基于GIS的湖州特色農業氣象災害監測預警平臺研制及應用

吳 彬，李艷芳*，劉雙喜，陳中赟，駱麗楠，吳亞嵐

（1.湖州市氣象局，浙江 湖州 313000；2.安吉縣氣象局，浙江安吉 313300）

基于GIS的湖州特色農業氣象災害監測預警平臺研制及應用

吳 彬1，李艷芳1*，劉雙喜1，陳中赟1，駱麗楠1，吳亞嵐2

（1.湖州市氣象局，浙江 湖州 313000；2.安吉縣氣象局，浙江安吉 313300）

結合湖州特色農業生產對氣象服務的需要，利用C#編程語言開發了湖州特色農業氣象災害監測預警平臺，該平臺集氣象與農情信息監測、災害識別和預警、精細化氣象預報產品顯示、數據查詢和管理等功能于一體，有效地提升了湖州特色農業氣象災害監測預警業務能力，同時也可為農業氣象服務提供技術支撐。

特色農業生產；氣象與農情信息監測；精細化氣象預報產品；氣象災害監測預警

近幾年來，氣候異常多變已經成為全球關注的重大問題，頻繁發生的氣象災害對農業生產造成的損失往往十分巨大，嚴重制約著農業生產的快速、穩健發展。高溫干旱、低溫冰凍、連陰雨、暴雪、大風等氣象災害多發，尤其對特色農業的生產影響很大。湖州集山川、丘陵、平原、水鄉為一體，農業資源豐富，以糧油、蠶桑、水產、畜牧、林業、茶果等特色經濟作物為主導產業。為避免或減輕氣象災害對特色農業生產的影響，建立相應的氣象災害監測與預警平臺顯得尤為重要。

目前國內不少專家在農業氣象災害監測與預警技術方面做過不少研究，并且也取得了一定的成果［1-8］。但是這些農業氣象災害監測與預警技術的研究從業務化和關鍵技術等方面來看，還存在不少值得改進的地方，主要表現在：一是大量農業氣象災害預警技術還僅處在研究階段，還很難直接業務化；二是現有的系統大多應用傳統的統計模型或經驗模型；三是災害指標相對較粗，不能完全適用于地方特色作物；四是基于精細化天氣預報的特色農業氣象災害預警技術還不多見。鑒于上述情況，有必要研制一套針對地方特色農業的氣象災害監測與預警平臺，以便為特色農業氣象服務提供有針對性、實用性和科學性的技術支撐；同時，這對合理利用氣候資源，發展特色農業產業，加快提升特色農業的抗災害能力等均有重要意義。

1 平臺設計

該平臺基于.Net框架，在微軟集成開發環境VisualStudio2010下，按照C#編程語言標準編寫，為了讓處理算法和程序具有更好的可靠性、可維護性、可擴展性及可移植性，編程實現了模塊化結構設計［9］。

該平臺主要包括以下4個功能模塊：氣象與農情信息監測模塊、精細化氣象預報產品模塊、氣象災害預警模塊、數據查詢和管理模塊。圖1為特色農業氣象災害監測預警平臺的整體界面。

2 系統主要功能

2.1 氣象與農情信息監測模塊

模塊包括特色農業 （種植或養殖）區域內氣象與農情信息采集與傳輸裝置、服務器端數據接收與綜合顯示軟件 （圖2）2部分。其中，氣象與農情信息采集與傳輸裝置負責實時采集并傳輸區域內的數字圖像信息及溫濕度、降水等氣象要素數據；數據接收和綜合顯示軟件負責數據的接收、入庫更新和顯示。

圖1 湖州特色農業氣象災害監測與預警平臺界面

圖2 火龍果大棚內實景及氣象要素監測

2.2 精細化氣象預報產品模塊

選用ECMWF（歐洲）、JMA（日本）和NECP（美國）這3種數值模式預報結果為集成成員，采用最優化集成方法對各集成成員的預報結果進行客觀釋用，形成多模式，空間分辨率5km×5km的精細化網格化降水、溫度、風、相對濕度等的客觀預報產品。集成方法具體參考Woodcock等［10］的研究工作。

圖3中a為安吉茶園小氣候短期精細化天氣預報客觀圖形化產品，b為站點的精細化預報產品。用戶可以通過 “站點選擇”“初始場選擇”等進行參數設置。降水量、氣溫和雨量等氣象要素的顯示實現了圖形可視化，直觀明了。

2.3 氣象災害預警模塊

2.3.1 氣象災害預警模型

模型首先利用自動氣象站實時監測數據、精細化氣象預報產品，結合特色農業氣象災害指標計算氣象災害等級；其次，通過氣象與農情信息采集與傳輸裝置采集的數字圖像和氣象要素，利用支持向量機方法反演天氣現象和氣象災害；最后，利用反演的天氣現象和氣象災害對氣象災害等級進行驗證和修正，并輸出預警結果［11］，圖4為模型示意圖。

