地面氣象觀測對玉米種植的影響

內蒙古自治區興安盟扎賚特旗氣象局 鄒福玉 覃南珠

前言

農業生產過程中，及時獲取準確的氣象預報，可以降低經濟損失，保障農作物健康生長，為農民帶來的較高收益。故此應掌握地面氣象觀測技術的運用要點，融入自動化技術、可視化技術等，建立功能多樣的觀測系統，保障氣象觀測的有效性，農民可以提前制定應對措施，促進玉米植株穩定生長，保障種植效益。

1 地面氣象觀測

1.1 含義

地面氣象觀測出現時間較早，觀測方式呈現多樣化特點，以觀測平臺為載體，在現代化儀器、技術的作用下，精準觀測天氣，了解地面大氣變化特點，及時為廣大群眾提供準確的天氣信息。同時，伴隨著科技的快速發展，地面氣象觀測技術和設備得到改善，觀測精度進一步提升[1]。據研究結果顯示，地面觀測技術最早出現于歐洲地區，借助于當時先進的氣象儀器，建設功能多樣的氣象觀測網。進入19 世紀，通信技術和網絡技術發展腳步加快，對傳統觀測網進行調整，并建立氣象臺站網，逐步發展成地面觀測技術。

1.2 主要觀測內容

地面氣象觀測內容包含：專業觀測、氣候觀測、天氣觀測、專項觀測幾個內容。具體而言：專項觀測，利用專業化設備觀測云霧物理、大氣污染、臭氧等，需要根據實際情況，選擇相對應的觀測方法和設備。天氣觀測，能夠滿足氣象情報交流的條件，多角度分析某個區域的天氣，做出準確的預報。氣候觀測，具體觀測時間和次數各個國家規定不同。

2 玉米種植的氣候條件

2.1 水分

玉米種植期間，若想達到高產的目的，農戶應重點管控玉米地的水分，遇到干旱及時補水。據相關調查結果顯示，若667m2的土地可以生產500kg 的玉米，則玉米生長發育期間，需要400m3左右的水資源[2]。就目前狀況而言，玉米播種期至出苗期所需要的水量約占總水量的3%～5%，土壤濕度應保持在70%左右，進入出苗期，田間水量為60%，以此滿足植株根部發育的需求。

2.2 溫度

玉米生長過程中，對溫度變化較為敏感，適宜的溫度能夠明顯提高玉米的產量，為農戶帶來更高的效益。玉米生長過程中，最佳溫度為10～25℃，若當地氣溫未在這一范圍內，將抑制玉米的生長速度。同時，玉米屬于喜溫農作物，溫度關系到植株的出苗率和出苗速度。根據相關調查結果顯示，溫度6～7℃左右符合玉米種子的萌芽條件，而若種植溫度不超過10℃，將導致出芽速度緩慢。此外種子還會受到細菌的侵擾，極易出現缺苗、腐爛等現象。以北方農村為例，玉米種植時間多在春季，要求土壤溫度在10～12℃在之間，土壤厚度在5～10cm 左右。通過查閱大量相關資料，將≥10℃作為區劃指標，明確玉米最適宜生長的區域，如表1 所示。

表1 玉米氣候區劃指標

2.3 光照

玉米生長發育期間，若有充足的光照，可以在保證玉米品質的基礎上，加快生長速度，而若光照未能滿足要求，則不利于玉米進行光合作用。具備良好的光照條件，能夠積累更多有機物，滿足玉米生長發育的要求。

3 影響地面氣象觀測的因素

3.1 虹吸雨量器問題

地面氣象觀測過程中，由于受到多種因素的影響，虹吸雨量器常常出現故障問題，如在摩擦力的作用下，出現突跳、滴水劃平線等問題。對此技術人員應查看虹吸管是否存在漏氣現象，并仔細清理虹吸管。

3.2 溫度表液柱中斷

地面氣象觀測期間，需要借助于被動式感應器完成觀測工作，主要由氣壓表、溫度表、雨量器等組成。其中溫度表極易出現液柱中斷現象，對此可以通過加熱法、撞擊法解決這一問題[3]。

