未來(lái)氣候變化情景下海南島綠橙種植氣候適宜性分析*

陳彥希，婁運(yùn)生，任麗軒，蘇 磊，湯麗玲，楊建洲

未來(lái)氣候變化情景下海南島綠橙種植氣候適宜性分析*

陳彥希1,2,3，婁運(yùn)生1,3**，任麗軒4,5,6**，蘇 磊7**，湯麗玲7，楊建洲7

(1. 南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警與評(píng)估協(xié)同創(chuàng)新中心，南京 210044；2. 海南省氣象探測(cè)中心，?？?570203；3. 南京信息工程大學(xué)江蘇省農(nóng)業(yè)氣象重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210044；4.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，南京 210095；5. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長(zhǎng)江中下游植物營(yíng)養(yǎng)與肥料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210095；6. 江蘇省有機(jī)固體廢棄物資源化協(xié)同創(chuàng)新中心，南京 210095；7. 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所，廊坊 065000)

基于海南島主島19個(gè)氣象站點(diǎn)連續(xù)40a（1980-2019年）逐日氣象數(shù)據(jù)及地形等要素，建立空間分析模型，綜合確定海南島綠橙種植氣候適宜區(qū)指標(biāo)。在氣候適宜度模型基礎(chǔ)上構(gòu)建海南島綠橙種植溫度、日照、降水以及綜合適宜度模型，采用地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)綜合分析，利用自然點(diǎn)斷法對(duì)綠橙種植氣候適宜性進(jìn)行精細(xì)化區(qū)劃，并利用RCP4.5未來(lái)氣候情景模式模擬數(shù)據(jù)探討未來(lái)30a（2020-2049年）氣候變化情景下海南島綠橙種植適宜區(qū)變化趨勢(shì)。結(jié)果表明：現(xiàn)階段海南島綠橙種植最適宜區(qū)主要分布于中部地區(qū)，面積0.87×104km2，氣候適宜度為0.9～1.0；適宜區(qū)主要分布于東部局部地區(qū)及中西部大部地區(qū)，面積1.83×104km2，氣候適宜度為0.7～0.9；次適宜區(qū)主要分布于西部沿海及中西部海拔較高地區(qū)，面積0.51×104km2，氣候適宜度為0.4～0.7；不適宜區(qū)主要分布于中部山區(qū)，面積0.17×104km2，氣候適宜度為0～0.4。未來(lái)氣候變化情景下海南島氣溫、降水分布呈較大變化，溫度適宜區(qū)由四周向中部逐漸縮小，降水適宜區(qū)由東部逐漸遷移至中部地區(qū)。未來(lái)綠橙種植氣候最適宜區(qū)主要分布于瓊中、屯昌和保亭縣大部分地區(qū)、萬(wàn)寧市西部及白沙縣中東部等地。

綠橙；適宜性；氣候區(qū)劃；GIS；未來(lái)氣候變化情景

綠橙是海南島知名特色水果之一，前身為紅江橙，20世紀(jì)80年代由廣東廉江引入海南后，表現(xiàn)出比原產(chǎn)地更強(qiáng)的適應(yīng)性，具有結(jié)實(shí)早、豐產(chǎn)快等特點(diǎn)[1?2]。海南島綠橙已獲農(nóng)業(yè)農(nóng)村部無(wú)公害農(nóng)產(chǎn)品及綠色食品認(rèn)證，是海南優(yōu)質(zhì)名牌農(nóng)產(chǎn)品[3]，種植面積約占該省柑橘橙柚類種植面積的36.4％。

