全 文 ：中国生态农业学报 2016年 3月 第 24卷 第 3期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Mar. 2016, 24(3): 306315


* 辽宁师范大学青年科研基金项目(LS2015L011)资助
** 通讯作者: 李颖, 主要研究方向为区域气候与气象灾害风险评估。E-mail: lynn8686@163.com
宋英男, 主要研究方向为农业气象。E-mail: syn060992@126.com
收稿日期: 20151009 接受日期: 20151117
* This study was supported by the Program for the Young Teacher of Liaoning Normal University (No. LS2015L011).
** Corresponding author, E-mail: lynn8686@163.com
Received Oct. 9, 2015; accepted Nov. 17, 2015
http://www.ecoagri.ac.cn
DOI: 10.13930/j.cnki.cjea.151085
1956—2010年辽西地区玉米气候适宜度时空分布特征*
宋英男1 李 颖1** 任学慧1 林 霞2
(1. 辽宁师范大学城市与环境学院 大连 116029; 2. 国家海洋环境监测中心 大连 116023)
摘 要 以玉米气候适宜度模型及辽西地区 4 市 8 站近 50 a(1956—2010 年)逐日气象数据为基础, 利用空间
插值、经验正交函数分析方法(EOF)和小波变换分析方法对玉米全生育期及各主要生育时期气候适宜度的时间
变化和空间分布特征进行分析, 研究气候变化过程中辽西地区农业气候资源对玉米生长的适宜程度的变化特
征。结果表明: 1)近 50 a, 辽西地区玉米全生育期的降水、日照及综合气候适宜度呈逐年下降趋势, 除开花期
综合气候适宜度呈上升趋势外, 播种、出苗、成熟期综合气候适宜度均呈下降趋势; 2)在空间分布上, 辽西玉
米全生育期的温度适宜度、日照适宜度, 播种、成熟期的综合气候适宜度分别表现出由南向北、由西向东、
由西向东南和东北、由东北向西南递增, 而出苗期综合气候适宜度表现为由西北向东南和东北递减; 全生育期
的降水适宜度、综合气候适宜度和开花期的综合气候适宜度由北向南均呈现“低高低高”的带状分布特征,
播种、出苗和开花期限制因素分别为降水、日照和日照; 3)EOF分析发现, 辽西地区玉米全生育期综合气候适
宜度距平百分率在空间上表现为西南向东北微幅递减; 在时间上, 小波分析发现辽西玉米综合气候适宜距平
百分率第 1特征向量的时间系数存在 14~30 a、8~14 a、3~7 a的 3类尺度的震荡周期。
关键词 玉米 生育期 气候适宜度 经验正交函数分析方法(EOF) 小波变换 辽西地区
中图分类号: S513 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2016)03-0306-10
Spatio-temporal distribution characteristics of climatic suitability degree
of maize in Western Liaoning Province from 1956 to 2010*
SONG Yingnan1, LI Ying1**, REN Xuehui1, LIN Xia2
(1. College of Urban and Environment, Liaoning Normal University, Dalian 116029, China;
2. National Marine Environmental Monitoring Center, Dalian 116023, China)
Abstract Under global climate warming and drying, temperatures have increased to varying degrees around the world.
Global warming has caused significant changes in agro-ecological environments, of which maize yield and quality have been
found to be heavily influenced by meteorological factors. Therefore the analysis of the suitability degree to climate change of
maize during growth period could provide an important guide for increasing agricultural production. Basis on a climatic
suitability degree model for optimal maize production, daily meteorological data for 19562010 from eight meteorological
stations in four cities in West Liaoning Province were analyzed. The analysis included the spatial and temporal distribution
characteristics of climate suitability degree during the whole growth period and each individual growth stage of maize using
spatial interpolation, Empirical Orthogonal Function (EOF) analysis and wavelet transformation analysis. The results showed
that: 1) The suitability degrees of precipitation, sunshine and integrated climate followed a declining trend during the maize
growth period from 1956 to 2010. The suitability degree of integrated climate dropped at sowing, emergence and maturity
stages but rose at flowering stage. 2) The suitability degrees of both temperature and sunshine during the whole growth period
of maize and the suitability degree of integrated climate during sowing and maturity stages tracked an increasing trend from
第 3期 宋英男等: 1956—2010年辽西地区玉米气候适宜度时空分布特征 307


