山西省农业气候资源区划服务系统开发与应用
面向服务的GIS架构在精细化农业气候区划中的应用
行 栅格 插值 处 理 ， 合行 政 区 、 域 、 壤利 用 、 结 水 土 地
１ 引 言
为应 对全 球气候 条件对农 业 的不 利影响 ， 要 需 根 据对 未来气候 的预 测调整农 业产业 结构 ， 在适 宜
的时 间和地点 种植 最 适 宜 的作 物 。以往 进行 农业
产 合理 布局 以及 未 来农 业 发展 规 划 提供 可靠 的科 学 依据 。在 ＧＩ Ｓ应用 上 ， 系统 需 要 从 高 分 辨 率基 础 地理 数据 中提取 高 程 、 度 、 向等地 形信 息 生 坡 坡
成插值 模型 的背景 场数据 ， 用气象 台站观察数 据进
对 ＧＩ 用方 面的需求 主要为 以下 四点 。 Ｓ应
文 献标 识 码 ： Ａ
Ｓ ｒ ｉｅ ｏ ｉｎ ｅ Ｓ Ｆ ａ ｗｏ ｋ ｆ ｒ ｔ ｅ Ｆ ｎ ｒｃ ｌｕ ａ ｉ ｔｃＺｏ ｉ ｇ ｅ ｖｃ － ｒｅ ｔｄ ＧＩ ｒ ｍｅ ｒ ｏ ｈ ｉ ｅ Ａｇ ｉｕ ｔ ｒ ｌ ｍａ ｉ ｎ ｎ Ｏ
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公共气象服务
三、公共气象服务—专业、专项工程气象服务
风能和太阳资源评估和预报服务 风能资源详查
为风电规划、风电场选址提供气候资 源评估服务： 千万千瓦风电基地：8个 地方政府风电规划：66项 风电场选址：300多个
效益
2011年风电气 象服务效益评 估显示，我国 风电行业气象 服务总体贡献 率为1.85%， 气象服务效益 值约为8.85亿 元。
服务行业：农业、水利、航空、海洋、交通、电力、城建、林业、工矿、能源、环保、 保险、旅游盐业，储运，卫生、体育等
面向农业和林业生产、农田建设和林业资源保护等，开展的农业气象服务。
面向大江大河、湖泊水库，提供重点流域面雨量和汇流、重点江河冰情、凌汛
监测和预报服务，以及重点城市的积涝预报和地表水资源定期评估分析等服务。
一样，具有公益性、非竞争性和非排他性的基本特征。
非竞争性：一个消费者对一种公共产品的消费不影响其他消费者对该产品的消费 和使用
非排他性：公众的任何一员都不能被排除在对该公共产品的消费之外，都可以享 受这种产品。
公共气象服务在保持气象服务公益性这一基本属性的同时，也表现出部分非公益性的 特点。
一、公共气象服务内涵
三、公共气象服务—决策气象服务
产品：《重要气象报告》、《气象信息专报》、《天气要情》、
《重要气象信息》、《天气实况》、各类预警信息、《天气快
报》……
平台 ：MESIS（气象服务信息系统），建立数据环境统一、数据分 析算法统一、业务流程统一、产品标准规范统一的体系架构，支持 国家级-省级-地市级决策气象服务一体化应用。
公众生活
行业安全生产
农业资源区划的工作方法和分区方法
农业资源区划的工作方法和分区方法农业资源区划是指根据土地资源、水资源、气候条件、生物环境和农业生产等因素的特点，将一定范围内的土地资源进行合理的划分和利用规划，以促进农业发展和农民增收。
农业资源区划的工作方法和分区方法对于实现农业可持续发展和优化农业资源配置起着重要的作用。
本文将介绍农业资源区划的工作方法和分区方法。
一、农业资源区划的工作方法1. 数据收集与分析：农业资源区划的工作方法首先需要收集有关土地资源、水资源、气候条件、农作物适宜性等数据，对数据进行分析，了解各因素间的相互关系和影响。
数据的收集可以通过地理信息系统、遥感技术、气象数据分析等手段进行。