IPCC第五次報(bào)告指出，全球氣溫近100a上升了0.85～0.89℃[4]。氣候是影響作物生長(zhǎng)、產(chǎn)量及品質(zhì)的重要因素，因此，氣候變化背景下作物氣候適宜性及其變化趨勢(shì)日益受到關(guān)注[5]。目前，已有學(xué)者采用模糊數(shù)學(xué)法、層次分析法、加權(quán)指數(shù)法、聚類分析法、空間分析法等方法對(duì)作物氣候適宜性區(qū)劃開展了研究[6?7]。沈兆敏等[8?9]利用氣溫、≥10℃積溫、極端最低氣溫等氣溫指標(biāo)繪制了全國(guó)柑橘氣候區(qū)劃圖；池再香等[10]運(yùn)用模糊聚類法研究了貴州東南部椪柑氣候區(qū)劃并將椪柑分為四個(gè)種植適宜區(qū)；林紅等[11]研究了四川省大英縣甜橙種植氣候區(qū)劃；也有學(xué)者在柑橘生產(chǎn)氣候適宜性研究中考慮了氣象災(zāi)害因子[12]，如王迅等[13]報(bào)道了四川省晚熟柑橘成熟所需光熱條件，在原區(qū)劃指標(biāo)基礎(chǔ)上采用特爾斐法疊加冬春氣象災(zāi)害因子，解決了晚熟柑橘冬春季產(chǎn)量低的問(wèn)題。前人對(duì)柑橘橙柚類果樹的生產(chǎn)種植、氣候適宜性區(qū)劃等方面已開展相關(guān)研究[14?15]，但迄今有關(guān)海南島綠橙種植氣候適宜性研究尚不多見(jiàn)[16]，現(xiàn)有相關(guān)研究存在所用氣象數(shù)據(jù)時(shí)間序列較短較早，所用站點(diǎn)數(shù)據(jù)分布相對(duì)于綠橙種植空間差異性要求的精度偏低的問(wèn)題，難以滿足綠橙種植精細(xì)化區(qū)劃要求。此外，隨著氣候變化及綠橙栽培技術(shù)進(jìn)步，傳統(tǒng)的氣候適宜性區(qū)劃已不能滿足綠橙優(yōu)質(zhì)穩(wěn)產(chǎn)的要求。海南島地處中國(guó)最南端，具有獨(dú)特的氣候和地理?xiàng)l件，為合理布局綠橙種植，有必要采用適當(dāng)?shù)倪m宜度模型的評(píng)價(jià)方法開展綠橙氣候適宜性精細(xì)化區(qū)劃研究。針對(duì)以上問(wèn)題，本研究基于海南島19個(gè)主要?dú)庀笈_(tái)站近40a（1980-2019年）逐日氣象觀測(cè)資料，結(jié)合多點(diǎn)地形等數(shù)據(jù)要素，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法構(gòu)建空間分析模型，根據(jù)海南島綠橙種植氣候條件確定區(qū)劃指標(biāo)，在氣候適宜度函數(shù)基礎(chǔ)上構(gòu)建海南綠橙溫度、日照、降水以及綜合適宜度模型。在分析現(xiàn)階段綠橙種植氣候適宜性基礎(chǔ)上，利用未來(lái)氣候變化情景（RCP4.5）模式模擬氣象數(shù)據(jù)，探討未來(lái)30a（2020-2049年）海南綠橙種植適宜區(qū)對(duì)氣候變化的響應(yīng)?；贕IS技術(shù)利用自然點(diǎn)斷法，開展海南島綠橙種植氣候適宜性精細(xì)區(qū)劃，評(píng)估復(fù)雜地形下綠橙種植氣候適宜性，旨在為海南島綠橙種植優(yōu)化空間布局及農(nóng)業(yè)氣候資源開發(fā)利用提供生產(chǎn)參考依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

海南島位于中國(guó)最南端，下屬18個(gè)縣市，陸地面積約3.39×104km2[17]。該地氣候?yàn)闊釒Ъ撅L(fēng)氣候，年均氣溫23.2～27.1℃，總降水量1009～2367.7mm，日照時(shí)數(shù)1776～2783h，島內(nèi)氣象觀測(cè)站點(diǎn)分布見(jiàn)圖1。

圖1 海南島主島19個(gè)氣象觀測(cè)站點(diǎn)分布

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

（1）1980-2019年海南島主島19個(gè)氣象站點(diǎn)逐日氣象資料，包括日平均氣溫、日總降水量、日照等氣象要素，來(lái)自國(guó)家氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)（http://data. cma.cn/）。

（2）海南島主島DEM數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)。利用DEM數(shù)據(jù)獲取坡度、坡向、海拔高度等數(shù)據(jù)（30m×30m），來(lái)自國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心（http:// www. ngcc.cn/ngcc/）。

（3）海南島1:25萬(wàn)行政區(qū)劃矢量圖層，包括海南島邊界、18市縣邊界等，來(lái)自資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心（https://www.resdc.cn/）。

（4）海南島未來(lái)氣候變化情景數(shù)據(jù)，即RCP4.5排放情景下CMIP5（Coupled Model Intercomparison Project Phase 5）模式模擬數(shù)據(jù)，包括2020-2049年溫度數(shù)據(jù)和降水?dāng)?shù)據(jù)來(lái)自http://data.ceda.ac.uk/。

（5）海南島柑橘橙柚、綠橙農(nóng)產(chǎn)品種植與生產(chǎn)情況相關(guān)數(shù)據(jù)來(lái)自海南省統(tǒng)計(jì)年鑒（2020）。

1.3 研究方法

1.3.1 氣候資源分布

海南島綠橙種植區(qū)主要分布于中部及東北部地區(qū)（表1），種植區(qū)年平均氣溫24.2℃，年平均極端最低溫度7.8℃，≥10℃平均年積溫8851.1℃·d，1月平均氣溫18.1℃，7月平均氣溫28.3℃；年均降水量2023.5mm，相對(duì)濕度85.3％，干燥度0.75，降水充足，但季節(jié)降水分布不均，多年平均降水量冬季90mm，春季321mm，夏季721mm，秋季676.8mm；年均總?cè)照諘r(shí)數(shù)1964.8h，日照充足。

表1 綠橙種植主要市縣1980?2019年氣象要素特征

Note: T is mean temperature, D is annual mean cumulative temperature, R is annual mean precipitation, ST is sunshine hours.

