基于数字高程模型的中国酿酒葡萄气候区划及品种区域化研究

摘要

随着中国葡萄与葡萄酒产业的迅速发展，葡萄栽培越来越多元化，对葡萄气候区划的精度要求越来越高。中国气候类型复杂，葡萄栽培品种多，区划难度大，以往的区划研究大多是针对某一个区域，小范围的区划较多，且大多数研究仅仅针对欧亚种葡萄，还没有形成结合多个葡萄种属并细致到各产区的区划研究。并且由于数据获取难度大，计算复杂，区划精度普遍不足。本研究旨在选取正确的区划指标、恰当的区划方法，以提高中国葡萄气候区划研究的精确度。 本研究对国内各地区、各葡萄种类区划指标进行筛选，选取无霜期(FFP)作为中国葡萄气候区划的热量指标，干燥度(DI)作为水分指标，并加入生长季活动积温(AAT)这一热量指标对区划结果进行修正，以年极端低温、最热月平均温以及埋土防寒线作为辅助指标，在ArcGIS平台支持下，以中国2294个气象站点1982～2011年30年逐日气象数据为基础，并导入了中国全境90m(3")分辨率数字高程模型(DEM)数据，显著提高了对山地、峡谷、高原、盆地等地理因子以及高程的分辨率，同时也极大地改善了对地形因子如坡度、坡向以及遮蔽度的模拟精度。采用多元逐步回归与残差插值相结合的混合插值法对AAT和FFP进行模拟，分别建立其多元逐步回归模型;利用交叉验证法对不同插值方法的误差大小进行对比，对各指标选取误差最小的插值方法，分别选用普通克里金法和反距离权重法对AAT和FFP空间回归残差进行插值，选用普通克里金法对DI进行空间内插，分别得到AAT、FFP、DI的栅格图层;在3个图层叠加的基础上绘制了高精度的中国葡萄气候区划图。与以往绝大多数仅针对欧亚种葡萄的气候区划不同，此次中国葡萄气候区划适宜区包含了山葡萄栽培区、欧亚种栽培区、欧美杂种栽培区和避雨栽培区，并根据山葡萄、欧亚种葡萄以及欧美杂种葡萄抵御极端最低温的不同能力，分别绘制了埋土防寒线。随后，针对适宜栽培区中的酿酒葡萄栽培区，进行了深入而细致的气候区划及品种区域化研究。主要研究结果如下: (1)中国近30年生长季AAT分布整体上呈现由南向北、由东向西热量逐渐减少的分布格局。青藏高原、川西高原、东北地区以及内蒙古中部、东北部终年冷凉，AAT＜2500℃，不适宜葡萄种植;2500℃≤AAT≤2700℃的区域较小，主要分布在东北和内蒙;2700℃＜AAT≤3200℃的区域主要分布在东北、内蒙，陕北、甘肃，宁夏和新疆也有少量分布;3200＜AAT≤3500℃的区域主要分布在辽宁、内蒙、陕西、宁夏及新疆;而整个华南、长江中下游、华北地区、西南地区的热量都十分充沛，AAT＞3500℃。 (2)中国近30年生长季FFP分布整体上呈现由南向北、由东向西逐渐减少的分布格局。中国西部的青藏高原及川西高原、东北地区及内蒙古中部、东北部终年低温，FFP＜160d，热量条件不佳;西北东部及东北的部分地区热量条件基本满足葡萄正常生长所需，160≤FFP≤180;180＜FFP≤200的地区热量条件非常适宜葡萄的生长，主要分布在新疆、辽宁及西北西部;新疆中部分布着面积广袤的沙漠区，致使绝大多数地区的FFP＞200d;整个华南、长江中下游、华北地区、西南地区的热量都十分充沛，FFP＞220d。 (3)选用葡萄生长季DI为水分指标进行气候区划，将中国划分为8个区域:DI＜0.6;0.6≤DI＜I.0;1.0≤DI≤1.6;1.6＜DI≤3.5;3.5＜DI≤10;10＜DI≤20;20＜DI≤60; DI＞60。中国近30年平均DI反映了中国南湿北干、东湿西干、沿海湿、内陆干的整体气候特点，并且由南至北，由东至西，干旱程度的增加呈现出明显的层次性、规律性。 (4)以生长季FFP为中国葡萄气候区划的热量指标，生长季DI为水分指标，加入生长季活动积温（AAT）这一热量指标对区划结果进行修正，以-35℃极端低温作为辅助指标，对AAT、FFP、DI的栅格图层进行叠加后，通过ArcGIS软件绘制高精度中国葡萄气候区划图，将适宜栽培区划分为山葡萄栽培区、欧亚种栽培区、欧美杂种栽培区和避雨栽培区4个大区。 (5)以生长季FFP为中国酿酒葡萄气候区划的热量指标，生长季DI为水分指标，加入生长季活动积温（AAT）这一热量指标对区划结果进行修正，以-35℃极端低温作为辅助指标，对AAT、FFP、DI的栅格图层进行叠加，绘制中国酿酒葡萄气候区划图，将中国酿酒葡萄适宜栽培区划分为4区12亚区，大大提高了中国西南和东北等气候、地形特殊区域区划的准确度。 (6)在中国酿酒葡萄气候区划的基础上，对适宜栽培区划分的12个不同气候类型的亚区分别进行酿酒葡萄品种区域化，以不同成熟期葡萄品种对生长季AAT的需求范围为指标，绘制12幅针对每个亚区的酿酒葡萄品种区域化图，将12个亚区进一步细分为36个不同类型的小产区;以最热月平均温度为辅助指标，对每个亚区进行了适宜栽培品种的推荐，并对不同亚区的品种引进及栽培时的注意事项给出了建议。 研究结果显示，中国酿酒葡萄栽培区类型多样，在不考虑土壤等其它因素的情况下，中国酿酒葡萄适宜区类型可细化至36种之多。与以往研究相比，此次区划结果的精确度和准确度以及制图的分辨率均有极大提高，对全国酿酒葡萄适宜栽培区进行了更加细致精确的分类，对栽培品种的建议更有针对性，绝大部分地区引种时可直接参考区划结果，这对中国各产区未来葡萄种植及产业发展有着重要的指导意义。