3.3 日照紙問題

日照紙涂藥環節，若操作人員忽略對細節的關注，導致環換紙難度高，將會影響地面氣象觀測的準確性。因此需要對日照紙展開感光試驗，重點檢查涂藥面，之后按照要求更換紙張。

4 地面氣象觀測發展現狀

地面氣象觀測過程中，需要靈活運用觀測技術、方法、儀器，提高觀測結果的準確性。其中常規“六要素”測量方法運用較為廣泛，主要采用接觸式觀測方式，在被測量物質中放入傳感器裝置，如鉑電阻氣溫傳感器，主要借助于金屬鉑的基本性能，精準測量溫度，而硅壓阻氣壓傳感器，則運用壓電材料的壓電效應。另外，“云、風、天”觀測主要采取人工目測的方式，但此種測量方式操作過于復雜，并且極易受到人工因素的影響。鑒于此，近年來相關研究人員將自動化技術融入地面氣象觀測工作，測量方式呈現多樣化特點。具體而言：蒸發測量融入超聲波測距原理，實現持續化測量，并利用溫度補償的方法，進一步提升測量精度；輻射增熱測量采用補償法、測溫法；日照測量方法為對比法、直接測量法等。此外，部分傳感器運用效果一般，發展缺少完善性，如大氣壓測量、環境濕度測量，利用鉑電阻通風干濕表進行測量，但無法在0℃環境下運用[4]。

5 地面氣象觀測對玉米種植的積極影響

5.1 保障玉米種植效益

進入現代化社會，農業領域發展方向發生改變，逐漸向自動化、智能化方向發展，玉米種植更加科學化。玉米種植過程中，展開地面氣象觀測，能夠幫助農民明確種植最佳時間，確保氣候特點符合玉米發育要求，以此提高玉米種植效益。相對于其他農作物，玉米適應能力較強，但種植環節呈現復雜化特點，農戶應根據當地氣候特點，選擇最恰當的種植方法和技術，以此保障種子發芽期間具有充足的熱量。以北方玉米種植為例，種植時間多在五一前，若種植區域地勢平坦，優先選用機械播種方法，而若地勢坑洼，則采用人工種植方式。種子種植結束后，需要覆蓋保護膜，并且種植期間，嚴格管控種植密度[5]。

地面氣象觀測期間，利用新型傳感器檢測玉米種植地土壤水分、光照時間、溫度等參數，之后精準向控制平臺傳輸檢測數據，再將實測數據、預期數據相對比，一旦發現異常數據立刻通知農戶，采取有效的應對措施，避免降低玉米種植效益。同時，還能觀測種植區域的土壤溫度。采用移動地面觀測技術，實現在特定地點觀測，獲得的氣象數據更加準確，可以將環境監測傳感器和氣象傳感器安裝于交通工具上，移動更加方便。此外，觀測玉米種植溫度時，相關人員應從多個角度入手，重點考慮氣候環境、種植區特點、地勢、降水量，并且由于玉米對光照要求較高，應立足于當地氣候變化特點，選擇最佳的種植地點。

5.2 提高防災減災工作效果

制定可行性較高的地面氣象觀測方案，能夠預報未來幾天內的氣象狀況，幫助玉米種植戶提前采取災害應對措施，促使防災減災工作更具有針對性，不僅可以保障玉米種植效益，還可避免農戶生命安全受到威脅。農業氣象災害具有季節性、區域性、并發性的特征，夏季極易出現干旱、洪澇災害，冬季易出現霜凍災害，而春季和秋季易出現冰雹災害。只有提前掌握氣象變化特征，有針對性地制定預防方案，才能有效降低氣象災害帶來的影響。

如在地面氣象觀測過程中，了解影響云層變化特點，精準判斷干旱時間段，之后通過人工降雨或補水等方式，滿足玉米生長階段對水資源的需求。目前，云的觀測技術可以測量云水含量、云的狀態、云量、云底高、云譜分布等，最早采用可見光成像測量技術，但無法測量夜間云的全部信息，難以保障氣象觀測結果的準確性。因此逐漸運用紅外成像測量技術與激光云高測量技術，其中紅外技術常常受到氣溶膠和水汽等因素的影響，比較適用于測量黑色的云。

此外，能見度測量技術也屬于測量云的關鍵技術，主要包含散射式、攝像式、透射式等測量技術，其中攝像式能見度測量技術主要利用數字攝像機，氣象觀測結果更加客觀、真實。此外，地面氣象觀測能夠精準測量濕度、風速、氣溫、風向、氣壓等，為農戶提供可靠的數據。觀測氣溫時，采取金屬鉑電阻測溫方式，或者紅外測溫、熱電偶測溫技術；測量氣壓時，利用石英振梁和振筒氣壓儀；空氣濕度測量時，運用吸濕法、熱力學測濕法，主要利用露點儀；觀察風速和風向時，采取機械轉動式方法和壓力測風技術；降水測量時，利用翻斗式測雨技術。不僅如此，還可利用地基遙感氣象觀測技術進行觀察，此種方式包含被動式遙感和主動式遙感。

