農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)中遙感技術(shù)的運(yùn)用

杰爾格勒

（內(nèi)蒙古自治區(qū)土默特右旗氣象局，內(nèi)蒙古 包頭 014100）

農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)可以為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供及時、準(zhǔn)確的氣象信息，保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)正常進(jìn)行。隨著科技的發(fā)展，遙感技術(shù)被應(yīng)用于氣象服務(wù)領(lǐng)域，成為農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)的重要工具之一，提高了農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)的精度和效率。部分學(xué)者利用遙感技術(shù)對農(nóng)田土壤水分、植被指數(shù)和氣候因子等方面進(jìn)行了研究，通過遙感數(shù)據(jù)獲取農(nóng)田信息，并利用這些信息對農(nóng)田進(jìn)行精細(xì)化管理[1]。利用無人機(jī)實時獲取和傳輸遙感數(shù)據(jù)，用于快速監(jiān)測農(nóng)田土壤水分及分布情況，為農(nóng)田灌溉提供科學(xué)依據(jù)；通過遙感數(shù)據(jù)實時獲取農(nóng)田植被指數(shù)，從而對農(nóng)田生長狀況進(jìn)行評估；利用遙感技術(shù)對農(nóng)田災(zāi)害進(jìn)行監(jiān)測和評估，對農(nóng)田環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評價等。同時，還有學(xué)者利用遙感技術(shù)研究氣候變化對農(nóng)作物的影響，通過遙感數(shù)據(jù)獲取農(nóng)作物生長狀況和氣候因子信息，并利用這些信息對農(nóng)作物產(chǎn)量進(jìn)行預(yù)測[2]。此外，一些研究者還利用遙感技術(shù)對農(nóng)田病蟲害進(jìn)行了監(jiān)測和預(yù)警，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了重要保障[2]。

農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)在保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、提高農(nóng)民收入方面具有重要意義，遙感技術(shù)的應(yīng)用為農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)提供了更加全面、精細(xì)化的支持。本文闡述了農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)的主要內(nèi)容，分析了遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)中的具體應(yīng)用，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供更加科學(xué)、精準(zhǔn)的氣象指導(dǎo)和服務(wù)。

1 農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)

農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)是指為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供精準(zhǔn)、及時、個性化的氣象信息服務(wù)，保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率[1]。農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)內(nèi)容主要包括以下方面。

1.1 農(nóng)業(yè)氣象情報服務(wù)

農(nóng)業(yè)氣象情報是按照農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實際需求，提供與農(nóng)業(yè)相關(guān)的氣象旬（月）報、雨情、墑情、農(nóng)情、災(zāi)情和春秋季播種季節(jié)低溫冷害情報等，幫助農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者更好地掌握氣候變化規(guī)律、預(yù)測氣象變化對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響，指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者制定科學(xué)的農(nóng)業(yè)管理方案。例如，通過某一時間段的農(nóng)業(yè)氣象周報可以了解該地區(qū)上周天氣情況，并能精準(zhǔn)預(yù)測未來某個時間節(jié)點(diǎn)的降水情況以及溫度變化情況。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者通過農(nóng)業(yè)氣象情報可以更好地了解本地氣候變化和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需求，從而制定科學(xué)的農(nóng)業(yè)管理方案，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量[2]。

1.2 農(nóng)業(yè)氣象預(yù)報服務(wù)

農(nóng)業(yè)氣象預(yù)報是根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求，利用氣象觀測數(shù)據(jù)對未來天氣情況進(jìn)行預(yù)測，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者提供天氣預(yù)報、氣象災(zāi)害預(yù)警和農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)等，并根據(jù)未來天氣情況及時提出農(nóng)事建議和措施，有效指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者的生產(chǎn)生活[3]。天氣預(yù)報主要包括未來一段時間內(nèi)大氣層狀態(tài)，比如溫度、濕度、降水、風(fēng)向、風(fēng)速和氣壓變化等；氣象災(zāi)害預(yù)警主要包括臺風(fēng)、暴雨、暴雪、寒潮、大風(fēng)、沙塵暴、高溫、干旱、雷電、冰雹、霜凍、大霧、霾和道路結(jié)冰等預(yù)警信息。農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)主要包括作物播種期、物候期、土壤條件、作物產(chǎn)量和病蟲害等預(yù)報，并為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供農(nóng)事建議、種植指導(dǎo)和農(nóng)業(yè)保險咨詢等服務(wù)。農(nóng)業(yè)氣象預(yù)報可以為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者提供及時、準(zhǔn)確的天氣和農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)，幫助農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，降低農(nóng)業(yè)災(zāi)害風(fēng)險，同時為決策提供科學(xué)依據(jù)，保障糧食安全和社會穩(wěn)定。

