基于DIVA-GIS快速获取气候信息的方法

田聪1,2，穆尼热2，朱忠艳2，王承军2

（1新疆大学生命科学与技术学院，乌鲁木齐830046；2新疆畜牧科学院草业研究所，乌鲁木齐830000）摘要：在生物地理学研究、栽培草地引种、退化草地改良及农牧业发展规划编制过程中，对气候因子的评估是一个首要环节。而在评估气候因子时，如何能够快捷、经济、有效地获取目标区域的气候资料，对整个气候评估工作具有重要的现实意义。DIVA-GIS是一款免费的地理信息系统软件，本研究以实例的形式从免费气候数据获取的途径、DIVA-GIS软件气候功能组件的使用步骤及输出结果的生物气候变量的意义等环节，详尽地介绍了一种基于DIVA-GIS 快速获取气候信息的方法。由于DIVA-GIS 平台本身的开放性、易用性优势，该方法具有气候数据获取的难度及经济成本低，操作方式简单易上手的特点。

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关键词 ：DIVA-GIS；地理空间数据；气候信息；实例

基金项目：新疆维吾尔自治区国际科技合作计划项目“乌兹别克斯坦优良饲草品种引进与筛选”(20146016)；新疆维吾尔自治区公益性科研院所基本科研业务经费资助项目“新疆优良牧草种质资源采集、选育及耐盐措施的研究”。

第一作者简介：田聪，男，1982 年出生，山东烟台人，助理研究员，在读博士，主要从事牧草引种栽培。通信地址：830000 新疆乌鲁木齐市克拉玛依东街151号新疆畜牧科学院草业研究所，Tel：0991-4838103，E-mail：vipdiy1982@163.com。

收稿日期：2014-09-25，修回日期：2014-12-10。

Method for the Rapid Obtaining of Climate Data Based on DIVA-GIS

Tian Cong1,2, Mu Nire2, Zhu Zhongyan2, Wang Chengjun2(1Department of Life science and Technology, Xinjiang University, Urumqi 830046, Xinjiang, China;2Grassland Institute, Xinjiang Academy of Animal Science, Urumqi 830000, Xinjiang, China)Abstract: To obtain climatic data quickly and easily is apparently essential for researching biogeography,introducing forage species, improving deteriorated grassland and planning agriculture & animal industry.DIVA-GIS is a free computer program for mapping and geographic data analysis, and can be used for manydifferent purposes. With DIVA-GIS, users can map and query free spatial climatic data for the whole world.Here, a method for rapid obtaining of climate data based on DIVA- GIS was presented step by step. Themethodology was easy to apply and the technique was rapid, repeatable and flexible, and did not requiresubstantial financial or scientific input.

Key words: DIVA-GIS; Geospatial Data; Climatology Information; Example

0 引言

气候是农牧业自然资源的重要组成部分。光、水、热等不仅提供了植物生产层[1]所需的能量和物质，同时对动物生产层[2]的影响也不容忽视。此外，土地资源自然生产力的地区差异，主要因素之一也是水热条件的地区差异所致[3]。作物的种类和品质与气候条件（温度和湿度等）密切相关。当地的气候资源决定着该地的农牧业生产布局，包括草地农业的结构、熟制、配置与种植及饲养方式。一个合理的农牧业生产布局应该能够充分利用当地的农业气候资源，挖掘农业气候资源潜力，取得农牧业生产的最佳社会经济效益。因此，在生物地理学研究、栽培草地引种[4-5]、退化草地改良及农牧业发展规划编制过程中，对气候因子的评估是一个首要环节。而在评估气候因子时，如何能够快捷、经济、有效的获取目标区域的气候资料，对整个气候评估工作具有重要的现实意义。

DAVA-GIS是由Robert J Hijmans 等开发的一款免费的GIS 软件，具有简单、高效的特点[6]。尽管该软件是免费软件，但依然整合了空间数据分析、生态位模型、区域尺度气候信息等功能，运行稳定可靠，得到众多学者的认同[7-9]。本研究着重介绍基于DIVA-GIS 快速获得气候信息的技术，旨在为科研、生产活动中气候数据的获得与分析评估提供有效帮助。

1 软件及平台

1.1 软件及数据包

DAVA- GIS7.5(3.75 MB) 下载自http://www.divagis.org/download；本研究示例气候数据(256 MB)分辨率(Resolution)为：2.5 min 下载自http://www.diva- gis.org/climate 或http://biogeo.ucdavis.edu/data/climate/worldclim/1_4/diva/diva_worldclim_2-5m.zip。

1.2 运行平台

CPU:AMD Phenom(tm)9150e 四核1.8 G；硬盘500 G；系统内存2 GB；操作系统Window 7。

1.3 软件界面简介

DIVA-GIS 主界面由6 大功能模块组成（见图1）：（1）菜单栏；（2）常用工具栏；（3）数据图层；（4）位置显示标记；（5）编辑显示区；（6）状态栏。由于篇幅限制，各模块具体功能[9]在此不再赘述。

