7第7章-氣候資源解析

第7章氣候資源

意義：氣候資源是人類賴以生存和發(fā)展的條件，氣候資源探討在農(nóng)業(yè)管理、農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量的確定、建筑業(yè)、能源開發(fā)、水利工程、城鎮(zhèn)規(guī)劃等方面有著廣泛的應(yīng)用。在農(nóng)業(yè)方面，氣候資源對土地利用、作物布局、水利排灌以及品種改良等方面都有重要影響，倍受人們重視。內(nèi)容：§7.1氣候資源的特征與作用§7.2農(nóng)業(yè)氣候資源綜合評價§7.3農(nóng)業(yè)氣候資源的改善與疼惜§7.4氣候資源的生產(chǎn)潛力§7.1氣候資源的特征與作用

一.概念：氣候條件和氣候資源是聯(lián)系親密但又迥然不同的兩個概念。氣候條件是指人類生產(chǎn)生活中依靠的氣候系統(tǒng)，它作為人類社會生產(chǎn)過程中的外部條件而起作用。如Ｏ３層對人類的疼惜作用，空氣為人類供應(yīng)氧氣，降水為人類供應(yīng)水源等。氣候資源是指氣候條件中進(jìn)入生產(chǎn)過程而成為人類利用的那部分，以物質(zhì)和能量進(jìn)入生產(chǎn)過程，并產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的氣候條件變成了氣候資源。如空氣中的N等。組成：氣候資源是由很多因素組成的困難系統(tǒng)，一般說來，它包括太陽輻射(光)、熱量(熱)、降水(水)和空氣(氣)四大子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)又由不同的基本因素組成，這些子系統(tǒng)相互聯(lián)系，相互制約，依據(jù)確定規(guī)律構(gòu)成了氣候資源系統(tǒng)。二、氣候資源的特征1、時段有限性和無限循環(huán)性時段：一年、一天的太陽輻射總量是有限性(時段有限性)。比如:哈爾濱≥10℃積溫低于3500℃，生長期只有211天，對亞熱帶植物和熱帶植物有著明顯的限制作用。超長系列：年復(fù)一年，取之不盡，具有循環(huán)性，屬于再生性資源。比如：3枚銅錢的故事。2、周期性變更和隨機(jī)波動性晝夜變更和季節(jié)變更：氣候資源中的光熱資源也隨著晝夜、季節(jié)更替而發(fā)生周期性和季節(jié)性變更，即晝夜變更和季節(jié)變更。短時間反常：假如時間較短，氣候資源數(shù)量變更是快速的，偏離年平均值，出現(xiàn)氣候異樣或反常，對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生產(chǎn)帶來多方面的影響。長時間隨機(jī)波動：氣候的波動是隨機(jī)的，因此，在氣候利用中應(yīng)加強(qiáng)短期的統(tǒng)計預(yù)報，防止因氣候波動造成的災(zāi)難性事故。3、空間上的區(qū)域差異性和相互依存性區(qū)域差異性：因地理位置、海陸分布、地形起伏和下墊面性質(zhì)的影響，氣候資源在不同地區(qū)具有區(qū)域差異，這種差異可概括為地帶性和非地帶性規(guī)律。相互依存性：而對于具體的一個區(qū)域，光、熱、水等氣候資源相互聯(lián)系，相互依存，并且與土地資源和生物資源一起發(fā)揮其農(nóng)業(yè)潛力。沒有質(zhì)量較好的土地或優(yōu)良品種，氣候資源潛力就難以發(fā)揮其應(yīng)有的水平。4、相互制約和不行替代性氣候資源系統(tǒng)內(nèi)，光熱水氣等子系統(tǒng)之間，相互制約，各具其不同的功能，而且相互間不行替代。