全 文 ：地理信息系统与模型集成技术在林地林木产量
和光能利用率估测中的应用 3
邢世和 3 3 　林德喜　沈金泉　曹榕彬
(福建农林大学资源与环境学院 ,福州 350002)
【摘要】　利用福建省气象要素观测及山地土壤调查资料 ,探讨地理信息系统和数学模型集成技术在区域
林地栅格空间林木产量和光能利用率估测中的应用. 结果表明 ,区域年均温、降水量和太阳总辐射能与经
度、纬度及海拔的 2 次趋势面分析模型相关性均达极显著水平 ,复相关系数为 01692～01981. 采用地理信
息系统与 2 次趋势面分析及 1、2 和 4 次反距离权重插值模型集成技术可分别较准确推算区域太阳总辐射
能、年均温和降水量的空间数据 ,验证气象站点相应气象要素观测值与模型推算值之间的差异均未达显著
水平 , t 值仅分别为 1129、0112 和 0106. 借助地理信息系统与相关模型集成技术可实现区域林地栅格空间
林木产量和光能利用率的估测 ,研究区林地林木产量和光能利用率分别为 2132～18161 m3·hm - 2·yr - 1和
0111 %～0191 %.
关键词 　地理信息系统 　数学模型 　林地 　林木产量 　光能利用率
文章编号 　1001 - 9332 (2005) 10 - 1805 - 07 　中图分类号 　S718155 + 6 　文献标识码 　A
Application of GIS and integrated mathematic models on estimating forest land wood productiveness and solar
energy use eff iciency. XIN G Shihe ,L IN Dexi ,SHEN Jinquan ,CAO Rongbin ( College of Resource and Envi ron2
ment , Fujian A griculture and Forest ry U niversity , Fuz hou 350002 , China) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2005 ,16
(10) :1805～1811.
Based on the meteorological elements observation and mountain soil survey in Fujian Province , this paper ap2
proached the application of geographic information system ( GIS) and integrated mathematic models on estimat2
ing the grid wood productiveness and solar energy use efficiency ( SEU E) of regional forest land. The results
showed that there was a significant quadratic correlation of annual mean temperature ,precipitation and total solar
radiation energy( TSRE) with longitude ,latitude and altitude , and their multiple correlation coefficients ranged
from 01692 to 01981. The regional annual mean TSRE ,temperature and precipitation could be well estimated by
GIS and integrated models of quadratic tendency curve ,and linear ,quadratic and quartic inverse distance weight2
ed interpolation. These annual means estimated by the models did not differ greatly from observed data ,and the t
test values were 1129 ,0112 and 0106 ,respectively. The grid wood productiveness and SEU E of regional forest
land in Fujian could also be well estimated with the aid of GIS and integrated models , which ranged from 2132
m
3·hm - 2·yr - 1 to 18161 m3·hm - 2·yr - 1 and from 0111 % to 0191 % , respectively.
Key words 　GIS , Mathematic model , Forest land , Wood productiveness , Solar energy use efficiency.3 国家自然科学基金资助项目 (30370259) .3 3 通讯联系人.
2004 - 10 - 15 收稿 ,2005 - 03 - 08 接受.
1 　引 　　言
林木合成有机质是由其本身生物生态学特征和
环境因子综合作用的结果 ,不同地形地貌和气候区
域由于光、热、水、土等条件不同 ,林木合成有机质的
数量差异明显[1 ] . 植物生产力的 90 %以上是植物光
合作用将太阳光能转化合成化学潜能的产物 ,故区
域林地林木产量高低主要取决于区域林地土壤质
量、光能资源质量和利用率大小[2 ,4 ,5 ,11 ] . 区域林地
林木产量和光能利用率的有效估测 ,有利于探索提
高林木光能利用率的途径 ,充分开发利用区域气候
资源和最大限度地挖掘林地林木产量. 目前 ,国内在
林地林木产量和光能利用率估测研究方面多考虑影
响林木生长的光、热和水分条件 ,较少考虑区域林地
土壤质量及其空间差异影响 ,且均以整个县域为评
价单元、以县域气象站观测数据代表整个县域单元
进行估测研究[7～10 ,12 ,16 ,17 ,21 ,23～25 ,27 ] ,不能真实地
反映县域范围内林地林木产量和光能利用率因不同
地理空间位置而异的客观实际及空间变化规律. 近
年来 ,一些学者采用遥感影像结合地理信息系统
( GIS)技术获取森林叶面积指数 ,建立生态系统生
产力过程模型 ,开展林地林木产量和光能利用率及
其空间变异研究[3 ,6 ,11 ,26 ,28～30 ] ,该方法具有现势性
应 用 生 态 学 报 　2005 年 10 月 　第 16 卷 　第 10 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY , Oct . 2005 ,16 (10)∶1805～1811
好、实时估测等特点 ,但由于大气状况、地气系统对
太阳辐射发射的非各向同性会影响植被叶面积指数
的准确计算[14 ] ,且我国南方地区多云雾天气致使获
得估测区域相同时相、高清晰卫星遥感影像相当困
难 ,从而对该方法估测效果产生不同程度影响. 针对
上述问题或不足 ,本研究利用福建省气象要素观测
及山地土壤调查资料 ,探讨 GIS 和数学模型集成技
术在省域林地栅格空间林木产量和光能利用率估测
中的应用 ,旨在为实现省域林地林木产量和光能利
用率及其空间差异的科学评价、合理开发利用区域
气候和林地资源、改善森林生态环境提供科学依据.
2 　研究数据与研究方法
211 　资料收集
1) 2000 年 1∶25 万福建省数字高程模型 (125 m ×125 m
栅格数据)和 2002 年福建省土地利用现状矢量数据 ;2) 福建
省各气象站近 30 年主要气象要素观测数据 ;3) 利用 1996～
2000 年福建省山地土壤调查资料建立的林地土壤质量评价
因子栅格数据等.