1.4 主要技术参数

由于DIVA-GIS 提供的图层是基于栅格数据，所以需要将矢量数据转换为栅格数据[10]。为方便读者理解与使用，提供了精度范围与转换方法供参考。

1.4.1 矢量数据与栅格数据见表1。

1.4.2 地理坐标进制转换见表2。

Minutes(′)/60+Seconds(″)/3600)]×H。当坐标为东半球(E)及北半球(N)时H=1；当坐标为西半球(W)及南半球(S)时H=-1。为保证精确度，弧度制转换为十进制数据时，应在小数点后保留4 位有效数字。

2 应用实例

2.1 地图底图加载与生物地理分布图的绘制中国地图底图下载自http://www.diva- gis.org/gdata，选择“China”（中国），根据需要可下载国界、省、市级行政区、河流、铁路等底图，参照谢春平[9]所述方法，依照制图需求，加载各类图层数据。

2.2 气候数据导入DIVA-GIS

DIVA-GIS 识别的气候数据格式为CLM（*.clm），即文件后缀为“.clm”。将下载的气候数据，导入DIVA-GIS主要有如下6 个步骤：

（1）对下载的压缩文件“diva--_worldclim_2-5min.zip”进行解压缩，并存入1 个文件夹中。本研究示例解压缩后文件存储路径为：“D:\Program Files\download\”（文件解压缩后，件大小为756MB，应注意留有足够空间）。

（2）在DIVA-GIS 主页面，点击菜单栏上的“Tool”（工具）后，在下拉菜单中选中“Options”（选项），选择“Climate”（气候），见图2。

（3）在文件选择页面，选中准备导入的气候文件。

本研究示例文件存储路径为：“D:\ProgramFiles\download\”。选中“worldclim_2-5m”作为气候数据库。

（4）点击“Apply”（应用）和“Save”（保存）将默认数据库作为DIVA-GIS的气候数据。

（5）点击“Close”（关闭）关闭“Options”（选项）界面。（6）通过“Tool→Options→Climate”操作返回“Climate”界面，确认气候数据加载正确，见图3。

2.3 气候数据获得及导出

以新疆大学（本部）为例，从谷歌地图（http://ditu.google.cn/maps?hl=zh-CN&tab=wl）获得地理坐标精确到小数点后4 位（43.7658，87.6492）。

（1）在软件主界面，单击常用工具栏上的“ ”，将实现气候数据与坐标的关联。

（2）调整鼠标指针，使得位置显示标记区坐标格式数据（X：87.64918，Y：43.76582），单击鼠标，弹出的气候系统信息界面，见图4。

（3）分别点击“Climate”、“Graph”、“Bioclim”选项卡，将出现如图5 所示界面。点击“Copy”后，可将结果粘贴到word文档中进行使用。

在“Bioclim”生物气候选项卡中，输出了19 个生物气候变量（见表3）。输出结果与实际观测结果比对，能够反映出该地区中温带大陆性干旱气候[11]特征。

3 结论与讨论

本示例中DIVA-GIS 的气候数据来源于世界气候网站，该网站由DIVA-GIS 的作者开发维护，气候数据来源一部分为实地观测记录产生，一部分是通过对现有数据库中的数据进行分析，采用空间差值算法[12]产生，理论上能够获得陆地上任意一点的气候信息，其可靠性能够满足大部分生物地理，或者区域尺度研究的需要。就本示例涉及的新疆地区而言，刘波等[13]对新疆降水空间插值方法进行过探讨；王智等[14]对新疆地区平均气温空间插值方法进行了研究，陈鹏翔等[15]以新疆99 个气象台站1971—2010 年年平均气温为数据源，采用多元回归结合空间插值的方法实现了新疆区域气温数据的栅格化。尽管上述研究取得了一定的进展，具有重要的学术价值，但由于原始数据封闭，实现平台对系统资源及操作人员要求较高，很难为一般使用者掌握。

DIVA-GIS 平台实现了原始数据与功能组件的结合，降低了气候数据获取的难度，从而方便一般使用者掌握。此外，通过导入不同大气环流模型产生的气候图层[16]或其他气候数据库数据包，DIVA-GIS 可以提取未来气候信息的预测值，已经在多个适生区预测[17-20]相关研究中展现出应用价值。

DIVA-GIS主页上提供有教程，以及论坛可供学习交流，但遗憾的是该软件没有汉化版，也没有提供相应的中文教程。此外，一个值得关注的问题是：使用DIVA-GIS的数据图层时应注意国家边界问题，以免引起不必要的争端，可以通过使用蒙版的方式修正。本研究仅是对DIVA-GIS 气候数据功能做简单的介绍，方便一般使用者获得气候数据，但同时希望能抛砖引玉，引起农牧业相关科研、技术人员关注DIVA-GIS 在生物地理学及动植物适生区预测领域的应用前景。DIVA-GIS 是一款小巧精悍的免费软件，易学易用，对于没有GIS 学习基础的初学者能够很快上手，可为生物地理学研究、栽培草地引种、退化草地改良及农牧业发展规划编制等业务快速经济的提供需要的空间数据信息，从而提高工作效率。

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参考文献

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