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south to north, from west to east, from west to southeast and northeast, and from northeast to southwest in West Liaoning
Province. However, the suitability degrees of temperature and sunshine at emergence stage were in contrast to that of sowing,
with a general declining trend from northwest to southeast and northeast. The suitability degrees of precipitation, integrated
climate during the whole growth period of maize and integrated climate during flowering followed a “low-high-low-high”
zonal distribution from north to south. The constraint factors during sowing, emergence and flowering were precipitation,
sunshine and sunshine. 3) EOF analysis showed that the percentage anomaly of suitability degree of integrated climate during
the whole growth period of maize in West Liaoning Province generally slightly declined in space from southwest to northeast.
Wavelet transformation analysis suggested the time coefficient of first feature vectors of integrated climate suitability degree at
3 scales of oscillation period ― 1430 years, 814 years and 37 years.
Keywords Maize; Growth stage; Climate suitability degree; Empirical orthogonal function analysis; Wavelet transformation
analysis; West Liaoning Province
玉米是辽宁省第一粮食作物。截至 2012年, 种
植面积达 220.1万 hm2, 占全省粮食作物播种面积的
68.6%[1]。近年来, 随着饲料、工业加工、食用、出
口等行业的迅速发展和人民生活水平的不断提高 ,
玉米消费需求量日益增加, 品质要求不断提高[2]。根
据 IPCC第 5次评估报告, 过去的 130年全球地表平
均温度升高了 0.85 ℃[3], 气候变暖导致农业生态环
境产生较大变化, 区域农作物育种、生产布局、生
育结构等均受到较大影响[45]。作为辽宁省玉米主产
区的辽西地区, 是典型的半湿润半干旱地区, 玉米
产量及品质受气象环境等因素的影响较大[6]。因此,
分析该区域的玉米气候适宜度, 对当地的农业生产
具有重要的指导意义。
农作物气候适宜度主要用于表征农作物在各生
长阶段对所需的光水热等气象要素的适宜程度, 在
一定程度上影响着当地的农业生产类型、空间布局、
产量高低及品质优劣[710]。近年来已有学者针对粮
食作物的农业气候适宜度进行了系统的分析与探讨,
以提高农作物适应当前及未来气候变化的能力。如
王丽霞等 [7]拟合出了典型气候适宜度隶属函数, 并
提出了农业生态气候的 3种等级模式。宫丽娟等[1112]
运用建立的玉米气候适宜度模型分别对东北三省和
黑龙江省玉米气候适宜度的年际变化进行了分析。
任玉玉等[13]和刘国成等[14]在农业气候适宜度模型的
基础上, 探讨了不同尺度农业气候资源的分区与评
价, 并以乡镇为单位对研究区气候适宜度进行了划
分。魏瑞江等[15]在气候适宜度模型的基础上对不同
时段的夏玉米产量进行预报研究, 效果良好。以上
成果虽高效展现了区域的作物适宜性, 但对模型的
区域适宜性讨论尚待加强。因此, 本文结合辽西玉
米生理特性及气候特点, 在已有研究的基础上, 引
入权重分析理论明确各气象要素适宜度对综合气候
适宜度及不同生育期对全生育期气候适宜度的贡献
率, 改进气候适宜度模型, 以辽西地区均匀分布的 8
个气象站点 1956—2010年逐日气象数据为基础, 采
用 EOF、小波变换等方法, 分析辽西地区玉米气候
适宜度的时序变化趋势和空间分布特征, 有助于认
识气候变化对辽西玉米的影响, 为当地玉米种植的
科学布局及制定应对气候变化对策提供依据。
1 研究区概况与研究方法
1.1 区域概况
辽西地区(119.70~122.53°E, 40.35~42.24°N), 包
括阜新、朝阳、葫芦岛和锦州市, 分为辽西走廊和
辽西北部低山丘陵 2 个区域。辽西走廊包括沿渤海
湾狭长的平原及丘陵地带; 辽西北部低山丘陵区域
属于高丘陵山地[16](图 1)。辽西地区由东南向西北气
候由温带半湿润向半干旱过渡, 具有雨热同期、日
照丰富、降水较少的特点[17]。近 50 a辽西地区气候
变化的基本特征表现为气温升高了 1.7 ℃, 年平均
温度变化率为 0.322 ·10a℃ 1; 降水减少了 62 mm,
年降水量变化率为12.464 mm·10a1; 日照时数减
少 406 h, 年日照时数变化率为81.1 h·10a1[18]。气
候暖干化对农作物的各生理过程产生较大影响[14]。
1.2 数据来源
以辽西地区均匀分布 8个气象站点(图 1)1956—
2010年逐日平均温度、日降水量、日照时数为基本
资料。根据 1981—2009年辽西地区各农业气象站实
际观测的玉米发育期的均值, 将玉米生长季划分为:
播种期(4月 18日—5月 8日)、出苗期(5月 9日—6
月 25 日)、开花期(6 月 26 日—7 月 31 日)、成熟期
(8月 1日—9月 20日)[19]。
1.3 气候适宜度模型
1.3.1 主要气象要素适宜度模型
定量分析玉米生长发育对气候条件的适宜程度,
根据宫丽娟等[1112]、魏瑞江等[15]、刘国成等[14]的研
究, 并结合辽西地区的实际情况, 拟定温度、降水、
日照适宜度函数分别为:
308 中国生态农业学报 2016 第 24卷


