智慧氣象系統(tǒng)在固原市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)中的應(yīng)用研究

顧 娟,路智淵,景 博,杜昌海

(中國氣象局旱區(qū)特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警與風(fēng)險(xiǎn)管理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏 銀川 750002；寧夏回族自治區(qū)氣象防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏 銀川 750002；寧夏回族自治區(qū)固原市氣象局，寧夏 固原 756000)

1 固原氣候特點(diǎn)和農(nóng)業(yè)特色

1.1 固原氣候特點(diǎn)

固原市位于寧夏回族自治區(qū)南部，地處黃土高原暖溫半干旱氣候區(qū),屬于北溫帶大陸性季風(fēng)氣候，冬季漫長寒冷，夏季短暫涼爽，晝夜溫差大，常年干旱少雨，且季節(jié)性降水差異較大，災(zāi)害性天氣多。年平均氣溫6.2℃，年日照時數(shù)2518.2 h，年平均降水量492.2 mm，無霜期152 d。固原市的主要農(nóng)業(yè)氣候?yàn)?zāi)害有干旱、凍害、低溫、雨雪冰凍、冰雹和風(fēng)沙等。

1.2 固原現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r

固原市是寧夏和全國的枸杞種植基地，由于六盤山氣候的原因，主要種植小麥、玉米、馬鈴薯、枸杞等作物，畜牧業(yè)比較發(fā)達(dá)，牛羊的育肥與繁殖成為農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)收入的主要來源。經(jīng)過精準(zhǔn)扶貧政策的落實(shí)，固原的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)得到了調(diào)整優(yōu)化，農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力不斷提高。近幾年，由于退耕還林還草政策的落實(shí)，生態(tài)環(huán)境得到了很大的改善，當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)的氣候發(fā)生了變化，異常天氣減少，降水量增多，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)作物和與畜牧養(yǎng)殖的現(xiàn)代化和規(guī)?；l(fā)展，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)收入水平有了很大的提升。

2 固原市智慧氣象系統(tǒng)框架

固原市智慧氣象農(nóng)業(yè)服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體框架為智慧氣象農(nóng)業(yè)服務(wù)平臺，其包括農(nóng)業(yè)服務(wù)Web客戶端、智慧氣象農(nóng)業(yè)移動用戶端和農(nóng)業(yè)綜合數(shù)據(jù)庫三塊，每個功能模塊發(fā)揮著不同的作用。

1.1 Web客戶端

Web客戶端設(shè)計(jì)要考慮到氣象農(nóng)業(yè)服務(wù)對象的需要。一方面，針對農(nóng)業(yè)種植大戶、農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體以及涉農(nóng)企業(yè)提供B/S的桌面應(yīng)用，具體包括自然災(zāi)害預(yù)報(bào)、天氣晴雨變化信息、氣溫升降信息、作物病蟲害信息和作物長勢信息等關(guān)于農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)內(nèi)容的查閱；另一方面，氣象服務(wù)業(yè)務(wù)管理平臺在內(nèi)網(wǎng)運(yùn)行中由業(yè)務(wù)人員完成所有氣象農(nóng)業(yè)信息的制作、更新和管理，保證智慧氣象農(nóng)業(yè)服務(wù)系統(tǒng)正常運(yùn)行，包括用戶管理、作物管理、信息編制與發(fā)布等。對于政府主導(dǎo)和關(guān)系群眾收益的特色產(chǎn)業(yè)要做到對不同作物發(fā)育期的錄入和作物生長過程中的管理等，以完善智慧氣象對作物的精準(zhǔn)服務(wù)。固原市是全國枸杞種植基地之一，其種植的氣候條件直接影響著農(nóng)戶的收成，為此氣象部門和農(nóng)戶非常關(guān)心智慧氣象在枸杞種植方面發(fā)揮作用。

1.2 農(nóng)業(yè)綜合數(shù)據(jù)庫

智慧氣象農(nóng)業(yè)綜合數(shù)據(jù)庫是智慧氣象農(nóng)業(yè)服務(wù)系統(tǒng)的主要組成部分，在這里儲存了大量、各類、多來源的農(nóng)作物預(yù)警相關(guān)數(shù)據(jù)，能夠滿足數(shù)據(jù)變更和業(yè)務(wù)增加對信息量的需求。