2.3.2 模塊功能和界面

氣象災害預警模塊界面如圖5所示，該模塊利用MeteoInfo，wContour動態鏈接庫進行二次開發［12］，實現了特色農業氣象災害預警功能，用戶可以自行選擇初始場時間、氣象要素等參數。預警產品最終以圖形化和文字列表等形式輸出，供農業氣象服務人員或農業相關部門參考。

圖3 安吉茶園 （a）及農田 （b）小氣候短期精細化天氣預報客觀產品

圖4 氣象災害預警模型

3 數據查詢和管理模塊

平臺的后臺數據存放在服務器的SQLServer 2008數據庫中，通過SqlClient連接方法，實現數據庫的訪問功能［11］。

數據庫主要包括歷史農業氣象災害統計數據、歷年氣象數據、特色農業小氣候實時監測數據、數字圖像信息、特色農業氣象災害指標體系及短期精細化天氣預報客觀產品數據。該模塊實現了上述所有數據的查詢和檢索、導入與導出以及刪除和添加等功能 （圖6）。

圖5 安吉白茶霜凍等級預警 （a）、淡水養殖 （b）及林果 （c）氣象災害預警及適宜度等級界面

圖6 指標查詢界面

4 小結

利用C#編程語言，結合MeteoInfo，wContour動態鏈接庫，開發了一套湖州特色農業氣象災害監測預警平臺，通過在本地開展的實踐及業務應用表明：該平臺實現了氣象與農情信息監測、災害識別和預警、精細化氣象預報產品顯示、數據查詢和管理等功能，方便快捷，產品直觀明了，提高了業務人員的效率；該平臺在業務中得到了較好的應用，有效地提升了湖州特色農業氣象災害監測預警業務能力，同時也為氣象和農業相關部門在農業氣象服務中提供了強有力的技術支撐。

［1］ 張愛民，盛紹學，馬曉群，等.基于GIS技術的安徽省重大農業氣象災害測評系統總體設計 ［J］.大氣與環境光學學報，1998，11（5）：48-52.

［2］ 盛紹學，馬曉群，荀尚培，等.基于GIS的安徽省干旱遙感監測與評估研究 ［J］.自然災害學報，2003，12（1）：151-157.

［3］ 盛紹學，馬曉群，楊太明，等.基于GIS的安徽省重大農業氣象災害測評系統 ［J］.南京氣象學院學報，1998，21（4）：703-708.

［4］ 張愛民，馬曉群，盛紹學，等.安徽省農業氣象災害定量監測評估研究 ［J］.安徽農業科學，2004，32（4）：746-748.

［5］ 王春林，劉金鑾，周國逸，等.基于GIS的廣東荔枝寒害監測預警研究 ［J］.應用氣象學報，2003，14（4）：487-495.

［6］ 田紅，陸維松，吳必文.基于GIS的氣象災害監測與評估集成系統 ［J］.氣象科學，2002，22（4）：482-489.

［7］ 楊林.基于GIS的福建省氣候監測與災害預警系統 ［J］.氣象科技，2005，33（5）：474-477.

［8］ 陳峰云，顧澤，王玨，等.湖州市農業氣象服務及災害預警系統開發 ［J］.安徽農學通報，2012，18（1）：146-147，157.

［9］ 吳彬，李艷芳，張喜亮，等.湖州氣象圖形可視化軟件的設計與實現 ［J］.氣象水文海洋儀器，2013（1）：69-76.

［10］ WOODCOCKF，ENGELC.Operationalconsensusforecasts［J］.Weather&Forecasting，2005，20（1）：101-111.

［11］ 吳彬，李艷芳，金志鳳，等.茶葉生產氣象服務系統的設計與實現 ［J］.浙江農業科學，2015，56（7）：980-982，985.

［12］ WANGYQ.MeteoInfo：GISsoftwareformeteorologicaldata visualizationandanalysis［J］.MeteorologicalApplications，2014，21（2）：360-368.

（責任編輯：高 峻）

S166

B

0528-9017（2016）05-0760-05

2016-01-26

湖州市科技計劃項目 （2013GY06）；湖州市氣象局科研項目 （hzqx201602）

吳 彬 （1986—），男，江蘇海安人，工程師，碩士，主要從事應用氣象、農業氣象信息的微電子測量等方面的研究工作，E-mail：wubin19860@163.com。

李艷芳 （1984—），女，河南鄭州人，工程師，碩士，主要從事氣象預報服務等方面的研究工作，E-mail：liyanfang840727 @126.com。

文獻著錄格式：吳彬，李艷芳，劉雙喜，等.基于GIS的湖州特色農業氣象災害監測預警平臺研制及應用 ［J］.浙江農業科學，2016，57（5）：760-764.

10.16178/j.issn.0528-9017.20160546