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图 1 辽西地区地理位置及主要气象站点分布
Fig. 1 Location and distribution of main meteorological sites
of West Liaoning
      
l h h 0
0 l0 l h 0
B
B
t t t t t t
T t B
t tt t t t
        
(1)
    0 00
/ 0.68
0.681
p p p p
P p
p p
  ≥ (2)
  0
2
be
1
s s
S s
   
 

 
 
0
0
s s
s s

≥
(3)
式中: T(t)为日平均气温适宜度; t 为某日平均气温
(℃); th、t0、tl分别表示玉米某生育期所需的最高温
度、最适温度、最低温度[20](表 1); P(p)为日降水适
宜度; p 为某生育期实际累计降水量(mm·d1); p0为
玉米某生育期的需水量, p0根据 FAO 给出的作物系
数, 运用实时气象数据根据 Penman-Monteith(2008
版)公式计算而得 [2122], 结合辽西地区土壤类型 [23]
及当地玉米生理特性, 定义玉米全生育期或某一生
育期降水量≥0.68 倍需水量时, 为降水适宜玉米生
长发育; S(s)为日照时数适宜度; s为日照时数(h); s0
为生育期内某日日照百分率达到 70%的时数(h), 当
某日的日照时数 s≥s0时, 日照适宜度为 1, 当 s时, 日照适宜度小于 1, b为常数[24](表 1)。
1.3.2 综合气候适宜度模型
玉米在各个生育期生长发育特点不同 , 对温
度、降水、日照等气候条件的要求各不相同。同时,
不同生育期对玉米全生育期气候适宜度的贡献率也
不尽相同, 因此需要对各气象要素适宜度及各生育
期综合气候适宜度设定权重。由于降水与温度、日
照等气象要素不同, 在辽西地区不具有逐日性, 本
文在计算温度、降水、日照气候适宜度的权重时, 将
表 1 辽西地区玉米各生育期最高、最适、最低温度及
常数 b
Table 1 Maximum, optimal, and minimum temperatures and
constant b of each growth stage of maize in West Liaoning
项目
Item
播种期
Sowing
出苗期
Emergence
开花期
Flowing
成熟期
Mature
最高温度(th)
Maximum temperature
20.0 27.0 32.0 28.0
最适温度(t0)
Optimal temperature
9.0 20.0 27.0 19.0
最低温度(tl)
Minimum temperature
6.0 9.0 15.0 11.0
常数 b Constant b 4.77 5.08 5.17 5.24

