农业气象灾害监测预测技术浅析

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作者:无, 字数:11103

  摘 要 随着农业现代化发展,农业气象灾害检测预测技术取得重大进展,其作为农业灾害防控与评估的基础,一直以来深受农业气象研究工作的重视。基于此,对我国农业面临的主要气象灾害、农业气象灾害指标、监测技术與预警技术进行总结和分析。
  关键词 农业气象灾害;监测技术;预测技术
  中图分类号:S42 文献标志码:B DOI:10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.27.081
  农业生产过程中导致作物明显减产的气候异常或不利天气统称为农业气象灾害,是影响农作物产量稳定性的重要自然灾害。受季风气候影响,我国东部近海地区多雨、西部干旱地区少雨,南方降水多于北方,季风雨量及来临时间均对农业产生深刻影响,有时可引起大范围水旱灾害。因此,我国是世界上农业气象灾害严重的国家之一[1]。另外,我国农业生产基础设施薄弱,抗灾能力弱,大部分区域的农作物并未脱离靠天吃饭的局面,一旦发生天灾,农作物损失面积巨大,对农业生产造成严重不利影响,严重影响农业可持续发展[2]。对灾害进行准确检测与及时预测是防控农业灾害的首要前提,农业气象灾害的检测预测技术一直是农业气象领域的研究重点,深受国家各层面的重视。农业气象灾害检测预测体系能够实现从宏观到微观上全程跟踪监测气象灾害的发生和发展过程,为农业气象灾害的预防、控制工作提供依据,最大程度上降低农业气象灾害带来的农业损失。
  1 我国农业面临的主要气象灾害
  从广义上讲,气象灾害指大气对国民经济建设、人们生命财产安全、国防建设等造成的损害,包括天气灾害、气候灾害、气象衍生灾害等。在所有自然灾害中,气象灾害是发生最为频繁、影响最为广泛的灾害,给农业和国家经济造成巨大损失。
  气象灾害作为原生灾害,具备波及范围广、发生频率高、种类众多、灾情严重等特点。国家所处地理区域即气候特征与气象灾害的发生具有重要联系,受纬度、海陆位置、地形特征等因素影响,我国大陆性季风气候显著,呈现雨热同期、复杂多样的特点。农业是国民经济产业结构中的第一产业,受气象灾害影响程度大,我国常见的农业气象灾害包括以下4种。1)干旱。在农业水平不高的地区,长期少雨或无雨导致土壤缺水、空气干燥,致使作物因缺水影响生产发育而减产。2)洪涝。长时间集中降水对作物造成的伤害。3)霜冻。温暖期内大气温度迅速降低至足以引起作物受损或导致作物短时间内死亡的低温冻害。4)冷害。在作物生长季节内,温度低于作物生长下限温度,妨碍作物生长,导致减产[3]。
  2 农业气象灾害指标
  在实际农业生产中,对农作物影响较大的灾害包括干旱、高温热害、寒害、台风、暴雨和大风等,灾害监测与预测的基础内容就是农业气象灾害指标。当前农业气象领域对各类型的气象灾害都进行了不同程度的研究,当前研究相对完善的指标包括干旱、低温冷害与寒害等。
  2.1 干旱指标
  干旱指标是通过数据方式呈现出土壤的干旱程度。旱灾分析具备综合对比及度量的作用,该指标是干旱检测的基础和核心。干旱形成原因非常复杂,与人类活动、下垫面情况、地理位置、降水情况等多种因素有重要关联,故难以形成统一标准的干旱评价指标。统计发现,当前正在应用的干旱指标超过50种,应用相对广泛的指标有相对湿润度指数、降水距平百分率、CI指数、标准化降水指数、Palmer指数等[4]。
  2.2 寒害指标
  寒害是指温度低于最低温度对作物产生的伤害,包括冷害与冻害,对于零上低温对作物造成的伤害称为冷害,零下低温对作物的伤害称为冻害,寒害在我国北方地区十分常见。以东北地区为例,玉米低温冷害空间分为3种类型:1)全区一致型,其绝对值最大中心位于黑龙江省牡丹江市与吉林延边州,该区域为东北冷害敏感区;2)西南、东北相反型,绝对值中心位于大小兴安岭地区;3)西北、东南相反型,绝对值中心位于吉林东部长白山区以及黑龙江西北部,以上区域都是东北玉米寒害敏感区。当前国内对寒害研究指标主要集中在东北玉米、水稻及新疆棉花上,常用的低温冷害指标包括作物发育期距平指标、生长发育关键期冷积温指标、生长季积温指标以及玉米低温冷害综合指标等[5]。
  2.3 低温冷害指标
  低温冷害是农作物在生长过程中,热量不足以支撑其生长发育而受到不利影响的灾害,一般采用温度距平、积温距平作为低温冷害指标。我国地域跨度大,不同区域低温冷害判断指标存在较大差异。以华北地区为例,通常选择5—9月的平均温度作为判断指标,东北地区则通常选择6—10月来获取指标。
  3 农业气象灾害监测预测技术研究