212 　评价底图数据库建立
利用 1∶25 万福建省土地利用现状矢量数据 ,借助 GIS
提取全省林地、园地 (未含其它园地) 和行政区界等用地数
据 ,将矢量数据转化为 125 m ×125 m 栅格数据 ,形成研究区
林地资源底图栅格数据库.
213 　相关气象要素栅格数据推算及其精度评价
利用福建省 59 个气象站点经、纬度和海拔及其年均温、
降水量和太阳总辐射能观测数据 ,借助趋势面分析软件拟合
选择省域年均温、降水量和太阳总辐射能与经、纬度及海拔
关系的最佳趋势面分析模型 ,借助福建省数字高程模型推算
出由宏观地理因子决定的省域年均温、降水量和太阳总辐射
能 125 m ×125 m 栅格数据. 采用反距离权重插值模型 ,对推
算的气象要素数据进行残差订正. 利用 12 个未参与建模的
气象站实测资料 ,采用配对法样本 t 检验进行气象要素推算
精度验证 ,建立推算精度最高的省域年均温、降水量和太阳
总辐射能栅格数据库 ,根据林地蒸散量测算原理 [18 ] ,采用下
列模型[22 ]推算并建立省域年实际蒸散量栅格数据库 :
E = 3164593 P/ [1 + (3164593 P/ (30815332 +
20176482 T + 01115625 T3) ) 2 ]1/ 2 (1)
式中 , E 为年实际蒸散量 ( mm) , P 为年均降水量 ( mm) , T
为年均温度 ( ℃) .
214 　林地生产力计算及其数据库建立
利用省域年实际蒸散量栅格数据库 ,借助下列模型 [22 ]
计算省域植被气候生产力并建立栅格数据库 :
N PP( E) = 2 9991854[1 - exp ( - 010009585154
( E - 30102167) ) ] (2)
式中 , N PP( E)为由年实际蒸散量计算的植被气候生产力 ( g
·m - 2·yr - 1) . 利用评价区域林地资源底图栅格数据屏蔽省
域植被气候生产力栅格数据 ,建立省域林地气候生产力栅格
数据库[20 ] . 以土壤质量系数修正法 [19 ]计算并建立省域林地
生产力栅格数据库 :
N PP( S) = Ki ·N PP( E) (3)
式中 , N PP( S) 为林地生产力栅格数据 (g·m - 2·yr - 1) , Ki 为
各栅格林地土壤质量订正系数. 林地土壤质量订正系数是以
土壤质地、有机质、p H、阳离子代换量、全磷、全钾、土层厚
度、冬季地下水位、障碍层深度和土壤侵蚀强度为评价因子 ,
采用加权指数和法计算获得 [19 ] .
215 　林地林木产量和光能利用率估测及其数据库建立
利用省域林地生产力和太阳总辐射能数据库 ,借助下列
公式[7 ,8 ]分别估测并建立省域林地林木产量和光能利用率
栅格数据库 :
H = 016 N PP( S ) (1 + M g) / W g
= 01886 N PP( S) / 100 (4)
式中 , H 为林地林木产量 (m3·hm - 2·yr - 1) , M g 为主要树种
平均含水量 , W g 为湿材单位体积重量.
E = 191678 N PP( S) ×100 %/ ΣQ ×104 (5)
式中 , E 为林地光能利用率 ( %) ,ΣQ 为年均太阳总辐射能
(kJ·cm - 2·yr - 1) .
3 　结果与分析
311 　评价区域年均温、降水量和太阳总辐射能空间
数据的推算与精度验证
相关气象要素栅格数据的准确推算是实现区域
林地栅格空间林木产量和光能利用率科学估测及空
间差异分析的关键 ,一般气象要素的空间分布可表
示为[13 ,15 ,26 ] :
Y = Y 3 + yg
= f ( «,λ, h) + yg (6)
式中 , Y 3 为仅受宏观地理因子 (经度、纬度和海拔)
影响的气象要素结果 ,可通过适当数学模型进行拟
合推算 , yg 为微观地形因素 (如局部地形、坡向和水
体等)对气象要素 Y 的影响订正 ,可视为气象拟合
方程的残差 ,即 yg = Y - Y 3 ,常采用空间插值模型
求得 yg ,进而对拟合函数模型推算的气象要素数据
进行必要订正.
利用福建省 59 个气象站的经度、纬度、海拔以
及年均温度、降水量和太阳总辐射能观测数据 ,借助
1～3 次趋势面分析模型拟合建立区域年均温 ( T) 、
降水量 ( P) 及太阳总辐射能 ( E) 与经度 (λ) 、纬度
( «)和海拔 ( h) 关系模型. 结果表明 (表 1) ,评价区
域年均温度、降水量及太阳总辐射能与经度、纬度和
海拔关系模型的相关性均以 2 次趋势面拟合模型最
为密切 ,其复相关系数为 01692～01981 ,明显高于
相应气象要素1和3次趋势面拟合模型的相关性 .
