地面氣象觀測對玉米種植的影響

內(nèi)蒙古自治區(qū)興安盟扎賚特旗氣象局 鄒福玉 覃南珠

前言

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，及時獲取準確的氣象預報，可以降低經(jīng)濟損失，保障農(nóng)作物健康生長，為農(nóng)民帶來的較高收益。故此應掌握地面氣象觀測技術(shù)的運用要點，融入自動化技術(shù)、可視化技術(shù)等，建立功能多樣的觀測系統(tǒng)，保障氣象觀測的有效性，農(nóng)民可以提前制定應對措施，促進玉米植株穩(wěn)定生長，保障種植效益。

1 地面氣象觀測

1.1 含義

地面氣象觀測出現(xiàn)時間較早，觀測方式呈現(xiàn)多樣化特點，以觀測平臺為載體，在現(xiàn)代化儀器、技術(shù)的作用下，精準觀測天氣，了解地面大氣變化特點，及時為廣大群眾提供準確的天氣信息。同時，伴隨著科技的快速發(fā)展，地面氣象觀測技術(shù)和設(shè)備得到改善，觀測精度進一步提升[1]。據(jù)研究結(jié)果顯示，地面觀測技術(shù)最早出現(xiàn)于歐洲地區(qū)，借助于當時先進的氣象儀器，建設(shè)功能多樣的氣象觀測網(wǎng)。進入19 世紀，通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展腳步加快，對傳統(tǒng)觀測網(wǎng)進行調(diào)整，并建立氣象臺站網(wǎng)，逐步發(fā)展成地面觀測技術(shù)。

1.2 主要觀測內(nèi)容

地面氣象觀測內(nèi)容包含：專業(yè)觀測、氣候觀測、天氣觀測、專項觀測幾個內(nèi)容。具體而言：專項觀測，利用專業(yè)化設(shè)備觀測云霧物理、大氣污染、臭氧等，需要根據(jù)實際情況，選擇相對應的觀測方法和設(shè)備。天氣觀測，能夠滿足氣象情報交流的條件，多角度分析某個區(qū)域的天氣，做出準確的預報。氣候觀測，具體觀測時間和次數(shù)各個國家規(guī)定不同。

2 玉米種植的氣候條件

2.1 水分

玉米種植期間，若想達到高產(chǎn)的目的，農(nóng)戶應重點管控玉米地的水分，遇到干旱及時補水。據(jù)相關(guān)調(diào)查結(jié)果顯示，若667m2的土地可以生產(chǎn)500kg 的玉米，則玉米生長發(fā)育期間，需要400m3左右的水資源[2]。就目前狀況而言，玉米播種期至出苗期所需要的水量約占總水量的3%～5%，土壤濕度應保持在70%左右，進入出苗期，田間水量為60%，以此滿足植株根部發(fā)育的需求。

2.2 溫度

玉米生長過程中，對溫度變化較為敏感，適宜的溫度能夠明顯提高玉米的產(chǎn)量，為農(nóng)戶帶來更高的效益。玉米生長過程中，最佳溫度為10～25℃，若當?shù)貧鉁匚丛谶@一范圍內(nèi)，將抑制玉米的生長速度。同時，玉米屬于喜溫農(nóng)作物，溫度關(guān)系到植株的出苗率和出苗速度。根據(jù)相關(guān)調(diào)查結(jié)果顯示，溫度6～7℃左右符合玉米種子的萌芽條件，而若種植溫度不超過10℃，將導致出芽速度緩慢。此外種子還會受到細菌的侵擾，極易出現(xiàn)缺苗、腐爛等現(xiàn)象。以北方農(nóng)村為例，玉米種植時間多在春季，要求土壤溫度在10～12℃在之間，土壤厚度在5～10cm 左右。通過查閱大量相關(guān)資料，將≥10℃作為區(qū)劃指標，明確玉米最適宜生長的區(qū)域，如表1 所示。

表1 玉米氣候區(qū)劃指標

2.3 光照

玉米生長發(fā)育期間，若有充足的光照，可以在保證玉米品質(zhì)的基礎(chǔ)上，加快生長速度，而若光照未能滿足要求，則不利于玉米進行光合作用。具備良好的光照條件，能夠積累更多有機物，滿足玉米生長發(fā)育的要求。

