“互聯(lián)網(wǎng)+氣象理論”支撐下智慧農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)新模式
——以安徽為例

高 超

廣德市氣象局，安徽廣德 242200

智慧農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和氣象理論，依靠互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，如APP、網(wǎng)站等，為廣大的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者提供精準(zhǔn)的天氣預(yù)報(bào)，從而實(shí)現(xiàn)施肥、灌溉、晾曬等活動(dòng)的實(shí)際效果，幫助農(nóng)民降低成本、增加收益。作為農(nóng)業(yè)大省，安徽省在智慧農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)方面走在前列，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，形成了一系列優(yōu)異的成果，具有極高的借鑒價(jià)值。

1 智慧農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用價(jià)值

1.1 為農(nóng)業(yè)災(zāi)害防治提供精準(zhǔn)的氣象信息

氣象條件對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的影響主要體現(xiàn)在溫度、降雨等方面，不良的溫度和降雨條件將會(huì)直接危害農(nóng)作物的生長(zhǎng)、收割、晾曬等活動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)可引發(fā)農(nóng)業(yè)災(zāi)害。智慧農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)具備精準(zhǔn)預(yù)測(cè)氣象條件的能力，在這一基礎(chǔ)上提前向農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者發(fā)出預(yù)警信息，進(jìn)而防治農(nóng)業(yè)災(zāi)害，其災(zāi)害防治價(jià)值主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.1.1 精準(zhǔn)預(yù)測(cè)高溫干旱天氣長(zhǎng)時(shí)間的高溫條件會(huì)造成土壤嚴(yán)重干旱，對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)極為不利?，F(xiàn)代化的氣象衛(wèi)星和氣象理論能夠精準(zhǔn)預(yù)測(cè)高溫天氣的持續(xù)時(shí)間、每天的最高氣溫和最低氣溫，甚至可以精確到以小時(shí)為預(yù)測(cè)的維度。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者和農(nóng)業(yè)水利灌溉部門(mén)借助精準(zhǔn)的高溫天氣預(yù)報(bào)，提前做好水利灌溉方面的部署工作，以確保農(nóng)業(yè)生產(chǎn)獲得充足的水資源保障，避免因高溫干旱而造成大面積減產(chǎn)[1]。

1.1.2 預(yù)測(cè)暴雨農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的農(nóng)作物收割、采摘、晾曬等都會(huì)受到暴雨的干擾，如果不能在暴雨前做好準(zhǔn)備工作，有可能導(dǎo)致水果落果、糧食作物倒伏、谷物發(fā)霉變質(zhì)，形成大面積減產(chǎn)或者破壞。另外，安徽省內(nèi)地表水系極為發(fā)達(dá)，包括長(zhǎng)江、淮河等35條河流和十幾個(gè)較大的湖泊，每年的雨季可持續(xù)近1個(gè)月。暴雨在安徽容易引發(fā)洪澇災(zāi)害，危及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民群眾的安全。智慧農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)幫助各部門(mén)掌握暴雨動(dòng)向，提前預(yù)防洪澇災(zāi)害，并且在暴雨前完成瓜果采摘、糧食作物收割、谷物回收等活動(dòng)。

1.1.3 預(yù)測(cè)低溫凍害、冰雹低溫凍害和冰雹等極端天氣通常會(huì)造成大面積的農(nóng)業(yè)災(zāi)害，并且這種危害是普遍性的，糧食作物、蔬菜、水果等均會(huì)受到嚴(yán)重的影響。過(guò)去，此類(lèi)災(zāi)害的防治存在很大的難度，原因在于無(wú)法準(zhǔn)確掌握其發(fā)生的時(shí)機(jī)，這一問(wèn)題目前逐漸被精確的智慧農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)所解決，提前掌握并非難事[2]。

1.2 提高農(nóng)業(yè)管理的科學(xué)性，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本

1.2.1 節(jié)水智慧農(nóng)業(yè)企業(yè)服務(wù)依靠氣象大數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)預(yù)測(cè)降雨的時(shí)機(jī)、時(shí)長(zhǎng)、降雨量等數(shù)據(jù)，雨水可作為農(nóng)作物灌溉的重要水資源，將雨水與地表水系結(jié)合起來(lái)，可降低整體的水資源消耗，尤其是減少河流、水庫(kù)等地表水資源的用量。

1.2.2 提高肥料利用率農(nóng)作物施肥前要掌握土壤墑情，干旱的土壤會(huì)造成肥料難以消融，不易被農(nóng)作物吸收。通常借著降雨的機(jī)會(huì)，提前將肥料撒入農(nóng)田，然后利用雨水消融肥料。因此，智慧農(nóng)業(yè)提供的精準(zhǔn)預(yù)報(bào)有助于提高肥料的使用率。