6081 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　16 卷
表 1 　年均温度、降水量和太阳总辐射能趋势面分析模型
Table 1 Trendency curve models of annual mean temperature ,rainfall and total solar radiation energy
气象要素
Meteorological
factors
复相关系数 Multiple interrelated coefficients
一次模型
Linear
二次模型
Quadratic
三次模型
Cubic
二次趋势面分析模型
Quadratic trendency
curve model
气温 01951 01981 01913 T = - 456312230 - 4717625 «+ 8811636λ+ 019964 h - 011663 «2 -
Temperature 　　014245λ2 - 01000001 h2 + 014710 «λ+ 01000145 «h - 01000902λh
降水量 01587 01692 01568 P = - 39592717145 - 907218959 «+ 885317814λ- 1813735 h - 4216056
Rainfall 　　«2 - 4817422λ2 + 010001 h2 + 9615514 «λ+ 011246 «h + 011286λh
太阳辐射能 Solar 01575 01732 01554 E = - 4364212878 - 21519634 «+ 78311323λ+ 413232 h + 1019908 «2 -
radiation energy 　　218869λ2 - 0100007 h2 - 312360 «λ+ 0102882 «h - 0104239λh
表 2 　年均温度和降水量推算值与观测值的 t 检验
Table 2 t test of annual mean temperature and rainfall estimated and observed
气象站
Meteorolo2
gical station
温度观测值
Observed
temperature ( ℃)
年均温度模型推算值 Annual mean temperature estimated by model ( ℃)
空间插值 Interpolation
一次 Linear 二次 Quadratic 三次 Cubic 四次 Quartic 五次 Quintic 六次 Sextic
柘荣 Zherong 1515 1517 1519 1518 1519 1519 1610
闽侯 Minhou 1915 1913 1915 1916 1916 1916 1916
长乐 Changle 1913 1913 1913 1913 1913 1912 1912
永春 Yongchun 2014 2010 1919 1917 1917 1916 1916
龙海 Longhai 2110 2110 2110 2110 2110 2110 2110
南靖 Nanjing 2111 2111 2111 2111 2111 2111 2111
上杭 Shanghang 1919 2010 2011 2012 2013 2014 2014
清流 Qingliu 1719 1617 1617 1616 1616 1615 1615
沙县 Shaxian 1912 1914 1914 1914 1914 1914 1914
泰宁 Taining 1711 1717 1717 1715 1715 1714 1714
松溪 Songxi 1810 1811 1810 1810 1719 1719 1719
邵武 Shaowu 1718 1717 1719 1810 1810 1811 1811
t 值 t value 0147 0112 0130 0123 0132 0126
气象站
Meteorolo2
gical station
降水量观测值
Observed
rainfall (mm)
年均降水量模型推算值 Annual average rainfall estimated by model (mm)
空间插值 Interpolation
一次 Linear 二次 Quadratic 三次 Cubic 四次 Quartic 五次 Quintic 六次 Sextic
柘荣 Zherong 1 98515 1 82418 1 80911 1 80017 1 79611 1 79219 1 79010
闽侯 Minhou 1 35019 1 39412 1 36212 1 33510 1 31813 1 30914 1 30510
长乐 Changle 1 34211 1 36415 1 36111 1 36012 1 36112 1 36311 1 36515
永春 Yongchun 1 68615 1 61119 1 65919 1 69310 1 71113 1 72014 1 72418
龙海 Longhai 1 40213 1 43613 1 43112 1 43218 1 43713 1 44214 1 44711
南靖 Nanjing 1 72511 1 65412 1 67311 1 69312 1 70813 1 71719 1 72316
上杭 Shanghang 1 59315 1 68319 1 68911 1 69212 1 69412 1 69518 1 69712
清流 Qingliu 1 77314 1 80015 1 81015 1 82210 1 83111 1 83710 1 84015
沙县 Shaxian 1 65818 1 63318 1 62611 1 61811 1 61115 1 60711 1 60414
泰宁 Taining 1 74518 1 74015 1 74516 1 75016 1 75511 1 75910 1 76214
松溪 Songxi 1 66218 1 68513 1 66213 1 64817 1 64312 1 64113 1 64017
邵武 Shaowu 1 80719 1 79612 1 83110 1 86313 1 88317 1 89319 1 89814
t 值 t value 0147 0132 0110 - 0106 - 0117 - 0123
表 3 　年均太阳总辐射能推算值与观测值的 t 检验
Table 3 t test of annual mean total solar radiation energy estimated and observed
气象站
Meteorological
station
辐射能观侧值
Total radiation
energy observed
(kJ·cm - 2·yr - 1)
年均太阳总辐射能模型推算值
Annual mean total solar radiation energy estimated by model (kJ·cm - 2·yr - 1)
空间插值 Interpolation
一次 Linear 二次 Quadratic 三次 Cubic 四次 Quartic 五次 Quintic 六次 Sextic
柘荣 Zherong 444132 446156 447131 447172 447194 448110 448125
闽侯 Minhou 486132 462147 460104 458173 458120 458103 457198
长乐 Changle 466177 465115 465172 466121 466161 466191 467114
永春 Yongchun 477128 481165 481123 480143 479168 479117 478186
龙海 Longhai 527123 515110 515169 515191 515191 515183 515172
南靖 Nanjing 505166 493107 491112 489129 487198 487118 486170
上杭 Shanghang 487120 458140 453126 448107 443143 439160 436152
清流 Qingliu 471150 498107 496125 495169 495198 496153 497102
沙县 Shaxian 471150 450146 454102 457106 459125 460160 461135
泰宁 Taining 453183 455141 455155 455195 456136 456166 456185
松溪 Songxi 482122 479196 484185 488164 490160 491144 491178
邵武 Shaowu 450156 450149 444130 438178 435138 433172 433101
t 值 t value 1129 1138 1140 1139 1137 1136
708110 期 　　 　　　邢世和等 :地理信息系统与模型集成技术在林地林木产量和光能利用率估测中的应用 　　　　　　　　　　　
表 4 　福建省林地林木产量测算值
Table 4 Output estimated of forest land in Fujian Province( m3·hm - 2·yr - 1)
行政区 3
County
产　量 Output
最低值
Min.
最高值
Max.
平均值
Average
行政区 3
County
产　量 Output
最低值
Min.
最高值
Max.
平均值
Average
行政区 3
County
产　量 Output
最低值
Min.
最高值
Max.