3 影響地面氣象觀測的因素

3.1 虹吸雨量器問題

地面氣象觀測過程中，由于受到多種因素的影響，虹吸雨量器常常出現(xiàn)故障問題，如在摩擦力的作用下，出現(xiàn)突跳、滴水劃平線等問題。對此技術(shù)人員應查看虹吸管是否存在漏氣現(xiàn)象，并仔細清理虹吸管。

3.2 溫度表液柱中斷

地面氣象觀測期間，需要借助于被動式感應器完成觀測工作，主要由氣壓表、溫度表、雨量器等組成。其中溫度表極易出現(xiàn)液柱中斷現(xiàn)象，對此可以通過加熱法、撞擊法解決這一問題[3]。

3.3 日照紙問題

日照紙涂藥環(huán)節(jié)，若操作人員忽略對細節(jié)的關(guān)注，導致環(huán)換紙難度高，將會影響地面氣象觀測的準確性。因此需要對日照紙展開感光試驗，重點檢查涂藥面，之后按照要求更換紙張。

4 地面氣象觀測發(fā)展現(xiàn)狀

地面氣象觀測過程中，需要靈活運用觀測技術(shù)、方法、儀器，提高觀測結(jié)果的準確性。其中常規(guī)“六要素”測量方法運用較為廣泛，主要采用接觸式觀測方式，在被測量物質(zhì)中放入傳感器裝置，如鉑電阻氣溫傳感器，主要借助于金屬鉑的基本性能，精準測量溫度，而硅壓阻氣壓傳感器，則運用壓電材料的壓電效應。另外，“云、風、天”觀測主要采取人工目測的方式，但此種測量方式操作過于復雜，并且極易受到人工因素的影響。鑒于此，近年來相關(guān)研究人員將自動化技術(shù)融入地面氣象觀測工作，測量方式呈現(xiàn)多樣化特點。具體而言：蒸發(fā)測量融入超聲波測距原理，實現(xiàn)持續(xù)化測量，并利用溫度補償?shù)姆椒?，進一步提升測量精度；輻射增熱測量采用補償法、測溫法；日照測量方法為對比法、直接測量法等。此外，部分傳感器運用效果一般，發(fā)展缺少完善性，如大氣壓測量、環(huán)境濕度測量，利用鉑電阻通風干濕表進行測量，但無法在0℃環(huán)境下運用[4]。

5 地面氣象觀測對玉米種植的積極影響

5.1 保障玉米種植效益

進入現(xiàn)代化社會，農(nóng)業(yè)領(lǐng)域發(fā)展方向發(fā)生改變，逐漸向自動化、智能化方向發(fā)展，玉米種植更加科學化。玉米種植過程中，展開地面氣象觀測，能夠幫助農(nóng)民明確種植最佳時間，確保氣候特點符合玉米發(fā)育要求，以此提高玉米種植效益。相對于其他農(nóng)作物，玉米適應能力較強，但種植環(huán)節(jié)呈現(xiàn)復雜化特點，農(nóng)戶應根據(jù)當?shù)貧夂蛱攸c，選擇最恰當?shù)姆N植方法和技術(shù)，以此保障種子發(fā)芽期間具有充足的熱量。以北方玉米種植為例，種植時間多在五一前，若種植區(qū)域地勢平坦，優(yōu)先選用機械播種方法，而若地勢坑洼，則采用人工種植方式。種子種植結(jié)束后，需要覆蓋保護膜，并且種植期間，嚴格管控種植密度[5]。

地面氣象觀測期間，利用新型傳感器檢測玉米種植地土壤水分、光照時間、溫度等參數(shù)，之后精準向控制平臺傳輸檢測數(shù)據(jù)，再將實測數(shù)據(jù)、預期數(shù)據(jù)相對比，一旦發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)立刻通知農(nóng)戶，采取有效的應對措施，避免降低玉米種植效益。同時，還能觀測種植區(qū)域的土壤溫度。采用移動地面觀測技術(shù)，實現(xiàn)在特定地點觀測，獲得的氣象數(shù)據(jù)更加準確，可以將環(huán)境監(jiān)測傳感器和氣象傳感器安裝于交通工具上，移動更加方便。此外，觀測玉米種植溫度時，相關(guān)人員應從多個角度入手，重點考慮氣候環(huán)境、種植區(qū)特點、地勢、降水量，并且由于玉米對光照要求較高，應立足于當?shù)貧夂蜃兓攸c，選擇最佳的種植地點。

