摘 要：隨著農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)業(yè)的不斷發(fā)展，不少高效、準(zhǔn)確的氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)和預(yù)警技術(shù)被廣泛應(yīng)用，成為災(zāi)害評(píng)估及預(yù)案制定的前提。對(duì)此，本文深入研究農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，明確農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)的潛在問題，提出科學(xué)的改進(jìn)措施，強(qiáng)化氣象部門對(duì)災(zāi)害預(yù)測(cè)的研究，構(gòu)建全面完整、動(dòng)態(tài)持續(xù)的氣象災(zāi)害預(yù)警體系。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)氣象;災(zāi)害監(jiān)測(cè);預(yù)警技術(shù)

中圖分類號(hào)：S16

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190630067

引言

由于極端氣象因素造成的自然災(zāi)害是農(nóng)業(yè)作物減產(chǎn)的主要原因。受季風(fēng)性氣候和地域分布的影響，我國(guó)是世界上氣象災(zāi)害頻發(fā)的國(guó)家之一，并且具有持續(xù)性、廣泛性等特點(diǎn)，災(zāi)害種類繁多，造成的經(jīng)濟(jì)損失和人員身亡慘重。加之我國(guó)農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不足，群眾防范能力差，沒有從根源上有效應(yīng)對(duì)氣象災(zāi)害的出現(xiàn)，對(duì)國(guó)家糧食安全構(gòu)成了極大的威脅。

1 農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的判定指標(biāo)

氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)技術(shù)的發(fā)展離不開災(zāi)害指標(biāo)的確定，在近幾年的科學(xué)研究中，農(nóng)業(yè)干旱、寒凍、洪澇等氣象災(zāi)害指標(biāo)應(yīng)相對(duì)完善。

1.1 干旱指標(biāo)

干旱指標(biāo)用于描述區(qū)域內(nèi)空氣的干燥程度，一般由連續(xù)無雨日數(shù)、降水距平、土壤相對(duì)濕度、作物受旱面積、水田缺水率等確定，在干旱災(zāi)情的分析中起著對(duì)比、度量等作用，是干旱監(jiān)測(cè)技術(shù)運(yùn)用的核心內(nèi)容。干旱成災(zāi)的原因較多，主要是地理位置、地區(qū)氣候、自然環(huán)境、人為因素的影響。對(duì)此，我國(guó)并未形成統(tǒng)一的干旱判定指標(biāo)，各地所使用的指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到60種左右，需要專業(yè)人員結(jié)合地區(qū)特性加以確定。

連續(xù)無雨日數(shù)是指在種植作物期間，連續(xù)不降雨或降雨量不足的天數(shù)。各地氣候條件的不同，植物關(guān)鍵生長(zhǎng)期的連續(xù)無雨日數(shù)同干旱等級(jí)的關(guān)系如表1（需要注意的是無有效降水為日降水量<5mm的情況）。

不同的作物的需水關(guān)鍵期不同，水分欠缺越多對(duì)作物最終生產(chǎn)總量的影響較大，關(guān)系圖如表2。

降水距平是指在計(jì)數(shù)期內(nèi)測(cè)定的降雨量與多年同期平均降雨量的差值。根據(jù)中央氣象臺(tái)的指標(biāo)確定范圍，把單個(gè)氣象觀測(cè)站連續(xù)3個(gè)月以上觀測(cè)的降水量數(shù)值與多年平均值比較，低于25%～50%的為一般干旱，低于50%～80%的為重旱，連續(xù)3個(gè)月降水量低于多年平均值70%左右的為一般干旱，低于80%以上的為重旱，關(guān)系如表3。

土壤相對(duì)濕度的理論公式為：Rw=Wc/W0×100%

其中Rw為土壤相對(duì)濕度（%）;Wc為當(dāng)前的土壤重量或體積含水量（%）;W0與Wc相同單位的田間持水量（%）。播種期的土層厚度以0～20cm為界限，生長(zhǎng)關(guān)鍵期以0～60cm為界限，關(guān)系如表4。

1.2 低溫冷害指標(biāo)

