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精致化智能化创新生长——我国智慧气象在农业方面的应用

更新时间  2021-12-18 00:45 阅读
本文摘要:我国作为一个农业大国,农业生产受到天气条件的极大影响,在全球气候变暖的配景下,我国 各种极端天气气候事件发生频率显着加大,农业生产遭受气象灾害的风险日益增加;因此,围绕气象开展为农服务,在恒久的农业防灾减灾、农业生产运动等服务中发挥着重要作用,为国家和各 级政府制定农业战略、农业结构调整、结构优化、农业生产治理、农业防灾减灾、应对气候变化和合理 使用农业气候资源等提供科学依据。农业气象服务是专业气象服务领域中历史较长的业务之一。

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我国作为一个农业大国,农业生产受到天气条件的极大影响,在全球气候变暖的配景下,我国 各种极端天气气候事件发生频率显着加大,农业生产遭受气象灾害的风险日益增加;因此,围绕气象开展为农服务,在恒久的农业防灾减灾、农业生产运动等服务中发挥着重要作用,为国家和各 级政府制定农业战略、农业结构调整、结构优化、农业生产治理、农业防灾减灾、应对气候变化和合理 使用农业气候资源等提供科学依据。农业气象服务是专业气象服务领域中历史较长的业务之一。20世纪50年月中期到60年月初是农业 气象业务生长的低级阶段,监测站网、观察技术方法、农业气象情报服务等基础业务全面起步;20世 纪80年月至今,形成了完善的业务体系,先后公布《全国农业气象旬月报》和开展海内主要作物产量 预报业务,建设了比力系统的国家级和省级、部门地市级农业气象服务业务体系[1-2]。经由60多年的发 展,农业气象业务已成为全国气象部门业务规模最大、业务技术最成熟、业务体系最规范的专业气象服 务体系。

随着我国现代化气象事业的蓬勃生长,在智能气象观察、准确气象预报、开放气象服务的智慧气象生长的基础上,气象为农服务向着精致化、专业化、多元化生长;在2020年春季疫情期间,气象为农服 务充实使用自动化、云端等新的监测手段和新媒体平台,为稳定农业生产和农业防灾减灾提供保障。一、气象灾害对农业生产的影响及气象服务在农业中的重要性1 气象灾害的危害气象灾害是造成我国农作物产量颠簸的重要 因素之一。

我国地域辽阔,阵势西高东低,地形 庞大,气候多样,受冬、夏季风影响,地域水热 资源时空漫衍既有恒久趋势变更,又有差别周期 的颠簸变化,经常泛起干旱、洪涝、低温冷冻 害、热害、大风冰雹等气象灾害。由于农业生产 大多为露天生产,受气象条件影响很大,我国农 业受灾损失60%以上由气象灾害所致;我国农业 气象灾害具有多灾并发、突发性强、连续时间长 和危害重的特点,其中水灾和旱灾是对农业生产 破坏最为猛烈的气象灾害。

随着气候变化,农业 气象灾害出现一定的新的生长态势和特征,农作 物受灾、成灾和绝收面积逐渐增加;区域性和阶段性干旱频发,影响严重,危害性大,其中以华 北地域干旱水平和规模增加趋势最为显著,且南 方和东部多雨区旱情也在加重;气候变暖,极端 高温事件呈显着增加趋势,高温热害胁迫增强, 限制水稻产量提高,而低温冷害、霜冻日呈显着 淘汰趋势,但危害水平反而有所加重,农业损失 加剧[3-6]。近5年(2015—2019年),我国气象灾害频 发,对农作物、蔬菜等生产造成严重影响。对农 业生产造成影响的主要气象灾害有干旱、暴雨洪 涝、阴雨寡照、高温热害、台风、低温霜冻害、 雪灾、风雹、干热风等。

近5年虽然未泛起连续 性连片干旱,但内蒙古东部、东北地域西部和南 部的部门地域春旱和夏旱重复发生,2015年6月 下旬至7月中旬吉林、辽宁平均降水量比常年同 期淘汰65.6%,夏伏旱导致粮食作物和蔬菜等产 量下降;2019年7月下旬至11月中旬长江中下游 大部地域降水量为1961年以来源史同期最少,露 地蔬菜和经济林果受干旱影响较重。近5年汛期暴雨历程多,突发性和极端性强,是近年来对农 业生产造成损失最为严重的气象灾害,2016年洪 涝灾害仅次于1998年。夏季高温热害影响突出, 2016年盛夏高温热害对江淮江汉影响重,2018年 北方5省7月下旬至8月上旬最高气温、高温日数 为1981年以来同期极值年,粮食作物、蔬菜及瓜 果等产量受到显着影响。