平均值
Average
仓山 CS 4100 16194 15172 永安 YA 3185 16197 14175 诏安 ZA 5177 18101 15102
长乐 CL 3193 16199 14164 尤溪 YX 3198 17165 14105 长汀 CT 9186 16179 14124
福清 FQ 3185 17136 14134 建宁 J N 3149 15124 13161 连城 LC 6142 16192 14111
鼓楼 GL 14164 16182 15199 城厢 CX 3190 17141 14152 上杭 SH 7167 17111 14146
晋安 JA 10160 16184 14167 涵江 HJ 11151 17135 15132 武平 WP 8169 17138 15105
琅岐 LQ 5155 15192 14117 秀屿 XY1 8193 16103 13164 新罗 XL2 7189 17123 14182
连江 LJ1 8157 16161 14157 莆田 PT2 3118 17142 13158 永定 YD 7180 17123 15102
罗源 L Y 8110 16167 13193 仙游 XY2 8172 17150 13179 漳平 ZP2 10124 17140 14167
马尾 MW 9164 16186 14190 安溪 AX 8118 17173 13119 福安 FA 4111 17109 13191
闽侯 MH 3192 17113 14149 德化 DH 7151 16105 12145 福鼎 FD 5198 15188 13152
闽清 MQ 3175 16192 14146 丰泽 FZ 4110 18106 13189 古田 GT 2141 17135 12180
平潭 PT1 7166 17121 12122 惠安 HA 7118 16151 13120 蕉城 J C 6130 16123 13133
永泰 YT 6126 16196 14155 晋江 JJ 4169 1810 13197 屏南 PN 7156 14180 11153
鼓浪屿 GL Y 15134 15163 15155 鲤城 LC 4109 18104 14166 寿宁 SN 5120 16147 13125
湖里 HL 10192 16173 13101 洛江 LJ2 3129 17185 13153 霞浦 XP 7163 15175 12173
集美 J M 6102 17178 14153 南安 NA 2166 18149 14106 柘荣 ZR 7123 15124 12138
开元 KY 10198 16162 13179 泉港 Q G 3124 16158 12163 周宁 ZN 6195 15131 10197
思明 SM 11178 16170 13198 石狮 SS 8140 16146 13111 光泽 GZ 7163 16127 13137
同安 TA 4154 18106 14192 永春 YC 9119 16189 13123 浦城 PC 7175 16155 13167
杏林 XL1 10142 17154 14139 长泰 CT 4101 17145 14164 建瓯 JO 4126 17156 14126
大田 DT 9123 16164 14164 东山 DS 9127 17115 13151 建阳 J Y 7167 16194 14138
将乐 JL 7146 16145 14100 华安 HA 4125 18150 14160 邵武 SW 9114 16182 14119
梅列 ML 9119 16188 14154 龙海 L H 4122 18140 14170 顺昌 SC 3106 17130 14156
明溪 MX 9143 17102 14156 龙文 L W 4125 17157 15143 松溪 SX2 9184 16174 14118
宁化 NH 8110 16187 14128 南靖 NJ 6106 18161 14181 武夷山 WYS 7141 16165 13166
清流 QL 2163 17112 14159 平和 PH 10171 17177 15101 延平 YP 2158 17184 15107
三元 SY 8139 17119 14158 芗城 XC 4125 17153 15144 政和 ZH 7189 16179 12194
沙县 SX1 4155 17140 14127 云霄 YX 9169 18148 15119 福建 Fujian 2132 18161 14111
泰宁 TN 2132 15181 12195 漳浦 ZP1 3136 18116 141693 CS :Changshan ;CL :Changle ; FQ : Fuqing ; GL : Gulou ;JA :Jinan ;LQ :Langqi ;LJ1 :Lianjiang ;L Y:Luoyuan ; MW : Mawei ; MH : Minhou ; MQ : Min2
qing ; PT1 : Pingtan ; YT : Yongtai ; GL Y: Gulangyu ; HL : Huli ;J M :Jimei ; KY: Kaiyuan ; SM : Siming ; TA : Tongan ; XL1 : Xinglin ;DT :Datian ;JL :Jiangle ;
ML :Meilie ;MX:Mingxi ;NH : Ninghua ; QL : Qingliu ; SY: Sanyuan ; SX1 : Shaxian ; TN : Taining ; YA : Yongan ; YX: Youxi ;J N :Jianning ; CX: Chengxi2
ang ;HJ : Hanjiang ;XY1 : Xiuyu ; PT2 : Putian ; XY2 : Xianyou ; AX: Anxi ;DH :Dehua ; FZ: Fengze ; HA : Huian ;JJ :Jinjiang ;LC :Licheng ;LJ2 :Luojiang ;
NA :Nanan ; Q G: Quangang ; SS : Shishi ; YC : Yongchun ; CT : Changtai ; DS : Dongshan ; HA : Huaan ; L H : Longhai ; L W : Longwen ; NJ : Nanjing ; PH :
Pinghe ;XC :Xiangcheng ; YX: Yunxiao ;ZP1 : Zhangping ; ZA : Zhaoan ; CT : Changting ;LC :Liancheng ; SH : Shanghang ; WP : Wuping ; XL2 : Xinluo ; YD :
Yongding ;ZP2 :Zhangping ; FA : Fuan ; FD : Fuding ; GT : Gutian ;J C :Jiaocheng ; PN : Pingnan ;SN :Shouning ;XP :Xiapu ;ZR :Zherong ;ZN :Zhouning ; GZ:
Guangze ; PC : Pucheng ;JO :Jianou ;J Y:Jianyang ; SW : Shaowu ; SC : Shunchang ; SX2 : Songxi ; WYS : Wuyishan ; YP : Yanping ; ZH : Zhenghe. 下同 The
same below.