主要是因?yàn)樽魑镌谡０l(fā)育中所需的熱能不足致使發(fā)育緩慢，產(chǎn)量降低的一種氣象災(zāi)害，一般使用溫度距平和積溫距平的指標(biāo)來表示。東北地區(qū)的溫度距平主要是根據(jù)5—9月份的平均測(cè)量氣溫和距平值來確定，分成一般低溫冷害和嚴(yán)重低溫冷害2個(gè)類型，判定界限為△T≤-1.3℃何△T≤-3.3℃。實(shí)踐表明，低溫冷害對(duì)作物減產(chǎn)程度的影響與溫度距平值存在正相關(guān)的關(guān)系，并且建立了低溫冷害的指標(biāo)體系，用于判斷1a內(nèi)低溫冷害出現(xiàn)的頻率及危害程度，從而為作物的種植提供參考依據(jù)。由于上述指標(biāo)是根據(jù)同種作物的同個(gè)發(fā)育階段所展開，缺乏對(duì)比意義。因此總結(jié)了玉米、棉花、水稻等作物的不同生物階段與溫度指標(biāo)的關(guān)系，提出了熱量指數(shù)的新理念，并合理運(yùn)用到監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)技術(shù)中。由此可確定，低溫冷害除了自然環(huán)境所提供的熱能不足作物發(fā)育之外，還影響了作物的正常發(fā)育規(guī)律，致使作物出現(xiàn)延遲生長(zhǎng)的狀況。

1.3 洪澇指標(biāo)

洪澇一般發(fā)生在降雨量、降雪量較多，且處于常年風(fēng)暴潮、熱帶氣旋的堤壩地區(qū)，以及由此引發(fā)的次生災(zāi)害。洪澇災(zāi)情的監(jiān)測(cè)指標(biāo)分為基本指標(biāo)和擴(kuò)展指標(biāo)。前者是發(fā)生次數(shù)、年度風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的重要依據(jù)，如受災(zāi)人數(shù)、作物損害面積、直接經(jīng)濟(jì)損失等，后者則是評(píng)估對(duì)象選定的指標(biāo)，如水、電、氣的中斷歷時(shí)等。

2 農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)技術(shù)

隨著氣象災(zāi)害指標(biāo)的不斷完善和確立，氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)技術(shù)研究也從單一化轉(zhuǎn)向立體化、多元化的方向。從地面到高空的三維監(jiān)測(cè)體系被廣泛建立，衛(wèi)星、雷達(dá)等智能遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也逐漸拓展到干旱、洪澇、冷害等氣象災(zāi)害的預(yù)警預(yù)防工作中，并且借助3S技術(shù)實(shí)現(xiàn)了氣象災(zāi)害的動(dòng)態(tài)化監(jiān)測(cè)，從微觀和宏觀的角度全面提高了氣象災(zāi)害預(yù)警的效率和準(zhǔn)確度，為指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了可靠保障。

2.1 地面監(jiān)測(cè)技術(shù)

地面氣象監(jiān)測(cè)技術(shù)是指在地面平臺(tái)建立可用于人工進(jìn)行觀察氣象的設(shè)施技術(shù)，可測(cè)量近地面層的關(guān)鍵要素和氣候，具有便捷、準(zhǔn)確度高、實(shí)時(shí)性的特點(diǎn)，一直以來都是其他創(chuàng)新監(jiān)測(cè)技術(shù)研發(fā)的保障，缺點(diǎn)是監(jiān)測(cè)站點(diǎn)分布離散、耗時(shí)耗力。我國(guó)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害服務(wù)一般是通過對(duì)土壤的濕度和區(qū)域溫度的監(jiān)測(cè)來判定災(zāi)害程度。例如干旱指標(biāo)的技術(shù)監(jiān)測(cè)。其主要參數(shù)是土壤的蒸散量。20世紀(jì)初有學(xué)者建立了蒸散量的物理模型，并通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行了完善的模擬實(shí)驗(yàn)，同時(shí)提出了互補(bǔ)理論，基于常規(guī)氣象資料判定出實(shí)際蒸散量。地面氣象觀測(cè)需要安裝地理信息系統(tǒng)，業(yè)務(wù)人員要結(jié)合當(dāng)?shù)氐貏?shì)條件分析主要?dú)庀髷?shù)據(jù)。作物生長(zhǎng)模擬技術(shù)也推動(dòng)了地面氣象技術(shù)的發(fā)展。有關(guān)人士建立玉米生長(zhǎng)模型，根據(jù)以往當(dāng)?shù)匕l(fā)生冷害氣象的數(shù)據(jù)信息，分析玉米灌漿期在遇到冷害氣象時(shí)的生長(zhǎng)規(guī)律，由此計(jì)算出玉米干重的損失量。互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展豐富了氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)的方式，開發(fā)了一套新型的人造適宜氣候溫室，內(nèi)部可實(shí)施動(dòng)態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、不良因子警告、遠(yuǎn)程控制室溫等手段，為農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)提供了優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。部分受自然氣象影響較大的作物可有效利用此技術(shù)，能達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控、診斷和預(yù)警的管理目的。

2.2 遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)

