農業氣象觀測技術及其在農業生產中的應用

摘 要：隨著全球氣候變化對農業生產影響日益突出，對農業氣象觀測技術的研究與應用成為提高農業生產效率和作物產量的重要環節。對此，概述了農業氣象觀測技術，包括地面氣象站點的觀測技術、衛星遙感技術與無人機觀測技術，分析了農業氣象觀測技術的應用，并探討了技術挑戰與未來發展方向。

關鍵詞：農業氣象觀測；農業生產；氣候變化；遙感技術；作物管理

中圖分類號：S163 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）12–0-03

隨著全球氣候變暖加劇，極端天氣事件頻發，對農業產業產生了深刻的影響。對此，農業氣象觀測技術的研究和應用顯得尤為重要。隨著科技的進步，農業氣象觀測技術已經經歷從傳統的地面觀測到衛星遙感、無人機觀測等現代技術的轉變。這些技術不僅提高了數據獲取的效率和精度，還擴展了觀測的范圍和功能，為制定更為精準的農業管理策略提供了可能。當前已有多種先進的農業氣象觀測技術被廣泛應用于實際生產，如作物生長監測、氣象災害評估、農田水資源管理及作物病蟲害防治等，但這些技術的優勢與局限性仍需詳細探討。因此，對農業氣象觀測技術及其在農業生產中的應用進行分析，具有重要的現實意義。

1 農業氣象觀測技術概述

1.1 地面氣象站點的觀測技術

地面氣象站點的觀測技術在農業氣象觀測中扮演著重要角色[1]。這些站點通常包括氣象塔和各類傳感器，能夠實時監測溫度、濕度、降水量、風速和風向等基本氣象參數。地面氣象站點具有數據采集精度高和連續穩定的特點，能夠為農業生產提供翔實的數據支撐。

地面觀測的優勢在于其高精度及長期數據積累，可以為區域性的農業氣候分析和歷史氣象模式的研究提供重要的基礎。而這些數據，對于制定長期農業生產規劃和應對氣候變化具有重要意義[2]。在實際應用中，地面氣象觀測的數據能夠幫助識別作物生長期內的關鍵氣象因素，從而指導農戶進行合理的田間管理。

地面氣象站點也存在一定局限性，主要體現在覆蓋范圍有限和設備維護成本較高。地面氣象站點分布有限，難以全面覆蓋大面積農田，特別是在一些地形復雜或偏遠地區。此外，設備的日常維護和數據傳輸的穩定性也對技術部署提出了一定要求。如何優化地面氣象站點的布局、降低運營成本，是需要持續關注的問題。

當前，隨著科技的進步，地面氣象站點正在逐漸與自動化和智能化技術相結合。通過采用先進的傳感器技術和無線數據傳輸系統，地面氣象觀測的效率和精度得到進一步提高。這種技術的進步，為地面氣象站點在未來農業生產中發揮更大的作用奠定了基礎。結合其他觀測技術，地面氣象站點將為實現精準農業與可持續農業發展提供關鍵支持。

1.2 衛星遙感技術

衛星遙感技術在農業氣象觀測中發揮著重要作用，以其覆蓋范圍廣、數據獲取頻率高和多光譜觀測能力，成為現代農業發展中的關鍵工具[3]。該技術通過搭載在衛星上的傳感器，捕捉地球表面的電磁波信息，將其轉換為關于地表特征的精確數據，從而支持農業生產管理決策。

在實際應用中，衛星遙感技術可以監測農作物的生長狀況，通過分析作物反射光譜信息，評估葉綠素含量、植被指數等生長指標。這些信息幫助農戶實時了解作物的健康狀況，優化管理措施。氣象災害預報方面，衛星遙感技術通過大范圍的氣象數據采集，幫助識別極端天氣事件，如干旱、洪水和高溫等，從而減輕對農業生產的負面影響。

在農田水資源管理中，這項技術通過監測土壤水分和地表溫度等參數，支持精準灌溉，提高水資源利用效率。衛星遙感技術在作物病蟲害監測中也顯示出優勢，通過識別異常光譜特征，及早發現病蟲害跡象，減少損失。

衛星遙感技術盡管具有顯著優勢，但是在空間分辨率和時間更新頻率上仍存在一定的局限性。因此，借助先進算法和大數據分析，可更精準地將遙感信息整合至農業生產管理中，推動農業現代化進程。

