智慧氣象系統在固原市農業生產服務中的應用研究

顧 娟,路智淵,景 博,杜昌海

(中國氣象局旱區特色農業氣象災害監測預警與風險管理重點實驗室，寧夏 銀川 750002；寧夏回族自治區氣象防災減災重點實驗室，寧夏 銀川 750002；寧夏回族自治區固原市氣象局，寧夏 固原 756000)

1 固原氣候特點和農業特色

1.1 固原氣候特點

固原市位于寧夏回族自治區南部，地處黃土高原暖溫半干旱氣候區,屬于北溫帶大陸性季風氣候，冬季漫長寒冷，夏季短暫涼爽，晝夜溫差大，常年干旱少雨，且季節性降水差異較大，災害性天氣多。年平均氣溫6.2℃，年日照時數2518.2 h，年平均降水量492.2 mm，無霜期152 d。固原市的主要農業氣候災害有干旱、凍害、低溫、雨雪冰凍、冰雹和風沙等。

1.2 固原現代農業發展狀況

固原市是寧夏和全國的枸杞種植基地，由于六盤山氣候的原因，主要種植小麥、玉米、馬鈴薯、枸杞等作物，畜牧業比較發達，牛羊的育肥與繁殖成為農業經濟收入的主要來源。經過精準扶貧政策的落實，固原的農業產業結構得到了調整優化，農業綜合生產能力不斷提高。近幾年，由于退耕還林還草政策的落實，生態環境得到了很大的改善，當地農業生產的氣候發生了變化，異常天氣減少，降水量增多，實現了經濟作物和與畜牧養殖的現代化和規模化發展，農業經濟收入水平有了很大的提升。

2 固原市智慧氣象系統框架

固原市智慧氣象農業服務系統設計的總體框架為智慧氣象農業服務平臺，其包括農業服務Web客戶端、智慧氣象農業移動用戶端和農業綜合數據庫三塊，每個功能模塊發揮著不同的作用。

1.1 Web客戶端

Web客戶端設計要考慮到氣象農業服務對象的需要。一方面，針對農業種植大戶、農業經營主體以及涉農企業提供B/S的桌面應用，具體包括自然災害預報、天氣晴雨變化信息、氣溫升降信息、作物病蟲害信息和作物長勢信息等關于農業氣象服務內容的查閱；另一方面，氣象服務業務管理平臺在內網運行中由業務人員完成所有氣象農業信息的制作、更新和管理，保證智慧氣象農業服務系統正常運行，包括用戶管理、作物管理、信息編制與發布等。對于政府主導和關系群眾收益的特色產業要做到對不同作物發育期的錄入和作物生長過程中的管理等，以完善智慧氣象對作物的精準服務。固原市是全國枸杞種植基地之一，其種植的氣候條件直接影響著農戶的收成，為此氣象部門和農戶非常關心智慧氣象在枸杞種植方面發揮作用。

1.2 農業綜合數據庫

智慧氣象農業綜合數據庫是智慧氣象農業服務系統的主要組成部分，在這里儲存了大量、各類、多來源的農作物預警相關數據，能夠滿足數據變更和業務增加對信息量的需求。

智慧氣象農業綜合數據庫的數據大致分為地理數據、氣象數據、預報數據和具體作物相關數據，數據庫所需數據均從區綜合氣象信息數據共享平臺及相關數據庫同步載入，同本地固原市的氣象數據信息一起儲存于本地服務器。使得地理信息數據基本包括固原區域的矢量數據，精確到村社一級，用作系統有關地圖展示的背景地圖；氣象數據主要來自固原市內建設的氣象觀測站，其中包括6個國家氣象站、8個土壤水分觀測站、193個區域小型自動氣象站、19個農田小氣候觀測站數據和3個特色設施蔬菜站，這些觀測站觀測到的相關數據可通過氣象信息數據共享平臺獲取[1]。