近年低温冻害特别是春 季晚霜冻危害显着,其中2016年冬季冻害影响最 重,2015年、2017年、2018年春季均泛起较强寒 潮天气,蔬菜、经济林果受灾水平重于大宗农作 物,陪同的大风、强降雪灾害造成温室、设施大 棚受损垮塌,蔬菜等遭受冻害。台风带来的大风 和暴雨等使农作物、露地蔬菜和设施农业等遭受 严重损失,例如2018年第18号台风“温比亚”导 致沪、苏、皖、鲁、豫等地部门地域遭受严重洪 涝灾害,造成农田被淹、设施大棚坍毁受损、棚 内作物倒伏,有“蔬菜之乡”美誉的山东省寿光 市设施蔬菜生产受灾严重,导致市场菜价上涨; 2019年第9号台风“利奇马”带来的强风暴雨造 成东部沿海共9省(直辖市)农业受灾面积约114 万hm2 ,设施农业生产受灾较重。

另外,全国风 雹灾害频发、点多面广,局部受灾重,其中2016 年、2018年为偏重年份,设施农业生产、经济作 物和水果受到较大影响。2 气象为农服务的重要性气象为农服务对保障国家农业生产具有重大 意义。农业是对情况气象条件最为敏感和依赖性 最强的工业之一,我国农业生产尚未挣脱“靠天 用饭”局势,天气气候条件是导致作物产量颠簸 的重要影响因素,气象条件的匹配适宜与否、气 象灾害的轻重,在很大水平上决议了农产物收成 丰欠、品质优劣和成本崎岖。

农业生产历程与天 气气候条件密切相关,开展作物长势监测、发育期预报、农用天气预报、作物产量动态预报等气 象保障服务,可以为农业生产全历程提供科学管 理技术支撑,实时让农民获得种种农业气象信息 与科普知识,使其能够在农作物生产历程中顺应 天气气候条件举行趋利避害的科学治理。在对作 物的气候资源连续使用举行分析评估的基础上进 行精致化农业气象区划,筛选出差别气候生产潜 力优势区,保障农业生产基地的建设、农作物结 构调整、品质结构等农业生产充实使用气候资 源。通过开展作物新品种引进的气候可行性论 证,为作物合理结构和新品种的引种、推广等 提供科学支持[1]。

3 气象为农服务现状党的十八大以来,气象部门通过农村气象灾 害防御体系和农业气象服务体系建设,在支撑农 业生产、保障农民增收和助力农村生长等方面都 起到了显著作用,取得了突出成效农村气象灾害防御体系基本建设,防灾减灾能 力显着增强全国农村建成5.7万个区域自动气象站,乡镇 笼罩率达95.9%。建设了精致到乡镇的气象预报 和灾害性天气短时邻近预警业务,1 880个县与国 土部门团结公布地质灾害气象预警;建成了7.8万 个气象信息站,笼罩93.6%的乡镇;15.3万块电子 显示屏,笼罩82.6%的乡镇;43.4万套高音喇叭, 笼罩70.2%的行政村;建设笼罩我国近海海域的 8个海洋气象广播电台。农村气象防灾减灾组织体 系基本建设,2 167个县建立气象防灾减灾或气象 为农服务机构,全国气象信息员达70.8万名,县、 乡、村三级气象防灾减灾组织治理体系基本形成。

2 018个县出台了气象灾害防御计划,2 712个 县、2.8万个乡镇制定了气象灾害应急专项预案, 横向到边、纵向到底的下层气象灾害应急预案体 系基本形成。农业气象服务业务体系日趋健全,服务水平稳步提高海内外作物长势监测及产量预报产物划分拓 展到18种和14种,笼罩外洋15个主要国家。气象 服务逐步融入“三区三园”建设,累计建成农业 气象示范田1 858块,示范面积达8.4万hm2。