如降水與太陽輻射，對植物來講都不行缺少，它們之間相互制約卻又不行替代。5、利弊兩重性氣候資源同水資源一樣具有利和弊兩重特性。如東部地區(qū)的季風(fēng)氣候?qū)r(nóng)業(yè)生產(chǎn)就有利弊二重性：雨熱同季有利于農(nóng)作物生長，但降水變率大，易發(fā)生洪澇災(zāi)難則對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不利。當(dāng)然利弊二重性是相對的，我們可以通過興修水利，營造防護(hù)林，形成各種有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的小氣候來變更其不利的一面，或者通過先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，培育良種等，達(dá)到變弊為利的目的。6、具有確定的生產(chǎn)力氣候資源的與氣候條件的顯著區(qū)分之一，就在于它具有生產(chǎn)力，能夠被人類轉(zhuǎn)化為所須要的物質(zhì)和能量。如農(nóng)業(yè)的光合作用，工業(yè)上利用太陽能、風(fēng)力發(fā)電、或者利用空氣制N等。氣候資源具有生產(chǎn)力的特征在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上表現(xiàn)得尤為突出，這是通過植物的光合作用來實現(xiàn)：光合作用過程，須要經(jīng)過兩個階段完成：第一階段是光化反應(yīng)階段，是攜帶著能量的光子流激活植物體葉綠素的過程，太陽能為植物吸取ＣＯ２和Ｈ２Ｏ進(jìn)行光合作供應(yīng)了動力，CO２和H２Ｏ是原料；其次階段是生化反應(yīng)階段，經(jīng)過一系列酶的作用，植物將ＣＯ２與Ｈ２Ｏ轉(zhuǎn)化為碳水化合物，熱能使化學(xué)反應(yīng)速度加快。氣候資源中的光、二氧化碳和水，形成了光合作用的原料，也就是說氣候資源具有生產(chǎn)力。三、氣候資源的作用與意義1、氣候與人類氣候資源在人類生態(tài)系統(tǒng)中具有兩個主要功能：其一，氣候資源是一種生態(tài)資源，在生態(tài)系統(tǒng)中起到重要作用。其二，氣候資源具有旅游的功能，多種多樣的氣候豐富了人們的日常生活，并成為吸引人們旅游的重要因素。2、氣候與工業(yè)干脆功能：指工業(yè)干脆利用氣候資源，如工業(yè)耗氧，利用空氣制N２和H２，太陽能和風(fēng)能發(fā)電等；間接功能：指工業(yè)間接地利用氣候資源，如工業(yè)用水主要來自江河湖井，而這些大部分又來自降水，還有酸雨對工業(yè)的影響，塵埃對機(jī)器的磨損等。3、氣候與交通氣候資源在交通方面的作用，既有害、也有利。如氣候的周期變更影響到航運(yùn)、澆灌、養(yǎng)殖等生產(chǎn)活動；洪水沖垮馬路，臺風(fēng)影響海運(yùn)，盛行風(fēng)向有利順風(fēng)航運(yùn)等。4、氣候與農(nóng)業(yè)作用尤為深刻。首先，農(nóng)作物生產(chǎn)受制于氣候資源，光照強(qiáng)度的凹凸，光照時間的長短，熱量的多少，風(fēng)力的強(qiáng)弱，降水的多少與分布狀況等，都對農(nóng)作物的種類與品種的分布、復(fù)種制度和農(nóng)作物的產(chǎn)量與質(zhì)量有重要影響。