1.3 無人機觀測技術

無人機觀測技術憑借其高靈活性和成本效益，能夠在短時間內覆蓋大面積農田，提供高分辨率的氣象數據。這些數據對農作物監測、土壤濕度評估和病蟲害監測具有重要意義。

無人機搭載的多光譜和熱感相機可以精確監測作物的生長情況，識別作物健康狀態和所需的養分條件。這種技術在及時發現病蟲害侵襲和水分虧缺問題方面表現尤為突出，有助于農戶快速采取相應的防控措施，減少損失。無人機還能夠實時獲取農田溫濕度信息，為精準灌溉和施肥提供科學依據，優化農業管理，提高資源利用效率。

相比傳統地面觀測，無人機技術具有更高的觀測精度和更廣闊的應用范圍。但其在應用過程中也面臨著電池壽命限制、氣候條件影響和數據處理復雜性等挑戰。發展高耐久電池技術和優化數據分析算法成為關鍵，以推動無人機觀測技術在農業氣象領域的進一步應用和普及。

2 農業氣象觀測技術的應用

2.1 農作物生長監測

農作物生長監測是農業氣象觀測技術的重要應用領域之一。通過現代化的觀測手段，可以獲取關鍵的氣象數據，如溫度、濕度、降水量和光照等，這些數據對農作物的生長具有直接影響。地面氣象站點能夠提供高精度、實時的氣象信息，有助于監測作物在生長周期中的具體需求和變化過程。

衛星遙感技術在大范圍農業監測中發揮了重要作用。通過對土地表面的觀測，遙感技術可以獲取作物覆蓋情況、植被指數等數據，協助評估農作物的生長狀態和地理分布。這種技術能夠在短時間內覆蓋廣闊區域，使農戶及時了解作物狀況，優化種植策略。

無人機觀測技術則提供了中小規模范圍內更為靈活的監測方案。無人機能夠低空飛行，獲取更加細致的農作物圖像數據，幫助分析葉片健康狀況和植株發育程度。這種精準的監測有利于發現局部生長異常，及時采取相應措施，以提高生產效率。

綜合而言，通過集成這些先進的氣象觀測技術，可以實現對農作物生長的全方位監控，支持科學的農業管理。

2.2 氣象災害預報與評估

氣象災害對農業生產具有顯著影響，農業氣象觀測技術在氣象災害的預報與評估中發揮著重要作用。通過地面氣象站點、衛星遙感與無人機觀測等技術，對氣象要素進行實時監測，實現對極端天氣如暴雨、干旱、冰雹等的預警，可以幫助農戶提前采取相應防范措施，減少損失。

地面氣象觀測主要提供精準的局地氣象數據，為短期天氣變化的預測提供支持。衛星遙感技術則以其廣域覆蓋與高時效性，適用于大范圍氣象災害的監測與預警，能夠有效追蹤災害的發生、發展與傳播路徑，為糧食安全評估提供重要參考。

無人機技術在精細化觀測方面展現出獨特優勢，尤其在快速評估災害損失方面，能夠為田間管理提供重要數據支持。在災后恢復階段，通過無人機收集的高分辨率圖像，可以精準評估受損區域，幫助制定科學的災后恢復策略。

綜合而言，在氣象災害評估中，這些先進技術的聯動應用，使得對災害的空間分布、時間演變及影響程度等方面的評估更加全面與準確。及時、準確的氣象預報與災害評估不僅能降低災害對農業的影響，還能提高生產決策的科學性，推動農業的可持續發展。

2.3 農田水資源管理與作物病蟲害防控

農業氣象觀測技術在農田水資源管理和作物病蟲害防控中發揮著重要的作用。通過精確的氣象數據，農戶能夠優化灌溉系統，確保水資源的合理利用和高效配置。衛星遙感技術和無人機觀測技術可以提供大面積的土壤濕度監測數據，幫助識別干旱區域及水資源過度利用問題。這些信息的應用使得灌溉計劃更加合理，減少水資源浪費，優化作物的生長環境。

在病蟲害防控方面，農業氣象觀測提供的溫度、濕度、降水等數據是預測病蟲害發生的重要依據[4]。通過分析氣象條件對病蟲害發生規律的影響，可以制定有效的防控策略。無人機觀測技術則能夠精準監測農田中不同區域的病蟲害分布狀況，輔助制定精細化治理措施。通過實時監測和數據分析，能及時調整防控策略，降低病蟲害的暴發風險，保障農作物的健康生長[5]。

