第25卷　第1期自　然　资　源　学　报Vol.25No.1　2010年1月JOURNALOFNATURALRESOURCESJan.,2010　

收稿日期:2008-12-06;修订日期:2009-08-13。基金项目:中国气象局气候变化专项(CCSF-09-13);中央级公益性科研院所基本科研业务费专项(SYKYYW200904);科技部农业科技成果转化资金项目(05EFN217400412)。第一作者简介:纪瑞鹏(1972-),男,辽宁北票市人,副研究员,主要从事生态与农业气象、“3S”方面科研及业务工作。E-mail:jiruipeng@163.com＊通信作者,E-mail:yushuzhang@126.com农业气候资源综合评价方法研究

———以辽宁省为例

纪瑞鹏,陈鹏狮,冯　锐,张淑杰,武晋雯,张玉书＊

(中国气象局沈阳大气环境研究所,沈阳110016)

摘要:根据辽宁省农业气候资源特点,利用特尔斐法设计了由年太阳总辐射等11个要素组成的农业气候资源综合评价指标体系。根据层次分析法原理,构建由目标层、准则层、指标层组成的指标体系框架,并逐一确定每个评价指标的权重。通过计算单项农业气候资源指数,分别对光能资源、热量资源、水分资源的优劣程度进行评价,在此基础上计算资源优势度,完成对农业气候资源的综合定量评价。利用辽宁省52个气象台站2006年气象资料和1971—2000年30年气候资料,分别对52个评价单元2006年和常年农业气候资源的优劣程度进行综合评价。结果表明:辽宁省30年平均农业气候资源优势区大部分位于环渤海湾沿海一带,农业气候资源优势度在0.5以上;2006年朝阳县、阜新县、锦州大部、沈阳大部、昌图、盘锦及营口部分地区农业气候资源优势度偏低,光、温、水条件综合匹配稍差。关　键　词:农业气候资源;综合评价;层次分析法;资源优势度中图分类号:S162 文献标志码:A 文章编号:1000-3037(2010)01-0121-10

《中国21世纪初可持续发展行动纲要》中明确指出:“建立和健全气候资源开发利用与

保护的法律法规体系;制定气候资源合理开发利用与保护规划;及时修订、更新气候资源区

划;采用先进的计算机信息处理技术和遥感技术,加强对气候资源的监测与评估……”[1]。

可以预见,在未来相当长的时期内,农业气候资源的利用和定量化综合评估工作将会得到进

一步重视和加强。相对于其他农业资源来说,农业气候资源由于其无穷尽性和有值无价性,

长期以来没有得到人们足够的重视[2],随着社会经济发展对粮食及其他农产品需求量的增

加,全球对农业气候的关注度日益提升,联合国世界气象组织(WMO)、世界粮农组织(FAO)

及联合国教科文组织(UNESCO)从20世纪60年代起就联合开展气候调查、经验交流、设立

机构以及出版专著,极大地推进了农业气候的研究。中国从20世纪50年代起也开始了以

农业气候区划为主要内容的农业气候资源研究。纵观国内外,对农业气候资源的研究主要

集中在农业气候资源的时空分布规律研究[3-7],农业气候与主要农作物布局、种植制度关系

研究[8-11],农业气候(自然)生产潜力数值模拟与资源量化评价[12-16]和农业气候资源信息的

有效管理与分析[17-20]4个方面,相比较而言,对农业气候资源进行综合评价的研究工作还

相对薄弱。122　自　然　资　源　学　报25卷

目前,农业气候资源评价方法相对简单,多采用单指标评价,主要以单个气候要素数量

的大小、出现时间早晚、出现日数等来评价一个地区气候资源和灾害状况及对农业生产对象和过程的满足程度。单指标评价简便易用,但不能全面体现各农业气候资源要素之间的匹

配情况和整体水平,存在明显的缺陷。由于农业气候资源是多维因素的综合体,对其评价须

经过从单因素的小综合到多因素的大综合,这就决定了单指标评价无法给出某地域农业气

候资源的综合评语。张庸虽曾利用5个气候指标相对指数平均值对吉林省农业气候资源进行综合评价,但其没有分别给予各单项指标的权重[21]。因此,研究出一套适用于特定区域

的农业气候资源综合评价方法,对于科学地进行农业生产规划、农业结构调整和农业气候资

源合理开发利用,具有重要的现实意义和实用价值。

1　资料与方法

1.1　资料来源收集统计了辽宁省52个气象台站(代表52个评价单元)1971—2000年、2006年共31

年包括年太阳总辐射、年日照时数、生长季日照时数、年平均气温、≥0℃的积温、≥10℃的积

温、气温年较差、无霜期、年降水量、生长季降水量、年湿润度在内的11种气候要素。为消除各要素间单位量纲差异,对数据进行了标准化处理。所有原始气象资料均来自辽宁省气象

档案馆电子数据库。

1.2　方法

农业气候资源综合评价指标的选择采用特尔斐法[22],其最大优点是,在缺乏足够统计数据和原始的、规范的资料情况下,可以作出定量估价和得到文献上还未反映的信息。

建立综合评价指标体系框架,确定评价指标权重采用层次分析(AHP)法。层次分析法

是一种实用的多准则决策方法,它以定性与定量相结合地处理各种决策因素,具有系统、灵活、简洁的优点。关于层次分析法的原理、功能、计算步骤与应用方法,请参见文献[23-25],