其二，氣候資源影響著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)和用地結(jié)構(gòu)：水熱關(guān)系在確定的土地協(xié)作下，影響大農(nóng)業(yè)的結(jié)構(gòu)；在大農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)內(nèi)部，農(nóng)作物的種類、分布、質(zhì)量、數(shù)量等都受水熱組合特征的制約；同一種作物，也因不同的水熱組合而要求有不同的用地和整地方式，以便有效地發(fā)揮氣候資源生產(chǎn)潛力?！?.2農(nóng)業(yè)氣候資源的綜合評價

農(nóng)業(yè)氣候資源主要包括光、熱、水、氣四個方面。農(nóng)業(yè)氣候資源的綜合評價可分兩步走：第一步要弄清光熱水氣的數(shù)量、質(zhì)量剛好空分布和變更特征，即摸清“家底”；其次步是結(jié)合地域弄清它們之間的相互關(guān)系，進(jìn)行綜合分析評價，提出氣候優(yōu)勢。一、光光，也就是太陽輻射，它是來自太陽的能量，是地表生物圈、水圈、巖石圈的能量基礎(chǔ)。四個方面的指標(biāo)。1、太陽輻射總量：是植物物質(zhì)形成的基本因素，太陽輻射總量的大小，與光熱利用率和植物的產(chǎn)量有關(guān)。我國太陽輻射總量在80～230千卡/厘米2.年，12×1018千卡/年，西部高于東部，高原多于平原?？傮w能滿足作物需求.青藏高原160以上，拉薩188.1，稱日光城，雅魯藏布江－岡底斯山一帶高達(dá)220；川盆、貴州、湘西<100，峨眉山<80，成都平原91.9。緣由：云雨較多：冬：準(zhǔn)靜止鋒；春：西南低渦；夏：西南季風(fēng)與東南季風(fēng)。光能利用率：世界平均0.3％；我國平均0.4％，個別高產(chǎn)地不超過2％?！覈栞椛滟Y源豐富，完全可以滿足農(nóng)作物的生長2、日照（光照）強(qiáng)度與日照時數(shù)日照強(qiáng)度是指波長400～700毫微米的可見光的平均感覺(單位為勒克斯，即米燭光，簡稱照度)，它與農(nóng)作物生長發(fā)育及作物產(chǎn)量有關(guān)，一般用日照時數(shù)來間接表示。光照越強(qiáng)，光合作用越強(qiáng)。日照時數(shù)與云量相關(guān)，云量越多，日照越短。我國年日照時數(shù)在1200～3400小時之間，分布與太陽輻射總量相像。青藏高原西北干旱區(qū)3000小時以上，冷湖最多3600小時，拉薩3000小時。川滇地區(qū)較少：峨眉山947小時，貴州道真1038小時→：“蜀犬吠日”，“天無三日晴”。東部地區(qū)，由南向北漸漸增加，廣州1910，哈爾濱2650。3、光照長度（日照長度、日長）光照長度是指一個地區(qū)日出至日落之間的可能日照時數(shù)，簡稱日長。對農(nóng)作物的影響主要表現(xiàn)在：能否通過光照階段，由養(yǎng)分期進(jìn)入生殖期，從而開花結(jié)果；另外它對落葉，休眠期的起先以及塊根、塊莖等養(yǎng)分器官的形成也有影響?！臻L是引種工作中必需考慮的因素。我國日長隨季節(jié)、緯度而變更：夏至日：南方12小時，北方18小時；冬至日：南方12小時，北方6～8小時。例如：北方秋季小麥不能成熟，與日長有關(guān)。4、光質(zhì)光質(zhì)是指不同的太陽光譜。包括紫外線(10～390mμ，毫微米=納米=10-9米)可見光(390～770mμ)→農(nóng)作物生長的意義最重要。紅外線(770～106mμ)。紫外線多，有利于：果品（蘋果）含糖量高。比如青藏高原、陜北、北山、洛川。油菜籽、核桃仁出油量高。如青藏高原。