張新剛

焦作市氣象局

探究農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)技術(shù)研究進(jìn)展

張新剛

焦作市氣象局

農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)是災(zāi)害防控和影響評(píng)估的基礎(chǔ)。近年來，農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的監(jiān)測(cè)研究已經(jīng)從單一指標(biāo)和單一方法逐步提升到從地面到空中的多指標(biāo)、多方法的立體監(jiān)測(cè)體系，構(gòu)成了地一空三維監(jiān)測(cè)網(wǎng)。建立和完善了衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，開展干旱、洪澇、冷害等災(zāi)害的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，并基于3S技術(shù)和地面監(jiān)測(cè)相結(jié)合，構(gòu)建了農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，從宏觀和微觀角度來全面監(jiān)測(cè)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的發(fā)生發(fā)展過程。本文就他那就了農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)的技術(shù)，以供參考。

農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害；監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)；研究進(jìn)展

農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)研究長(zhǎng)期以來一直是農(nóng)業(yè)氣象研究工作的重點(diǎn)領(lǐng)域，也受到國(guó)家各個(gè)層面的高度關(guān)注。在這些國(guó)家重大項(xiàng)目中，農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)技術(shù)研究始終是重點(diǎn)任務(wù)之一，各項(xiàng)目的研究成果也在各級(jí)政府防災(zāi)減災(zāi)及救災(zāi)決策中起到了積極的作用。

1 農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害指標(biāo)研究

1.1 干旱指標(biāo)

干旱指標(biāo)是表示干旱程度的特征量，是旱情描述的數(shù)值表達(dá)，在干旱分析中起著度量、對(duì)比和綜合等重要作用，是干旱監(jiān)測(cè)的核心與基礎(chǔ)。干旱本身成因比較復(fù)雜，受地理位置、下墊面情況以及人類活動(dòng)等眾多因素影響，因此，很難找到一種普遍適用的干旱指標(biāo)，目前各種在用的干旱指標(biāo)至少有50多種。應(yīng)用比較廣泛的干旱指標(biāo)主要包括：標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)(SPI)、降水距平百分率、降水Z指數(shù)、相對(duì)濕潤(rùn)度指數(shù)、Palmer指數(shù)、CI指數(shù)以及K指數(shù)等。

1.2 低溫冷害指標(biāo)

低溫冷害是由于在農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育過程中熱量不足使農(nóng)作物的生長(zhǎng)發(fā)育受到不利影響的一種自然災(zāi)害，一般采用溫度距平或積溫距平表示。在生長(zhǎng)季溫度距平指標(biāo)的研究方面，東北地區(qū)一般采用5-9月的月平均溫度和距平值作為低溫冷害等級(jí)指標(biāo)。后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，吉林省糧豆產(chǎn)量與5-9月氣溫呈線性關(guān)系，根據(jù)冷害的發(fā)生與生育期總溫度條件的關(guān)系進(jìn)一步分析低溫年減產(chǎn)程度與生長(zhǎng)季月平均溫度和距平值之間的關(guān)系，整個(gè)東北地區(qū)糧豆產(chǎn)量與5-9月平均溫度總和也呈高度正相關(guān)，從而建立了一套低溫冷害等級(jí)指標(biāo)。

1.3 寒害指標(biāo)

寒害通常是指我國(guó)華南地區(qū)冬季出現(xiàn)的低溫災(zāi)害，承災(zāi)體主要是熱帶亞熱帶經(jīng)濟(jì)林果、蔬菜和漁業(yè)養(yǎng)殖。利用廣東省22個(gè)代表站1957-2001年冬季逐日平均氣溫和最低氣溫資料，以廣東省南亞熱帶作物的生物學(xué)下限溫度為依據(jù)，從這些作物受寒害的起點(diǎn)溫度(環(huán)境溫度小于等于5.0C)出發(fā)，提出了寒害過程的概念和明確的定義，并用寒害過程低溫的強(qiáng)度舊最低氣溫)、持續(xù)時(shí)間(日數(shù))及其綜合作用的物理量(負(fù)積溫)描述寒害的強(qiáng)度，研究了廣東歷年冬季寒害的變化。

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

2.1 農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害地面監(jiān)測(cè)

地面監(jiān)測(cè)是農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)，由于其實(shí)時(shí)性強(qiáng)，準(zhǔn)確性高，一直是其他高新技術(shù)不斷發(fā)展的保障，但其不足之處是監(jiān)測(cè)點(diǎn)離散，且耗時(shí)費(fèi)力。在我國(guó)農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)中，通常是通過實(shí)時(shí)觀測(cè)的土壤濕度和溫度等氣象條件，并依據(jù)災(zāi)害指標(biāo)開展農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的監(jiān)測(cè)服務(wù)，但這方面的文獻(xiàn)報(bào)道相對(duì)很少。農(nóng)田蒸散量是干旱監(jiān)測(cè)的主要參數(shù)，也可直接用于農(nóng)田干旱的監(jiān)測(cè)。因此，國(guó)內(nèi)外對(duì)農(nóng)田蒸散的研究十分重視。