生育期内的所包含的完整日数按旬分布。采用一元
积分回归法及加权平均, 用逐旬温度、降水、日照
适宜度除以同期 3 者之和, 得到温度、降水、日照
适宜度所占的比重系数,分别为 rti、rpi、rsi; 再用逐
旬比重系数的绝对值除以全生育期(或各生育期)所
包含的全部旬比重系数绝对值的总和, 得到逐旬温
度、降水、日照适宜度的权重系数, 分别为 qti、qpi、
qsi [公式(4)~(6)]。逐旬温度、降水、日照适宜度乘以
所对应的权重系数, 再求和[公式(7)~(9)], 即为玉米
全生育期(或各生育期)温度、降水、日照适宜度[15]。
2
1
ti
ti n
tii n
r
q
r
  (4)
2
1
pi
pi n
pii n
r
q
r
  (5)
2
1
si
si n
sii n
r
q
r
  (6)
   2
1
n
n ti ii nT t q T t  (7)
   2
1
n
n pi ii nP p q P p  (8)
   2
1
n
n si ii nS s q S s  (9)
     3n n n nC T t P p S s   (10)
式中: Ti(t)、Pi(p)、Si(s)分别表示第 i旬温度、降水、
日照适宜度; Tn(t)、Pn(p)、Sn(s)分别为第 n个生育期
的温度、降水、日照适宜度; Cn为第 n个生育期的综
合气候适宜度; n1、n2分别为第 n个生育期的开始旬
和结束旬, 而当 n1=1, n2=m(玉米全生育期旬数)时,
Tn(t)、Pn(p)、Sn(s)分别为全生育期的温度、降水、
日照适宜度, Cn为全生育期的综合气候适宜度。下文
中以 SDT、SDP、SDS、SDIC分别代表玉米全生育
期温度、降水、日照、综合气候适宜度。
1.4 EOF分析
经验正交函数分析方法(EOF)是一种空间上的
第 3期 宋英男等: 1956—2010年辽西地区玉米气候适宜度时空分布特征 309


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主成分分析法(PCA), 可将气象要素分解为时间与
空间上两个正交函数的组合, 用时间系数表征空间
分布的时间变化特征, 空间上用特征向量表示分布
特点[25]。利用 EOF法, 对辽西地区 8站 1956—2010
年玉米全生育期综合气候适宜度空间分布特征进行
分析, 其原理如下:
通过矩阵对数据进行预处理:

11 1
1
n
mn
m mn
x x
X X
x x
      

  
(11)
式中: m为时间序列长度, 选取 55 a玉米全生育期综
合气候适宜度距平百分率, m为 55; n为气象站点个
数, 选取辽西地区 8 个气象站点, n 为 8。因此玉米
综合气候适宜度的特征向量场 X 可分解为呈正交的
时间矩阵 S(Smn)和正交的空间矩阵 T(Tnh):
mn mh nhX S T  (12)
11 1
1
h
mh
m mh
s s
S S s s
     

   (13)
11 1
1
h
nh
n nh
tt
T T
t t
     

   (14)
式中: h为分解场的个数, 利用 h个相互正交的分解
场重新构建空间, 得到新的空间场和时间系数可表
征原始场的所有特征。因 EOF 收敛很快, 其前几个
大值典型场即可代表原始场的主要特征[25]。
1.5 小波分析
小波分析是一种信号时频分析方法, 用以研究
不同尺度周期随时间的演变情况, 能较为准确地分
析时间序列在任意时刻的频域特征以及变化特征[26]。
采用常用的墨西哥帽小波函数[27]对全生育期玉米综
合气候适宜度进行空间上的小波变换, 进一步分析
辽西地区玉米全生育期综合气候适宜度的时空变换
规律。变换函数为:
 2w
2e
f
t
 