目录

声明

论文说明

摘要

第一章 文献综述

1．1 我国葡萄栽培及产量概况

1．2 影响葡萄生长的气候因素

1．2．1 光照

1．2．2 温度

1．2．3 水分

1．2．4 二氧化碳

1．3 影响葡萄生长的其他因素

1．3．1 土壤

1．3．2 架式

1．3．3 行间生草

1．3．4 品种

1．3．5 其他因素

1．4 葡萄气候区划及品种区域化研究进展

1．4．1 国外葡萄气候区划及品种区域化研究概况

1．4．2 中国葡萄气候区划及品种区域化研究概况

1．5 数字高程模型的概念、优点及应用

1．6 研究目的、意义及研究的主要内容

1．6．1 研究目的及意义

1．6．2 我国葡萄气候区划研究中的主要问题

1．6．3 研究的主要内容

1．7 技术路线

第二章 基于数字高程模型的中国近30年活动积温分布研究

2．1 引言

2．2 气象数据

2．2．1 数据时段的选取

2．2．2 全国气象站点逐日气象数据

2．2．3 高精度中国全境90m(3”)分辨率DEM数据

2．2．4 数据处理程序

2．3 区划方法

2．3．1 宏观地理因子及微地形因子的提取

2．3．2 混合插值法的选用

2．3．3 生长季AAT模型的建立

2．3．4 非相关性因子的剔除

2．3．5 空间内插法的选择

2．3．7 AAT栅格图层的建立

2．3．8 AAT阈值范围的选取

2．4 结果与分析

2．4．1 中国近30年生长季AAT分布状况

2．4．2 中国8大区域生长季AAT整体状况

2．4．3 中国8大区域近30年生长季AAT变化趋势分析

2．5 讨论

2．5．1 生长季AAT对葡萄生长的影响

2．5．2 中国10大优质葡萄产区生长季AAT现状

2．5．3 生长季AAT独立作为葡萄气候区划热量指标的局限性

2．6 小结

第三章 基于数字高程模型的中国近30年无霜期分布研究

3．1 引言

3．2 气象数据

3．3 区划方法

3．3．1 宏观地理因子及微地形因子的提取

3．3．2 混合插值法的选用

3．3．3 生长季FFP模型的建立

3．3．4 非相关性因子的剔除

3．3．5 空间内插法的选择

3．3．6 残差ε栅格图层的建立

3．3．7 FFP栅格图层的建立

3．3．8 FFP阈值范围的选取

3．4 结果与分析

3．4．1 中国近30年生长季FFP分布状况

3．4．2 中国8大区域生长季FFP整体状况

3．4．3 中国8大区域近30年生长季FFP变化趋势分析

3．5 讨论

3．5．1 生长季FFP变化对各区域选择葡萄品种的影响

3．5．2 生长季FFP独立作为葡萄气候区划热量指标的局限性

3．6 小结

第四章 中国近30年干燥度分布研究

4．1 引言

4．2 气象数据

4．3 计算方法

4．3．1 DI的计算方法

4．3．2 ETo的计算方法

4．3．3 葡萄作物系数Kc的确定

4．3．4 DI插值法的选择

4．3．5 DI阈值范围的选择

4．4 结果与分析

4．4．1 中国近30年生长季DI分布状况

4．4．2 中国8大区域生长季DI整体状况

4．4．3 中国8大区域近30年生长季DI变化趋势分析

4．5 讨论

4．5．1 不同时段及环境下作物系数Kc的确定

4．5．2 南方部分地区生长季DI的取值时段

4．5．3 世界与中国代表性地区不同时段水分指标的比较

4．5．4 世界与中国代表性地区不同时段DI的聚类分析

4．5．5 中国代表性地区7、8、9月降水量分析

4．5．6 中国代表性地区成熟季水热系数分析

4．6 小结

第五章 基于数字高程模型的中国葡萄气候区划

5．1 引言

5．2 气象数据

5．3 区划指标及方法

5．3．1 活动积温(AAT)

5．3．2 无霜期(FFP)

5．3．3 干燥度

5．3．4 辅助指标——埋土防寒线(soil bury line，SBL)

5．3．5 区划方法

5．4 结果与分析

5．4．1 中国葡萄气候区划结果

5．4．2 中国现有葡萄产区分布与气候区划结果对照

5．5 讨论

5．5．1 对中国南方进行气候区划的灵活性

5．5．2 小气候对区划的影响

5．5．3 规避有害自然气象因素

5．5．4 利用有利自然气象因素

5．6 小结

第六章 基于数字高程模型的中国酿酒葡萄气候区划

6．1 引言

6．2 气象数据

6．3 区划指标及方法

6．3．1 AAT、FFP及年极端最低温取值的确定

6．3．2 DI取值的确定

6．3．3 区划方法

6．4 结果与分析

6．5 讨论

6．5．1 中国十大酿酒葡萄产区在区划结果12个亚区内的分布

6．5．2 对边缘地带DI的模拟

6．5．3 对特殊区域的辅助区划指标

6．5．4 适宜栽培区的埋土防寒问题

6．6 小结

第七章 中国酿酒葡萄品种区域化

7．1 引言

7．2 气象数据

7．3 区划指标及方法

7．3．1 不同成熟期葡萄品种的生长季AAT

7．3．2 最热月平均温度

7．3．3 区划方法

7．4 结果与分析

7．4．1 中国酿酒葡萄品种区域化结果

7．4．2 各气候亚区内最热月均温的分析

7．4．3 对12个亚区内不同成熟期葡萄的品种区域化

7．5 讨论

7．5．1 中国酿酒葡萄产区的分布及生态条件

7．5．2 中国特殊地区的品种区划

7．6 小结

第八章 结论、创新点与展望

8．1 结论

8．2 本研究的创新点

8．3 展望

参考文献

附录

致谢

作者简介