2. 专家评估与判断：在数据收集与分析的基础上，可以组织相关专家进行评估与判断。
专家可以根据各项数据以及自身的经验和专业知识，对农业资源进行划分，并提出相应的优化建议。
3. 地方实地调查与验证：农业资源区划的工作方法中需要进行地方实地调查与验证。
通过实地调查，可以了解土地实际利用情况、农民的种植习惯以及社会经济发展状况等，从而更加准确地进行农业资源区划。
4. 制定农业资源开发利用规划：在数据收集、专家评估和实地调查的基础上，制定农业资源开发利用规划是农业资源区划工作的重要环节。
规划应根据各区域的实际情况和优势特点，明确农业发展的目标和重点，并提出相应的政策和措施。
二、农业资源区划的分区方法1. 土地资源分区：土地资源是农业发展的基础，土地资源分区是农业资源区划的核心环节。
土地资源分区可以根据土地质量、土地利用现状、土地承载力等因素进行划分，划分出适宜粮食作物种植的区域、适宜果树种植的区域、适宜蔬菜种植的区域等。
2. 水资源分区：水资源是农业发展的重要保障，水资源分区是农业资源区划的关键环节。
水资源分区可以根据降水量、水利设施情况、水质等因素进行划分，划分出适宜灌溉农田的区域、适宜养殖的区域、适宜渔业发展的区域等。
3. 气候条件分区：气候条件是农作物生长和农业生产的重要影响因素，气候条件分区是农业资源区划的重要内容。
农业气候资源利用的研究与探讨
农业气候资源利用的研究与探讨[摘要]本文通过对农业气候资源特征、农业气候资源对农业发展的影响进行了概括性论述，并结合大同地区农业气候资源数据，针对农业气候资源科学利用的实际，对当前农业气候资源如何合理开发利用提出了对策和措施。
[关键词]农业气候资源潜力开发利用对策气候资源是自然资源中影响农业生产的重要组成部分之一，它提供的光、热、水、空气等能量和物质，对农业生产类型、种植制度、布局结构、生产潜力、发展远景以及农、林、牧产品的数量、质量和分布都起着决定性作用。
气候资源是农业生产力的重要因素。
随着生产力的发展和科学技术的进步，人们对气候资源的认识和开发利用程度日益深入，充分合理利用气候资源、有效改善小气候、最大限度地减轻气象灾害的危害，已经和正在成为农业经济发展的一个重要生长点。
下面以大同市农业气候资源为例对农业气候资源的利用进行分析研究。
1农业气候资源的组成要素及特点1.1组成要素农业气候资源即能为农业生产所利用的气候要素中的物质和能量，它是农业自然资源的组成部分，也是农业生产的基本条件。
农业气候资源由光资源、热量资源、水分资源、大气资源和风资源组成。
农业光资源包括太阳总辐射量、光合有效辐射量、日照时数等。
农业热量资源包括积温、生长期、无霜期等。
农业水分资源包括降水量、土壤储水量等。
空气资源包括二氧化碳、氮、氧和其他微量气体。
1.2主要特点农业气候资源是农业自然资源的组成部分，也是农业生产的基本条件，农业气候资源分布具有明显的特征，总体来说农业气候资源具有空间变化和时间变化的特点。
全球光、热资源呈低纬度向高纬度减少的纬向分布趋势，降水量季节变化地区性明显，区域性温湿度变化明显。
因我国地域广阔，南北纵跨热带、亚热带、温带、亚寒带，再加上西高东低的地势，农业气候资源特点明显，具有明显的区域性、季节性特征。
从而形成了气候资源的多样性和立体性，由此产生出与此相关的农业结构的多样性和立体性，形成以农、林、牧三大支柱产业结构为主，其它各业为辅的多种多样的气候适宜区。
GIS在现代化农业发展中的应用
GIS在现代化农业发展中的应用1、在水资源管理、保护与规划中的应用在水资源规划中，常用GIS进行多目标分析以及可视化技术等。