1.3.2 氣象數(shù)據(jù)空間分析模型建立

基于海南島主島19個(gè)氣象站點(diǎn)近40a（1980-2019年）氣溫、降水及日照等逐日氣象數(shù)據(jù)，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法構(gòu)建空間分析模型。因氣候與經(jīng)緯度、海拔高度、坡向和坡度等地理因子相關(guān)，故區(qū)劃指標(biāo)與地理因子多元回歸關(guān)系模型可表示為[18?19]

式中，Y為氣候區(qū)劃指標(biāo)因子，?、λ、h、β和θ分別為緯度（°）、經(jīng)度（°）、海拔高度（m）、坡向（°）、坡度（°）等地理因子，e為余差項(xiàng)，稱為地理殘差。

1.3.3 氣候適宜度模型建立

1.3.3.1 關(guān)鍵氣候指標(biāo)篩選及氣候適宜度區(qū)劃指標(biāo)閾值確定

參考前人研究，分析海南島綠橙生長(zhǎng)發(fā)育所需氣候條件，篩選出影響綠橙生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵氣候指標(biāo)[2,16,20]，包括年平均氣溫、年日照時(shí)數(shù)和年降水量。為定量分析研究區(qū)氣候條件對(duì)綠橙種植適宜度的影響，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)和研究，分別建立綠橙溫度、日照時(shí)數(shù)、降水的適宜度模型。結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)[2,14,20-28]，基于海南島19個(gè)氣象站點(diǎn)氣象數(shù)據(jù)及地理數(shù)據(jù)，以及綠橙種植氣候條件要求，確定綠橙適宜度模型各指標(biāo)。

1.3.3.2 溫度適宜度模型

氣溫是影響綠橙生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量的決定因素[16]。張業(yè)忠[2]通過(guò)農(nóng)業(yè)氣候分析提出，最適宜綠橙生長(zhǎng)的年平均氣溫為22～24℃，溫度過(guò)高或過(guò)低均會(huì)使果實(shí)的品質(zhì)受到影響[12]?？紤]綠橙不同生育期溫度差異，選用1月平均氣溫（最冷月）及7月平均氣溫（最熱月）數(shù)據(jù)，作為溫度適宜度區(qū)劃指標(biāo)。作物溫度適宜度模型多采用與作物三基點(diǎn)溫度相匹配的非線性beta函數(shù)[21]，溫度適宜度模型為[22?23]

式中，ST為作物溫度適宜度（℃），t為實(shí)際溫度（℃），t0、tl、th分別為作物生長(zhǎng)最適、下限和上限溫度（℃），具體取值見(jiàn)表2。

1.3.3.3 日照適宜度模型

日照影響果實(shí)質(zhì)量、色澤和品質(zhì)，日照充足可增加果實(shí)質(zhì)量，使果實(shí)飽滿、著色良好[24]。日照時(shí)數(shù)過(guò)低或過(guò)高均導(dǎo)致果實(shí)發(fā)育不良，特別是炙熱的夏季，光照過(guò)強(qiáng)會(huì)導(dǎo)致綠橙日灼病、果實(shí)呈海綿狀等疾病[25]。當(dāng)日照時(shí)數(shù)達(dá)到可照時(shí)數(shù)的55％時(shí)，作物對(duì)光照反應(yīng)達(dá)到最適宜狀態(tài)[26]。日照適宜度模型一般采用自然數(shù)e為底數(shù)的指數(shù)函數(shù)分段函數(shù)。日照適宜度函數(shù)模型為[21?22]

式中，SS為作物日照適宜度，S為實(shí)際日照時(shí)數(shù)（h），S0為特定地區(qū)特定時(shí)間可照時(shí)數(shù)（h），取值在4.9～5.5，b為常數(shù)，取值為5.1[27]。

1.3.3.4 降水適宜度模型

水分影響綠橙果實(shí)大小、質(zhì)地和風(fēng)味等品質(zhì)指標(biāo)[28]，綠橙種植最佳年降水量為2000～2200mm[20]。作物降水適宜度模型為[27?29]

式中，SP為作物降水適宜度，Sr為作物降水量適宜度，Sd為作物降水日數(shù)適宜度。

表2 溫度適宜度指標(biāo)

式中，R為實(shí)際降水量（mm），R0為作物生長(zhǎng)最適降水量（mm），取值2100mm。

式中，d為實(shí)際年降水日數(shù)（d），dl、dh分別為作物生長(zhǎng)適宜降水日數(shù)的下限和上限（d），取值分別為140d和200d。

1.3.3.5 綜合適宜度模型

根據(jù)單因子氣候適宜度區(qū)劃結(jié)果，利用等權(quán)重求和法、幾何平均法和不等權(quán)求和法，分別建立綜合氣候適宜度模型[30?31]，取其均值。