1.3 農(nóng)業(yè)氣候評價和專題分析服務(wù)

農(nóng)業(yè)氣候評價和專題分析是研究氣候?qū)r(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響的重要手段，需要結(jié)合實際情況和科學(xué)的方法進(jìn)行綜合分析和評價，確定氣溫、降水和積溫等氣候因素對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響。農(nóng)業(yè)氣候評價是根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能指向的氣候評價要求，將氣候因素劃分為不同等級，比如適宜、不適宜和災(zāi)害等，再利用氣象數(shù)據(jù)和GIS 技術(shù)對不同等級的氣候區(qū)域進(jìn)行空間分析和可視化表達(dá)。專題分析是根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的具體情況開展的研究，比如針對作物全生育期氣象條件開展專題分析等，通過專題分析了解氣候?qū)Σ煌r(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)造成的影響，進(jìn)而采取相應(yīng)的應(yīng)對措施。開展農(nóng)業(yè)氣候評價和專題分析須保證數(shù)據(jù)來源準(zhǔn)確可靠；評價指標(biāo)要科學(xué)合理，能夠客觀地反映氣候?qū)r(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響。在完成農(nóng)業(yè)氣候評價和專題分析后，將結(jié)果轉(zhuǎn)化為實用的建議和措施，以幫助農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者更好地應(yīng)對氣候變化[4]。

1.4 農(nóng)業(yè)氣候資源分析應(yīng)用服務(wù)

農(nóng)業(yè)氣候資源分析應(yīng)用服務(wù)是一種專門針對農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的光、熱和水等氣候資源開展的數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用服務(wù)，研究氣候資源在時空分布上的規(guī)律，分析災(zāi)害性天氣發(fā)生的主要特點(diǎn)，充分利用氣候資源，為農(nóng)業(yè)規(guī)劃提供氣候依據(jù)，為農(nóng)業(yè)決策提供重要參考和支持，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和資源管理更加科學(xué)、高效。該服務(wù)是通過采集和分析農(nóng)業(yè)氣候資源數(shù)據(jù)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供及時的預(yù)報、預(yù)測、監(jiān)測、預(yù)警、農(nóng)業(yè)種植和管理等服務(wù)，服務(wù)于農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和區(qū)域化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

2 農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)中遙感技術(shù)的應(yīng)用

遙感技術(shù)是一種利用電磁波理論對環(huán)境地物進(jìn)行遠(yuǎn)距離探測和識別的新型探測技術(shù)，主要由遙感平臺、傳感器、信息傳輸和圖像處理技術(shù)等構(gòu)成[5]。隨著遙感技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬，在農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)中的應(yīng)用日漸成熟，大大提高了農(nóng)業(yè)氣象預(yù)報的準(zhǔn)確性和災(zāi)害預(yù)警的及時性。

2.1 在作物監(jiān)測方面的應(yīng)用

利用遙感技術(shù)可以實時對作物生長環(huán)境、氣象條件等進(jìn)行監(jiān)測，比如種植面積、作物長勢、作物產(chǎn)量、土壤墑情和病蟲害等，將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，可以為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供實時的氣象信息和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息，幫助農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者及時了解農(nóng)田環(huán)境，調(diào)整農(nóng)業(yè)生產(chǎn)計劃，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。

2.1.1 農(nóng)作物種植面積監(jiān)測不同的農(nóng)作物具有不同的光譜特征，利用遙感影像記錄農(nóng)田的信息，根據(jù)不同作物的波譜反射特征識別農(nóng)作物的類型，測算出該作物的種植面積，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供決策依據(jù)。

2.1.2 農(nóng)作物長勢監(jiān)測利用遙感技術(shù)可以對大面積農(nóng)作物的生長情況和生長趨勢進(jìn)行監(jiān)測，通過遙感影像實時監(jiān)測或連續(xù)監(jiān)測農(nóng)作物葉面積指數(shù)、生物量等參數(shù)，獲取農(nóng)作物生長信息，提高對農(nóng)作物長勢變化的監(jiān)測頻率，及時了解農(nóng)田作物生長狀況。遙感監(jiān)測的優(yōu)勢在于不需要實地接觸農(nóng)作物，提高了監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和及時性，通過對農(nóng)作物長勢的監(jiān)測和評估，科學(xué)制定農(nóng)田精細(xì)化管理方案，如灌溉調(diào)度、施肥控制和病蟲害防治等，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。