智慧氣象農(nóng)業(yè)綜合數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)大致分為地理數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)和具體作物相關(guān)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫所需數(shù)據(jù)均從區(qū)綜合氣象信息數(shù)據(jù)共享平臺及相關(guān)數(shù)據(jù)庫同步載入，同本地固原市的氣象數(shù)據(jù)信息一起儲存于本地服務(wù)器。使得地理信息數(shù)據(jù)基本包括固原區(qū)域的矢量數(shù)據(jù)，精確到村社一級，用作系統(tǒng)有關(guān)地圖展示的背景地圖；氣象數(shù)據(jù)主要來自固原市內(nèi)建設(shè)的氣象觀測站，其中包括6個國家氣象站、8個土壤水分觀測站、193個區(qū)域小型自動氣象站、19個農(nóng)田小氣候觀測站數(shù)據(jù)和3個特色設(shè)施蔬菜站，這些觀測站觀測到的相關(guān)數(shù)據(jù)可通過氣象信息數(shù)據(jù)共享平臺獲取[1]。

1.3 移動客戶端

移動客戶端（App）是服務(wù)與產(chǎn)品展示的終端部分，它配合Web客戶端完成分配的服務(wù)任務(wù)。目前通過安卓系統(tǒng)開發(fā)完成手機(jī)版系統(tǒng)的版本，其包括系統(tǒng)登錄頁面和主頁面、產(chǎn)品頁面三層界面。系統(tǒng)登錄界面包括注冊和登錄功能，登錄成功后進(jìn)入主頁面，開始用戶信息設(shè)置、系統(tǒng)更新和系統(tǒng)分享等，主頁面顯示的都是服務(wù)模塊。上半部分是天氣影響評價(jià)功能模塊，下半部分包括功能應(yīng)用、服務(wù)事項(xiàng)和專家咨詢?nèi)齻€模塊，天氣影響評價(jià)模塊包括日評價(jià)、周評價(jià)和月評價(jià)；農(nóng)業(yè)服務(wù)模塊包括農(nóng)田服務(wù)、作物服務(wù)、實(shí)時天氣、氣象服務(wù)、小氣候信息等；服務(wù)產(chǎn)品模塊包括農(nóng)業(yè)專題服務(wù)、特色農(nóng)業(yè)服務(wù)、農(nóng)業(yè)氣象情報(bào)三個功能；專家服務(wù)包括專家咨詢和科學(xué)種田兩個功能模塊。頁面中的各個功能都可及時擴(kuò)展[2]。

2 智慧氣象農(nóng)業(yè)信息系統(tǒng)功能的應(yīng)用分析

2.1 天氣影響評價(jià)模塊

固原市氣象局在農(nóng)業(yè)氣象系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用中將天氣影響評價(jià)模塊分為日評價(jià)、周評價(jià)和月評價(jià)3個天氣評價(jià)要素，精確了農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)的內(nèi)容。日評價(jià)是評價(jià)過去一天天氣對作物的影響和預(yù)測未來一天天氣對作物的影響，周評價(jià)和月評價(jià)是評價(jià)過去或未來一段時間天氣對作物的影響。系統(tǒng)根據(jù)收集到的天氣信息數(shù)據(jù)和農(nóng)作物信息數(shù)據(jù)對實(shí)際作物生長的實(shí)況影響和預(yù)報(bào)影響做出精準(zhǔn)的綜合分析，針對用戶關(guān)注的作物生長期，給出溫度、水分和通風(fēng)等主要影響作物生長要素的影響等級，將影響等級分為“很嚴(yán)重、嚴(yán)重、不嚴(yán)重、有利、很有利”。天氣影響評價(jià)系統(tǒng)數(shù)據(jù)是云計(jì)算得出的，但是系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)的靈活性和針對性較差，需要農(nóng)業(yè)氣象專家進(jìn)行干預(yù)，因此天氣影響評價(jià)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合評價(jià)的基礎(chǔ)上需要業(yè)務(wù)人員通過Web端的業(yè)務(wù)平臺審核修訂。