等權(quán)重求和法計(jì)算式為

幾何平均法計(jì)算式為

不等權(quán)求和法計(jì)算式為

式中，S為作物綜合適宜度，WT、WS和WP分別為作物溫度、日照時(shí)數(shù)以及降水的適宜度權(quán)重，均采用層次分析法（AHP）所確定[23]。

2 結(jié)果與分析

2.1 未來(lái)海南島綠橙種植關(guān)鍵氣候因子時(shí)空變化

2.1.1 氣候因子空間分析模型

利用1980-2019年海南島19個(gè)氣象站點(diǎn)年平均氣溫、年總?cè)照諘r(shí)數(shù)、年總降水量3個(gè)氣象要素，分別與經(jīng)度、緯度、海拔高度、坡向和坡度5個(gè)地理信息因子進(jìn)行回歸分析，構(gòu)建空間分析模型[32?34]，結(jié)果見(jiàn)表3。

由表3可見(jiàn)，各模型的相關(guān)系數(shù)均通過(guò)了0.01水平的顯著性檢驗(yàn)。其中，年平均氣溫與緯度、經(jīng)度、海拔高度、坡度和坡向均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；年總?cè)照諘r(shí)數(shù)與緯度、經(jīng)度、坡度和坡向呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與海拔高度呈正相關(guān)關(guān)系；年總降水量與緯度和海拔高度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與經(jīng)度、坡度和坡向呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；年≥10℃積溫與緯度、經(jīng)度、海拔高度、坡度和坡向均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

2.1.2 關(guān)鍵氣象因子時(shí)空變化

2.1.2.1 溫度

由圖2a可見(jiàn)，海南島年平均氣溫總體呈四周高、中間低的分布格局，其中西南地區(qū)溫度最高。從40a平均狀況看，中部地區(qū)年均溫度低于21.0℃，西部及北部地區(qū)年均溫度高于25.0℃。從RCP4.5情景下2020?2049年30a平均狀況看（圖2b），中部地區(qū)年均低于21.0℃的區(qū)域較過(guò)去40a范圍更廣，面積增加0.33×103km2，約為原面積的23％，且四周沿海大部分地區(qū)年均溫度均高于25℃，較圖2a范圍有大幅增加，面積增加1.14×103km2，約為原面積的35％。總體上，未來(lái)30a海南島平均氣溫較過(guò)去40a均有不同程度增加，但海拔較高地區(qū)則相反，低溫地區(qū)也有擴(kuò)展趨勢(shì)。因綠橙生長(zhǎng)適宜年平均氣溫為22～24℃，因此，綠橙種植溫度適宜區(qū)范圍呈縮小趨勢(shì)。

2.1.2.2 降水量

海南島降水強(qiáng)度呈現(xiàn)東高西低、四周向中間漸增趨勢(shì)。從1980-2019年40a平均狀況看（圖3a），中部部分地區(qū)年均總降水量＞2400mm，西部沿海地區(qū)年均總降水量＜1800mm。從RCP4.5情景下2020-2049年30a平均狀況看（圖3b），年均總降水量＞2400mm區(qū)域與過(guò)去40a相比，其范圍由中部部分地區(qū)擴(kuò)至中部大部分地區(qū)，面積增加0.43×103km2，約為原面積的14％；東部大部分區(qū)域年降水量均＞2200mm?？傮w上，未來(lái)30a海南島平均年降水量較過(guò)去40a均有不同程度增加，且年降水量＜1800mm區(qū)域范圍縮小。由于綠橙生長(zhǎng)適宜年平均總降水量在2000～2200mm，因此，綠橙種植降水適宜區(qū)范圍由東部逐漸遷移至中部地區(qū)。

表3 海南島氣象要素空間分析模型

注：**表示相關(guān)系數(shù)通過(guò)0.01 水平顯著性檢驗(yàn)。Φ,λ，h，β，θ分別為緯度坐標(biāo)值、經(jīng)度坐標(biāo)值、海拔高度(m)、坡度(°)、坡向（°）。

Note:**is P＜0.01.φ is latitude coordinate value of kilometer network，λis longitude coordinate value of kilometer network，h is Altitude (m)，β is slope (°)，θ is slope direction (°).