  (15)
式中: f 为常数, 是小波函数的中心频率; w 为常数,
是小波变化的时频分析信号。在利用 EOF方法计算
出辽西地区玉米综合气候适宜度距平百分率第 1 特
征向量时间系数的基础上, 运用 MATLAB R2014a
运算平台得到辽西玉米综合气候适宜度第 1 特征向
量空间分布特征的时间变化规律。
2 结果与分析
利用辽西地区 4市 8站 1956—2010年逐日的气
象数据, 根据公式(1)~(10)分别算出玉米不同生育期
逐年温度、降水、日照及综合气候适宜度, 在此基
础上计算出区域均值(图 2、图 3)。
2.1 辽西地区玉米气候适宜度时间变化特征
2.1.1 全生育期气候适宜度时间变化特征
由图 2 所示, 1956—2010 年辽西地区玉米温度
适宜度较高 , 在 0.770~0.919 波动 , 最大波幅为
0.146。降水适宜度均值(0.552)明显低于温度适宜度
均值(0.844)且呈递减趋势, 递减率为 0.006·10a1(通
过了 0.01显著性检验), 在 0.302~0.900波动, 波动幅
度高达 0.498, 其中 1965 年、1994 年降水过多发生
涝灾, 1992年、1999年、2001年[17]则发生了大面积
的干旱 , 对应年份的降水适宜度分别为 0.311、
0.378、0.398、0.302和 0.350, 均小于平均值 0.522。
日照适宜度均值最低(0.433)且呈递减趋势, 递减率