1.2.3 提高病蟲(chóng)害防治效果目前，大面積農(nóng)業(yè)種植主要依靠施打農(nóng)藥來(lái)防治各種病蟲(chóng)害，雨水的沖刷會(huì)削弱農(nóng)藥的作用，尤其在農(nóng)藥噴灑完成的數(shù)小時(shí)之內(nèi)。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者在施打農(nóng)藥前要掌握氣象數(shù)據(jù)，避免在存在降水風(fēng)險(xiǎn)的天氣條件下作業(yè)。精準(zhǔn)的智慧天氣預(yù)報(bào)突破了這一限制，只要能提前數(shù)小時(shí)完成作業(yè)，藥效將不會(huì)受到很大的影響。可見(jiàn)，智慧農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)有助于增強(qiáng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的病蟲(chóng)害防治效果。

2 安徽“互聯(lián)網(wǎng)+氣象理論”智慧農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)新模式

2.1 “互聯(lián)網(wǎng)+氣象理論”智慧農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)體系構(gòu)成

2.1.1 “互聯(lián)網(wǎng)+氣象理論”智慧農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)體系工作原理智慧農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)體系建立在傳統(tǒng)氣象理論和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，其在實(shí)際工作中的流程如圖1所示。目前，氣象數(shù)據(jù)采集方式主要分為2種：一種是利用氣象衛(wèi)星，從宏觀(guān)層面觀(guān)察氣象變化；另一種是利用部署在地面的農(nóng)業(yè)氣象站，獲取和農(nóng)作物生長(zhǎng)相關(guān)的局部氣象數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)探測(cè)終端將獲取的數(shù)據(jù)傳輸至管理后臺(tái)，借助大數(shù)據(jù)、云存儲(chǔ)、算法等實(shí)現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)分析和存儲(chǔ)[3]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)人員通過(guò)氣象APP、微信小程序等方式查詢(xún)本地的氣象數(shù)據(jù)，在相關(guān)的APP中可設(shè)置報(bào)警閾值，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到不利的氣象數(shù)據(jù)時(shí)直接向用戶(hù)發(fā)出報(bào)警信息。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)人員則根據(jù)精準(zhǔn)的氣象數(shù)據(jù)做出科學(xué)的預(yù)判、制定有效的對(duì)策。

圖1 智慧農(nóng)業(yè)企業(yè)服務(wù)體系工作流程

2.1.2 體系構(gòu)成在智慧農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)中，互聯(lián)網(wǎng)與氣象大數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了深度融合，采用各類(lèi)網(wǎng)絡(luò)終端將氣象數(shù)據(jù)推送給用戶(hù)。因此，基于“互聯(lián)網(wǎng)+氣象理論”的智慧氣象服務(wù)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上可分為4個(gè)層次（圖2）。

圖2 智慧農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

（1）氣象數(shù)據(jù)采集層。傳統(tǒng)的氣象數(shù)據(jù)主要依靠衛(wèi)星來(lái)觀(guān)測(cè)，這種數(shù)據(jù)基于宏觀(guān)層面，監(jiān)測(cè)到的氣象數(shù)據(jù)主要包括降雨、氣溫、降雪、冰雹、強(qiáng)對(duì)流天氣等。智慧農(nóng)業(yè)不僅包括這些宏觀(guān)層面的數(shù)據(jù)，還利用地面上的智慧農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測(cè)站采集土壤濕度、空氣濕度、空氣溫度、光照強(qiáng)度、二氧化碳釋放量、總輻射量、風(fēng)速、雨量等參數(shù)，顯然，這些監(jiān)控內(nèi)容瞄準(zhǔn)微觀(guān)層面，其對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)具有重要的作用和影響[4]。

（2）網(wǎng)絡(luò)傳輸層。網(wǎng)絡(luò)傳輸層的主要作用是實(shí)現(xiàn)氣象大數(shù)據(jù)從采集終端流入存儲(chǔ)層，再?gòu)拇鎯?chǔ)層傳遞到用戶(hù)層，4G和5G通信技術(shù)在這一過(guò)程中發(fā)揮著極為重要的作用。

（3）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層。終端用戶(hù)主要通過(guò)PC端網(wǎng)站系統(tǒng)、APP等錄入、管理和查詢(xún)氣象大數(shù)據(jù)，因此整個(gè)服務(wù)系統(tǒng)中必須設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層。氣象數(shù)據(jù)用戶(hù)規(guī)模龐大，每天的訪(fǎng)問(wèn)量都維持在高位，對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)的并發(fā)能力提出了較高的要求。當(dāng)前，主流的存儲(chǔ)系統(tǒng)主要應(yīng)用云存儲(chǔ)技術(shù)，典型的如阿里云、騰訊云、華為云等，由專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人才運(yùn)維管理相關(guān)系統(tǒng)，可靠性很高。

