我國農業氣象自動化觀測現狀分析

朱鵬+孫達云+葛于兵

摘要：農業是我國重點發展的產業，農業氣象觀測，直接影響著我國農業生產與發展水平的提升。農業氣象觀測的自動化，不僅有利于提高農業氣象業務服務的及時性、針對性，還有利于提升我國農業氣象業務服務質量，提升氣象為農服務科技水平，本文針對我國農業氣象自動化觀測現狀進行了簡要探討。

關鍵詞：農業氣象；自動化觀測

我國是一個農業大國，自建國以來，我國對于農業氣象觀測就比較重視，具有統一的觀測技術規范，在長期的農業防災減災中，為農業發展提供第一手資料。隨著農業科學技術的發展，對于農業氣象服務的要求也越來越高，需要利用先進的氣象監測技術，對農業氣象進行自動化觀測，有效預測以及防治農業災情，不斷提升農業氣象的服務質量，緩解自然災害的影響，提高農業氣象服務水平。

1. 土壤水分觀測自動化

在上個世紀五十年代，我國就已經開始建立農業氣象觀測站，目前，我國農業氣象觀測主要包含以下幾方面內容，一是自然物候、農業小氣候觀測，二是土壤水分觀測、作物觀測，三是養殖漁業、蔬菜畜牧、果樹、林木等觀測。傳統的農業氣象觀測，受傳統觀測手段和觀測儀器陳舊落后等因素的影響，不僅觀測的工作量大，觀測效果十分有限，而且觀測工作費時、費力。隨著農業科技的快速發展，以及農業生產格局的不斷調整，對農業氣象觀測水平也提出了新的要求。為與現代農業發展相適應，自二十一世紀以來，中國氣象局開始調整站網布局和觀測項目，進一步規范現代農業氣象觀測業務，不僅有效的改進了農業氣象觀測儀器，還提升了觀測手段，組建自動化農業氣象觀測網。無論是對農作物生長狀況，還是對以及土壤水分，都做到了實時、在線、自動化觀測。土壤水分的測量方法有以下幾種，一是土鉆法，二是中子儀法，三是時域反射（ TDR） 法，四是頻域反射（ FDR） 法等。土鉆法操作簡單，測量結果較準確，但是工作量大、任務太重，各種土壤墑情監測、降水滲透深度、干土層厚度等農情普查頻率太高，工作人員需要常年取土，耗時費力，并且也很難做到實時、動態、連續觀測，這種觀測方式，已經很難適應新時期科學技術發展步伐。中子儀法測量存在較大局限性，主要原因在于土壤水分存在放射線輻射。時域反射（ TDR） 法測量精度與用中子法相近，頻域反射（ FDR） 法是根據探測器發出的電磁波計算出被測物含水量，該方法不破壞土層結構，儀器安裝也比較簡便。在自動土壤水分觀測網中，利用數據采集器、水分傳感器，通過計算機網絡。可以將檢測到的信息，快速的回饋到觀測網各站點中。

2. 農田小氣候觀測

農田小氣候觀測，主要是通過作物病蟲害的動態監測，農作物生長氣候評價等，為農業氣象災害監測和評價提供數據和科學依據，通過對農田內和作物上方氣象條件觀測，偽科學評價提供數據。農田小氣候觀測對象主要分為兩類，一類是矮稈觀測，一類是高稈觀測。農田小氣候觀測要素相同，可根據需要設置層數，一般情況下，層次數量設置標配為三層，矮稈作物觀測傳感器安裝高度是3 層高度，即5 cm、60 cm和150 cm，一般情況下，矮稈作物頂部高度為 1.5 m。

高稈作物觀測傳感器一般設置 4 層，即300cm、150 cm、60 cm 、5 cm，一般情況下，作物頂部高度為3 m。根據農業氣象業務，農作物的生長特性和服務需求，農田小氣候觀測監測農田不同高度層光合有效輻射、地溫、溫度、濕度、降水量、風速等，也可根據需求擴充傳感器要素。我們結合各種氣象指標，利用農田小氣候觀測資料，可動態監測到大田主要氣象災害，如凍害、高溫、大風、干旱、干熱風、晚霜凍等。農田小氣候觀測系統也分為兩大部分，一是硬件部分，一是軟件部分。硬件包括無線網絡傳輸、外圍設備、采集器、傳感器等，軟件主要有主、分采集器嵌入式軟件。農田小氣候觀測系統中的主采集器，提供一個用于安裝系統配置和本地通信的RS -232 口，為了方便GPRS無線網絡傳輸，還提供一個以太網接口，用于業務數據傳輸、WEB 服務器數據傳輸，同時，方便現場診斷維護。

3. 作物生長自動化觀測

作物生長自動化觀測，還沒有進行規模化的站網建設，離業務化運行還存在一定的距離，但為滿足新時期農業氣象服務需求，一些省、市已經開始設立田間小氣候觀測設備，組建作物生長自動化觀測網。作物生長自動化觀測包括兩個方面，一是作物生長信息自動采集，二是圖像自動識別處理。另外，作物生長信息采集手段有兩種類型，一種是CCD（ chargecoupled device） 圖像傳感器，一種是視頻圖像信息采集器。CCD（ charge- coupled device） 采集的圖像分辨率較高，裝距地高度 4 ～ 5 m，作物觀測范圍俯仰角比較固定，測面積約為36.6 m2；可以連續自動觀測固定區域的作物生長情況。視頻圖像信息采集器安裝高度 3 m，垂直方向旋角可達90°，平方向可實現360°無障礙旋轉。可以實現視頻拍攝圖像的自動抓拍，置定點參數等功能。自動作物長勢觀測系統，圖像自動識別處理，主要是結合不同發育期農業氣象特點，通過對發育期氣象指標，圖像形態、色度特征進行分析，實現對作物的自動識別。目前，作物發育期識別的主要農作物有糧食作物小麥、玉米、棉花、水稻等，不僅可以動態監測農作物生長變化，還可以實時提供農作物長勢信息

結語： 我國農業氣象自動化觀測，觀測的內容比較復雜，因此，在應用的過程中，我們需要不斷的完善自動化觀測技術，實現農業氣象觀測點面結合，提高觀測的準確度，促進自動化觀測能力的普遍提升。

參考文獻

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