2.2 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的服務(wù)

固原市智慧氣象在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中主要通過農(nóng)業(yè)氣象情報(bào)、農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)和農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)等預(yù)報(bào)活動為農(nóng)事提供有針對性的氣象服務(wù)：（1）農(nóng)業(yè)氣象觀測和試驗(yàn)，確定農(nóng)業(yè)氣象內(nèi)容的使用標(biāo)準(zhǔn)。農(nóng)業(yè)氣象觀測是通過農(nóng)業(yè)氣象系統(tǒng)或者人工方式對作物的生長發(fā)育狀況、土壤狀況、溫度狀況和水分情況進(jìn)行觀測，掌握作物生長的生態(tài)環(huán)境條件，才能為農(nóng)業(yè)氣象信息提供具有科學(xué)性、針對性和操作性的基本數(shù)據(jù)資料；（2）農(nóng)業(yè)氣象情報(bào)服務(wù)。結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍v史氣象信息，分析當(dāng)?shù)噩F(xiàn)在環(huán)境氣候的變化，預(yù)報(bào)未來農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中可能產(chǎn)生的氣候情況，并根據(jù)預(yù)測的結(jié)果提出應(yīng)對策略，為涉農(nóng)用戶提供氣象信息。涉農(nóng)用戶通過農(nóng)業(yè)氣象情報(bào)及時掌握歷史天氣的情況及變化特點(diǎn)，為未來利用好氣象搞好農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供依據(jù)。固原地區(qū)一年中冬春降水較少，比較干旱，秋夏雨水較多，土壤水分飽和度極不穩(wěn)定，如果及時預(yù)報(bào)土壤墑情就能確定灌溉期與灌溉量，氣象災(zāi)害情報(bào)能夠預(yù)測作物災(zāi)害發(fā)生的時間和輕重，有助于涉農(nóng)用戶預(yù)防災(zāi)害發(fā)生，減少損失；（3）農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)服務(wù)。通過統(tǒng)計(jì)分析法對天氣對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的影響做專門的統(tǒng)計(jì)分析，滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際需要，增強(qiáng)農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)實(shí)用性和準(zhǔn)確性。固原市的玉米種植面積逐漸擴(kuò)大，成為主要糧食作物，寒冷的氣候條件常導(dǎo)致玉米幼苗遇到寒潮侵襲而發(fā)生凍死的事故，常規(guī)的天氣預(yù)報(bào)僅僅播報(bào)低溫的變化，而農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)針對玉米作物生長對天氣的要求提供有針對性的天氣預(yù)報(bào)信息，從而提高了天氣預(yù)報(bào)的價(jià)值，避免農(nóng)作物遭受損失。

3 討論

農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)是智慧氣象信息系統(tǒng)開發(fā)中的主要內(nèi)容，也是智慧氣象存在的意義所在。本文研究的農(nóng)業(yè)智慧氣象服務(wù)系統(tǒng)是在區(qū)域氣象站和氣候觀測站的基礎(chǔ)上開發(fā)與建立的，主要以本地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為服務(wù)對象。固原市氣象局開發(fā)的系統(tǒng)框架及思路具有指導(dǎo)性，其他地區(qū)的氣象部門可通過數(shù)據(jù)的更新開展本地的智慧氣象為農(nóng)服務(wù)業(yè)務(wù)。智慧氣象為農(nóng)服務(wù)的平臺通過對數(shù)據(jù)信息整合和分析，形成本地的氣象服務(wù)產(chǎn)品，給涉農(nóng)用戶提供人性化和針對性的智能服務(wù)。智慧農(nóng)業(yè)氣象信息系統(tǒng)具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)分析能力和模型構(gòu)建能力，加快信息綜合數(shù)據(jù)的應(yīng)用是智慧氣象建設(shè)的主要目的，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響的定量分析是智慧氣象的核心，鑒于此，要繼續(xù)搞好氣象信息智慧化建設(shè)和服務(wù)，實(shí)現(xiàn)智慧農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)功能。