氣象觀測技術的綜合應用，不僅提高了病蟲害防控的效率，還減少了農藥的使用，降低了環境污染風險。

綜合而言，農業氣象觀測技術在農田水資源管理與作物病蟲害防控中的應用，極大提升了農業生產的科學性和可持續性，為現代農業的智能管理提供了有力支持。

3 技術挑戰與未來發展方向

3.1 高精度低成本觀測設備的開發需求

高精度低成本的觀測設備在現代農業氣象觀測中扮演著重要角色，對提升觀測精度和普及應用具有重要意義[6-8]。現有的農業氣象觀測設備，如地面氣象站、衛星遙感裝置和無人機系統，盡管在監測不同環境和作物指標方面展現出各自的優勢，但仍面臨著成本高、技術復雜和適用范圍有限等問題。這些問題直接影響了這些技術在中小型農業生產者中的廣泛應用。

為滿足農業生產的多樣化需求，研發高精度低成本的觀測設備顯得尤為緊迫。移動傳感器技術與物聯網的結合，為解決這一問題提供了可能的路徑。通過開發集成化、小型化的傳感器設備，并利用無線網絡進行實時數據傳輸，能夠顯著降低設備的制造和運行成本。微機電系統技術的發展，為進一步縮小設備體積、提升精度和降低成本提供了技術支持。這些技術的進步使得過去昂貴而復雜的設備可以被更加經濟且易于維護的裝置替代。

在設備研發過程中，考慮當地的農業需求和環境條件也是必不可少的。通過模塊化設計，觀測設備可以按照不同地區的具體需求進行靈活調整。這不僅提高了設備的使用效率，還擴展了其在全球各地的適用性。加強與科研機構、設備制造商和農業從業者的合作，促進技術轉化和成果共享，將有助于加快高精度低成本觀測設備的開發和普及。這對于提升全球農業生產的效率和韌性，具有深遠影響和戰略意義。

3.2 智能化網絡化農業氣象服務系統的推廣

智能化網絡化農業氣象服務系統的推廣是當前農業生產現代化的重要方向。這一系統旨在通過整合信息技術、物聯網、大數據分析和云計算，提供精準、及時的氣象信息服務，進而提升農業生產的效率和可持續性。在應用過程中，技術的網絡化能夠實現不同氣象觀測設備和數據平臺之間的實時數據共享和信息互聯。這種信息共享使氣象數據的獲取更為便捷，數據的處理、分析效率大幅提高，從而為農戶提供更加精準的農業氣象服務。

同時，智能化技術的引入可以通過自主學習算法和智能決策支持系統，為農戶提供個性化的種植指導和風險評估。通過對實時氣象數據的分析，結合歷史氣象和生產數據，智能系統能夠預測作物生長趨勢和可能的氣象災害，為種植時間安排、灌溉施肥計劃提供科學依據[9-10]。并且，智能化系統還可以通過數據模型改進，使得在氣候異常情況下的決策更加準確，降低農作物減產的風險。

推廣這一系統面臨的挑戰主要在于技術和成本。技術層面涉及數據標準化、信息安全和數據隱私保護等問題。成本方面表現為小規模農戶對高科技設備的接受度和支付能力有限。政府和科研機構需提供相應的支持和補貼，以促進智能化網絡化農業氣象服務系統的普及與應用。

3.3 科研成果轉化與策略指導

科研成果的有效轉化是推動農業氣象觀測技術應用于實際生產的重要環節。相關部門需要建立多層次的合作機制，將科研機構、農業企業和政府部門緊密結合。通過協同創新，推動新技術的實現與推廣。開展廣泛的試點示范，以實際應用為平臺驗證和增強科研成果的適用性和效果。在此過程中，農戶的參與和反饋至關重要，能夠幫助技術更貼合實際需求[11-12]。

同時，應注重對相關技術人員的培訓，以提高他們對最新農業氣象觀測技術的理解和操作能力。這為成果轉化提供了人力保障。并且，政策支持也是重要的一環，通過制定鼓勵創新和應用的政策措施，為技術轉化創造良好的政策環境。

此外，推動農業氣象觀測技術的規范化和標準化，有助于解決因技術本身或數據來源不一致導致的使用障礙，這將進一步增強農戶對新技術的信任和接受度。只有通過全方位的策略指導和有效實施，新技術才能在農業生產中發揮最大的優勢，提高整體生產效率和促進農業生態的可持續發展。

4 結束語

隨著全球氣候變化加劇，準確的氣候信息對于提高農作物的產量和品質十分重要。地面氣象站、衛星和無人機等觀測方式可以幫助農戶監測作物的生長，預測天氣災害，管理農田水資源，并控制病蟲害。在未來，相關部門和企業應進一步研發更精確、成本更低的觀測設備，并建設智能化的農業氣象服務系統，為促進農業經濟高質量發展貢獻力量。

參考文獻

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收稿日期：2024-10-11

作者簡介：李喜賀（1997—），男，吉林通化人，助理工程師，研究方向為應用氣象。