牧草莖部短，葉面小而養(yǎng)分豐富。如高原、高山牧場。熱量是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的關(guān)鍵因素，對農(nóng)作物的種類和品種、分布、復(fù)種制度以及作物產(chǎn)量起著重要作用。熱量是指太陽輻射中紅外線所釋放的熱能。熱量到達(dá)地面后，可以增熱土壤和空氣，加速光合作用過程。熱量和氣溫是有差別的。從百葉箱測到的氣溫，只能反映熱量的一部分，因此，熱量不僅包括氣溫的多少與凹凸，而且包括其持續(xù)的天數(shù)和無霜期，溫度對植物的影響，主要是對酶的活性施加的影響，進(jìn)而影響到光合作用，其實精確的應(yīng)以植物體溫來表達(dá)。通常用積溫與持續(xù)時間來表示，具體有4方面因子：二、熱量日均溫≥0℃的積溫——可以反映一個地區(qū)農(nóng)業(yè)季節(jié)的總熱量，或喜涼作物農(nóng)事季節(jié)的總熱量?！?℃積溫的持續(xù)日數(shù)——可代表農(nóng)事季節(jié)的長短。無霜期——日最低氣溫≥0℃的持續(xù)日數(shù)，反映喜溫作物生長期的長短。據(jù)探討，春季日平均氣溫穩(wěn)定通過0℃時，北方土壤起先解凍，早春作物(如春小麥)起先播種，越冬作物(如冬小麥)起先返青，冬季0℃氣溫終止期大致與冬小麥停止生長期相當(dāng)。由于大多數(shù)春播喜溫作物遇到0℃溫度時，就要受到霜凍危害，重者甚至導(dǎo)致死亡。因此用日最低氣溫≥0℃的持續(xù)日數(shù)(無霜期)反映喜溫作物生長期的長短是比較科學(xué)的。1、日均溫≥0℃積溫、持續(xù)時間

與無霜期2、≥10℃的積溫與持續(xù)日數(shù)

日均溫≥10℃是一般喜溫作物生長的起始溫度，也是喜涼作物主動是生長的溫度，故稱活動積溫。日平均氣溫出現(xiàn)10℃與絕大多數(shù)樹種的發(fā)葉和枯萎大體相吻合，禾本科作物在＜10℃時不能堅固，因此，用≥10℃持續(xù)期的積溫來反映喜溫作物生長期的熱量狀況。氣候資源評價的一個最重要的指標(biāo)。存在不等效問題，需用其他指標(biāo)補(bǔ)充。日均溫≥10℃的持續(xù)日數(shù)——反映喜溫作物農(nóng)事季節(jié)的長短。但沒有無霜期更有效。地區(qū)日均溫≥10℃的持續(xù)日數(shù)無霜期東北、內(nèi)蒙160~210天100~150天華北、陜西270~300160~180華中300~365230~240(川盆300；貴260~270)華南全年全年≥10℃的積溫的不等效性≥10℃的積溫在一個較大區(qū)域內(nèi)(如中國)具有在不等效性，即兩地具有相同的積溫，但效果不同，不確定種植同類農(nóng)作物，不確定劃入同一個熱量帶。例如：相同積溫的不等效問題表現(xiàn)：昆明石家莊積溫4479℃4433℃作物可種柑橘、四季花卉可種棉花氣候特征四季如春冬冷夏熱氣候帶中亞熱帶暖溫帶緣由：海拔189250M降水1000~1500570季風(fēng)東南、西南季風(fēng)東南季風(fēng)最熱月均溫19.826.7最冷月均溫7~10-3.3極端最高溫3242.7℃極端最低溫-5-26.5℃無霜期300~330197天因此，在運(yùn)用≥10℃積溫及其持續(xù)日數(shù)時，必需同時參考最熱月均溫，最冷月均和順極端最高(低)氣溫。相同持續(xù)日數(shù)的不等效問題

