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The Climate Suitability Zoning Method of the Solar Greenhouse in the Northern of China
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摘要: 通过对我国北方地区影响日光温室生产的主要气候因素进行分析，从光、温、风、雪4个方面选取了冬季总辐射、日光温室生产季阴天日数、年极端最低气温、冬季平均气温、生产季月最大风速平均值、年最大积雪深度平均值6个因子作为气候适宜性区划指标，采用加权指数求和的评价方法建立综合气候适宜性区划指标模型，在利用层次分析法对区划指标进行量化分析确定其权重的基础上，借助GIS技术，得到北方地区日光温室发展的气候适宜性区划图。为了细化区划结果，将研究区域气候特征明显不同的典型区域分别进行进一步区划。结果表明：该方法不仅理论性较强，与实际相吻合的区划结果也说明该方法还具有良好的实用性。Abstract: With the mathematical statistical methods and consideration of the climatic condition requirements of solar greenhouse development, six factors which represent four aspects of light, temperature, wind and snow are chosen as the assessment indices based on the analysis of main climate factors related to solar greenhouse production in the northern of China. They are the total radiation in winter, the number of overcast days in solar greenhouse production season, the average temperature in winter, the annual extreme minimum temperature, the average monthly maximum wind velocity in production season and the average annual maximum snow depth. Then, using weighted index method, an integrated index model of climate suitability zoning is established. Index weights are determined by analytic hierarchy process. And last, a comprehensive climate zoning map of the solar greenhouse development is drawn out with GIS which divides the climatic suitability in this region into four grades: The most suitable, suitable, less suitable and unsuitable. In order to refine the zoning map, Ningxia and eastern Gansu, Henan, Shaanxi with different climatic characteristics in the study area are selected as three typical areas and more detailed climate suitability zoning are carried out, respectively. Results show that for differences of climate resources and their combination conditions, their effects on the development of solar greenhouse are different and weights of the same division index are distrinct in different areas. Fine zonings in typical areas can provide more practical guiding significance in greenhouse production run.In general, the zoning results are in line with the actual situation which proves the selection of index, the division of index threholds and the zoning method reasonable and feasible. At the same time, the quantitative description and complexicy of zoning indexes are realized by AHP and GIS tools. The zoning method not only has solid theory basis, but also is practical. Therefore, this attempt can provide an effective and reasonable way for future research. In addition, some development suggestions are discussed in accordance with the division results, providing reference basis for rationally utilizing climate resourses and adjusting the layout for solar greenhouse development reasonablly.
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图 2 气候适宜性区划的指标体系递阶层次结构
Fig. 2 Hierarchical structure of climatic suitability zoning indexes
图 4 典型区域日光温室气候适宜性区划
(a) 宁夏和甘肃陇东地区, (b) 陕西, (c) 河南
Fig. 4 Climatic suitability zoning map of solar greenhouse in typical study areas