（4）數(shù)據(jù)管理平臺(tái)。在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)背景下，智慧農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)采用軟件化的平臺(tái)管理和展示數(shù)據(jù)，無(wú)論是各類(lèi)管理后臺(tái)還是面向用戶(hù)的前端操作界面，都采用軟件化界面。這些平臺(tái)具備展示氣象大數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)和編輯氣象數(shù)據(jù)等功能。例如，安徽省農(nóng)業(yè)氣象中心搭建了專(zhuān)業(yè)的大數(shù)據(jù)平臺(tái)——“農(nóng)氣徽云”，該平臺(tái)可匯集全省的農(nóng)業(yè)和氣象大數(shù)據(jù)。

用戶(hù)終端層。這一部分特指面向各類(lèi)用戶(hù)的終端技術(shù)形式，尤其是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)類(lèi)用戶(hù)。安徽省在用戶(hù)終端方面采取了多元化戰(zhàn)略，例如，“惠農(nóng)氣象”是安徽省內(nèi)開(kāi)發(fā)的一款專(zhuān)門(mén)服務(wù)農(nóng)業(yè)用戶(hù)的APP，用戶(hù)可通過(guò)智能手機(jī)登錄該APP，從中獲取有價(jià)值的天氣信息。

2.2 智慧氣象服務(wù)新模式

2.2.1 宏觀(guān)、微觀(guān)氣象數(shù)據(jù)相結(jié)合，提高農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)的精細(xì)度智慧氣象服務(wù)新模式的應(yīng)用價(jià)值體現(xiàn)在氣象數(shù)據(jù)的精細(xì)度和準(zhǔn)確性上，傳統(tǒng)的氣象服務(wù)模式在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中總是會(huì)存在預(yù)報(bào)不準(zhǔn)確的情況，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者在這種情況下難以做出正確的判斷，甚至?xí)斐纱罅康娜肆臀锪Φ睦速M(fèi)。例如，噴灑農(nóng)藥是常用的病蟲(chóng)害防治方法，但如果噴灑農(nóng)藥后較短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)降雨，農(nóng)藥的作用將大幅度減弱，不僅浪費(fèi)人力資源，還會(huì)導(dǎo)致成本增加。再如，收割小麥、玉米等谷物后要經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的晾曬，去除水分，防止霉變，晾曬的時(shí)間通常可達(dá)到3～5 d。在此期間要預(yù)防降雨，下雨前必須收回晾曬的谷物，這就對(duì)天氣預(yù)報(bào)的精準(zhǔn)性提出了更高的要求。其他農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)，如栽種、施肥、收割、采摘等都提出了更高的精度要求。

安徽省多年來(lái)不斷提升天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性，目前城鎮(zhèn)地區(qū)晴雨預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性已經(jīng)可達(dá)到近90%，對(duì)暴雨的預(yù)警準(zhǔn)確率可超過(guò)72%,并且能在20 min以?xún)?nèi)提前預(yù)報(bào)天氣變化的準(zhǔn)確時(shí)間點(diǎn)。這些技術(shù)上的進(jìn)步得益于云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等當(dāng)前人們普遍應(yīng)用的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)?？山柚鞣N軟件平臺(tái)及時(shí)將精準(zhǔn)的實(shí)時(shí)天氣信息推送給用戶(hù)，精細(xì)度的提升在當(dāng)前的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有極高的價(jià)值，只有提高精細(xì)度，才能最大限度地降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)，避免農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者開(kāi)展無(wú)效勞動(dòng)[5]。

2.2.2 促進(jìn)氣象服務(wù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高度融合，形成多元化指導(dǎo)能力安徽省地理環(huán)境優(yōu)越，適宜發(fā)展農(nóng)業(yè)，其農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)形態(tài)也非常多元化，均有種植水稻、小麥、果蔬、茶葉等農(nóng)產(chǎn)品。不同類(lèi)型的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)項(xiàng)目對(duì)氣象條件的要求存在一定的差異，因此智慧農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)要具備良好的適應(yīng)性，能夠與不同的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)項(xiàng)目高度融合，形成多元化的指導(dǎo)能力。安徽智慧農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)針對(duì)不同的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)類(lèi)型，打造出多元化的氣象服務(wù)平臺(tái)，形成了矩陣效應(yīng)。

例如，安徽省六安市的地理?xiàng)l件適宜發(fā)展果蔬種植業(yè)，當(dāng)?shù)卮竺娣e推廣數(shù)字化果園，總面積達(dá)到了4 800 km2，植保、除草、水肥等均實(shí)現(xiàn)了積雪化管理，但噴灑農(nóng)藥、灌溉、施肥、采摘等活動(dòng)依然受到天氣條件的制約。針對(duì)果樹(shù)的生長(zhǎng)和成熟特點(diǎn)，當(dāng)?shù)亻_(kāi)發(fā)了“云山果林”的智慧氣象服務(wù)平臺(tái)，果農(nóng)、地方水果銷(xiāo)售企業(yè)、農(nóng)村合作社都因此而獲得收益，尤其是種植水果的果農(nóng)和合作社[6]。