5.2 提高防災減災工作效果

制定可行性較高的地面氣象觀測方案，能夠預報未來幾天內(nèi)的氣象狀況，幫助玉米種植戶提前采取災害應對措施，促使防災減災工作更具有針對性，不僅可以保障玉米種植效益，還可避免農(nóng)戶生命安全受到威脅。農(nóng)業(yè)氣象災害具有季節(jié)性、區(qū)域性、并發(fā)性的特征，夏季極易出現(xiàn)干旱、洪澇災害，冬季易出現(xiàn)霜凍災害，而春季和秋季易出現(xiàn)冰雹災害。只有提前掌握氣象變化特征，有針對性地制定預防方案，才能有效降低氣象災害帶來的影響。

如在地面氣象觀測過程中，了解影響云層變化特點，精準判斷干旱時間段，之后通過人工降雨或補水等方式，滿足玉米生長階段對水資源的需求。目前，云的觀測技術(shù)可以測量云水含量、云的狀態(tài)、云量、云底高、云譜分布等，最早采用可見光成像測量技術(shù)，但無法測量夜間云的全部信息，難以保障氣象觀測結(jié)果的準確性。因此逐漸運用紅外成像測量技術(shù)與激光云高測量技術(shù)，其中紅外技術(shù)常常受到氣溶膠和水汽等因素的影響，比較適用于測量黑色的云。

此外，能見度測量技術(shù)也屬于測量云的關(guān)鍵技術(shù)，主要包含散射式、攝像式、透射式等測量技術(shù)，其中攝像式能見度測量技術(shù)主要利用數(shù)字攝像機，氣象觀測結(jié)果更加客觀、真實。此外，地面氣象觀測能夠精準測量濕度、風速、氣溫、風向、氣壓等，為農(nóng)戶提供可靠的數(shù)據(jù)。觀測氣溫時，采取金屬鉑電阻測溫方式，或者紅外測溫、熱電偶測溫技術(shù)；測量氣壓時，利用石英振梁和振筒氣壓儀；空氣濕度測量時，運用吸濕法、熱力學測濕法，主要利用露點儀；觀察風速和風向時，采取機械轉(zhuǎn)動式方法和壓力測風技術(shù)；降水測量時，利用翻斗式測雨技術(shù)。不僅如此，還可利用地基遙感氣象觀測技術(shù)進行觀察，此種方式包含被動式遙感和主動式遙感。

5.3 推動農(nóng)業(yè)領(lǐng)域健康發(fā)展

玉米等農(nóng)作物在種植過程中，生長發(fā)育期間都會受到氣象因素的影響，不僅影響種子的發(fā)芽率，還關(guān)系到農(nóng)作物的生長速度和品質(zhì)，與農(nóng)業(yè)領(lǐng)域未來發(fā)展關(guān)系密切。通過進行地面氣象觀測，借助于現(xiàn)代化技術(shù)和設(shè)備，能夠為農(nóng)民提供準確的氣象預報，科學確定播種時間、灌溉量等，不斷提高農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量，在為農(nóng)戶帶來更多效益的同時，推動農(nóng)業(yè)領(lǐng)域健康發(fā)展。近年來，地面氣象觀測逐漸向技術(shù)化、智能化方向發(fā)展，融入了先進的氣象觀測儀器，操作更加簡單快捷。其中地面氣象傳感器屬于主要設(shè)備，分成風向、降水、溫度等多種類型的傳感器，溫度傳感器又分為半導體電阻、金屬電阻、流動溫度傳感器等。通過靈活運用不同類型的地面氣象觀測設(shè)備，可以快速收集氣象信息數(shù)據(jù)，為農(nóng)業(yè)健康生產(chǎn)提供有利條件。