基于GIS的水资源规划管理被认为是一种灵活的规划工具，能够克服传统的大尺度战略规划的缺点。
应用案例：南非水利林业部开发的国家水资源管理系统，利用GIS模拟发展前景方案，以便更好地把握国家水资源管理政策的方向。
我国于20世纪90年代建成的国家基础地理信息系统在南水北调工程中进行了可行性分析、调水方案比较研究、调水路线设计、施工管理和监督和效益分析等方面提供信息支持，为加强工程前期工作的完成和工程的实施做出了很大贡献。
GIS同样广泛地应用于区域水资源和环境管理中。
应用案例：英国Ａ．Ｍ．Ｇｕｍｅｌｌ等利用河流沿岸植物品种数据的多变量生态分析来识别英国河流的环境优化程度。
我国的上海市、广东省、山西省已经分别建设了以GIS 技术为支撑的水资源信息管理系统，有的已在此基础上向水资源管理决策支持系统迈开了新步伐。
在水资源管理方面，GIS主要用于在水资源管理决策支持系统、区域水资源管理、地下水资源管理和水资源保护。
应用案例：美国休斯敦的水源试点研究中把该市水源保护区内的202个现行公共供水井用GIS和模型界面来加以描述，并用GIS数据库识别水源保护区内的潜在污染源。
范吴明，杨国范等2002年以沈阳市浑北灌区为例，通过建立灌区用水管理信息系统，探求灌区用水管理的新模式，以促进灌区管理的现代化进程。
在水资源保护方面，GIS能根据规划者的要求确定不同的规划方案，同时模拟各种方案实施后的实际状况。
如利用DEM自动识别流域边界并提取流域特征，如不同蓄水位条件下水库的淹没范围、淹没深度分布情况及库容的计算，并以图像的形式显示。
当污染事故发生时，能在了解事故地点、污染源的排放强度、当时的水文情势等基本信息后，借助GIS迅速模拟预测污染物未来的时空分布特征，从而为迅速采取有关应急措施提供管理决策依据。
2、用于农用土地评价与利用农用地评价工作繁琐，工作量大，GIS以其强大的空间信息管理功能，在农用地评价信息管理、农用地自然质量评价、农用地经济评价以及农用地适宜性评价中发挥了重要作用。
气象为农业服务的现状与发展态势
２３ 研究成果转化应用不管 ．
多年来 ， 气象工作者通过深入研究深 刻揭示 了平 原地区农 业气候资 源 时空 变化规律 ， 有效地提 高了农业气候资源 利用率 ； 调查开发 了广大 丘陵 山区丰富多样的农业气候 资源 ， 加速 了山区经 济建设的发展 ； 开展 了综合农业气候 区划与单项或部 门农业气候 区划相配套 、 简明区划与详 细区划相配置 和生产力布局的认识 ， 为制定农业发展规划 ， 发展高产 、 优
质、 高效农业 ， 农业种植结构调整等提 ． ２ 近 年来 ，气象工作者通过 结合 农业生产实 际开展 了大量 的调 查考 察、 观测和试 验研 究 ， 对低温冷 害 、 霜冻害 、 害 、 冻 干旱 、 洪涝 、 干热 风 、 寒 露风 、 冰雹 、 大风和风沙及森林火 灾等主要农业 气象灾害的发生规律 、 诊 断技术 、 指标建立 、 预测方法及 防御技术进行 了研究 ， 动了农 业气象灾 推 害减灾研究和应 用工作 的开展 。 １ 农业气象预报服务 ． ３ ２ 世纪 ７ 年代 中后期至 ８ 年代 中期 ， Ｏ Ｏ Ｏ 农业产量气象预报技 术得 到 迅速发展 ， 在气象 部门建立起农业 产量气象预报业务 ， 预报精度和时效 均达到了国际先进水平 ，深受各级政府 和生产部 门的欢迎 。２ 世纪 ８ Ｏ Ｏ 年代 中后期至 ９ 年代 ， 象部门利用气象卫星遥感信息进行冬小麦长 Ｏ 气
调整 和种植结构调整 、 西部大 开发计划 、 生态环境建设 减轻气候变化对