图 2 1956—2010年辽西地区玉米全生育期气候适宜度年际变化(SDT: 温度适宜度; SDP: 降水适宜度;
SDS: 日照适宜度; SDIC: 综合气候适宜度)
Fig. 2 Inter-annual variability of climate suitability degree during maize whole growth period in West Liaoning from 1956 to 2010
(SDT: suitability degree of temperature; SDP: suitability degree of precipitation; SDS: suitability degree of sunshine; SDIC:
suitability degree of integrated climate)
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图 3 1956—2010年辽西地区玉米各个生育期综合气候适宜度年际变化
Fig. 3 Inter-annual variability of integrated climate suitability degree at different growth stages of maize in West Liaoning from
1956 to 2010
为 0.004·10a1(通过了 0.01 显著性检验), 波动范围
为 0.268~0.636, 波动幅度小于降水适宜度(为 0.355),
日照适宜度偏低主要是由于辽西地区日照时数呈现
下降趋势[23]。综合气候适宜度在 0.520~0.728 波动,
波动幅度为 0.208, 1956—2010年间辽西地区玉米综
合气候适宜度呈现出递减趋势, 递减率为 0.005·10a1
(通过了 0.01显著性检验)。上述结果表明, 辽西地区
农业气候(光水热)资源总体比较适宜, 基本上能够
满足玉米的生理需要, 其中温度资源较好, 但降水、
日照资源的逐年下降在一定程度上限制了辽西地区
的玉米生长, 导致辽西地区玉米综合气候适宜度逐
年下降。
2.1.2 各生育期综合气候适宜度时间变化特征
由图 3 可知, 1956—2010 年辽西地区玉米在播
种期、出苗期、开花期、成熟期的综合气候适宜度
均在 0.5以上, 平均值分别为 0.560、0.596、0.630、
0.662。播种期综合气候适宜度均值较小, 且呈逐年
递减趋势, 递减率为 0.006·10a1(通过了 0.01显著性
检验), 主要是由于播种期的日照适宜度(0.428)和降
水适宜度(0.429)偏低。播种期的 4—5月份, 是辽西
地区冷暖空气开始交汇、日照不充足、降水较少且
时空分布不均的时段, 易发生春旱, 进而影响玉米
出苗率。出苗期综合气候适宜度均值为 0.596, 呈逐
年递减趋势, 递减率为 0.002·10a1(通过了 0.01显著
性检验), 此生育期日照适宜度偏低, 均值为 0.383,
出苗期日照不足不利于干物质的积累, 造成玉米出
苗率低、幼苗死亡率高等问题[27]。开花期综合适宜度
均值为 0.630, 呈逐年升高趋势, 递增率为 0.001·10a1
(通过了 0.01 显著性检验), 但此生育期日照适宜度
均值仅为 0.231, 明显低于温度适宜度(0.917)和降水
适宜度(0.742), 说明在开花期水热条件配置较好的
情况下, 日照时数不适宜将成为制约辽西玉米生长
发育的关键气候因素。成熟期综合气候适宜度均值
为各生育期中最高值(0.662), 呈逐年递减趋势 , 递
减率为 0.012·10a1(通过了 0.01显著性检验), 温度、
日照及降水适宜度均值分别为 0.913、0.556及 0.518,
玉米在此生育期对温度和日照的适宜性相对较好 ,
对降水的适宜性相对较差, 成熟期缺水会造成玉米
穗粒质量偏低进而降低玉米产量和质量[17]。
2.2 气候适宜度空间分布特征
以 GIS 为平台, 采用空间插值中的反距离权重
法对玉米全生育期气候适宜度进行空间分析(图 4)。
发现温度、降水、日照及综合适宜度存在着明显空
间差异, 辽西地区玉米温度适宜度较高, 降水和日
照适宜度较低, 表明降水较少、日照不充足是限制
辽西地区玉米生长发育进而降低产量、影响质量的
关键因素。
2.2.1 全生育期气候适宜度空间分布特征
由图 4 可知, 玉米全生育期温度适宜度大致呈
现由北向南逐渐递减的规律, 除绥中、锦州两地的
温度适宜度相对较低分别为 0.790 和 0.787, 其他地
区的温度适宜度均在 0.854 以上, 表明辽西地区玉
米温度适宜度较高, 温度条件总体较好。玉米全生育
期降水适宜度总体较小, 由北向南大致呈现出“低高
低高”的带状分布特征 , 全区降水适宜度波动范
围为 0.524~0.590, 最大值出现在黑山站, 最小值出
现在朝阳站。玉米全生育期日照适宜度总体较小 ,
由西向东逐步递减, 除阜新、建平两站日照适宜度
达到 0.450 以上, 大部分地区在 0.405~0.436 波动,
明显偏低。全区综合气候适宜度在 0.584~0.630小范
第 3期 宋英男等: 1956—2010年辽西地区玉米气候适宜度时空分布特征 311


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图 4 1956—2010年辽西地区玉米全生育期气候适宜度空间分布(SDT: 温度适宜度; SDP: 降水适宜度;
SDS: 日照适宜度; SDIC: 综合气候适宜度)
Fig. 4 Spatial distribution of climate suitability degree during whole growth period of maize in West Liaoning from 1956 to 2010
(SDT: suitability degree of temperature; SDP: suitability degree of precipitation; SDS: suitability degree of sunshine; SDIC:
suitability degree of integrated climate)
围波动 , 由北向南大致呈现“低高低高”的带状
分布特征, 其中锦州、绥中两站综合气候适宜度较
小, 分别为 0.584和 0.585。
2.2.2 各生育期综合气候适宜度空间分布特征
由图 5 可知, 播种期综合气候适宜度大体呈现
由西向东南和东北增加的趋势 , 最大值出现在绥
中、兴城两站, 最小值出现在朝阳、建平两站, 其余
各站介于 0.499~0.599, 主要因为朝阳、建平站在该
生育期的降水适宜度偏低, 因此在播种期辽西玉米
生长发育主要的限制因素为降水; 出苗期综合气候
适宜度空间分布规律与播种期相反, 大体呈现由西
北向东南和东北减少的趋势, 最小值出现在兴城站,
为 0.569, 主要是由于兴城站在此生育阶段日照适宜
度过低, 仅为 0.263, 而彰武、锦州站同样受制于日
照适宜度, 导致该生育期的综合气候适宜度相对偏
低 ; 开花期综合气候适宜度由北向南大致显现出
“低高低高”的带状分布特征, 其中朝阳、锦州、
彰武、绥中 4站综合气候适宜度分别为 0.604、0.611、
312 中国生态农业学报 2016 第 24卷