1.3 移動客戶端

移動客戶端（App）是服務與產品展示的終端部分，它配合Web客戶端完成分配的服務任務。目前通過安卓系統開發完成手機版系統的版本，其包括系統登錄頁面和主頁面、產品頁面三層界面。系統登錄界面包括注冊和登錄功能，登錄成功后進入主頁面，開始用戶信息設置、系統更新和系統分享等，主頁面顯示的都是服務模塊。上半部分是天氣影響評價功能模塊，下半部分包括功能應用、服務事項和專家咨詢三個模塊，天氣影響評價模塊包括日評價、周評價和月評價；農業服務模塊包括農田服務、作物服務、實時天氣、氣象服務、小氣候信息等；服務產品模塊包括農業專題服務、特色農業服務、農業氣象情報三個功能；專家服務包括專家咨詢和科學種田兩個功能模塊。頁面中的各個功能都可及時擴展[2]。

2 智慧氣象農業信息系統功能的應用分析

2.1 天氣影響評價模塊

固原市氣象局在農業氣象系統開發與應用中將天氣影響評價模塊分為日評價、周評價和月評價3個天氣評價要素，精確了農業氣象服務的內容。日評價是評價過去一天天氣對作物的影響和預測未來一天天氣對作物的影響，周評價和月評價是評價過去或未來一段時間天氣對作物的影響。系統根據收集到的天氣信息數據和農作物信息數據對實際作物生長的實況影響和預報影響做出精準的綜合分析，針對用戶關注的作物生長期，給出溫度、水分和通風等主要影響作物生長要素的影響等級，將影響等級分為“很嚴重、嚴重、不嚴重、有利、很有利”。天氣影響評價系統數據是云計算得出的，但是系統信息數據的靈活性和針對性較差，需要農業氣象專家進行干預，因此天氣影響評價在計算機系統綜合評價的基礎上需要業務人員通過Web端的業務平臺審核修訂。

2.2 農業生產中的服務

固原市智慧氣象在農業生產中主要通過農業氣象情報、農業氣象災害預報和農用天氣預報等預報活動為農事提供有針對性的氣象服務：（1）農業氣象觀測和試驗，確定農業氣象內容的使用標準。農業氣象觀測是通過農業氣象系統或者人工方式對作物的生長發育狀況、土壤狀況、溫度狀況和水分情況進行觀測，掌握作物生長的生態環境條件，才能為農業氣象信息提供具有科學性、針對性和操作性的基本數據資料；（2）農業氣象情報服務。結合當地的歷史氣象信息，分析當地現在環境氣候的變化，預報未來農業生產中可能產生的氣候情況，并根據預測的結果提出應對策略，為涉農用戶提供氣象信息。涉農用戶通過農業氣象情報及時掌握歷史天氣的情況及變化特點，為未來利用好氣象搞好農業生產提供依據。固原地區一年中冬春降水較少，比較干旱，秋夏雨水較多，土壤水分飽和度極不穩定，如果及時預報土壤墑情就能確定灌溉期與灌溉量，氣象災害情報能夠預測作物災害發生的時間和輕重，有助于涉農用戶預防災害發生，減少損失；（3）農用天氣預報服務。通過統計分析法對天氣對農業生產產生的影響做專門的統計分析，滿足農業生產的實際需要，增強農用天氣預報實用性和準確性。固原市的玉米種植面積逐漸擴大，成為主要糧食作物，寒冷的氣候條件常導致玉米幼苗遇到寒潮侵襲而發生凍死的事故，常規的天氣預報僅僅播報低溫的變化，而農用天氣預報針對玉米作物生長對天氣的要求提供有針對性的天氣預報信息，從而提高了天氣預報的價值，避免農作物遭受損失。

3 討論

農業氣象服務是智慧氣象信息系統開發中的主要內容，也是智慧氣象存在的意義所在。本文研究的農業智慧氣象服務系統是在區域氣象站和氣候觀測站的基礎上開發與建立的，主要以本地農業生產為服務對象。固原市氣象局開發的系統框架及思路具有指導性，其他地區的氣象部門可通過數據的更新開展本地的智慧氣象為農服務業務。智慧氣象為農服務的平臺通過對數據信息整合和分析，形成本地的氣象服務產品，給涉農用戶提供人性化和針對性的智能服務。智慧農業氣象信息系統具有很強的數據分析能力和模型構建能力，加快信息綜合數據的應用是智慧氣象建設的主要目的，對農業生產影響的定量分析是智慧氣象的核心，鑒于此，要繼續搞好氣象信息智慧化建設和服務，實現智慧農業氣象服務功能。