农业影响的适应 对策 、 气象灾害防御和减缓极端气候事件对策及 国家食 物安全等等。 究其原因 ， 首先是对国家的需求 了解不够 ， 不能有针对性地 开展工作 ； 次是对于大量新 出现 的问题和研究对象缺乏 了解 ； 其 更重要 的是 目 前农业气象基础研究水平仍较低 ， 现有的研究方法和手段不够先 进， 基础数据积累不够。
农业气候资源的合理开发利用措施
农业气候资源的合理开发利用措施
1. 制定和实施科学合理的耕作管理措施，包括合理施肥、节约用水、合理轮作等，以提高农业生产效益，降低资源消耗和排放的污染物。
2. 推广和应用节水灌溉技术，如滴灌、喷灌等，减少水资源的浪费和污染。
3. 加强土壤保护和改良，采取措施防止土壤侵蚀、保持土壤湿度和肥力，如覆盖耕作、植树造林等。
4. 积极开展农田水利建设，合理规划农田排水系统，提高水资源的利用效率。
5. 大力发展农业科技，加强农业气象监测预测，提供农业生产的科学依据，减少农业风险。
6. 推广和应用可再生能源，如生物质能源、太阳能等，减少对化石能源的依赖，降低温室气体排放。
7. 加强农业资源的保护和合理利用，保护农田、森林、水源地等资源，保持生态平衡和可持续发展。
8. 制定农业气候适应策略，提高农业抗灾能力，减少气候灾害对农业生产的影响。
9. 加强农业气象服务，及时提供气象预警信息，引导农民科学种植、防治病虫害等。
10. 加强农村综合治理，改善农村环境，提高农民生活质量，促进农业可持续发展。
GIS在农业中应用现状与存在问题
GIS在农业中应用现状与存在问题一、应用现状1.1国外GIS技术在农业上应用的现状：自20世纪50年代“地理信息系统”概念的提出到现今地理信息产业的建立，地理信息系统得到了快速发展。
加拿大、美国和其他一些西方发达国家自20世纪60年代就开始了GIS在农业中的研究，目前已得到较为广泛而又深入的应用。
如美国用装有GIS的农业机械进行变量作业，在森林资源管理中开发出许多基于GIS的决策支持系统侧，法国数字植保机械集成应用GPS和GIS进行变量喷施作业。
据1998年美国精确农业服务商和种子公司的调查显示，在他们的用户中，有82%土壤采样时采用GIS制图，61%采用GIS进行产量分析。
印度、巴西等广大发展中国家也在逐步采取措施，依托GIS、遙感技术、全球定位系统等农业高新技术发展各具特色的数字农业。
诸多实践表明，包括GIS在内的高新技术在农业中的科技贡献份额逐年提升。
1.2国内GIS技术在农业上应用的现状：自20世纪80年代中期以来，GIS 技术开始应用于中国的农业领域，从耕地资源决策管理、区域农业规划与区划、农业灾害监测、粮食流通管理与粮食生产辅助决策到农业生产潜力研究、农作物估产研究、精确定量农业研究、区域农业可持续发展研究、农用土地适宜性评价和农业生态环境监测等，都取得了一定进展，一些研究成果己被应用于农业生产，取得了较为显著的经济效益、社会效益和生态效益，为推进中国传统农业向现代农业的跨越注入了新的活力。
加之超图、傲图等国产GIS软件的推陈出新，以及农业GIS应用专门人才的加快培养，均为GIS在农业领域的扩大应用创造了有利条件。
二、存在问题虽然我国农业中对GIS的应用还处于初始发展阶段，但是已经展现出了重要的作用，但是随着农业的不断发展，展现出来的问题越来越多，这些问题也亟待解决。
2.1现有专门人才的培养跟不上农业GIS研究与应用发展的步伐。
对于GIS 的应用，需要专业的人员进行操作，需要耗费大量的人力物力，我国在这方面还不太成熟，技术不完善，造成专业人员的短板，这就是农业在GIS上的应用缺乏支撑条件。
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山西省农业气候资源区划服务系统开发与应用