2.1.3 農(nóng)作物產(chǎn)量估算利用遙感技術(shù)可以對農(nóng)作物的產(chǎn)量進(jìn)行估算。通過遙感影像監(jiān)測農(nóng)作物葉面積指數(shù)和生物量等數(shù)據(jù)，可以直觀地反映作物的健康狀況，獲取作物的生長信息，建立作物生長信息與作物產(chǎn)量之間的數(shù)字模型來估算農(nóng)作物產(chǎn)量?；谶^程的作物生長模擬模型（如DSSAT 作物模型）是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)系統(tǒng)研究的有力工具，可以定量描述作物生長、發(fā)育、籽粒形成及產(chǎn)量與氣候因子、土壤環(huán)境、品種類型和技術(shù)措施之間的關(guān)系，再利用這些數(shù)據(jù)估算農(nóng)作物的產(chǎn)量信息。

2.1.4 土壤墑情監(jiān)測土壤墑情是指作物耕種層土壤中含水量情況，土壤含水量的多少會影響土壤的光譜特征，因此可利用遙感技術(shù)監(jiān)測土壤含水狀況，為農(nóng)田灌溉和水資源管理提供決策依據(jù)。土壤水分監(jiān)測主要通過可見光遙感、紅外線遙感和微波遙感等技術(shù)來實現(xiàn)?？梢姽膺b感的工作波段限定在可見光波段范圍（0.38～0.76 μm）內(nèi)，紅外線遙感的工作波段限定在紅外波段范圍（0.76～1 000 μm）內(nèi)，微波遙感是利用微波設(shè)備來探測、接收被測物體在微波波段（1～1 000 mm）的電磁輻射和散射特性的技術(shù)。不同的遙感技術(shù)有各自的特點(diǎn)，比如微波遙感具有精確度高、不受天氣影響的優(yōu)勢，但在應(yīng)用時耗資較大，且成圖的分辨率較低，無法廣泛使用。另外，利用遙感技術(shù)還可以提取土壤結(jié)構(gòu)信息并進(jìn)行肥力監(jiān)測[6]。

2.1.5 農(nóng)作物病蟲害監(jiān)測利用遙感技術(shù)可以對農(nóng)作物病蟲害進(jìn)行監(jiān)測和預(yù)警，其原理是不同的病蟲害在遙感影像上的生物化學(xué)特征和生物物理特征不同。因此，在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常將遙感技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)作物病蟲害的早期監(jiān)測，為農(nóng)作物病蟲害防治工作提供快速、準(zhǔn)確的病蟲害監(jiān)測和預(yù)報，從而最大限度地減少害蟲的危害和管理成本。在具體應(yīng)用中，遙感技術(shù)可以獲取病蟲害發(fā)生的空間分布和時間變化，預(yù)測病蟲害的傳播和擴(kuò)散趨勢；利用無人機(jī)遙感技術(shù)可以快速獲取地面信息，提高監(jiān)測效率和準(zhǔn)確度；遙感技術(shù)可以提供大量數(shù)據(jù)和信息，為害蟲管理和減少環(huán)境污染提供幫助；衛(wèi)星遙感技術(shù)可以預(yù)測和監(jiān)測蝗蟲種類分布。

2.2 在農(nóng)業(yè)自然資源監(jiān)測方面的應(yīng)用

遙感技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的一部分，利用遙感技術(shù)可以對土地資源、水資源、森林資源、灘涂資源、氣候資源和生物資源等進(jìn)行監(jiān)測，包括分布的數(shù)量、面積和布局環(huán)境等，為提升農(nóng)業(yè)資源利用率、發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)提供有力支持[7]。

2.2.1 對土地利用和覆蓋情況的監(jiān)測通過高分辨率的衛(wèi)星遙感影像，可以清晰地識別土地類型、范圍和邊界，實現(xiàn)對土地資源的監(jiān)測和分類，比如對土地利用的類型（如農(nóng)用地、林地、草地和灘涂等）及其變化情況進(jìn)行監(jiān)測。

2.2.2 對水資源利用的監(jiān)測利用遙感技術(shù)對水資源的利用情況進(jìn)行監(jiān)測，包括流域內(nèi)地表水體調(diào)查、水文地質(zhì)調(diào)查和水體污染監(jiān)測等。在偏遠(yuǎn)或人跡罕至的區(qū)域，人工調(diào)查存在投入大、周期長和效率低的缺點(diǎn)，而遙感技術(shù)能夠克服這些困難，快速完成地表水體調(diào)查，通過對不同時相遙感影像的對比分析，確定地表覆蓋特征及其變化，比如水體面積的動態(tài)變化過程。通過遙感技術(shù)可以直觀地監(jiān)測地質(zhì)構(gòu)造及其他與水文地質(zhì)相關(guān)的地面自然現(xiàn)象，并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析這些自然現(xiàn)象所反映的水文地質(zhì)條件及其變化。