可见 ,2 次趋势面拟合模型可作为研究区域由宏观
地理因子决定的年均温度、降水量及太阳总辐射能
空间数据推算的最佳模型. 利用未参与建模的 12 个
气象站经、纬度和海拔资料 ,从推算建立的气象要素
空间数据库中分别导出各气象站年均温度、降水量
和太阳总辐射能推算值 ,与实际观测值进行差异显
著性检验 ,结果表明 (表 2、3) ,由 2 次趋势面分析结
合 1～6 次反距离权重插值模型推算的 12 个气象站
年均温度、降水量和太阳总辐射能值与实际观测值
之间的差异显著性均未达显著水平 , t 值分别为
0112～0147、0106～0147 和 1129～1140 ,均明显小
于 5 %差异显著性的 t 值 ( t0105 = 2120 , n = 11) ,说
明由 2 次趋势面分析结合 1～6 次反距离权重插值
模型推算的 12 个气象站年均温度、降水量和太阳总
辐射能值与实际观测值均较为接近 ,但从 t 值大小
比较来看 ,由 2 次趋势面分析结合 1、2 和 4 次反距
离权重插值模型分别推算的 12 个气象站年太阳总
辐射能、年均温度和降水量值与实际观测值之间差
异的 t 值最小 ,说明由其推算的年太阳总辐射能、年
均温度和降水量的精度最高. 因此 ,2 次趋势面分析
结合 1、2 和 4 次反距离权重插值模型可分别适用于
研究区域年太阳总辐射能、年均温度和降水量空间
数据准确推算.
312 　区域林地林木产量地域空间差异分析
表 4 结果表明 ,福建省林地林木产量介于 2132
～18161 m3 ·hm - 2 ·yr - 1 ,平均产量为 14111 m3 ·
hm - 2·yr - 1 . 林木产量较低的林地单元主要分布于
泰宁、古田、延平、清流、南安、顺昌、莆田、泉港、洛
江、漳浦和建宁等县境内 ,产量值均 < 3150 m3 ·
hm - 2 ·yr - 1 ,仅为全省平均产量的 1 6 1 4 4 %～
8081 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　16 卷
表 5 　福建省林地林木光能利用率测算值
Table 5 Forest solar energy use eff iciency estimation of forest land in Fujian Province( %)
行政区
County
光能利用率
Solar energy use efficiency
最低值
Min.
最高值
Max.
平均值
Average
行政区
County
光能利用率
Solar energy use efficiency
最低值
Min.
最高值
Max.
平均值
Average
行政区
County
光能利用率
Solar energy use efficiency
最低值
Min.
最高值
Max.
平均值
Average
仓山 CS 0118 0180 0174 永安 YA 0118 0183 0169 诏安 ZA 0124 0174 0163
长乐 CL 0119 0181 0169 尤溪 YX 0119 0184 0167 长汀 CT 0144 0183 0165
福清 FQ 0118 0179 0166 建宁 J N 0117 0182 0164 连城 LC 0129 0179 0165
鼓楼 GL 0171 0182 0178 城厢 CX 0118 0180 0167 上杭 SH 0134 0180 0165
晋安 JA 0154 0183 0173 涵江 HJ 0153 0180 0170 武平 WP 0141 0188 0173
琅岐 LQ 0127 0179 0170 秀屿 XY1 0141 0173 0161 新罗 XL2 0141 0182 0168
连江 LJ1 0142 0183 0173 莆田 PT2 0115 0180 0164 永定 YD 0135 0178 0166
罗源 L Y 0140 0182 0169 仙游 XY2 0148 0181 0166 漳平 ZP2 0151 0182 0169
马尾 MW 0150 0183 0172 安溪 AX 0136 0179 0161 福安 FA 0119 0181 0167
闽侯 MH 0118 0184 0170 德化 DH 0139 0177 0161 福鼎 FD 0129 0177 0166
闽清 MQ 0118 0180 0169 丰泽 FZ 0118 0178 0160 古田 GT 0111 0181 0162
平潭 PT1 0136 0180 0157 惠安 HA 0126 0169 0152 蕉城 J C 0131 0181 0167
永泰 YT 0130 0183 0172 晋江 JJ 0120 0176 0159 屏南 PN 0140 0171 0158
鼓浪屿 GL Y 0165 0166 0166 鲤城 LC 0117 0178 0163 寿宁 SN 0124 0175 0162
湖里 HL 0146 0171 0155 洛江 LJ2 0114 0177 0161 霞浦 XP 0136 0175 0161
集美 J M 0126 0177 0163 南安 NA 0112 0182 0163 柘荣 ZR 0137 0173 0162
开元 KY 0147 0170 0158 泉港 Q G 0114 0174 0155 周宁 ZN 0138 0175 0156
思明 SM 0150 0170 0159 石狮 SS 0135 0169 0155 光泽 GZ 0137 0182 0163
同安 TA 0119 0179 0165 永春 YC 0143 0179 0163 浦城 PC 0140 0179 0163
杏林 XL1 0144 0175 0162 长泰 CT 0118 0178 0165 建瓯 JO 0121 0188 0167
大田 DT 0144 0182 0172 东山 DS 0136 0167 0152 建阳 J Y 0138 0184 0167
将乐 JL 0135 0184 0167 华安 HA 0119 0184 0165 邵武 SW 0143 0184 0167
梅列 ML 0144 0181 0168 龙海 L H 0118 0178 0163 顺昌 SC 0114 0185 0168
明溪 MX 0144 0185 0170 龙文 L W 0118 0177 0167 松溪 SX2 0145 0178 0165
宁化 NH 0136 0183 0167 南靖 NJ 0127 0182 0165 武夷山 WYS 0135 0180 0162
清流 QL 0113 0185 0170 平和 PH 0147 0180 0166 延平 YP 0113 0191 0173
三元 SY 0141 0181 0168 芗城 XC 0119 0178 0168 政和 ZH 0141 0177 0161
沙县 SX1 0121 0185 0166 云霄 YX 0138 0180 0165 福建 Fujian 0111 0191 0165
泰宁 TN 0111 0179 0161 漳浦 ZP1 0114 0177 0162
24181 % ,其中产量最低的林地单元位于泰宁县境
内. 上述林地单元低产原因主要是 :1)部分林地单元
地处高海拔区 ,由于低温等不利气候条件限制林木
生长 ,林地气候生产力很低 ,如位于泰宁、古田、延
平、清流、顺昌和建宁等县境内的林地单元 ,其气候
生产力仅为全省均值的 64138 %～80171 % ;2) 部分
林地单元土壤质量较差而制约林木正常生长 ,如位
于南安、莆田、泉港、洛江和漳浦等县境内的林地单
元 ,其土壤质量系数介于 01129～01159 ,仅为全省
均值的 17150 %～21157 %. 林木产量较高的林地单
元主要分布于南靖、华安、南安、云霄、龙海、漳浦、同
安、丰泽、晋江、鲤城和诏安等县境内 ,产量均值 >
18100 m3·hm - 2·yr - 1 ,为全省平均产量的 127157 %
～131189 % ,其中产量最高的林地单元位于南靖县
境内. 高产原因主要是因为上述林地单元均分布于
闽南低海拔区 ,高温多雨气候条件致使这些林地气
候生产力较高 (其气候生产力为全省均值的
107176 %～112181 %) ,且这些林地土壤质量也较高
(其土壤质量系数为全省均值的 113170 % ～
119100 %) ,从而促进林木速生快长.