地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)和氣候?qū)W模型的快速發(fā)展為農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的精細(xì)化監(jiān)測(cè)提供了便利條件，融合土地利用、海拔高度、坡度、坡向等地理信息，對(duì)平均氣溫、最低氣溫資料進(jìn)行較高空間分辨率的地理訂正，結(jié)合廣東冬季經(jīng)濟(jì)林果的生長(zhǎng)發(fā)育狀況和受害指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)寒害發(fā)生發(fā)展及其強(qiáng)度、范圍的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。農(nóng)作物模擬模式的發(fā)展也為農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的監(jiān)測(cè)提供了新技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展為農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)提供了新的手段。

2.2 農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害遙感監(jiān)測(cè)

我國(guó)目前較為常用的遙感監(jiān)測(cè)干旱的方法為熱慣量法和作物缺水指數(shù)法。另有采用雷達(dá)監(jiān)測(cè)土壤水分，通過發(fā)射雷達(dá)波束，接受回波信號(hào)，然后根據(jù)所得到的向后散射系數(shù)與目標(biāo)物的形態(tài)及物理特性的關(guān)系反演土壤水分進(jìn)行干旱監(jiān)測(cè)。溫度植被干旱指數(shù)(TVDI)、溫差植被干旱指數(shù)(DTVDI)和表觀熱慣量植被干旱指數(shù)(AVDI)3個(gè)干旱指標(biāo)可評(píng)價(jià)全國(guó)干旱分布，并利用實(shí)測(cè)土壤濕度對(duì)3個(gè)指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)評(píng)價(jià)。2005年以來，利用可見光一近紅外、熱紅外和微波遙感相結(jié)合進(jìn)行農(nóng)業(yè)干旱遙感監(jiān)測(cè)的研究較多。遙感技術(shù)在低溫災(zāi)害監(jiān)測(cè)中也有一定應(yīng)用。21世紀(jì)以來，已有基于數(shù)值模擬和3S技術(shù)實(shí)現(xiàn)面向農(nóng)作物全生育期災(zāi)害實(shí)時(shí)綜合監(jiān)測(cè)的文獻(xiàn)報(bào)道。農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的立體監(jiān)測(cè)是近年來重點(diǎn)發(fā)展的技術(shù)之一。

3 農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)警技術(shù)研究

3.1 數(shù)理統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)方法

農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的數(shù)理統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)方法仍然是目前使用較多的方法，該類方法是在災(zāi)害指標(biāo)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用時(shí)間序列分析、多元回歸分析、韻律、相似等數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，建立預(yù)報(bào)模型。時(shí)間序列分析方法的理論依據(jù)是農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害在發(fā)生的時(shí)間方面具有一定的周期性或規(guī)律性，從而可以利用時(shí)間序列分析方法推測(cè)未來發(fā)生的可能性。

3.2 農(nóng)業(yè)氣象模式與氣候(天氣)模式結(jié)合

依據(jù)農(nóng)田水分平衡方程，根據(jù)氣象要素的逐日預(yù)報(bào)值預(yù)測(cè)1m深土層的土壤含水量，進(jìn)而預(yù)報(bào)干旱出現(xiàn)日期和灌溉量，該方法對(duì)天氣預(yù)報(bào)結(jié)果的時(shí)效和精度有較高的要求。考慮作物生長(zhǎng)和發(fā)育對(duì)水分的不同需求和敏感性，利用冬小麥發(fā)育模式，建立了冬小麥干旱識(shí)別和預(yù)測(cè)模型。該模型將氣候模式的逐旬氣象要素預(yù)報(bào)結(jié)果輸入土壤水分模式，模擬土壤水分和水分供需比的變化，以此為指標(biāo)，按4個(gè)干旱等級(jí)進(jìn)行干旱識(shí)別和預(yù)測(cè)。

5 結(jié)語

及時(shí)、準(zhǔn)確的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)警有助于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)部門及時(shí)采取有效措施，減輕災(zāi)害損失，保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)警技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)從靜態(tài)和單一方法向動(dòng)態(tài)一多方法集成的轉(zhuǎn)變，使預(yù)測(cè)時(shí)效和精度都得到了顯著提高。農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)是災(zāi)害評(píng)估和防控的基礎(chǔ)和前提，只有做到災(zāi)害的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)和及時(shí)預(yù)測(cè)，才有可能對(duì)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害進(jìn)行有效防控，從而使災(zāi)害的損失降到最低程度。

[1]程純樞.中國(guó)的氣候與農(nóng)業(yè).北京：氣象出版社，1991.

[2]王春乙.重大農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害研究進(jìn)展.北京：氣象出版社，2007.