我國農(nóng)業(yè)氣象自動化觀測現(xiàn)狀與展望

劉立新

（烏拉特后旗海力素氣象站，內(nèi)蒙古 烏拉特后旗 015400）

農(nóng)業(yè)是我國的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，為了提高農(nóng)作物產(chǎn)量，農(nóng)業(yè)部門需建立氣象觀測網(wǎng)絡(luò)，利用專業(yè)觀測技術(shù)、資料傳輸方法，促進農(nóng)業(yè)氣象觀測自動化發(fā)展，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供氣象服務(wù)支撐［1］。在現(xiàn)代化技術(shù)的支持下，農(nóng)業(yè)發(fā)展速度加快，對農(nóng)業(yè)氣象觀測提出了更高的要求。農(nóng)業(yè)氣象部門應(yīng)立足農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，開發(fā)針對性的氣象服務(wù)產(chǎn)品，為農(nóng)戶提供準確的氣象信息，全面確保農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與發(fā)展的實效性。

1 我國農(nóng)業(yè)氣象的自動化觀測現(xiàn)狀

農(nóng)業(yè)氣象觀測對農(nóng)業(yè)發(fā)展的影響極大，氣象觀測部門應(yīng)提供準確的氣象服務(wù)，以增加糧食產(chǎn)量。對于地面氣象觀測來說，重點內(nèi)容為農(nóng)業(yè)氣象觀測。為了確保農(nóng)業(yè)氣象觀測的準確性，氣象局應(yīng)緊抓業(yè)務(wù)發(fā)展，制定科學(xué)的發(fā)展目標，同時對觀測項目進行調(diào)整，引入現(xiàn)代化觀測儀器，以此提升氣象觀測水平。為實現(xiàn)氣象觀測技術(shù)自動化效果，應(yīng)建立氣象觀測網(wǎng)平臺，密切觀測土壤水分、農(nóng)田氣候與農(nóng)作物生長狀況，并將觀測數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)平臺，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供依據(jù)。

1.1 土壤水分自動化觀測

土壤水分對農(nóng)作物的生長影響較大，不同季節(jié)時間，農(nóng)田土壤性質(zhì)變化明顯。為了提升農(nóng)作物生長效果，農(nóng)業(yè)人員需依照土壤觀測結(jié)果，做好優(yōu)化調(diào)整，以此確保土壤含水量滿足農(nóng)作物生長需求。因此，農(nóng)業(yè)氣象觀測應(yīng)確保檢測結(jié)果的準確性，以此提升農(nóng)田水分管理水平。在檢測土壤含水量時，所應(yīng)用的技術(shù)方法較多，氣象部門常用方法包括頻域反射法、時域反射法、土鉆法及中子儀法。土鉆法便于操作，可獲得準確的測量結(jié)果，但此種測量方法會加大任務(wù)量，測量人員需要取土測試，時間與精力耗費較大，因此應(yīng)用土鉆法不能對土壤水分進行實時監(jiān)測。時域反射法、頻域反射法技術(shù)含量高，對土壤含水量進行測量時，需應(yīng)用電磁波，通過觀察頻率的變化，可以對土壤含水量進行計算。此種檢測方法不會破壞土壤土層結(jié)構(gòu)，儀器安裝難度小。中子儀法測量土壤含水量時會揮發(fā)出放射性物質(zhì)，因此該技術(shù)方法的推廣應(yīng)用限制較大。關(guān)于土壤水分的自動化觀測網(wǎng)絡(luò)，其采用計算機、水分傳感器、數(shù)據(jù)采集器、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，可將檢測信息及時反饋到觀測網(wǎng)站點內(nèi)。

1.2 農(nóng)田小氣候觀測

農(nóng)田小氣候是農(nóng)田大氣、植物、土壤共同組成的連續(xù)體，可實現(xiàn)物質(zhì)輸送與能量轉(zhuǎn)換，真實反映出農(nóng)田內(nèi)部氣象環(huán)境。通過農(nóng)田小氣候觀測，可以有效評價農(nóng)作物生長氣候、農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害、農(nóng)作物病蟲害等情況，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供參考依據(jù)。采用農(nóng)田小氣候觀測時，可以將高稈與矮稈兩類農(nóng)作物作為觀測對象，觀測要素基本相同，共計設(shè)置3層數(shù)量，根據(jù)實際應(yīng)用需求，可適當增加層數(shù)，可參考農(nóng)作物生長特性、農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)、服務(wù)需求，對農(nóng)田溫度、光合有效輻射、冠層溫度、冠層總輻射、地溫和濕度等進行測量［2］。利用農(nóng)田小氣候觀測、土壤水分資料，聯(lián)合氣象指標，可動態(tài)化監(jiān)測凍害、大風、高溫等氣象災(zāi)害。

2 農(nóng)業(yè)氣象自動化觀測存在的問題

2.1 可觀測農(nóng)業(yè)氣象項目少

通過農(nóng)業(yè)氣象觀測，既可以對農(nóng)作物生長、田間生長環(huán)境進行觀測，還可以對農(nóng)作物產(chǎn)量、果樹、自然物候與構(gòu)成要素等內(nèi)容進行觀測。但可以進行自動化觀測的指標僅有農(nóng)田小氣候、作物發(fā)育期、土壤水分，且農(nóng)田小氣候、作物生長觀測的相關(guān)資料只能應(yīng)用于田間對比觀測、科研試驗時期。