地點桂林成都昆明海拔162M506M1892M≥10℃589051024479持續(xù)日數(shù)260256258氣候南亞熱帶中亞熱帶（熱）中亞熱帶(涼)地點北京察隅持續(xù)日數(shù)199天199天最冷月-4.7≥0℃氣候暖溫帶亞熱帶3、最熱月、最冷月均溫對有些喜溫作物生長必需有確定高的溫度，最熱月均溫不足，往往起限制作用(如棉花)。最冷月均溫說明作物在冬季的生長狀況，過低時會出現(xiàn)抑制作物生長的現(xiàn)象，稱之為抑制性低溫。影響積溫的有效性。4、極端最低溫——低溫平均值極端最低氣溫多年平均值(簡稱低溫平均值)，說明作物在冬季的凍害狀況，過低時會破壞作物組織，導(dǎo)致死亡，可稱為——殺傷性低溫；有些地方(如廣東梅縣、廣西來賓)，最冷月均溫在10℃以上，最低溫卻在0℃以下，冬季作物一般生長良好，但有凍死的可能——凍害。有些地方(如云南的瀘水，四川的瀘洲)，低溫在0℃以上，最冷月均溫在10℃以下，冬季作物雖凍不死，但卻生長緩慢——抑制性低溫。三、水1、農(nóng)業(yè)水的作用：確定持水量：60%~80%。生命活動的必要條件：養(yǎng)分物質(zhì)吸取、運(yùn)輸、呼吸；細(xì)胞內(nèi)生化過程；光合作用的原料。2、評價指標(biāo)1）降水量：—影響生長狀況：喜濕作物800mm以上耐旱作物200（400）mm以上2）降水時間支配：季節(jié)變更：影響降水的有效程度，光熱的有效程度年變更：影響降水變率，降水保證率3）降水強(qiáng)度：影響降水的有效程度，洪澇災(zāi)難降水變率：旱澇災(zāi)難，降水保證率降水保證率：降水的有效程度。四、氣O2——呼吸作用CO2——光合作用CO2的濃度大小不但影響到氣候的變更，而且影響光合作用的強(qiáng)弱?，F(xiàn)實生產(chǎn)中，CO2的量是足夠的，不會造成限制。因此，忽視此項指標(biāo)。五、光熱水區(qū)域組合狀況潮濕度=降水量/蒸發(fā)力干燥度=蒸發(fā)力/降水量目前我國主要接受伊萬諾夫潮濕度指數(shù)(K伊)和張寶堃干燥度指數(shù)(K堃)。K伊=r/E，E=0.0018(25+t)2(100-ａ)其中r—降水量，E—同期蒸發(fā)量，t—月均溫，a—月平均相對濕度。K堃=E/r=(0.16∑t(t≥10℃))/r其中，E——蒸發(fā)量，r——≥10℃積溫期間的降水量，t——日均溫?！?.3農(nóng)業(yè)氣候資源的改善與疼惜

一、生物措施生物措施之一——植樹造林：作用有：1、防風(fēng)，削減風(fēng)沙災(zāi)難。林內(nèi)風(fēng)速=空曠和草原區(qū)的21~67%。2、調(diào)溫?！娱L無霜期。黑龍江推遲5~8天，內(nèi)蒙推遲1個月。——減輕寒、凍害3、增濕。削減蒸散，增加降水，積雪加厚，削減蒸發(fā)10~40%。4、其他：削減地表徑流、增加地下水、防止土壤侵蝕。生物措施之二——營造草坡營造草坡的作用1、防風(fēng)：減弱貼地氣流風(fēng)速，防止土地沙化。2、涵養(yǎng)水源：削減地表徑流，防止水土流失。3、保溫：增加積雪，減輕土層凍結(jié)，加速解凍。4、固土增肥：地下部分固結(jié)土壤，增加腐殖質(zhì)，促進(jìn)團(tuán)粒形成，提高滲透性、防水性。二、工程措施——興建水庫冬天增溫夏天降溫延長無霜期減少庫區(qū)結(jié)冰日數(shù)減少積雪時間減輕凍害2、增濕減小降水強(qiáng)度，尤其是雷陣雨。增加庫區(qū)周圍降水（庫區(qū)為少雨中心，比周圍少100~200mm）3、其他作用湖陸風(fēng)霧日增加（庫上霧）提高蒸發(fā)量，年提高500~700mm1、調(diào)溫，使氣候趨向海洋性三、化學(xué)措施：3個措施1、塑料大棚塑料大棚的建立具有明顯的增溫保濕作用，這種作用在北方冬季尤為顯著。