借助动态聚类分析模型对各县林地林木平均产
量进行分级 ,结果表明 ,福建省林地林木平均产量较
低的县主要包括周宁、屏南、平潭、柘荣、德化、泉港、
霞浦、古田、政和、泰宁、湖里、石狮、安溪、惠安、永
春、寿宁、蕉城、光泽、东山、福鼎、洛江、莆田和建宁
等 ,平均产量为 10197～13161 m3·hm - 2·yr - 1 ,仅为
全省均值的 77175 %～96146 %. 林木平均产量较高
的县主要包括南靖、新罗、马尾、同安、平和、永定、诏
安、武平、延平、云霄、涵江、龙文、芗城、鼓浪屿、仓山
和鼓楼等 ,平均产量介于 14181～15199 m3·hm - 2·
yr - 1 ,为全省均值的 104196 %～113132 %. 其余县
林地林木平均产量处于中等水平 ,介于 13164～
14175 m3 ·hm - 2 ·yr - 1 ,为全省均值的 96167 %～
104154 %. 可见 ,全省林地林木产量大体上呈自低海
拔向高海拔、自闽南及闽西向闽北及闽东降低的变
化趋势.
313 　区域林地光能利用率地域空间差异分析
表 5 结果表明 ,福建省林地光能利用率介于
0111 %～0191 % ,平均光能利用率 0165 %. 光能利
用率较低的林地单元主要分布于古田、泰宁、南安、
延平、清流、顺昌、泉港、洛江、漳浦、莆田、建宁和鲤
城等县境内 ,光能利用率均 < 0118 % ,仅为全省林地
908110 期 　　 　　　邢世和等 :地理信息系统与模型集成技术在林地林木产量和光能利用率估测中的应用 　　　　　　　　　　　
平均光能利用率的 16192 %～27169 % ,其中光能利
用率最低的林地单元位于泰宁和古田县境内 ,其原
因主要是由于上述林地单元分布的海拔相对较高而
导致气温较低 ,或土壤肥力较差 ,林木生长受限制 ,
产量较低 ,致使林木对太阳辐射能利用效率低下. 光
能利用率较高的林地单元主要分布于闽侯、尤溪、华
安、将乐、建阳、邵武、清流、顺昌、沙县、明溪、建瓯、
武平和延平等县境内 ,光能利用率均 > 0184 % ,为全
省林地平均光能利用率的 129123 %～140100 % ,其
中光能利用率最高的林地单元位于延平区境内 ,其
光能利用率较高的原因主要是上述林地单元多分布
于立地条件较好、林木长势良好、产量处于中高水
平、太阳总辐射能相对较低的闽北 (西)地区.
借助动态聚类分析模型对各县林地平均光能利
用率进行分级 ,结果表明 ,全省林地平均光能利用率
较低的县主要包括寿宁、柘荣、周宁、屏南、霞浦、德
化、安溪、永春、秀屿、泉港、洛江、丰泽、惠安、鲤城、
晋江、石狮、杏林、集美、南安、开元、龙海、思明、漳
浦、诏安和湖里等 ,平均光能利用率均 < 0163 % ,仅
为全省均值的 80100 %～96192 %. 平均光能利用率
较高的县主要包括永泰、连江、延平、大田、武平、晋
安、马尾、鼓楼和仓山等 ,光能利用率均 > 0172 % ,为
全省均值的 110177 %～140100 %. 平均光能利用率
中等的县则主要分布于闽中、闽西和闽北地区 ,光能
利用率介于 0164 % ～ 0170 % , 为全省均值的
98146 %～107169 %. 可见 ,全省林地光能利用率大
体上呈自低海拔向高海拔 ,自闽中、闽西及闽北向闽
东、闽南降低的变化趋势.
4 　结 　　论
411 　区域年均温度、降水量及太阳总辐射能与纬
度、经度和海拔关系模型的相关性以 2 次趋势面拟
合模型最为密切 ,其复相关系数为 01692～01981 ,
明显高于气象要素 1 和 3 次趋势面拟合模型的相关
性 ,2 次趋势面拟合模型可作为区域由宏观地理因
子决定的年均温度、降水量及太阳总辐射能空间数
据推算的最佳模型.