  随着人类经济活动的增多,全球变暖趋势明显,农业气象灾害更加频发,对农业生产活动造成严重影响,农业气象灾害检测预测技术研究被纳入国家多个五年计划当中。随着科技发展,农业气象灾害的研究方法及指标已经由单一化向多元化、立体化发展,构成了由地面向空中连接的三维监测网,全面监测气象灾害的发展动向[6]。
  3.1 地面监测
  地面监测是气象灾害监测和预测的基础前提,是其他高新监测技术发展的基础保障,具备准确性和实时性强的特点,其在农业气象业务中的应用一般通过土壤湿度、温度等的观测来实现,能够根据这些灾害指标实现对灾害发生和发展过程的监测,但其存在监测点离散程度高、人力物力耗费大的不足。当前,地面灾害监测技术有以下3种。1)农田蒸散量监测,该方法是干旱监测的重要参数,能够直接作为农田干旱监测指标。2)农作物模拟生长模式,通过对农作物生长模型的研究,同时结合历史受灾害数据,分析农作物受灾规律,进而推算出农作物发育过程与实际受害年份之间存在的对应关系。3)地理信息系统技术及气候学模型,通过海拔、土地利用、坡向、坡度等地理信息来对最低气温、平均气温等资料进行高空间分辨,同时结合某地农作物生长发育情况与受害指标,实现对灾害发生强度与波及范围的动态监控[7]。   3.2 遥感监测
  卫星遥感技术的发展促进了农业气象灾害检测预测研究的进步,并为其提供了重要工具。当前,遥感灾害监测技术在寒害、洪涝、干旱等灾害的监测中取得重要进展,以在干旱监测中的应用最为广泛。当前,热惯量法与作物缺水指数法是遥感监测干旱的最常见方法。此外,还可以通过雷达检测土壤水分,通过发射雷达波束后,根据回波信号、散射系数、目标物物理特性等的分析可以反推土壤水分,以此进行干旱监测。还有一些常用的监测指标包括表观热惯量植被干旱指数、温度植被干旱指数、温差植被干旱指数等,这些指标能够对国内干旱分布情况进行评价。近年来,关于可见光、近红外与热红外相结合来监测农业气象灾害的研究取得重要进展[8]。除了干旱的检测,遥感技术对低温灾害方面的监测也得到较为广泛的利用,可以采用遥感技术反推地面温度的方法来测试某地农作物受冷害情况,还可以采用空间分辨率相对比较低的NOAA数据光谱资料,进行绿度图的合成,通过观察不同时相图像绿度差异来评价农作物受害情况。
  4 预警技术
  4.1 数据统计预报
  通过信息化检测设备获得大量的气象数据之后,对气象数据展开统计、分析与处理。例如,对风力、湿度、温度变化数据进行统计,进而建立起预测模型,对作物致灾因子进行预报。
  4.2 气象与天气(气候)相结合模式
  以农田水分平衡方程作为依据,同时结合气象要素的每日预报值来预测一定深度图层的土壤含水量,能够对干旱的出现日期进行预警。针对易发生低温冷害的地区,考虑到作物主要是因热量不足导致发育受到影响而减产,可以将最低气温日、最高气温日作为引子,建立起修正热量单位发育模型,对各个区域作物发育进行划分后,将抽雄期延迟时间作为低温冷害发生的评价指标,预警冷害发生的时间与程度。
  5 結语
  农业气象灾害发生频繁,会对农业生产活动秩序造成严重影响。对此,必须通过新设备、新技术建立起完善的气象灾害监测预测系统,提前对灾害发生时间、程度进行预判,进而指导农民做好应对准备,减轻气象灾害带来的经济损失。
  参考文献:
  [1] 孙治贵,王元胜,张禄,等.北方设施农业气象灾害监测预警智能服务系统设计与实现[J].农业工程学报,2018,34(23):149-156.
  [2] 郭建茂,王锦杰,吴越,等.基于卫星遥感与气象站点数据的水稻高温热害监测和评估模型的改进[J].自然灾害学报,2018,27(1):163-174.
  [3] 于小兵,陈虹,吉中会,等.山东省农业气象灾害与主要农作物产量的灰色关联分析[J].灾害学,2019,34(3):103-108.
  [4] 李颖,冯玉,唐伟男,等.基于Copula函数的辽西地区农业气象干旱灾害分析[J].干旱地区农业研究,2018,36(2):279-287,294.
  [5] 吴彬,杨咏钢,李艳芳,等.茶园可视化农业气象信息动态监测预警系统研制及试验[J].计算机测量与控制,2018,26(8):195-199.
  [6] 唐文虎,杨毅豪,李雅晶,等.极端气象灾害下输电系统的弹性评估及其提升措施研究[J].中国电机工程学报,2020,40(7):2244-2254.
  [7] 包云轩,唐辟如,孙思思,等.中南半岛前期异常气候条件对中国南方稻区褐飞虱灾变性迁入的影响及其预测模型[J].生态学报,2018,38(8):2934-2947.
  [8] 巩文峰,帅玉婷,马占鸿.林芝地区小麦条锈菌与气象因子的关系及流行动态模型的构建[J].植物保护学报,2018,45(1):167-172.
  (责任编辑:赵中正)

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