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图 5 1956—2010年辽西地区玉米各生育期综合气候适宜度空间分布
Fig. 5 Spatial distribution of integrated climate suitability degree at different growth stages of maize in West Liaoning from
1956 to 2010
0.617 和 0.618, 明显低于区域均值 0.630, 主要因该
生育期上述 4站的日照适宜度偏低, 均值仅为 0.210;
成熟期综合适宜度呈现由东北向西南增加的趋势 ,
区域平均值为 0.662, 最大值出现在朝阳站(0.687),
最小值出现在彰武站(0.628), 可见辽西大部分地区
的光水热条件在玉米成熟期匹配较好, 基本能够满
足玉米生长发育。
2.3 基于 EOF 和小波变换的辽西玉米综合气候适
宜度时空分布规律
以辽西地区气象站点坐标为空间数据, 8 站近
50 a 综合气候适宜度距平百分率为时间数据进行经
验正交分解(EOF), 得到辽西地区玉米综合气候适
宜度的时空分布规律, 在此基础上结合小波变换分
析, 确定空间分布特征的时间变化规律(图 6)。利用
EOF 分解, 发现前 3 个特征向量的方差贡献率高达
83.23%(通过 North准则检验), 第 1特征向量的方差
贡献率为 62.07%, 远大于其他特征向量的方差贡献
率, 表明第 1 特征向量能够很好地表征辽西地区玉
米综合气候适宜度的空间分布特征和变化情况。由
图 6 可知, 辽西地区玉米综合气候适宜度以西南区
第 3期 宋英男等: 1956—2010年辽西地区玉米气候适宜度时空分布特征 313


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域距平变率较低, 大体上呈现西南东北先递增、后
微幅降低的趋势。

图 6 1956—2010年辽西地区玉米综合气候适宜度距平
百分率第 1特征向量场
Fig. 6 Anomalous percentage of the first feature vectors of
maize integrated climate suitability degree in West Liaoning
from 1956 to 2010
为了更好地分析辽西地区玉米综合气候适宜度
空间分布特征的时间变化规律, 对辽西地区玉米综
合气候适宜度距平百分率第 1 特征向量的时间系数
进行空间小波分析, 得到了小波系数实部等值线图,
小波变换图能够反映玉米综合气候适宜度在不同时
间尺度上的周期震荡(图 7)。图中横坐标为年份, 纵
坐标为时间尺度(a), 图中的等值曲线为小波系数实
部值。信号的强弱通过小波系数的大小来表示, 当
小波系数为正时, 代表综合气候适宜度较高, 大于
区域多年平均值; 为负时, 表示综合气候适宜度较
低, 小于区域多年平均值。如图 7所示, 在辽西地区玉
米综合气候适宜度演变过程中存在 14~30 a、8~14 a、
3~7 a的 3类尺度的周期变化规律。其中, 在 14~30 a
尺度上存在“低高”交替的准 2次震荡, 表现的较为
稳定且具有全时域性; 在 8~14 a的时间尺度上存在
准 6次震荡, 1963年以后表现的较为稳定; 在 3~7 a
尺度的周期变化中, 存在准 2次震荡, 1955—1970年
表现的较为稳定, 1970年以后周期性特征不明显。