412 　采用 GIS 与 2 次趋势面分析结合 1、2 和 4 次
反距离权重插值模型集成技术分别推算的区域年太
阳总辐射能、年均温度和降水量的推算值与实际观
测值最为接近 , t 值仅分别为 1129、0112 和 0106 ,明
显小于 5 %差异显著性 t 值 ,故 2 次趋势面分析结
合 1、2 和 4 次反距离权重插值模型可分别适用于区
域年太阳总辐射能、年均温度和降水量栅格空间数
据的准确推算.
413 　采用 GIS 与相关模型集成技术可实现区域林
地栅格空间林木产量和光能利用率科学估测 ,福建
省林地林木产量介于 2132～18161 m3·hm - 2·yr - 1 ,
平均值 14111 m3·hm - 2·yr - 1 ,大体上呈自低海拔向
高海拔、自闽南及闽西向闽北及闽东降低的变化趋
势.全省林地光能利用率介于 0111 %～0191 % ,平
均值 0165 % ,大体上呈自低海拔向高海拔 ,自闽中、
闽西及闽北向闽东、闽南降低变化趋势.
参考文献
1 　Andersson FO ,Agren GI ,Fuhrer E. 2000. Sustainable tree biomass
production. Fort Ecol M an ,132 :51～62
2 　Chen B2F(陈步峰) ,Zeng Q2B (曾庆波) . 1990. Calculation of po2
tential productivity of forestry community in Hainan. Guandong
For Sci Technol (广东林业科技) , (4) :17～22 (in Chinese)
3 　Chen L2J (陈利军) ,Liu G2H(刘高焕) ,Feng X2F(冯险峰) . 2001.
Estimation of net primary productivity of terrestrial vegetation in
China by remote sensing. Acta Bot S in (植物学报) ,43 (11) :1191
～1198 (in Chinese)
4 　Chen L2J (陈利军) ,Liu G2H(刘高焕) ,Feng X2F(冯险峰) . 2002.
Advances in study on net primary productivity of vegetation using
remote sensing. Chin J Ecol (生态学杂志) ,21 (2) :53～57 (in Chi2
nese)
5 　Guo Z2H(郭志华) ,Li Q2C(李琼婵) . 1997. Evaluation and distri2
bution vegetation potential production in Guangdong Province. J
Trop S ubt rop Bot (热带亚热带植物学报) ,5 (1) :42～45 (in Chi2
nese)
6 　Guo Z2H (郭志华) , Peng S2L (彭少麟) , Wang B2S (王伯荪) .
2001. Estimation of solar energy use efficiency and spatiotemporal
pattern in Guangdong based on multitemporal NOAA2AVHRR
NDVI and GIS methods. Acta Bot S in (植物学报) ,43 (8) :857～
862 (in Chinese)
7 　Hong W(洪　伟) ,Wu C2Z(吴承祯) ,Pen S2F(彭赛芬) . 1999. E2
valuation and analysis of forest vegetation potential productivity in
Fujian Province. Syst Sci Com preh S t udies A gric (农业系统科学
与综合研究) ,15 (1) :48～53 (in Chinese)
8 　Huang C2B (黄承标) , He Z2Y (何志远) , Pang T2Y (庞庭颐) .
2002. Comparison between potential climate productivity and actual
forest productivity in Guangxi. Acta A gric U niv Jiangxiensis (江西
农业大学学报) ,24 (3) :355～359 (in Chinese)
9 　Li J2G(李建国) . 1994. Studies on climate potential productivity of
forest. J Hebei For Coll (河北林学院学报) , 9 (2) : 183～188 (in
Chinese)
10 　Liu S2R(刘世荣) ,Xu D2Y(徐德应) ,Wang B(王　兵) . 1994. Ef2
fect of climate change on forest productivity in China. For Res (林
业科学研究) ,7 (4) :425～430 (in Chinese)
11 　Lee NJ , Nakane K. 1997. Forest vegetation classification and
biomass estimation based on landsat TM data in a mountainous re2
gion of west Japan. In. Gholz HL ,Nakanwe K ,Himoda H ,eds. The
Use of Remote Sensing in the Modeling of Forest Productivity. Am2
sterdam : Kluwer Academic Publishers. 159～171
12 　Li Y(李　炎) ,Liao S2D(廖申东) ,Chi G2B (池国斌) . 2004. NPP
distribution related to the terrains along the north2south transect of
eastern China. Chin Sci B ull (科学通报) , 49 ( 6) : 617～624 (in
English)
13 　Ma X2Q (马旭清) , Guo S2Y(国世友) . 2001. Calculating method of
climate resource by small net . Heilongjiang Meteorol (黑龙江气
象) , (3) :26～28 (in Chinese)
14 　Sun R(孙　睿) ,Zhu Q2J (朱启疆) . 1999. Net primary productivi2
ty of terrestrial vegetation —A review on releated researches. Chin
J A ppl Ecol (应用生态学报) ,10 (6) :757～760 (in Chinese)
15 　Shang Z2B(尚宗波) , Gao Q (高　琼) , Yang D2A(杨奠安) . 2001.
0181 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　16 卷
Spatial pattern analysis of annual precipitation with c1imate infor2
mation system of China. Acta Ecol S in (生态学报) ,21 (5) :689～
694 (in Chinese)
16 　Tang J2W(唐建维) ,Zhang J2H(张建侯) ,Song Q2S (宋启示) , et
al . 2003. Biomass and net primary productivity of artificial tropical
rainforest in Xishuangbanna. Chin J A ppl Ecol (应用生态学报) ,
14 (1) :1～6 (in Chinese)