圖2 海南島過(guò)去40a(a)和未來(lái)RCP4.5情景下(b)年平均氣溫空間分布

圖3 海南島過(guò)去40a(a)和未來(lái)RCP4.5情景下(b)年平均降水量空間分布

2.2 未來(lái)海南島綠橙種植氣候適宜性變化

利用氣候適宜度模型按照綠橙生長(zhǎng)適宜度評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，在ArcGIS空間分析模塊中生成單個(gè)氣候適宜度柵格圖，即形成氣象要素單因子氣候適宜度空間分布圖（圖4?圖6）。

（1）溫度適宜度：基于海南島近40a氣象數(shù)據(jù)計(jì)算當(dāng)前溫度適宜度，繪制空間分布圖。由圖4a可見(jiàn)，40a內(nèi)全島溫度適宜度總體呈四周高中間低的分布趨勢(shì)，溫度適宜度范圍在?1～1，海南島綠橙生長(zhǎng)溫度最適宜區(qū)，分布于中部，以瓊中、屯昌及周邊部分地區(qū)為主，該區(qū)年平均氣溫在22～24℃；溫度次適宜區(qū)，一部分位于北部及東北部，為?？?、澄邁、儋州、定安等地，該區(qū)年平均氣溫在24～25℃，另一部分位于白沙、昌江等局部區(qū)域，該地年平均氣溫在21～22℃；溫度不適宜區(qū)，一部分位于東部和北部，以東方、三亞、樂(lè)東等地，該區(qū)年平均氣溫＞25℃，另一部分位于昌江、五指山、保亭等地，該地年平均氣溫＜21℃，不適宜綠橙生長(zhǎng)。

圖4 海南島過(guò)去40a(a)和未來(lái)RCP4.5情景下(b)綠橙種植溫度適宜度空間分布

基于海南島未來(lái)30a氣象數(shù)據(jù)，計(jì)算得到未來(lái)溫度適宜度，繪制空間分布圖。由圖4b可見(jiàn)，全島未來(lái)溫度適宜度總體呈中間高四周低的分布趨勢(shì)，未來(lái)溫度適宜度范圍在?1～1，綠橙生長(zhǎng)溫度最適宜區(qū)范圍相較于歷史時(shí)期（1980?2019年）有縮小趨勢(shì)，不適宜區(qū)范圍也呈擴(kuò)大趨勢(shì)，主要分布于海南島西部及北部沿海地區(qū)。

（2）日照適宜度：基于海南島過(guò)去40a氣象數(shù)據(jù)，計(jì)算當(dāng)前日照適宜度，繪制空間分布圖。由圖5可見(jiàn)，40a內(nèi)全島日照適宜度總體呈現(xiàn)由西向東遞減趨勢(shì)，日照適宜度范圍在0.63～1.00，綠橙生長(zhǎng)日照時(shí)數(shù)最適宜區(qū)，分布于中部及中東部，以澄邁、定安、屯昌、瓊中等市縣及周邊局部為主，該區(qū)年日照時(shí)數(shù)1800～2000h；日照時(shí)數(shù)次適宜區(qū)，一部分位于東北部，另一部分由中部向南、北發(fā)散，包括文昌、臨高、儋州等市縣，年日照時(shí)數(shù)1600～1800h或2000～2200h；日照時(shí)數(shù)不適宜區(qū)，小部分位于中部河流沿岸，大部分位于西部，包括東方、樂(lè)東等市縣及周邊區(qū)域，該區(qū)年均日照時(shí)數(shù)＞2200h，不適宜綠橙生長(zhǎng)。因未來(lái)氣候情景數(shù)據(jù)缺少日照數(shù)據(jù)，故僅對(duì)當(dāng)前綠橙種植氣候適宜度進(jìn)行分析。

圖5 海南島過(guò)去40a(1980?2019年)綠橙種植日照適宜度空間分布

（3）降水適宜度：由海南島過(guò)去40a氣象數(shù)據(jù)計(jì)算當(dāng)前降水適宜度，繪制空間分布圖。由圖6a可見(jiàn)，40a內(nèi)全島降水適宜度呈現(xiàn)東高西低趨勢(shì)，降水適宜度范圍在0.45～1.00，綠橙生長(zhǎng)發(fā)育降水最適宜區(qū)，位于東部及中部局部地區(qū)，以?？?、文昌、定安等縣市為主，年降水量2000～2200mm；次適宜區(qū)，一部分位于北部及中部局部地區(qū)，包括澄邁、瓊中等地，年降水量1800～2000mm，另一部分位于中部零散區(qū)域，年降水量2200～2400mm；不適宜區(qū)，一部分位于西部及西北部，以儋州、昌江、東方、樂(lè)東等市縣及周邊為主，年降水量＜1800mm，另一部分位于中部局部地區(qū)，年降水量＞2400mm。由海南島未來(lái)30a氣象數(shù)據(jù)計(jì)算未來(lái)降水適宜度，繪制空間分布圖，由圖6b可見(jiàn)，未來(lái)降水適宜度總體也呈東高西低的分布趨勢(shì)，未來(lái)降水適宜度范圍在0.66～1.00，綠橙生長(zhǎng)降水最適宜區(qū)范圍，相較于圖6a有縮小趨勢(shì)，由東部逐漸遷移至中部地區(qū)，不適宜區(qū)范圍呈擴(kuò)大趨勢(shì)，主要分布于海南島西部及北部沿海地區(qū)。