摘要：为了实现山西省区域农业气候资源的合理开
发和利用，利用山西省109个县市1961―2010共50年的气候资料和DEM高程数据，以及搜集到的农业气候资源区划
指标、农作物种植适宜性气候区划指标，基于GIS技术和小网格推算模型完成高分辨率的农业气候、优势和特色农业及经济林果的气候区划，建立了适合山西省的精细化的农业气候资源区划服务系统。
基于该系统，完成了对山西省气候区划、农业气候区划和作物气候区划的研究，生成了不同种类作物的区划图。
该结果可以为山西省相关部门进行决策提供参考和依据。
关键词：农业气候区划；作物区划；服务系统；B/S架
构
中图分类号：S162.3 文献标识码：A DOI：
10.15913/ki.kjycx.2016.12.026
在20世纪70年代末80年代初，山西省曾进行过全省
范围的农业气候区划工作，为山西省农业的合理布局和农业产量的稳步增加作出了一定的贡献。
随着农业生产环境的变化，原有农业区划产品已不适应新时代农业生产发展的需求，客观上需要更科学、更精细的农业气候区划产品。
近年来，许多学者也开展了针对山西省的气候区划研究――谢爱红、
王士猛等（2004）在对山西省62个气象台站资料插值的基础上，利用SPSS进行了山西省气候区划；韩锦涛和李素清（2006）基于山西省109个县的多年统计资料的平均值，应用聚类分析对区域的农业气候资源的综合开发进行了区划；赵海英、栗锡龄等（2009）在介休市33个观测点的基础上，用物候指标对该市气候情况进行了初步研究；赵永强、武永利等（2013）基于DEM高程数据建立了山西省农业气候资源集。
但是到目前为止，还没有一个全面的服务于山西省气象业务的农业气候资源区划服务系统可以涵盖气候区划、农业气候区划、农业气候资源分布和作物区划，同时可以实现自助区划。
1 数据资料和系统开发环境
1.1 数据资料
数据资料有山西省109个气象站1961―2010共50年的常规气象资料（建站晚于1961年的从建站资料开始），山西省、市、县的shp矢量文件，分辨率为90 m×90 m的SRTM DEM 数据。
资料来源于山西省气候中心。
1.2 系统开发环境
所需的最低硬件环境为：企业级专用服务器、双核处理器，主频在2.2 GHz以上，1 G内存，独显（512 M），120 G 硬盘。
所需的基本软件环境如下所示。
数据存储部分：sqlserver2005企业版；
地图服务处理发布部分：aspmap4.7；
Web程序部分：.net4.0类库+IIS6.0服务器
+Office2003+Silverlight4.0运行时+Silverlight4.0扩展包
+Microsoftajaxlibrary+ArcGISAPIforSilverlight2.0；
操作系统：Windows Server 2003 Enterprise Editionserverpack2；
数据调用：IDL交互式程序语言。
1.3 系统开发技术流程
系统开发技术流程为：①通过实地考察调研、与当地有关人员座谈等方法了解各地的优势农业、特色农业、经济林果和主要气象灾害等，确定区划对象、区划指标；收集数据资料并进行整理，然后导入农业气候资源区划服务系统。
②基于数字高程模型（DEM），采用多元回归法和小网格推算法构建面域上的山西省气候要素（分辨率90 m×90 m），结合各区划指标开展山西省气候区划、农业气候区划、农业气候资源分布和作物区划，并对区划结果进行检验。
③将区划结果存放于区划结果数据集中。