由于氣象條件對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響重大，不斷提高地面氣象觀測水平，引進新型觀測設(shè)備，可大幅度提升氣象預測的準確性和時效性，做到趨利避害。并且及時預報氣象災害，可以幫助農(nóng)戶調(diào)整農(nóng)作物種植方案，防止產(chǎn)生較高的經(jīng)濟損失。若經(jīng)地面氣象檢測發(fā)現(xiàn)，未來一段時間內(nèi)當?shù)販囟让黠@下降，并出現(xiàn)凍害天氣，農(nóng)民應根據(jù)不同的玉米品種和熱量資源，采取有效的預防方案，并時刻關(guān)注氣候變化特點，選擇不同類型的品種。如低溫年，選用早熟玉米品種；高溫年，選用晚熟品種，降低不良氣候帶來的影響。不僅如此，玉米種植期間，農(nóng)戶應注重田間管理工作，為玉米植株提供充足的生長條件，低溫天氣多鏟蹚，調(diào)整水熱氣候條件。

5.4 精準檢測并分析氣候條件

地面氣象觀測過程中，利用氣候檢測、可視化技術(shù)，可以實現(xiàn)全面觀測，獲得精準的氣象信息，便于農(nóng)民及時掌握當?shù)貧夂蜃兓攸c，調(diào)整玉米種植方法，提高種植的科學性，獲得更高的種植效益。玉米田間管理期間，種植戶應根據(jù)近階段降雨量情況，靈活調(diào)整灌溉量和灌溉次數(shù)，以此保障灌溉的科學性，滿足玉米生長發(fā)育需求?？茖W化進行地面氣象觀測，能夠為種植戶提供準確的氣象信息和圖片。

現(xiàn)階段，地面氣象觀測數(shù)據(jù)呈現(xiàn)方式為文本格式，而為了便于人們觀看和分析，更加直觀地分析氣象變化特點，為玉米種植提供更多可靠數(shù)據(jù)，相關(guān)人員應對觀測數(shù)據(jù)展開預處理，以計算機圖形方式展現(xiàn)，其中可視化技術(shù)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。工作流程為：利用圖像處理技術(shù)，將地面氣象觀測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成圖形或圖像，之后呈現(xiàn)于屏幕，數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)變成柵格結(jié)構(gòu)空間數(shù)據(jù)，如圖1 所示。當前可視化技術(shù)主要運用于氣象觀測領(lǐng)域，通過將氣象數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成圖像，了解數(shù)據(jù)的變化規(guī)律。

圖1 柵格結(jié)構(gòu)

此外，為了做到綜合或地理顯示不同的氣象要素，提高玉米種植的科學性，需要在地面氣象觀測數(shù)據(jù)可視化處理期間，采取數(shù)據(jù)分層的方法，分成溫度層、降水量層、地圖層等，可以單獨讀取和計算每層數(shù)據(jù)，農(nóng)戶能夠通過操作界面，快速了解天氣情況，同時增設(shè)通明度調(diào)節(jié)功能，實現(xiàn)對不同組合數(shù)據(jù)的分析。地圖層處于最底層，與紋理映射原理相似度高，根據(jù)地圖網(wǎng)格輪廓邊緣坐標，精準計算數(shù)據(jù)差值，確保預處理數(shù)據(jù)與網(wǎng)格數(shù)據(jù)相一致。溫度層主要根據(jù)土壤溫度繪制，隨著溫度的逐漸升高，溫度層顏色由紫色轉(zhuǎn)變成紅色，便于展開系統(tǒng)化分析。降水量和相對濕度層，利用顏色編碼方式繪制，降水量最小值為0mm，相對濕度范圍0%～100%。

6 結(jié)語

總而言之，在時代快速發(fā)展背景下，農(nóng)作物生長發(fā)育期間，常常受到氣象因素的影響，并且隨著近年來氣象災害頻繁，給農(nóng)民造成了較高的經(jīng)濟損失，制約農(nóng)業(yè)發(fā)展腳步。鑒于此，需要重視地面氣象觀測工作，靈活運用各種觀測技術(shù)和設(shè)備，保障氣象觀測結(jié)果的準確性。以玉米種植為例，地面氣象觀測期間，應重點觀測溫度、降雨量、溫濕度等氣象，為農(nóng)民提供可靠的氣象信息。