本文不再做过多详述。

农业气候资源综合评价通过计算资源优势度法[26]进行。

2　农业气候资源综合评价指标体系设计

日照、温度、降水、无霜期等是农业生产顺利进行的先决条件。农业气候各要素的数量、组合及分配状况,在一定程度上决定了农业生产的类型、作物品种、产量高低以及发展的潜

力等。

农业气候资源系统是一个包括光、温、水等众多因子,涵盖广泛的复杂系统。这些因子及其相互作用、相互制约的关系直接或间接地反映出农业气候资源利用的整体状态。建立

能够从各方面综合体现与衡量农业气候资源利用程度及状况的指标体系是评价工作的前提

和基础。在设计农业气候资源评价指标体系时,遵循科学性和可比性相统一、系统性与针对

性相统一、综合性及可操作性4个原则,根据辽宁省农业气候资源的实际情况,从气候资源与农业的紧密程度出发,利用特尔斐法,聘请省内外11名专家,从光能资源、热量资源、水分

资源3大资源系统中,分别选取11个要素作为综合评价农业气候资源的指标,这些指标的

组合反映了光、热、水的配置情况。根据评价指标体系设计原则和指标选择结果,设计出由目标层、准则层、指标层3个层次组成的指标体系框架(图1)。其中,目标层(A)是农业气候资源的综合评价;准则层(C)1期纪瑞鹏等:农业气候资源综合评价方法研究123　包括光能资源、热量资源、水分资源等3个部分,反映农业气候资源综合评价系统中各子系

统对目标层的影响;指标层(I)则是整个评价体系中最小的组成单位,由11个指标构成。

图1　辽宁省农业气候资源综合评价指标体系Fig.1　TheensembledevaluationfactorssystemofagriculturalclimateresourcesinLiaoningProvince

3　农业气候资源综合评价指标权重确定

完成辽宁省年度农业气候资源综合评价,除了要利用农业气候资源综合评价指标体系中

的11个指标来表示外,还要具体确定出每个评价指标的权重。指标权重的确定是整个评价过程中不可缺少的一环,它关系到评价结果是否符合实际情况。这里采用层次分析法,由专家对

所列指标通过两两比较重要程度(按1～9标度定量化,详见文献[28]),逐层构造判断矩阵,

进行层次单排序和一致性检验,最后进行层次总排序和组合一致性检验,得到最终结果,完成对3个层次3类约束因素11个评价指标的权重系数进行确定。判断矩阵A、光能资源判断矩

阵C1、热量资源判断矩阵C2、水分资源判断矩阵C3分别见表1、表2、表3和表4。

表1　判断矩阵ATable1　ComparisonmatrixA

AC1C2C3C111/31/4C2311/3C3431表2　判断矩阵C1Table2　ComparisonmatrixC1C1C11C12C13C11115C12111/3C131/531

表3　判断矩阵C2Table3　ComparisonmatrixC2C2C21C22C23C24C25C2111/2311/5C2221341C231/31/3121/4C2411/41/211/5C2551451表4　判断矩阵C3Table4　ComparisonmatrixC3C3C31C32C33C3111/21C32214C3311/41124　自　然　资　源　学　报25卷

为使评价结果更加合理,在确定各层次因子的权重系数时应满足:①准则层各因子的权

重大小应与该因子对总体气候资源的贡献率保持一致;②指标层各因子权重大小应体现其

在准则层中的相对贡献率;③计算权重时,各判断矩阵必须通过一致性检验。

得到各层次的判断矩阵后,计算出权重系数。确定了准则层和指标层的权重系数后,将每一个指标对应准则层的权重系数乘以准则层对综合评价的权重系数,就最终计算出每一

个指标对农业气候资源综合评价的权重。

利用ExpertChoice11软件,经过一致性检验等一系列程序运算后,得到各指标的权重大

小,如表5:

表5　各评价指标的权重Table5　Theweightofeachindex

指标层次I准则层次CC1=0.118C2=0.268C3=0.614组合权重CiIi

年太阳辐射0.1560.0183年日照时数0.1850.0216生长季日照时数0.6590.0771年平均气温0.1250.0335≥0℃积温0.1060.0284≥10℃积温0.1860.0498气温年较差0.1850.0496无霜期0.3980.1067年降水量0.2320.1424生长季降水量0.5840.3586年湿润度0.1840.1130

4　辽宁省农业气候资源综合评价

4.1　单项农业气候资源指数计算

首先对52个评价单元的综合评价指标体系中年太阳总辐射等11个单项指标数据进行

标准化处理,具体公式为:

X=(x-xmin)/(xmax-xmin)(1)

式中,X为单项指标标准化值,x为单项指标序列值,xmin为单项指标序列中的最小值,xmax为单项指标序列中的最大值。

结合各指标的权重系数,用式(2)进行单项农业气候资源指数计算。

Ii=∑ajXj　(i=1,2,3…,52;j=1,2,3…,11)(2)

式中,Ii为第i个评价单元某类气候要素的评价指数;aj为某类资源第j个评价指标的权重;

Xj为第j个评价指标的评价值。

4.2　单项农业气候资源的优劣程度评价

根据式(2)的计算方法,分别计算出52个评价单元光能资源、热量资源和水分资源的单项农业气候资源指数(表6),指数值越大,其排序越靠前,代表资源越优良。