2.3 海南島綠橙種植氣候適宜性分區(qū)評(píng)估和未來(lái)可能變化分析

考慮氣候條件、地形因素及土地利用類型等多因子進(jìn)行區(qū)劃分級(jí)[22]，即得海南島當(dāng)前和未來(lái)RCP4.5情景下綠橙種植最適宜區(qū)、適宜區(qū)、次適宜區(qū)及不適宜區(qū)（圖7），因未來(lái)氣候情景數(shù)據(jù)缺少日照時(shí)數(shù)，故未來(lái)氣候變化情景下綠橙氣候適宜性區(qū)劃僅用溫度、降水適宜度進(jìn)行綜合分析。

（1）最適宜區(qū)

由圖7a可知，過(guò)去40a最適宜區(qū)主要分布于海南島中部區(qū)域，包括?？谑心喜?、?？谑协偵絽^(qū)、澄邁縣南部、定安縣南部區(qū)域、文昌東北部小部分區(qū)域、瓊海市西北部分區(qū)域、屯昌縣大部分地區(qū)、儋州市南部小部分區(qū)域、萬(wàn)寧市西部、瓊中縣大部分地區(qū)、白沙縣中部及南部地區(qū)、五指山市小部分區(qū)域等，面積約0.87×104km2。該區(qū)年均氣溫22.8～24.7℃，≥10℃年均積溫＞8100℃·d，年均日照時(shí)數(shù)1782～2064h，年均降水量1784～2367mm。該區(qū)氣溫適宜、地勢(shì)較低、坡度較小、水分充足，可滿足綠橙生長(zhǎng)發(fā)育所需大部分條件。但是，因?？?、瓊海等地城市化較快，故綠橙實(shí)際種植面積較少。由圖7b可知，未來(lái)（2020-2049年）綠橙種植氣候最適宜區(qū)與現(xiàn)階段相比，區(qū)劃面積無(wú)較大變化，但分布區(qū)域總體呈下移趨勢(shì)，主要分布于瓊中縣、屯昌縣和保亭縣大部分地區(qū)、萬(wàn)寧市西部、白沙縣中部及東部等地，總面積約0.93×104km2。

圖6 海南島過(guò)去40a(a)和未來(lái)RCP4.5情景下(b)綠橙種植降水適宜度空間分布

圖7 海南島過(guò)去40a(a)和未來(lái)RCP4.5情景下(b)綠橙種植氣候適宜性區(qū)劃圖

（2）適宜區(qū)

由圖7a可知，過(guò)去40a適宜區(qū)主要分布于海南島東部區(qū)域及北部大部分地區(qū)，包括?？谑兄胁?、文昌市中部及東部沿海大部分區(qū)域、定安縣中部地區(qū)、瓊海市中部及東部沿海地區(qū)，澄邁縣西部和中部、臨高縣、儋州市大部分地區(qū)、白沙縣北部區(qū)域、東方市東部小部分地區(qū)、樂(lè)東縣東部小部分區(qū)域、三亞市北部小部分地區(qū)、陵水縣北部地區(qū)等，面積約1.83×104km2。該區(qū)年均氣溫21.3～25.6℃，≥10℃年均積溫＞7600℃·d，年均日照時(shí)數(shù)1624～2271h，年均降水量1309～2465mm。但三亞市、陵水縣、保亭縣等地位于赤道北緣，氣候炎熱，且三亞城市化發(fā)展較快，故不適宜綠橙種植。由圖7b可知，未來(lái)（2020-2049年）綠橙種植氣候適宜區(qū)與現(xiàn)階段相比，區(qū)劃面積明顯減少，分布區(qū)域減少，主要分布于?？诤臀牟写蟛糠值貐^(qū)、定安縣、瓊海市中部及東部、萬(wàn)寧市東部地區(qū)、三亞市北部及陵水縣等地，總面積約1.52×104km2。

（3）次適宜區(qū)

由圖7a可知，過(guò)去40a次適宜區(qū)主要分布于海南島西部沿海及中西部海拔較高區(qū)域，包括昌江縣西部和北部小部分區(qū)域、東方市西部沿海大部分區(qū)域及中部、樂(lè)東縣沿海西部和南部區(qū)域、五指山市邊緣及中部、保亭縣北部及西部零星區(qū)域、萬(wàn)寧市東部沿海小部分區(qū)域、瓊中縣邊緣小部分地區(qū)等，面積約0.51×104km2。該區(qū)年均氣溫19.8～26.7℃，≥10℃年均積溫分布不穩(wěn)，年均日照時(shí)數(shù)1394～2542h，降水量較少。該區(qū)降水較少，平均氣溫較低，部分地區(qū)氣溫偏高，部分地區(qū)日照不足。但綜合考慮，如管理得當(dāng)，也可種植綠橙。由圖7b可知，未來(lái)（2020-2049年）綠橙種植氣候次適宜區(qū)與現(xiàn)階段相比，區(qū)劃面積明顯增加，其分布區(qū)域從海南島西部、南部沿海地區(qū)遷移至西部、北部沿海地區(qū)，主要分布于臨高縣和儋州市大部分地區(qū)、昌江縣北部、東方市西部、樂(lè)東縣南部等地，總面積約0.69×104km2。