2.2 健全的自動化觀測技術(shù)缺乏

與地面氣象要素相比，農(nóng)業(yè)氣象觀察主體的類型較為復(fù)雜，且自動化觀測技術(shù)、觀測方式存在較多漏洞和問題，需人工觀測與修訂。例如，研發(fā)土壤水分自動化觀測設(shè)施，已創(chuàng)建的自動化土壤水分觀測站并未開展業(yè)務(wù)化檢驗。在應(yīng)用業(yè)務(wù)運作自動化儀器時，極易受現(xiàn)實維護漏洞影響，加大數(shù)據(jù)誤差。對于便攜式土壤水分測定儀器來說，由于未定型，因此觀測精度不能滿足實際需求。另外，圖像識別技術(shù)應(yīng)用所面臨的問題較多，需進行優(yōu)化完善。

3 農(nóng)業(yè)氣象自動化觀測的發(fā)展目標

①擴展農(nóng)用天氣預(yù)報、土壤墑情和灌溉預(yù)測、作物產(chǎn)量預(yù)測、物候期預(yù)報與病蟲害發(fā)生發(fā)展預(yù)測等，提升農(nóng)業(yè)氣象預(yù)報業(yè)務(wù)產(chǎn)品的多元化水平，以此增強預(yù)報產(chǎn)品的時效性與精準性，確保作物總產(chǎn)預(yù)報準確率高于95%。②分析和評價主要農(nóng)作物生產(chǎn)前、生產(chǎn)中與生產(chǎn)后的全過程農(nóng)業(yè)氣象情報信息，擴展設(shè)施農(nóng)業(yè)、特色農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、畜牧業(yè)等專題情報，優(yōu)化完善評價模型與指標，全面提升農(nóng)業(yè)氣象情報產(chǎn)品的針對性與時效性。③注重分析和預(yù)警評估災(zāi)前風險，做好災(zāi)中跟蹤監(jiān)測與診斷，注重災(zāi)后評估與分析，以此確保災(zāi)害監(jiān)測與預(yù)警準確率高于80%；擴展災(zāi)害評估范圍與種類，確保業(yè)務(wù)產(chǎn)品規(guī)范化，提升定量化程度與實效性，全面滿足農(nóng)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)、糧食安全及農(nóng)業(yè)保險需求，以此獲得綜合化業(yè)務(wù)服務(wù)效應(yīng)。④農(nóng)業(yè)氣候資源評價的動態(tài)化、定量化與客觀化，精細劃分農(nóng)業(yè)氣候區(qū)。了解氣候變化對農(nóng)業(yè)的影響［3］，加強農(nóng)業(yè)應(yīng)對氣候變化的能力，優(yōu)化調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，確保其滿足生產(chǎn)布局與農(nóng)業(yè)長久發(fā)展需求。⑤優(yōu)化農(nóng)業(yè)氣象觀測站網(wǎng)布局，調(diào)整試驗站任務(wù)，確保觀察項目與試驗項目內(nèi)容均滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)服務(wù)需求。改進觀測手段和方法，以形成現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)氣象立體化觀測體系。充分發(fā)揮農(nóng)業(yè)氣象試驗站觀測與試驗示范功能，以此提升管理規(guī)范化、資料信息化與觀測自動化，確保質(zhì)量控制與裝備保障體系的完善性。

4 農(nóng)業(yè)氣象自動化觀測發(fā)展展望

4.1 持續(xù)加強自動化觀測數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用

農(nóng)業(yè)氣象自動化觀測主要分析內(nèi)容涉及水稻、小麥、棉花、玉米等農(nóng)作物的發(fā)育期誤差，土壤水分觀測數(shù)據(jù)、人工觀測資料誤差，土壤裸溫、通風防輻射罩內(nèi)溫差，作物覆蓋度、葉面積系數(shù)關(guān)系等。在監(jiān)測和評估農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害、定量農(nóng)田小氣候與農(nóng)作物發(fā)育關(guān)系時，需全面展現(xiàn)田間小氣候資料的應(yīng)用價值，分析和應(yīng)用覆蓋度資料。

4.2 加強農(nóng)業(yè)氣象移動觀測

目前，農(nóng)業(yè)氣象觀測數(shù)據(jù)的獲取主要包括定點作物、生長環(huán)境、區(qū)域代表性交叉等。特別是糧食產(chǎn)量預(yù)測、作物收獲期預(yù)報等，應(yīng)注重擴大調(diào)查范圍，同時將移動調(diào)查資料作為補充資料。此外，對于災(zāi)害事件來說，移動調(diào)查資料能夠有效作用于抗災(zāi)救災(zāi)，降低災(zāi)害損失?，F(xiàn)階段，農(nóng)業(yè)氣象移動觀測效果仍不理想，未充分發(fā)揮移動調(diào)查資料的作用。因此，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)氣象觀測應(yīng)用期間，需聯(lián)合點、線、面，通過業(yè)務(wù)化觀測工作，編寫固定觀測點的自動化觀測數(shù)據(jù)與內(nèi)容。此外，應(yīng)聯(lián)合衛(wèi)星遙感定量反演資料，同化綜合觀測數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)時空耦合，全面監(jiān)測區(qū)域內(nèi)作物生長態(tài)勢［4］。

5 結(jié)語

分析農(nóng)業(yè)氣象觀測現(xiàn)狀可知，自動化觀測項目較少，觀測內(nèi)容復(fù)雜度較高，既要對土壤水分進行測量，還要觀察分析農(nóng)作物生長態(tài)勢及氣象。我國對土壤水分、農(nóng)作物發(fā)育期的檢測技術(shù)較為成熟，全面促進了自動化觀測技術(shù)的發(fā)展。