2.2.3 便捷的數(shù)據(jù)獲取方式和人性化的報(bào)警提示安徽省近年來(lái)加大了智慧農(nóng)業(yè)氣象基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)力度，尤其是提高了區(qū)域氣象監(jiān)測(cè)網(wǎng)的密度，鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)實(shí)現(xiàn)了全覆蓋。地面氣象監(jiān)測(cè)站可在幾十秒內(nèi)獲取遠(yuǎn)程終端監(jiān)測(cè)到的局部氣象數(shù)據(jù)，并顯示在預(yù)報(bào)員的電腦桌面上，其中超過(guò)98%的數(shù)據(jù)可被直接使用，數(shù)據(jù)自動(dòng)化處理程度大幅度提升，氣象信息的自動(dòng)化程度上升至接近90%的程度，隨著人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)的大范圍應(yīng)用，這些指標(biāo)還將得到進(jìn)一步提升[7]。因此，氣象大數(shù)據(jù)收集和處理的速度相比過(guò)去得到極大的改善。通過(guò)APP等軟件平臺(tái)，可自動(dòng)向農(nóng)業(yè)生產(chǎn)人員發(fā)布預(yù)警信息，準(zhǔn)確率和時(shí)效性達(dá)到了很高的水平。就農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者而言，現(xiàn)階段的智慧農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)具有良好的便捷性，服務(wù)模式趨于人性化。例如，2022年5月是安徽蒙城縣小麥集中晾曬的關(guān)鍵時(shí)期，村民在5月29日17:00，通過(guò)“惠農(nóng)氣象”APP查到鄰近的降雨信息，由于氣象信息準(zhǔn)確地預(yù)估了可能的降雨時(shí)間，于是村民孫某趕在暴雨來(lái)臨前及時(shí)收回自家的2 hm2小麥，避免了小麥被雨淋濕。村民感慨天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性和便捷性?；ヂ?lián)網(wǎng)技術(shù)的加持增強(qiáng)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者獲取氣象信息的便捷性，人們只需下載手機(jī)APP，即可不受限制地查閱不利的氣象因素，提前采取規(guī)避措施，相較于傳統(tǒng)的氣象服務(wù)模式，這種新型模式真正體現(xiàn)出人性化的特點(diǎn)。

2.2.4 各類(lèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與管理主體相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)高效協(xié)調(diào)機(jī)制在傳統(tǒng)管理模式下，農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)低效的重要原因之一是氣象部門(mén)、農(nóng)業(yè)管理部門(mén)與轄區(qū)內(nèi)的農(nóng)村缺乏高效的信息溝通機(jī)制。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主體是以家庭為單位的村民和少量的農(nóng)村經(jīng)濟(jì)合作社。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的管理主體包括氣象部門(mén)、農(nóng)業(yè)農(nóng)村局等。在基于互聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)平臺(tái)上，各類(lèi)管理主體均可成為平臺(tái)的角色，發(fā)揮著不同的作用。軟件平臺(tái)擁有多種客戶(hù)端，廣大的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者使用統(tǒng)一的客戶(hù)端，主要應(yīng)用數(shù)據(jù)查詢(xún)的相關(guān)服務(wù)[8]。氣象部門(mén)負(fù)責(zé)錄入、更新和管理氣象大數(shù)據(jù)，因而在氣象服務(wù)平臺(tái)扮演管理角色，其他部門(mén)也可在平臺(tái)上發(fā)布信息，宣傳推廣本部門(mén)的工作內(nèi)容和要求?？梢?jiàn)，在智慧農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)中，各種管理部門(mén)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主體均是相關(guān)軟件平臺(tái)的使用者，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了各類(lèi)角色之間的互動(dòng)與溝通，降低了時(shí)間成本，提高了溝通效率。氣象部門(mén)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者之間的快速溝通是其最突出的特點(diǎn)。

3 結(jié)束語(yǔ)

安徽省在智慧農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)方面開(kāi)展了一系列的技術(shù)創(chuàng)新活動(dòng)，由氣象部門(mén)牽頭，以移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)等為基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)出一系列惠農(nóng)的氣象服務(wù)產(chǎn)品，主要是APP、微信小程序等。在農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)方面開(kāi)創(chuàng)了新模式，體現(xiàn)在宏觀(guān)氣象數(shù)據(jù)與微觀(guān)氣象數(shù)據(jù)相結(jié)合，提高數(shù)據(jù)獲取的便捷性，提升天氣預(yù)報(bào)的數(shù)據(jù)精度，借助數(shù)字化平臺(tái)提高農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)的針對(duì)性。