（4）不適宜區(qū)

由圖7a可知，過(guò)去40a不適宜區(qū)主要分布于海南島中部海拔較高地區(qū)，包括昌江縣南部部分地區(qū)、瓊中縣東部及西部較小區(qū)域、陵水縣北部小部分區(qū)域、樂(lè)東縣西部沿海部分地區(qū)、五指山市中部及北部小部分地區(qū)、白沙縣中部及西部零星區(qū)域等，面積約0.17×104km2。該區(qū)海拔高度均400m以上，地形復(fù)雜，年均氣溫＜21℃，降水量較高，不適宜綠橙生長(zhǎng)發(fā)育。由圖7b可知，未來(lái)（2020-2049年）綠橙種植氣候不適宜區(qū)與現(xiàn)階段相比，區(qū)劃面積和區(qū)域無(wú)較大變化，主要分布于東方市西部沿海地區(qū)、昌江縣南部地區(qū)、白沙縣南部小部分地區(qū)、五指山市北部小部分地區(qū)及瓊中縣南部零星地區(qū)等地，總面積約0.24×104km2。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

海南島綠橙種植最適宜區(qū)，主要位于島內(nèi)中部地區(qū)，氣候適宜度為0.9～0.1；適宜區(qū)主要位于東部及北部大部地區(qū)，氣候適宜度為0.9～0.7；次適宜區(qū)主要分布于西部沿海及中西部海拔較高區(qū)域，氣候適宜度為0.4～0.7；不適宜區(qū)主要分布于中部海拔較高區(qū)域，氣候適宜度為0～0.4。

未來(lái)氣候變化情景下（RCP 4.5）2020-2049年氣溫、降水分布有較大變化，溫度適宜區(qū)由四周向中部逐漸縮小，降水適宜區(qū)由東部逐漸遷移至中部地區(qū)。未來(lái)綠橙種植氣候最適宜區(qū)域，總體呈下移趨勢(shì)；適宜區(qū)域減少；次適宜區(qū)域增加，從海南島西部、南部沿海地區(qū)遷移至海南島西部、北部沿海地區(qū)；不適宜區(qū)域無(wú)較大變化。

3.2 討論

選取區(qū)劃指標(biāo)是進(jìn)行果樹氣候適宜性區(qū)劃的關(guān)鍵[35]，但目前有關(guān)綠橙種植區(qū)劃指標(biāo)尚未有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。沈兆敏等[9]利用氣溫、≥10℃積溫、極端最低氣溫等氣溫指標(biāo)研究了全國(guó)柑橘種植氣候區(qū)劃；趙彤[12]利用年平均氣溫、年總輻射量、空氣相對(duì)濕度、年日照時(shí)數(shù)開展了重慶不同柑橘品種種植分區(qū)研究；陳小敏等[16]利用年平均溫度、年日照時(shí)數(shù)、年降水量、海拔高度、坡度等指標(biāo)劃分了海南瓊中綠橙適宜種植區(qū)；劉聰?shù)萚22]利用柑橘發(fā)育期溫度、降水、日照適宜度模型對(duì)南方柑橘進(jìn)行前、后30a適宜性氣候區(qū)劃分析研究。本研究在前人研究的基礎(chǔ)上[21?23]，基于氣候適宜度函數(shù)構(gòu)建海南綠橙溫度、日照、降水適宜度模型，對(duì)海南島綠橙進(jìn)行氣候適宜性精細(xì)化區(qū)劃分析。為了區(qū)劃結(jié)果的精確性，該研究還結(jié)合了等權(quán)重求和法、幾何平均法和不等權(quán)求和法共同建立綜合氣候適宜度模型，在GIS技術(shù)的支持下，采用自然點(diǎn)斷法將海南島綠橙種植氣候適宜性分為最適宜區(qū)、適宜區(qū)、次適宜區(qū)和不適宜區(qū)四個(gè)區(qū)域。

目前海南島綠橙種植區(qū)，主要集中于瓊中縣、白沙縣、澄邁縣、儋州縣、臨高縣、?？诘仁锌h，均處于現(xiàn)階段綠橙種植適宜區(qū)至最適宜區(qū)范圍內(nèi)，表明本研究區(qū)劃結(jié)果較可靠。本研究也發(fā)現(xiàn)一些綠橙潛在最適宜或適宜種植區(qū)，包括萬(wàn)寧市北部小部分地區(qū)、定安縣大部地區(qū)、瓊海市中部及沿海東部地區(qū)等地，這些地區(qū)可結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)及果樹生產(chǎn)適當(dāng)發(fā)展綠橙種植業(yè)。農(nóng)業(yè)氣候適宜性區(qū)劃只能從宏觀上對(duì)綠橙種植業(yè)提出指導(dǎo)建議，因海南島地形復(fù)雜，還需綜合考慮當(dāng)?shù)貙?shí)際生產(chǎn)情況，開展小范圍引種試驗(yàn)，再根據(jù)試驗(yàn)情況進(jìn)行綠橙規(guī)?；N植。