2.2.3 對農(nóng)業(yè)環(huán)境變化的監(jiān)測遙感技術(shù)可用于監(jiān)測農(nóng)業(yè)環(huán)境的變化，比如土地利用和土地覆蓋變化、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)變化和土壤濕度變化等。處理和分析衛(wèi)星遙感和無人機(jī)遙感獲取的數(shù)據(jù)，評估農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況和生態(tài)功能，為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)和恢復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。遙感技術(shù)還可用于荒漠化監(jiān)測、濕地監(jiān)測和野生動植物監(jiān)測，維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)多樣化，促進(jìn)生物保護(hù)和生態(tài)平衡。

2.3 在自然災(zāi)害監(jiān)測中的應(yīng)用

遙感技術(shù)在自然災(zāi)害監(jiān)測方面的應(yīng)用非常廣泛，可為政府部門提供及時、準(zhǔn)確、全面的自然災(zāi)害災(zāi)情信息，為制定災(zāi)害預(yù)警、應(yīng)急響應(yīng)和災(zāi)后恢復(fù)方案提供科學(xué)依據(jù)[8]。

2.3.1 臺風(fēng)災(zāi)害監(jiān)測遙感氣象衛(wèi)星可以對臺風(fēng)的形成和發(fā)展進(jìn)行跟蹤監(jiān)測，通過衛(wèi)星圖像和氣象數(shù)據(jù)準(zhǔn)確監(jiān)測和預(yù)測臺風(fēng)的位置、強(qiáng)度、移動路徑、登陸點(diǎn)和潛在的影響區(qū)域。高分辨率的衛(wèi)星圖像能夠清楚地顯示臺風(fēng)的形狀、大小等特征，這為災(zāi)害預(yù)警、應(yīng)急響應(yīng)和災(zāi)后恢復(fù)提供了重要依據(jù)。

2.3.2 洪澇災(zāi)害監(jiān)測遙感技術(shù)可以實時監(jiān)測暴雨和洪澇災(zāi)害的發(fā)生、發(fā)展及消散情況，幫助人們及時獲取災(zāi)區(qū)信息，為搶險救災(zāi)提供準(zhǔn)確依據(jù)。由于水體在波長小于0.5 μm 和大于0.8 μm 的探測器上呈現(xiàn)暗色調(diào)，因此可以利用遙感影像對水體水位變化情況進(jìn)行監(jiān)測，并預(yù)測旱澇災(zāi)害的發(fā)生概率。通常一個地區(qū)出現(xiàn)旱澇災(zāi)害的直接原因是降水量過大，通過遙感技術(shù)對云系進(jìn)行監(jiān)測和分析，可以推斷該地區(qū)的降水量，從而預(yù)測該地區(qū)的旱澇情況[9]。

2.3.3 冰雹災(zāi)害監(jiān)測衛(wèi)星遙感技術(shù)可以應(yīng)用于冰雹災(zāi)害的監(jiān)測預(yù)警。利用遙感技術(shù)發(fā)射毫米波段的電磁波，收集從云層散射回來的電磁波，識別云層高度、厚度和運(yùn)動速度等，還可以反演液態(tài)水含量，預(yù)測冰雹災(zāi)害發(fā)生的可能性，并發(fā)送預(yù)警信息。

2.3.4 冷凍災(zāi)害監(jiān)測冷凍災(zāi)害一般是由霜凍造成的農(nóng)業(yè)災(zāi)害，主要發(fā)生在春季和秋季。春季凍害主要影響作物的萌芽和幼苗，秋季霜凍主要危害秋季成熟作物，造成減產(chǎn)或絕收。通過衛(wèi)星遙感技術(shù)監(jiān)測地面溫度的變化，準(zhǔn)確預(yù)測冷凍災(zāi)害的發(fā)生及其波及范圍，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者提供及時的預(yù)警信息，以便采取相應(yīng)的預(yù)防措施，減少損失。

3 結(jié)語

隨著遙感技術(shù)的深度應(yīng)用，我國氣象業(yè)務(wù)服務(wù)技術(shù)也在不斷進(jìn)步，服務(wù)能力、服務(wù)質(zhì)量都得到了快速提升。高效精準(zhǔn)的氣象業(yè)務(wù)服務(wù)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)起到了指導(dǎo)、減災(zāi)的作用，可以在農(nóng)作物生長過程中提供準(zhǔn)確、翔實的氣象數(shù)據(jù)，也在氣象災(zāi)害監(jiān)測防控中發(fā)揮積極作用。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求的變化，遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)中的應(yīng)用將會更加廣泛和深入。

本文總結(jié)了農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)的主要內(nèi)容，闡述了遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)中的具體應(yīng)用，以探索遙感技術(shù)應(yīng)用新領(lǐng)域和氣象服務(wù)新模式，更好地保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全。