我國農(nóng)業(yè)氣象自動化觀測現(xiàn)狀分析

朱鵬+孫達云+葛于兵

摘要：農(nóng)業(yè)是我國重點發(fā)展的產(chǎn)業(yè)，農(nóng)業(yè)氣象觀測，直接影響著我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與發(fā)展水平的提升。農(nóng)業(yè)氣象觀測的自動化，不僅有利于提高農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務服務的及時性、針對性，還有利于提升我國農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務服務質(zhì)量，提升氣象為農(nóng)服務科技水平，本文針對我國農(nóng)業(yè)氣象自動化觀測現(xiàn)狀進行了簡要探討。

關鍵詞：農(nóng)業(yè)氣象；自動化觀測

我國是一個農(nóng)業(yè)大國，自建國以來，我國對于農(nóng)業(yè)氣象觀測就比較重視，具有統(tǒng)一的觀測技術規(guī)范，在長期的農(nóng)業(yè)防災減災中，為農(nóng)業(yè)發(fā)展提供第一手資料。隨著農(nóng)業(yè)科學技術的發(fā)展，對于農(nóng)業(yè)氣象服務的要求也越來越高，需要利用先進的氣象監(jiān)測技術，對農(nóng)業(yè)氣象進行自動化觀測，有效預測以及防治農(nóng)業(yè)災情，不斷提升農(nóng)業(yè)氣象的服務質(zhì)量，緩解自然災害的影響，提高農(nóng)業(yè)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(jīng)開始建立農(nóng)業(yè)氣象觀測站，目前，我國農(nóng)業(yè)氣象觀測主要包含以下幾方面內(nèi)容，一是自然物候、農(nóng)業(yè)小氣候觀測，二是土壤水分觀測、作物觀測，三是養(yǎng)殖漁業(yè)、蔬菜畜牧、果樹、林木等觀測。傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)氣象觀測，受傳統(tǒng)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(nóng)業(yè)科技的快速發(fā)展，以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)格局的不斷調(diào)整，對農(nóng)業(yè)氣象觀測水平也提出了新的要求。為與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展相適應，自二十一世紀以來，中國氣象局開始調(diào)整站網(wǎng)布局和觀測項目，進一步規(guī)范現(xiàn)代農(nóng)業(yè)氣象觀測業(yè)務，不僅有效的改進了農(nóng)業(yè)氣象觀測儀器，還提升了觀測手段，組建自動化農(nóng)業(yè)氣象觀測網(wǎng)。無論是對農(nóng)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(jiān)測、降水滲透深度、干土層厚度等農(nóng)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(tài)、連續(xù)觀測，這種觀測方式，已經(jīng)很難適應新時期科學技術發(fā)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(jù)探測器發(fā)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(wǎng)中，利用數(shù)據(jù)采集器、水分傳感器，通過計算機網(wǎng)絡。可以將檢測到的信息，快速的回饋到觀測網(wǎng)各站點中。

2. 農(nóng)田小氣候觀測

農(nóng)田小氣候觀測，主要是通過作物病蟲害的動態(tài)監(jiān)測，農(nóng)作物生長氣候評價等，為農(nóng)業(yè)氣象災害監(jiān)測和評價提供數(shù)據(jù)和科學依據(jù)，通過對農(nóng)田內(nèi)和作物上方氣象條件觀測，偽科學評價提供數(shù)據(jù)。農(nóng)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(nóng)田小氣候觀測要素相同，可根據(jù)需要設置層數(shù)，一般情況下，層次數(shù)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(jù)農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務，農(nóng)作物的生長特性和服務需求，農(nóng)田小氣候觀測監(jiān)測農(nóng)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(jù)需求擴充傳感器要素。我們結合各種氣象指標，利用農(nóng)田小氣候觀測資料，可動態(tài)監(jiān)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(nóng)田小氣候觀測系統(tǒng)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(wǎng)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(nóng)田小氣候觀測系統(tǒng)中的主采集器，提供一個用于安裝系統(tǒng)配置和本地通信的RS -232 口，為了方便GPRS無線網(wǎng)絡傳輸，還提供一個以太網(wǎng)接口，用于業(yè)務數(shù)據(jù)傳輸、WEB 服務器數(shù)據(jù)傳輸，同時，方便現(xiàn)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(guī)模化的站網(wǎng)建設，離業(yè)務化運行還存在一定的距離，但為滿足新時期農(nóng)業(yè)氣象服務需求，一些省、市已經(jīng)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(wǎng)。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(xù)自動觀測固定區(qū)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(xiàn)360°無障礙旋轉(zhuǎn)。可以實現(xiàn)視頻拍攝圖像的自動抓拍，置定點參數(shù)等功能。自動作物長勢觀測系統(tǒng)，圖像自動識別處理，主要是結合不同發(fā)育期農(nóng)業(yè)氣象特點，通過對發(fā)育期氣象指標，圖像形態(tài)、色度特征進行分析，實現(xiàn)對作物的自動識別。目前，作物發(fā)育期識別的主要農(nóng)作物有糧食作物小麥、玉米、棉花、水稻等，不僅可以動態(tài)監(jiān)測農(nóng)作物生長變化，還可以實時提供農(nóng)作物長勢信息

結語： 我國農(nóng)業(yè)氣象自動化觀測，觀測的內(nèi)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(xiàn)農(nóng)業(yè)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。

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