与农 业农村部团结开展的“直通式”服务和气象信息 进村入户笼罩全国近100万新型农业谋划主体, 智慧农业气象服务惠及37.6万注册用户。形成 国、省、市、县四级业务和延伸到乡的五级服务 格式;与农业农村部团结建立包罗设施农业在内 的10个特色农业气象中心,逐步建设特色农业气 象服务网络,助力特色农业工业生长。下层气象为农服务多样化生长气象为农服务已成为下层气象部门基本业务 之一,服务工具从为各级党政向导决议服务转向 兼顾为企业、种植户和农民群众服务。2017年通 过对全国25个省83个县的下层气象局长的问卷 观察效果显示(表1),农业服务手段逐渐从传 统的电话、传真和邮件向网站、手机短信、新媒 体应用等方式转变;气象服务内容从已往日常气 象观察和天气预测预报预警服务延伸至农业农村 气象防灾减灾、人工影响天气服务、农业气象情 报、作物生长及农业气象产量预报、农业气候资 源分析及区划、森林防火服务和专项农业气象观 测等公益性气象服务[7]。

二、智慧气象服务农业生产1 现代农业气象服务技术和业务生长现代农业气象业务是指适应现代农业生产需 求,依托规范的农业气象观察、农业气象试验和 先进农业气象业务技术及其业务平台,为现代农 业的合理结构、防灾减灾、应对气候变化及国家 粮食宁静保障提供有效的气象科技支撑和保障服 务[8]。随着现代农业对气象服务需求的增加,农 业气象业务领域从最初的农业气象监测评价和国 内作物产量预报逐步扩展到农业气象监测评价、 农业气象预报、农业气象灾害和农林病虫害监测 预报、设施/特色农业气象保障服务、海内外作物 产量动态预报、重要农事运动气象监测预报、农 业气候区划、生态气象监测评估等业务领域,总 体上,农业气象业务基本实现了从点到面、从单 一指标到综合指标、从定性到定量、从宏观到精 细的快速生长[9]。

多指标、多模型、多数据集成的农业气象业务 技术体系农业气象业务技术是指在实时业务情况中能 够稳定运行并可应用于业务服务的指标、模型、 方法及其平台的总称。农业气象监测评价技术及 客观产物是开展农业气象业务服务的基础支撑, 包罗光、温、水等农业气象基本要素差别空间尺 度和时间尺度的分析,差别深度土壤相对湿度的 逐日5 km×5 km格点空间漫衍图、实况图和对比 图,各农作物日、周、月、年差别尺度和站点、 格点、区域差别空间尺度的气候适宜度定量评价 客观产物,基于地面观察、卫星遥感监测、作物 生长模拟模型的差别尺度的农作物长势评价。农 作物产量预报包罗海内大宗作物、特色经济作物 以及外洋重点产粮区作物产量预报,预报时间尺 度为年景展望、趋势预报、定量预报到逐月趋势/ 定量动态,技术手段分为数理统计预报、作物生 长模型模拟、遥感模型估算以及集成预报方法。

农业气象灾害监测评估包罗指标判断、数理统 计、遥感监测和田间实地观察等方法,随着格点 化天气要素预报业务技术的生长,实现了我国主 要农业气象灾害格点化业务产物逐日自动生成。国家级农林病虫害气象服务中,以病虫害发生盛行气象品级预报为主,分析与预测未来一定时间 段的气象条件对病虫害发生盛行适宜水平。农用 天气预报服务包罗主要农事运动天气预报、灾害 性农业高影响天气预报、农作物关键生恒久天气 预报,关键技术主要包罗农业气象指标及天气对 农业影响评价方法。

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国家级和省级农业气象业务 平台为C/S架构现代农业气象业务综合平台,包罗 8个专业技术子系统和2个通用子系统,共60余个 模块、2 000余个功效点,实现了从数据入库、模型 运算处置惩罚、产物制作和公布的业务一体化应用[9]。特色农业气象服务业务获得生长特色气象中心主要服务特色农业生产,生长 了相应的农业气象监测预警评估技术。