17 　Wang Y2H (王玉辉) , Zhou G2S (周广胜) ,Jiang Y2L (蒋延玲) .
2001. Simulation of NPP and evaluation of ecosystem services of
L ari x gmelinii forest . Chin J A ppl Ecol (应用生态学报) ,12 (5) :
648～652 (in Chinese)
18 　Wang A2Z(王安志) , Pei T2F (裴铁　) . 2001. Research progress
on surveying and calculation of forest evapotranspiration and its
prospects. Chin J A ppl Ecol (应用生态学报) , 12 (6) : 933～937
(in Chinese)
19 　Xing S2H (邢世和) . 2003. Cropland Resource in Fujian. Xiamen :
Xiamen University Press. 52～56 (in Chinese)
20 　Xing S2H(邢世和) ,Sheng J2Q (沈金泉) ,Cao R2B(曹榕彬) . 2005
Assessment of variance and division of climate potential productivity
of forest land in Fujian by GIS. J Fujian A gric For U niv (福建农
林大学学报) ,34 (1) :97～101 (in Chinese)
21 　Yan S2J (阎淑君) , Hong W (洪 　伟) , Wu C2Z(吴承祯) , et al .
2001. Impact of climatic variation on net primary productivity of
natural vegetation in Fujian in recent 41 years. J Mount Sci (山地
学报) ,19 (6) :552～526 (in Chinese)
22 　Yan S2J (阎淑君) , Hong W (洪 　伟) , Wu C2Z(吴承祯) , et al .
2001. Modification of natural vegetation NPP model. Acta A gric
U niv Jiangxiensis (江西农业大学学报) ,6 (2) :248～252 (in Chi2
nese)
23 　Zhang X2Z(张宪洲) . 1993. Calculation and distribution of net pri2
mary productivity of natural vegetation in China. Nat Resour (自然
资源) , (1) :15～21 (in Chinese)
24 　Zhu Z2H (朱志辉) . 1993. Calculation models of net primary pro2
ductivity of natural vegetation. Chin Sci B ull (科学通报 ) , 38
(15) :142221426 (in Chinese)
25 　Zhou G2S(周广胜) ,Zhang X2S(张新时) . 1995. A natural vegeta2
tion NPP model. Acta Phytoecol S in (植物生态学报) ,19 (3) :193
～200 (in Chinese)
26 　Zou L2Y(邹立尧) ,Zhao X2L (赵秀兰) . 1996. Calculating principle
and method of agricultural climate resource by small net . Hei2
longjiang Meteorol (黑龙江气象) , (3) :3～5 (in Chinese)
27 　Zhou G2S (周广胜) , Zheng Y2R (郑元润) ,Chen S2Q (陈四清) .
1998. NPP model of natural vegetation and its application in China.
Sci S ilvae Sin (林业科学) ,34 (5) :2～11 (in Chinese)
28 　Zhang N (张　娜) , Yu G2R (于贵瑞) ,Zhao S2D (赵士洞) , et al .
2003. Ecosystem productivity process model for landscape based on
remote sensing and surface data. Chin J A ppl Ecol (应用生态学
报) ,14 (5) :643～652 (in Chinese)
29 　Zhang N (张 　娜) , Yu G2R (于贵瑞) , Yu Z2L (于振良) , et al .
2003. Analysis on factors affecting net primary productivity distri2
bution in Changbai mountain based on process model for landscape
scale. Chin J A ppl Ecol (应用生态学报) , 14 (5) : 659～664 (in
Chinese)
30 　Zhang N (张 　娜) , Yu G2R (于贵瑞) , Yu Z2L (于振良) , et al .
2003. Simulation of temporal and spatial distribution of natural veg2
etation light utilization efficiency based on 3S. Acta Phytoecol S in
(植物生态学报) ,27 (3) :325～336 (in Chinese)
作者简介 　邢世和 ,男 ,1962 年生 ,教授. 主要从事资源与环
境评价及可持续利用研究 ,发表学术论文 50 余篇 ,出版专著
3 部. Tel :0591283789375 ; E2mail :zj5198 @pub51fz1fj1cn
《浙江林学院学报》2006 年征订启事
《浙江林学院学报》是全国“林业类”核心期刊和“综合性农业科学类”核心期刊之一 ,荣获第二届国家期
刊奖百种重点期刊奖 ,首届浙江省优秀科技期刊二等奖 ,第二届浙江省优秀科技期刊一等奖 ,首届和第二届
全国优秀科技期刊三等奖 ,全国高校优秀科技期刊一等奖.《浙江林学院学报》主要刊登报道林学基础学科、
森林培育学、森林经理学、经济林学、林业工程、森林保护学、林木遗传育种学、森林生物学、生态学、生物技
术、园林学和园艺学等学科的学术论文、问题讨论和研究简报 ,适当刊登与农林相关的其他学科的稿件 ,供农
林科技工作者、园林绿化和规划设计人员、大专院校师生、基层干部、农林科技专业户及科技信息人员参阅.
双月刊. 季末月出版. A4 开本 ,每期 112 页. 国内外公开发行. 所刊文章被国内外多种文摘刊物和数据库收
录. 附英文目次和英文摘要. 2006 年定价 ,每期 10. 00 元 ,全年 60. 00 元/ 份. 欢迎订阅 ,欢迎投稿.
国内订户请向全国非邮发报刊联合发行部订阅 ,地址 :天津市大寺泉集北里别墅 17 号. 邮政编码 :
300381 ,电话 : (022) 23973378. E2mail :L HZD @public. tpt . tj . cn . 也可直接向浙江林学院学报编辑部汇款订
购. 邮汇 :浙江临安浙江林学院学报编辑部 ,邮政编码 311300. 电话 : (0571) 63732749. E2mail :zlxb @zjfc. edu.
cn. 银行汇款 :建行临安市支行营业部. 账号 :330617335010022304266. 户名 :浙江林学院.
国外读者请向中国出版对外贸易总公司办理. 地址 :北京 782 信箱 ,邮政编码 100011.
浙江林学院学报编辑部
118110 期 　　 　　　邢世和等 :地理信息系统与模型集成技术在林地林木产量和光能利用率估测中的应用