、大气环流、维度、海陆分布以及地形地势、下垫面特性等影响，造成光、热、水等资源丰富程度和匹配程度在大范围内的区域差异性，形成不同的气候类型。因此在对各个地区的气候资源、农业气候资源进行评估的时候要结合当地的气候特征，计算其气候指标，才能合理地对当地的气候资源进行评估，才能制定区域发展的合理规划，合理的利用当地的气候资源为人类造福。

三、农业气候资源评估的意义

农业气候资源是一种生态资源，其功能的发挥，与生态环境关系十分密切。无论陆地、水域或农田、草地和森林生态系统，生产者、消费者和分解者之间的物质交换和能量交换，主要取决于农业气候资源各要素的相互协调和配合。当前人们只能认识气候而无力大范围改变气候的情况下，掌握农业气候资源的特点，了解其数量、质量、时空分布以及各要素的相互匹配和变化规律，因地制宜，扬长避短，为农业生产获得最佳的生态、经济和社会效益提供优化利用模式，是农业气候资源评估的一个重要任务。

我国人口多，耕地少，后备资源有限，必须根据农业气候资源的时空分布特点，从时间和空间上充分发挥土地资源的生产能力。在时间上，要通过增加对农业的投入，搞好农田基本建设，增加水利灌溉措施，使一年两熟或者三熟以上的地区正常实行多熟制种植，以充分利用热量资源。在空间利用上，要根据动植物的多种类型和农业气候资源的多宜性，充分利用不同高度的光、热、水资源。热量资源一般以温度表示，适应的温度才能使植物正常的生长发育并形成产量。物质生产总量的多少取决于光和作用生产总量和呼吸消耗总量之差。水分不仅是构成植物体和维持其生命活动的主要物质，而且是光合产物的主要成分，在土壤—植物—大气中不断循环，以满足植物生理和生态需水的要求。生产实践证明，水分供应充分与否对物质生产总量高低有决定性的作用。

总之，农业气候资源不仅是一个科学概念，而且是社会生产力，能为社会创造财富。因此，对农业气候资源进行评估对社会生产力具有推动作用。