山东、河 北、北京、天津、陕西、山西、江苏等省(市) 研究了包罗大风、冰雹、暴雨、寡照、低温、高 温等设施农业气象灾害指标、灾害风险评估模 型,针对设施农业生产开发了基于互联网数据挖 掘和专家知识决议技术的气象灾害监测预警及智 能决议推送服务系统,对主要设施农业气象灾害 举行早期预警提醒[10-11]。现代农业气象业务服务产物种类显着增多随着现代农业气象业务的不停生长,国家级 农业气象业务产物由单一的农业气象旬报系列化 为旬、月、季、年报,逐步生长到包罗基础业务 产物、专题决议产物、行业服务产物3大类共10 余种定常的业务服务产物(表2)。各特色服务 中心或各省(自治区、直辖市)开发针对当地特 色农业生产的农业气象服务产物,例如以山东省 气象局牵头的设施农业气象服务中心,针对大 风、寒冻害、雪灾和暴雨洪涝等气象灾害对设施 蔬菜、水果造成的影响举行预警、监测和评估, 制作公布《设施农业气象服务》专报,为政府管 理部门和谋划主体提供服务。

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2 智慧气象的观点和技术手段进入21世纪,气象现代化蓬勃生长,气象与 科技、经济、社会深度融合,气象服务成为社会 各行各业生长的重要保障之一。为了进一步提升 气象现代化水平和配合国家“智慧都会”建设, 2015年,中国气象局明确提出了“智慧气象”的战略生长思路;2020年中央一号文件强调“依 托现有资源建设农业农村大数据中心,加速物联 网、大数据、区块链、人工智能、第五代移动通 信网络、智慧气象等现代信息技术在农业领域的 应用”。智慧气象的内在包罗“智能的信息获取、精 准的预报预测、开放的气象服务、精致的科学管 理、深度的工业融合、连续的科技创新”6方面, 其特征为泛在、共享、协同、融合、宁静[12]。

信息网络应用技术、现代气象观察技术、现代气象 预报预测技术、公共气象服务技术配合组成智慧 气象生长的4项焦点技术[13]。信息网络应用技术/现代气象观察技术信息网络应用技术/现代气象观察技术 集卫星通信、地面宽带广域网和各级局域网 为一体的气象信息网络系统,为气象业务提供了 通例气象信息、卫星观察数据、流媒体广播资料 等。基于北斗通信和4G/5G移动通信,实现了全国 气象站设备组网和实时数据传输;建成了地基、空基、天基相联合的综合观察系统,实现地面 基本气象要素分钟级的自动化观察;建成了EOS/ NOAA/FY系列卫星数据吸收处置惩罚系统,引进无人 驾驶遥感监测微型飞机,建整天基观察系统现代气象预报预测技术预报预测是气象业务的焦点技术,现代天气 预报以多种资料融合技术、高分辨率数值预报和 荟萃数值预报产物为基础,在主客观预报产物融 合基础上的无漏洞智能网格数字化天气预报,目 前公布包罗短时邻近、短期、中期和延伸期天气 预报、灾害性天气预警、台风与海洋气象预报、 强对流天气预报、情况气象预报、水文天气预 报、农业天气预报、全球天气预报等多种业务。

公共气象服务技术建设由决议气象服务、民众气象服务和专业 气象服务组成的公共气象服务体系,建成气象信 息公布平台,拥有广播、电视、电话、短信、 报纸、电子显示屏、预警大喇叭、网站、手机 APP、微信、微博、400热线等多种服务方式,实 现老黎民随时随地看天气、听天气、查天气;国 家气象中心于2011年3月和2014年3月划分开通中 央气象台官方微博、微信,开发了民众气象服务 的新平台,停止2019年底,“双微”平台共有粉 丝200万,是现在影响力最大的气象官微之一。三 智慧气象在农业生产中的应用智慧气象的生长使气象为农服务事情更好地 适应农业生产精准化、智能化的生长趋势,基于 大数据和“互联网+”的智慧农业气象服务获得 鼎力大举生长,除了传统的服务方式,针对农机大 户、农民互助社、农机专业化服务组织等新型农 业谋划主体,生长交互式、订单式、精致化、个 性化的农业气象服务成为重点生长偏向。1 基于“互联网+”的智慧农业气象服务快速生长江西气象部门研发的“江西微农”,可 自动匹配差别地域的农户与治理者,使用大 数据分类治理技术,服务更能精准治愈农户 “痛点”;安徽气象部门建设了“锄禾网络社 区”,以农业气象物联网技术为支撑,研发 了“惠农气象”APP;福建气象部门使用物联 网、无线通信和软件等技术,向农户提供大棚内外监测信息查询、气象预报预警及智能大棚 远程控制等服务。2 疫情期间精准多元化的“云端”智慧气象为农服务大显身手2020年这个特殊的春天,各地气象部门直 面疫情防控与防范化解气象灾害风险的双重考 验,创新升级智慧气象为农服务,保障春季农 业生产。