塑料大棚的增溫保濕作用，可削減作物凍害，提早下種，蔬菜提前二個月上市。2、地膜覆蓋——對農(nóng)業(yè)氣候起到以下三個作用：其一是提高地溫、延長作物生長季，提前播種，提前成熟(提前10～20天)。其二，保濕，防止地面分水蒸發(fā)，保持土壤水分，在干旱區(qū)和水稻早種方面作用明顯。其三，對作物幼芽有防風(fēng)作用。歷史20世紀(jì)70年頭，日本米可多化工株式會社社長石本正一將地膜覆蓋栽培技術(shù)介紹到中國，到1988年從南方到北方全國已運(yùn)用地膜覆蓋面積達(dá)3400萬畝，作物有棉花、水稻、花生、西瓜、甜菜、麻類、辣椒等180余種。3、土面增溫劑塑料大棚和地膜覆蓋對農(nóng)業(yè)氣候作用明顯，但投資較大，而且操作繁索，于是有人提出利用土面增溫劑來代替前面兩者。覆在水面上的油膜能有效地抑制水分蒸發(fā)，并能保持水的溫度，依據(jù)這一現(xiàn)象，1917年，諾貝爾獎獲得者蘭米爾獨創(chuàng)了單分子膜制劑，用以抑制水面蒸發(fā)，后來逐步演化為多分子膜。60年頭初期，多分子膜蒸發(fā)抑制劑從水面移到土面上來，變成土面化學(xué)覆蓋物，顯示出較大的經(jīng)濟(jì)效益。預(yù)料今后，會出現(xiàn)一些更經(jīng)濟(jì)的土面增溫劑來替代地膜覆蓋。土面增溫劑一種農(nóng)田化學(xué)覆蓋物。大連油脂化學(xué)廠、中科院地理探討所于1979年探討成功并通過中科院鑒定。主要性能是增加太陽輻射熱的吸取，阻礙土壤水分蒸發(fā)，削減潛熱消耗，起到增溫保墑作用。施用該增溫劑，地表層日平均增溫2-5℃，抑蒸率達(dá)50－70％;用于棉花、水稻、甘薯、玉米以及林木、蔬菜等方面的育苗，可提前10-15天播種，提早5-10天出苗，增產(chǎn)10-15％。1979年獲國家獨創(chuàng)獎。四、農(nóng)業(yè)措施1、澆灌措施：調(diào)溫、保濕（冬季或夜間增溫，夏季或午間減溫；白晝蒸發(fā)加強(qiáng)，夜間凝合增多，使空氣濕度增加）；減輕凍害；防止灼傷。2、耕作措施（深耕）：切斷毛細(xì)管，削減蒸發(fā)，保持墑情；疏松表土，加大空隙，削減導(dǎo)熱性——加大表土?xí)円箿夭睢?、風(fēng)障措施：防風(fēng)，減弱亂流交換增加障內(nèi)輻射，增加溫?zé)帷ｏL(fēng)障陽光地面風(fēng)§7.4氣候資源的生產(chǎn)潛力蘇聯(lián)學(xué)者科洛斯洛夫在1963年發(fā)表一篇關(guān)于“生物氣候潛力”的論文，他認(rèn)為，把與生物與氣候相聯(lián)系，來計算生物氣候產(chǎn)量。并指出，生物氣候潛力是涉及到生物化學(xué)有效合成的綜合數(shù)值。依據(jù)最低量律的思想，氣候生產(chǎn)力的限制因素和限制程度，從大到小，依次為：光能→光溫（溫度）→光熱水（水）→土壤水→……光能潛力光溫潛力降水潛力

土壤水分潛力氣候生產(chǎn)潛力經(jīng)濟(jì)因素：肥料因子限制潛力品種因子微量元素土壤結(jié)構(gòu)耕作制度技術(shù)水平自然災(zāi)害經(jīng)濟(jì)管理水平政策其他

氣候生產(chǎn)力圖氣候生產(chǎn)力的影響因素一、光能生產(chǎn)潛力Gr=∑Q×Z×A×(1-P)×(1-W)×Φ×(1-X)-1×H-1=∑Q×0.49×0.83Li/Lp×(1-0.1)×(1-0.3)×0.224×(1-0.14)-1×4250-1克/厘米2=0.252∑Q×0.83Li/Lp斤/畝其中：∑Q——太陽總輻射Z——生理輻射系數(shù)=光合作用輻