图 7 1956—2010年辽西地区玉米综合气候适宜度距平百分率时间系数小波分析图
Fig. 7 Time coefficient wavelet transform analysis of anomalous percentage of maize integrated climate suitability degree in West
Liaoning from 1956 to 2010
3 结论与讨论
气温升高、降水减少、日照时数降低使辽西地
区气候呈现暖干化, 气候变化给辽西地区玉米生产
带来了新的机遇与挑战。一方面, 变暖为调整农业
结构带来有利条件 , 可提高辽西地区的复种指数 ,
延长作物的生育期 , 增加生物产量 [17]; 另一方面 ,
升温促进了蒸散作用, 降水减少易引发干旱, 日照
时数降低不利于玉米干物质的积累, 从而严重影响
辽西地区玉米产量与质量[2829]。为了合理利用辽西
地区农业气候资源配制当地玉米生产及积极应对气
候变化对农业生产带来的影响, 本文基于气候适宜
314 中国生态农业学报 2016 第 24卷


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度指数研究分析了 1956—2010 年辽西地区玉米气
候适宜度的时空分布特征。结果表明:
1)在时间尺度上, 辽西地区玉米在全生育期对
各气候因子的适宜程度不同 , 温度的适宜性最高 ,
其次为降水, 日照最低, 这与宫丽娟等 [1112]的研究
结果相符。近 50 a, 温度适宜度未明显表现出递变趋
势, 降水、日照及综合气候适宜度呈逐年下降趋势,
对玉米生产发育不利; 除开花期玉米综合气候适宜
度表现为递增趋势, 播种、出苗、成熟期均呈递减
趋势。
2)在空间分布上, 温度适宜度、日照适宜度由南
向北、由西向东总体呈现递增的趋势, 降水适宜度、
综合气候适宜度由北向南大体呈现“低高低高”
的带状分布特征, 与杨晓晨等[30]的研究结果基本一
致, 但他没有从不同生育期的时段说明气候适宜度
的空间分布特征。本研究发现播种期、成熟期综合
气候适宜度分别呈现由西向东南和东北、东北向西
南逐渐递增的趋势, 出苗期综合气候适宜度呈现由
西北向东南和东北减少的趋势, 开花期综合气候适
宜度由北向南大体呈现为“低高低高”的带状分
布特征。在进一步揭示气候适宜度的时空变换规律
时, 前人大多采用 EOF 法分析气候适宜度空间分布
特征[2527], 本研究在此基础上叠加了小波分析法可
以更清楚地揭示辽西地区玉米综合气候适宜度的时
间波动趋势及变化的周期特点, 结果表明其存在 3
类尺度的震荡周期, 不同震荡周期在各年代表现出
不同的稳定性。
3)辽西地区热量条件可以较好地满足玉米生长
的需要, 但水分和光照条件需要根据不同生育期进
行适当调整, 播种、出苗、开花期限制因素分别为
降水、日照、日照, 这与周广学等[17]在辽宁西部地
区光热水资源变化对农业生产的影响中的结论相
符。因此, 根据辽西地区降水特点应加强夏、秋两
季的人工灌溉量, 确保玉米品质、产量; 结合辽西地
区光照特点, 播种期适当控制播种密度, 出苗期、开
花期通过“匀留苗、留匀苗”等措施, 增大植株生长空
间, 提高植株光照强度, 确保玉米营养物质的积累。
玉米的生长发育不仅与气象因子相关, 还与土
壤特性、作物病虫害、玉米品种、农业生产技术等
众多环境、社会要素紧密相关。由于数据有限且经
验不足, 本文只分析气候背景下的辽西地区单一玉
米品种的温度、降水、日照及综合气候适宜度的时
空分布特征, 而其他农业因子对辽西地区玉米气候
适宜度会有什么样的影响, 需要在今后的工作中进
行更加深入、细化的研究, 以便更好地指导当地农
业生产。
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