从南方陇间到北方田野,气象部门或扩 大预警笼罩面突破“最后一公里”把预警通报至 农户手中,或针对特色农产物研发新品天气指 数保险为农户兜底,或打响人工增雨第一炮增墒抗旱。2月2 5日国家气象中心(中央气象台)发 布2020年首期《春耕春播气象服务专报》, 全国春耕春播气象服务提前启动;4月3日, 农业农村部与中国气象局团结公布冬小麦赤霉 病防治气象条件预报,通过新闻联播天气预报 节目通报至千家万户,并确定在后续每周制作 1期《冬小麦赤霉病防治气象条件预报》。

针 对2月以来的大风降温、雨雪等灾害性天气, 密切跟踪,靠前服务,实时针对大宗作物、设 施蔬菜等举行灾害预警、防御措施建议。河南 气象部门使用作物观察自动化识别技术和遥感 监测,精准监测评估小麦生长情况,为麦田管 理分类指导提供支撑;天津气象部门实验使用 无人机实时监测小麦苗情;在春耕大幕开启之 前,内蒙古呼伦贝尔气象局实现基于格点预报 的农用天气预报业务自动化应用,可实现准确 到农场的定时定点服务;河北气象部门和当地 媒体开展“气象助农”行动,土壤墒情、温 度、日照、大风等农业气象灾害监测预警信息 通过全媒体平台实时送达农民手中;山西省气 象部门在果树示范园区新装温室报警仪和烟雾 发生器,果园治理人员打开手机就能看到监测 数据,一旦发生倒春寒,可实现远程治理;山 东气象部门开发“粮食宁静指挥气象平台”, 作物生长条件监测评估、农业气象灾害监测预 警等气象服务产物随需可取;江苏省气象局通 过农业科技服务“农技耘”云平台,向全省32 万名用户连续发出农业生产预警信息,提醒菜 农做好防冻保暖、通风除湿、增光防病等工 作。四 智慧气象为农服务未来生长偏向随着我国现代农业的生长,农业防灾减灾、 国家粮食宁静保障、农业应对气候变化、新型农 业谋划主体、农业保险等诸多方面临农业气象业 务与气象为农服务提出了新的需求和挑战。现代 气象为农服务的生长,将以服务全面实施乡村振 兴战略、保障农业农村优先生长、适应农业供应 侧结构革新的需求为己任,通过建设智慧农业气 象大数据平台、业务平台、服务平台,推进农业 气象业务服务集约化、尺度化、规模化、智能化 生长。

1 建设互联互通、统管共用的全国智慧农业气象 大数据平台基于气象大数据云平台,建成集气象实况与 预报、农业气象监测与预报、农业基础数据、农 业农村经济数据、基础地理信息即是一体的全国 农业气象大数据平台,通过大数据分析和挖掘、 数据可视化等手段,为智慧农业气象业务与服务 提供数据支撑;同时也为社会组织等提供数据共 享服务。2 建设精致化、智能型的国家—省级农业气象业务 支撑平台开发精致化、智能型的国家级大宗农作物业 务平台、省级大宗农作物/特色农作物业务平台; 针对特色农业服务需求,建设全国特色农业气象 智能业务平台,为国家级和省、市、县三级服务 提供支撑。3 建设一体化、可定制的全国智慧农业气象服务平台基于全国农业气象大数据平台、气象大数据 云平台和“一张网、一张图”的理念,开发集监 测、预报、预警、评估信息于一体的国家—省— 市—县一体化、可定制的全国智慧农业气象服务 平台,为农业生产谋划主体提供越发精致、便 捷、直通式、接地气的服务。构建全国智慧农业 气象服务WEB网站,基于移动互联、WEBGIS, 开发全国智慧农业气象手机服务终端,实现差别用户“点对点”的个性化需求服务。

4 实现农业气象业务产物的定量化、客观化、精 准化、多样化通过生长农业气象业务焦点技术,使用农业 气象大数据平台,将云盘算、大数据分析、深度 学习、人工智能、专家决议支持系统等信息化技 术与农业气象灾害影响预报和风险预警、遥感和 农业气象模型技术有机融合,实现农业生产全过 程无漏洞的产物供应能力。作者:郑昌玲,侯英雨泉源:业界视察接待大家在评论区交流分享更多精彩资讯,请连续关注数字农业分会官方账号!。


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