農業氣象災害監測預測技術淺析

李榮雙

摘 要 隨著農業現代化發展，農業氣象災害檢測預測技術取得重大進展，其作為農業災害防控與評估的基礎，一直以來深受農業氣象研究工作的重視。基于此，對我國農業面臨的主要氣象災害、農業氣象災害指標、監測技術與預警技術進行總結和分析。

關鍵詞 農業氣象災害;監測技術;預測技術

中圖分類號：S42 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.27.081

農業生產過程中導致作物明顯減產的氣候異常或不利天氣統稱為農業氣象災害，是影響農作物產量穩定性的重要自然災害。受季風氣候影響，我國東部近海地區多雨、西部干旱地區少雨，南方降水多于北方，季風雨量及來臨時間均對農業產生深刻影響，有時可引起大范圍水旱災害。因此，我國是世界上農業氣象災害嚴重的國家之一[1]。另外，我國農業生產基礎設施薄弱，抗災能力弱，大部分區域的農作物并未脫離靠天吃飯的局面，一旦發生天災，農作物損失面積巨大，對農業生產造成嚴重不利影響，嚴重影響農業可持續發展[2]。對災害進行準確檢測與及時預測是防控農業災害的首要前提，農業氣象災害的檢測預測技術一直是農業氣象領域的研究重點，深受國家各層面的重視。農業氣象災害檢測預測體系能夠實現從宏觀到微觀上全程跟蹤監測氣象災害的發生和發展過程，為農業氣象災害的預防、控制工作提供依據，最大程度上降低農業氣象災害帶來的農業損失。

1 我國農業面臨的主要氣象災害

從廣義上講，氣象災害指大氣對國民經濟建設、人們生命財產安全、國防建設等造成的損害，包括天氣災害、氣候災害、氣象衍生災害等。在所有自然災害中，氣象災害是發生最為頻繁、影響最為廣泛的災害，給農業和國家經濟造成巨大損失。

氣象災害作為原生災害，具備波及范圍廣、發生頻率高、種類眾多、災情嚴重等特點。國家所處地理區域即氣候特征與氣象災害的發生具有重要聯系，受緯度、海陸位置、地形特征等因素影響，我國大陸性季風氣候顯著，呈現雨熱同期、復雜多樣的特點。農業是國民經濟產業結構中的第一產業，受氣象災害影響程度大，我國常見的農業氣象災害包括以下4種。1）干旱。在農業水平不高的地區，長期少雨或無雨導致土壤缺水、空氣干燥，致使作物因缺水影響生產發育而減產。2）洪澇。長時間集中降水對作物造成的傷害。3）霜凍。溫暖期內大氣溫度迅速降低至足以引起作物受損或導致作物短時間內死亡的低溫凍害。4）冷害。在作物生長季節內，溫度低于作物生長下限溫度，妨礙作物生長，導致減產[3]。

2 農業氣象災害指標

在實際農業生產中，對農作物影響較大的災害包括干旱、高溫熱害、寒害、臺風、暴雨和大風等，災害監測與預測的基礎內容就是農業氣象災害指標。當前農業氣象領域對各類型的氣象災害都進行了不同程度的研究，當前研究相對完善的指標包括干旱、低溫冷害與寒害等。

2.1 干旱指標

干旱指標是通過數據方式呈現出土壤的干旱程度。旱災分析具備綜合對比及度量的作用，該指標是干旱檢測的基礎和核心。干旱形成原因非常復雜，與人類活動、下墊面情況、地理位置、降水情況等多種因素有重要關聯，故難以形成統一標準的干旱評價指標。統計發現，當前正在應用的干旱指標超過50種，應用相對廣泛的指標有相對濕潤度指數、降水距平百分率、CI指數、標準化降水指數、Palmer指數等[4]。

2.2 寒害指標

寒害是指溫度低于最低溫度對作物產生的傷害，包括冷害與凍害，對于零上低溫對作物造成的傷害稱為冷害，零下低溫對作物的傷害稱為凍害，寒害在我國北方地區十分常見。以東北地區為例，玉米低溫冷害空間分為3種類型：1）全區一致型，其絕對值最大中心位于黑龍江省牡丹江市與吉林延邊州，該區域為東北冷害敏感區;2）西南、東北相反型，絕對值中心位于大小興安嶺地區;3）西北、東南相反型，絕對值中心位于吉林東部長白山區以及黑龍江西北部，以上區域都是東北玉米寒害敏感區。當前國內對寒害研究指標主要集中在東北玉米、水稻及新疆棉花上，常用的低溫冷害指標包括作物發育期距平指標、生長發育關鍵期冷積溫指標、生長季積溫指標以及玉米低溫冷害綜合指標等[5]。