系统建立之后，工作人员可基于Web平台对农业气候资源及区划结果进行发布、制图、输出，也可以根据需要进行自助式农业气候区划，以方便开展专题服务或其他咨询服务。
系统开发技术流程如图1所示。
2 区划系统架构与功能
2.1 系统框架设计
采用一种创建交互式网页应用的AJAX网页开发技术，并采用C#语言来编程，使用作为开发控件，结合SQL2005数据库技术和IDL交互式语言软件来构建系统平台。
整个系统采用三层B/S结构模式，包括数据层、服务层和客户层。
其中，数据层负责存储数据，是获取系统所需原始数据的操作层，是操作数据，为业务逻辑层或表示层提供数据服务的基础；服务层是核心部分，主要是针对数据访问层具体问题的操作，对数据业务的逻辑处理；客户层主要是对用户请求的接受以及数据的返回，为客户端提供应用程序的访问。
2.2 系统功能设计
系统分设一般用户和管理员用户两种登录方式。
其中，一般用户登录后仅显示“区划成果”和“退出系统”两个功能模块，只有浏览和下载本地区区划结果的权限；管理员用户登录后，系统界面右上方显示6个功能模块，即基础数据、图件资源、自助区划、区划成果、系统维护、退出系统，以便进行修改和完善。
2.2.1 基础数据
该部分包括统计数据、行政区域数据和观测数据。
统计数据包括所有的基本数据，比如温度、降水、日照、农业气象灾害等；行政区域数据包括社会总产值GDP、人口、农田
受灾面积、受灾人口等；观测数据包括31个农气站实时观
测的农作物生长发育日期、长势等。
2.2.2 图件资源
该部分包括栅格化后的所有基础信息数据、农业气候资源基本信息数据、农业气象观测资料数据、土壤类型数据、卫星遥感影像数据、农业区划等图件数据。
2.2.3 自助区划
自助区划模块可对新作物进行区划，只需在“区划DIY”对话框中编辑执行该作物的区划指标即可。
例如，有一种新的作物――红薯，它与“1月平均气温”和“7月下旬降水”关系密切，在变量列表中选择这两个变量，然后在公式编辑框编辑区划指标，最后点击“执行”区划。
除此之外，也可以对已有作物重新区划。
2.2.4 区划成果
区划成果包括农业区划、降水资源、热量资源、光能资源等，用户可在该模块下制图和下载区划结果图。
除上述功能外，系统还可对矢量图、栅格图、数据高程图（DEM）、
注记和属性数据进行以地理表达式为条件的逻辑查询，以及涉及不同图件和属性数据的综合查询、统计，且可完成图像的打印输出。
3 区划结果与分析
3.1 气候区划
计算了山西省平均气温以及稳定通过0 ℃、5 ℃、10 ℃
的初终日、持续日数和积温，山西省降水量和日照时数的年、季分布情况以及年际变化，以期揭示山西省热量资源、降水资源和光照资源的分布特征和变化规律。
采用日平均气温稳定大于或等于10 ℃期间的积温、极端最低气温的多年平均值作为参考指标，以年湿润指数为干湿区划分的主要指标，以年降水量为辅助指标，引用《中国气候新方案》中的指标，使之更适合山西省的气候特点。
根据指标，将山西省分成了7个气候区，具体如图2所示。
表1所示为山西省气候区划指标。
3.2 农业气候区划
利用山西省109个县市多年的气候资料，在干燥度指数自然分区的基础上，结合热量指标（即年均气温），确定了区域农业气候综合开发和区划的指标，将山西省划分为6个农业气候区，具体如图3所示。
表2所示为山西省农业气候区划指标。
3.3 作物气候区划
选取主要粮食作物（冬小麦、春玉米），结合农作物生长发育的具体指标区划。
以冬小麦为例，首先查阅文献资料，找出作物生长发育所需的光、温度、水等相关条件；找出影响作物生长发育的的关键气象因子，并计算其经验概率，以≥80%、60%～80%、。