通過(guò)對(duì)未來(lái)（2020-2049年）海南綠橙種植氣候適宜性變化分析，明確了綠橙種植氣候適宜區(qū)的變化趨勢(shì)，對(duì)綠橙種植基地選址及綠橙產(chǎn)業(yè)發(fā)展，均具有參考價(jià)值。本研究主要考慮了氣候和地理因子，但未涉及氣象災(zāi)害、品種、土壤等因素。因此，未來(lái)研究中可結(jié)合氣象災(zāi)害等因素，進(jìn)一步開展氣候變化背景下海南島綠橙種植氣候適宜性研究，為農(nóng)業(yè)可持續(xù)生產(chǎn)提供參考依據(jù)。

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Climate Suitability Analysis of Green Orange Cultivation in Hainan Island under Future Climate Change Scenarios

CHEN Yan-xi1, 2, 3, LOU Yun-sheng1, 3, REN Li-xuan4, 5, 6, SU Lei7, TANG Li-ling7, YANG Jian-zhou7

(1. Collaborative Innovation Center on Forecast and Evaluation of Meteorological Disasters, Nanjing University of Information Science and Technology, Nanjing 210044, China; 2. Hainan Meteorological Detection Center, Haikou 570203; 3. Jiangsu Key Laboratory of Agricultural Meteorology/School of Applied Meteorology, Nanjing University of Information Science and Technology, Nanjing 210044; 4. School of Resources and Environmental Science, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095; 5. Key Laboratory of Plant Nutrition and Fertilization in the Low-Middle Reaches of the Yangtze River, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Nanjing 210095; 6. Jiangsu Collaborative Innovation Center for Solid Organic Waste Resource Utilization, Nanjing 210095; 7. Institute of Geophysical and Geochemical Exploration, Chinese Academy of Geological Sciences, Langfang 065000)

Green orange is a characteristic fruit and plays an important role in local agricultural production in Hainan island. However, few researches have been available regarding the climatic suitability of green orange planting in the island. Based on the last 40a (1980-2019) daily meteorological data, topographical and other factors from 19 meteorological stations in the main island of Hainan island, a spatial analysis model is established to comprehensively determine the climate suitability index for green orange planting in the island. With climate suitability model, this study constructed the suitability models of temperature, sunshine and precipitation, as well as comprehensive suitability model for green orange planting. The methods of geographic information system (GIS) and natural point break were used in finely zoning green orange planting climate suitability. With the model simulation data of RCP4.5 climate scenario, this study assessed the trend of green orange planting suitability zone in the next 30y (2020-2049) under future climate change scenario. The results show that, the most suitable area for green orange planting is mainly distributed in the central region, with the subtotal area being 0.87×104km2, and the climate suitability index ranging from 0.9-1.0; the suitable area is mainly distributed in the eastern local region and most of the central and western regions, with the subtotal area being 1.83×104km2, and the climate suitability index being 0.7-0.9; the subsuitable area is mainly located in the western coastal, central and western high altitude regions, with subtotal area being 0.51×104km2, and the climate suitability index varying from 0.4-0.7; the unsuitable area is mainly distributed in the central mountainous region, with the subtotal area being 0.17×104km2, and the climate suitability index ranging from 0-0.4. Under the future climate scenario, the area with suitable temperature and precipitation will have large change, namely, the area with suitable temperature will gradually shrink from the surrounding to the central regions, the area with suitable precipitation will gradually move from the eastern to the central regions. The most climatic suitable area for future green orange planting will mainly distribute in the most parts of Qiongzhong, Tunchang and Baoting counties, western parts of Wanning, central and eastern parts of Baisha county in the island.

Green orange; Suitability; Climate zones; GIS; Future climate scenarios

10.3969/j.issn.1000-6362.2022.10.002

陳彥希,婁運(yùn)生,任麗軒,等.未來(lái)氣候變化情景下海南島綠橙種植氣候適宜性分析[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象,2022,43(10):786-797

2021?12?15

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目（DD20190305）；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41875177）

婁運(yùn)生，教授，主要從事氣候變化與氣候資源利用、農(nóng)業(yè)氣象研究，E-mail: yunshlou@163.com；任麗軒，副教授，研究方向農(nóng)業(yè)資源高效利用，E-mail: lxren@njau.edu.cn；蘇磊，工程師，研究方向生態(tài)地質(zhì)調(diào)查，E-mail: sulei@igge.cn

陳彥希，E-mail:yumcyC@outlook.com