5.3 推動農業領域健康發展

玉米等農作物在種植過程中，生長發育期間都會受到氣象因素的影響，不僅影響種子的發芽率，還關系到農作物的生長速度和品質，與農業領域未來發展關系密切。通過進行地面氣象觀測，借助于現代化技術和設備，能夠為農民提供準確的氣象預報，科學確定播種時間、灌溉量等，不斷提高農產品的質量，在為農戶帶來更多效益的同時，推動農業領域健康發展。近年來，地面氣象觀測逐漸向技術化、智能化方向發展，融入了先進的氣象觀測儀器，操作更加簡單快捷。其中地面氣象傳感器屬于主要設備，分成風向、降水、溫度等多種類型的傳感器，溫度傳感器又分為半導體電阻、金屬電阻、流動溫度傳感器等。通過靈活運用不同類型的地面氣象觀測設備，可以快速收集氣象信息數據，為農業健康生產提供有利條件。

由于氣象條件對農業生產影響重大，不斷提高地面氣象觀測水平，引進新型觀測設備，可大幅度提升氣象預測的準確性和時效性，做到趨利避害。并且及時預報氣象災害，可以幫助農戶調整農作物種植方案，防止產生較高的經濟損失。若經地面氣象檢測發現，未來一段時間內當地溫度明顯下降，并出現凍害天氣，農民應根據不同的玉米品種和熱量資源，采取有效的預防方案，并時刻關注氣候變化特點，選擇不同類型的品種。如低溫年，選用早熟玉米品種；高溫年，選用晚熟品種，降低不良氣候帶來的影響。不僅如此，玉米種植期間，農戶應注重田間管理工作，為玉米植株提供充足的生長條件，低溫天氣多鏟蹚，調整水熱氣候條件。

5.4 精準檢測并分析氣候條件

地面氣象觀測過程中，利用氣候檢測、可視化技術，可以實現全面觀測，獲得精準的氣象信息，便于農民及時掌握當地氣候變化特點，調整玉米種植方法，提高種植的科學性，獲得更高的種植效益。玉米田間管理期間，種植戶應根據近階段降雨量情況，靈活調整灌溉量和灌溉次數，以此保障灌溉的科學性，滿足玉米生長發育需求。科學化進行地面氣象觀測，能夠為種植戶提供準確的氣象信息和圖片。

現階段，地面氣象觀測數據呈現方式為文本格式，而為了便于人們觀看和分析，更加直觀地分析氣象變化特點，為玉米種植提供更多可靠數據，相關人員應對觀測數據展開預處理，以計算機圖形方式展現，其中可視化技術發揮著至關重要的作用。工作流程為：利用圖像處理技術，將地面氣象觀測數據轉變成圖形或圖像，之后呈現于屏幕，數據格式轉變成柵格結構空間數據，如圖1 所示。當前可視化技術主要運用于氣象觀測領域，通過將氣象數據轉變成圖像，了解數據的變化規律。

圖1 柵格結構

此外，為了做到綜合或地理顯示不同的氣象要素，提高玉米種植的科學性，需要在地面氣象觀測數據可視化處理期間，采取數據分層的方法，分成溫度層、降水量層、地圖層等，可以單獨讀取和計算每層數據，農戶能夠通過操作界面，快速了解天氣情況，同時增設通明度調節功能，實現對不同組合數據的分析。地圖層處于最底層，與紋理映射原理相似度高，根據地圖網格輪廓邊緣坐標，精準計算數據差值，確保預處理數據與網格數據相一致。溫度層主要根據土壤溫度繪制，隨著溫度的逐漸升高，溫度層顏色由紫色轉變成紅色，便于展開系統化分析。降水量和相對濕度層，利用顏色編碼方式繪制，降水量最小值為0mm，相對濕度范圍0%～100%。

6 結語

總而言之，在時代快速發展背景下，農作物生長發育期間，常常受到氣象因素的影響，并且隨著近年來氣象災害頻繁，給農民造成了較高的經濟損失，制約農業發展腳步。鑒于此，需要重視地面氣象觀測工作，靈活運用各種觀測技術和設備，保障氣象觀測結果的準確性。以玉米種植為例，地面氣象觀測期間，應重點觀測溫度、降雨量、溫濕度等氣象，為農民提供可靠的氣象信息。