雷達(dá)、衛(wèi)星等遙感技術(shù)是農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)及預(yù)防的創(chuàng)新工具，且準(zhǔn)確度較高，應(yīng)用價(jià)值極大，對(duì)預(yù)防干旱、洪澇等自然災(zāi)害起到了重要的作用。此技術(shù)在干旱監(jiān)測(cè)工作中得到了普遍應(yīng)用，當(dāng)前最常見的干旱遙感監(jiān)測(cè)模式便是熱慣量法，加之雷達(dá)自動(dòng)感應(yīng)土壤中的蒸發(fā)水分和剩余含水量：向目標(biāo)發(fā)射雷達(dá)波束并接收回波型號(hào)，然后根據(jù)所得射散系數(shù)和作物的生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)、土壤的物理特征來檢測(cè)干旱程度。全國(guó)應(yīng)用的干旱指數(shù)有溫度植被、溫差植被、表觀熱慣量植被等，通過對(duì)這3個(gè)指數(shù)的監(jiān)測(cè)和分析，最終檢驗(yàn)出土壤可種植的性能。此技術(shù)的應(yīng)用需要依靠已有的區(qū)域氣象條件、地質(zhì)特點(diǎn)、地表覆蓋面積、土壤屬性、作物特點(diǎn)等數(shù)據(jù)，同時(shí)在建構(gòu)模型時(shí)需要通過重復(fù)采樣和處理的程序來提高模型的空間分布律，使得可見光的波段消散，監(jiān)測(cè)結(jié)果存在一定的誤差。現(xiàn)代農(nóng)業(yè)氣象技術(shù)對(duì)此進(jìn)行了改進(jìn)，通過可見光+近紅外和微波遙感相結(jié)合的模式來提高對(duì)干旱災(zāi)情的監(jiān)測(cè)具有實(shí)踐意義。例如植被干旱響應(yīng)指數(shù)便是在發(fā)達(dá)國(guó)家得到廣泛推廣的新型干旱監(jiān)測(cè)指數(shù)。這是一種基于傳統(tǒng)干旱氣象監(jiān)測(cè)手段的綜合技術(shù)，融合了時(shí)間序列，綜合了干旱強(qiáng)度指標(biāo)、降水指數(shù)、生態(tài)環(huán)境、土壤特性等數(shù)信息，采用全心的數(shù)據(jù)分析技術(shù)監(jiān)測(cè)出植物與氣候之間存在的關(guān)聯(lián)。

2.3 數(shù)理統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)技術(shù)

實(shí)時(shí)、精確的氣象災(zāi)害預(yù)測(cè)技術(shù)研發(fā)是農(nóng)業(yè)部門、氣象部門面臨的首要問題。數(shù)理統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)仍然是當(dāng)前預(yù)防氣象災(zāi)害的有效方法，其原理便是應(yīng)用時(shí)間序列，輸入多元回歸方程，經(jīng)過歸納、總結(jié)、分析后建構(gòu)數(shù)理模型。時(shí)間序列的分析是根據(jù)氣象災(zāi)害在發(fā)生時(shí)的一般規(guī)律，包括發(fā)生時(shí)間、間隔次數(shù)、持續(xù)時(shí)間等，借此推測(cè)出未來發(fā)生同種氣象災(zāi)害的可能性和影響范圍。一般情況下，氣象災(zāi)害的時(shí)間序列可以在計(jì)算機(jī)模擬器中建立起函數(shù)關(guān)系，并按照周期性的原理從中篩選出必要的函數(shù)形成預(yù)測(cè)模型。在引入非線性、突變型回歸方程建成的模型之后，優(yōu)化了其函數(shù)關(guān)系式，提高了預(yù)測(cè)的精確度。這種技術(shù)是基于原始災(zāi)害數(shù)據(jù)的條件下分析前期、中期、后期的要素變化。這些要素大多來自對(duì)大氣環(huán)流的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、地表溫度的宏觀感應(yīng)等。

3 結(jié)論

氣象觀測(cè)人員應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，當(dāng)前農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)技術(shù)仍處于發(fā)展研究階段，基礎(chǔ)性建設(shè)稍顯不足，平臺(tái)系統(tǒng)的災(zāi)害預(yù)警信息不夠完善，不利于群眾及時(shí)做好應(yīng)急準(zhǔn)備。對(duì)此，在創(chuàng)新監(jiān)測(cè)技術(shù)的過程中，應(yīng)綜合應(yīng)用好各項(xiàng)災(zāi)害指標(biāo)，強(qiáng)化對(duì)新技術(shù)的實(shí)驗(yàn)論證，盡量規(guī)避其應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，結(jié)合作物模型的構(gòu)建形成立體化的氣象預(yù)測(cè)體系，大力發(fā)展高空遙感和地面觀測(cè)技術(shù)，為農(nóng)業(yè)的發(fā)展做出持續(xù)性的貢獻(xiàn)。

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作者簡(jiǎn)介：

李曉莉（1975-），女，本科，工程師，研究方向：氣象。