(a) Ningxia and eastern Gansu, (b) Shaanxi, (c) Henan
表 1 区划指标界限值
Table 1 Limit value of zoning indexes
区划指标 最适宜 适宜 次适宜 不适宜 冬季总辐射C1/(MJ·m-2) C1≥920 920 > C1≥850 850 > C1≥700 C1 < 700 生产季阴天日数C2/d C2≤30 30 < C2≤52 52 < C2≤80 C2 > 80 冬季平均气温C3/℃ C3≥0 0 > C3≥-5 -5 > C3≥-8 C3 < -8 年极端最低气温C4/℃ C4≥-10 -10 > C4≥-15 -15 > C4≥-20 C4 < -20 生产季月最大风速平均值B3/(m·s-1) B3≤8 8 < B3≤11 11 < B3≤14 B3 > 14 年最大积雪深度平均值B4/cm B4≤5 5 < B4≤7 7 < B4≤10 B4 > 10 
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表 2 A-B的判断矩阵
Table 2 Judgment matrix of A-B
A B1 B2 B3 B4 B1 1 1 1 1 B2 1 1 2 2 B3 1 1/2 1 1 B4 1 1/2 1 1
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表 3 平均随机一致性指标IR表 (1000次正互反矩阵计算结果)
Table 3 Average random consistency index IR (the 1000 positive reciprocal matrix calculation results)
矩阵阶数 IR 1 0.00 2 0.00 3 0.52 4 0.89 5 1.12 6 1.26 7 1.36 8 1.41 9 1.46 10 1.49 11 1.52 12 1.54 13 1.56 14 1.58 15 1.59
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表 4 B-C的判断矩阵
Table 4 Judgment matrix of B-C
B1 C1 C2 B2 C3 C4 C1 1 1/2 C3 1 1/2 C2 2 1 C4 2 1
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表 5 层次分析法确定的指标权重
Table 5 Index weight determined by analytic hierarchy process method
层次 代号 该层次权重 相对目标权重 A-B B1 0.244 0.244 B2 0.345 0.345 B3 0.205 0.205 B4 0.205 0.205 B1-C C1 0.333 0.081 C2 0.667 0.163 B2-C C3 0.333 0.115 C4 0.667 0.230
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表 6 各典型区域气候特征值
Table 6 Index values in typical study areas
气候特征值 宁夏和陇东地区 河南 陕西 范围 平均 范围 平均 范围 平均 生产季太阳总辐射/(MJ·m-2) 2557~2964 2785 2115~2525 2326 2299~3385 2639 冬季总辐射/(MJ·m-2) 881~1010 941 680~859 755 634~971 859 1月总辐射/(MJ·m-2) 281~325 304 218~282 243 205~317 279 生产季总日照时数/h 966~2133 1491 934~1179 1059 641~1497 1082 生产季阴天日数/d 22~76 41 68~886 77 33~123 75 冬季日照时数/h 393~644 575 339~469 398 223~598 431 1月日照时数/h 130~218 194 107~160 133 76~206 147 冬季平均气温/℃ -6.72~-0.12 -4.34 0.64~3.94 2.26 -6.28~4.95 -0.21 1月平均气温/℃ -8.61~-1.70 -6.29 -0.96~2.36 0.64 -8.83~3.63 -2.00 年极端最低气温/℃ -23.46~-11.85 -19.15 -12.5~-7.35 -10.01 -24.10~-4.69 -13.43 5年一遇最大风速/(m·s-1) 11.95~23.42 17.17 10.04~18.38 14.94 10.36~20.72 15.73 生产季月最大风速均值/(m·s-1) 6.64~16.24 11.02 6.74~12.51 9.57 5.66~13.79 9.43 5年一遇最大积雪深度/cm 6.05~17.44 10.29 9.63~19.59 14.35 5.29~14.17 9.61 年最大积雪深度均值/cm 0.62~10.36 4.47 6.43~11.85 9.28 2.46~10.93 6.60
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表 7 各典型区域气候适宜性区划指标界限值
Table 7 Limit value of zoning indexes in typical study areas
区划指标 最适宜 适宜 次适宜 不适宜 冬季总辐射/(MJ·m-2) C1≥920 920 > C1≥850 850 > C1≥700 C1 < 700 生产季阴天日数/d C 2≤30 30 < C2≤52 52 < C2≤80 C2 > 80 冬季平均气温/℃ C3≥0 0 > C3≥-5 -5 > C3≥-8 C3 < -8 年极端最低气温/℃ C4≥-10 -10 > C4≥-15 -15 > C4≥-20 C4 < -20 5年一遇最大风速/(m·s-1) B5≤14 14 < B5≤17 17 < B5≤20 B5 > 20 5年一遇最大积雪深度/cm B6≤8 8 < B6≤11 11 < B6≤15 B6 > 15
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表 8 各典型区域区划指标的权重
Table 8 Index weight determined by analytic hierarchy process method in typical study areas
地区 冬季总辐射 生产季节阴天日数 冬季平均气温 年极端最低气温 生产季月最大风速均值 年最大积雪深度均值 宁夏和陇东地区 0.117 0.117 0.122 0.243 0.277 0.125 陕西 0.129 0.386 0.063 0.127 0.190 0.105 河南 0.184 0.367 0.055 0.111 0.085 0.198
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