2.3 低溫冷害指標

低溫冷害是農作物在生長過程中，熱量不足以支撐其生長發育而受到不利影響的災害，一般采用溫度距平、積溫距平作為低溫冷害指標。我國地域跨度大，不同區域低溫冷害判斷指標存在較大差異。以華北地區為例，通常選擇5—9月的平均溫度作為判斷指標，東北地區則通常選擇6—10月來獲取指標。

3 農業氣象災害監測預測技術研究

隨著人類經濟活動的增多，全球變暖趨勢明顯，農業氣象災害更加頻發，對農業生產活動造成嚴重影響，農業氣象災害檢測預測技術研究被納入國家多個五年計劃當中。隨著科技發展，農業氣象災害的研究方法及指標已經由單一化向多元化、立體化發展，構成了由地面向空中連接的三維監測網，全面監測氣象災害的發展動向[6]。

3.1 地面監測

地面監測是氣象災害監測和預測的基礎前提，是其他高新監測技術發展的基礎保障，具備準確性和實時性強的特點，其在農業氣象業務中的應用一般通過土壤濕度、溫度等的觀測來實現，能夠根據這些災害指標實現對災害發生和發展過程的監測，但其存在監測點離散程度高、人力物力耗費大的不足。當前，地面災害監測技術有以下3種。1）農田蒸散量監測，該方法是干旱監測的重要參數，能夠直接作為農田干旱監測指標。2）農作物模擬生長模式，通過對農作物生長模型的研究，同時結合歷史受災害數據，分析農作物受災規律，進而推算出農作物發育過程與實際受害年份之間存在的對應關系。3）地理信息系統技術及氣候學模型，通過海拔、土地利用、坡向、坡度等地理信息來對最低氣溫、平均氣溫等資料進行高空間分辨，同時結合某地農作物生長發育情況與受害指標，實現對災害發生強度與波及范圍的動態監控[7]。

3.2 遙感監測

衛星遙感技術的發展促進了農業氣象災害檢測預測研究的進步，并為其提供了重要工具。當前，遙感災害監測技術在寒害、洪澇、干旱等災害的監測中取得重要進展，以在干旱監測中的應用最為廣泛。當前，熱慣量法與作物缺水指數法是遙感監測干旱的最常見方法。此外，還可以通過雷達檢測土壤水分，通過發射雷達波束后，根據回波信號、散射系數、目標物物理特性等的分析可以反推土壤水分，以此進行干旱監測。還有一些常用的監測指標包括表觀熱慣量植被干旱指數、溫度植被干旱指數、溫差植被干旱指數等，這些指標能夠對國內干旱分布情況進行評價。近年來，關于可見光、近紅外與熱紅外相結合來監測農業氣象災害的研究取得重要進展[8]。除了干旱的檢測，遙感技術對低溫災害方面的監測也得到較為廣泛的利用，可以采用遙感技術反推地面溫度的方法來測試某地農作物受冷害情況，還可以采用空間分辨率相對比較低的NOAA數據光譜資料，進行綠度圖的合成，通過觀察不同時相圖像綠度差異來評價農作物受害情況。

4 預警技術

4.1 數據統計預報

通過信息化檢測設備獲得大量的氣象數據之后，對氣象數據展開統計、分析與處理。例如，對風力、濕度、溫度變化數據進行統計，進而建立起預測模型，對作物致災因子進行預報。

4.2 氣象與天氣（氣候）相結合模式

以農田水分平衡方程作為依據，同時結合氣象要素的每日預報值來預測一定深度圖層的土壤含水量，能夠對干旱的出現日期進行預警。針對易發生低溫冷害的地區，考慮到作物主要是因熱量不足導致發育受到影響而減產，可以將最低氣溫日、最高氣溫日作為引子，建立起修正熱量單位發育模型，對各個區域作物發育進行劃分后，將抽雄期延遲時間作為低溫冷害發生的評價指標，預警冷害發生的時間與程度。

5 結語

農業氣象災害發生頻繁，會對農業生產活動秩序造成嚴重影響。對此，必須通過新設備、新技術建立起完善的氣象災害監測預測系統，提前對災害發生時間、程度進行預判，進而指導農民做好應對準備，減輕氣象災害帶來的經濟損失。

參考文獻：

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[8] 鞏文峰，帥玉婷，馬占鴻.林芝地區小麥條銹菌與氣象因子的關系及流行動態模型的構建[J].植物保護學報，2018，45（1）：167-172.

（責任編輯：趙中正）