梅旭榮

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院，北京100081）

0 引言

農(nóng)業(yè)氣象學(xué)是研究氣象條件與農(nóng)業(yè)相互關(guān)系及其規(guī)律的一門(mén)學(xué)科。它一方面研究與農(nóng)業(yè)有關(guān)的氣象條件，即光照、溫度、降水、大氣CO2等氣象要素的數(shù)量、質(zhì)量及其時(shí)空耦合狀況，揭示其對(duì)農(nóng)業(yè)動(dòng)植物和微生物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程的影響規(guī)律；另一方面也研究制約農(nóng)業(yè)的氣象條件及其解決途徑。這里的農(nóng)業(yè)，不單指農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，還包括產(chǎn)前的部署、準(zhǔn)備和產(chǎn)后的收獲、貯藏、運(yùn)輸、加工、銷(xiāo)售、金融服務(wù)等過(guò)程。農(nóng)業(yè)氣象學(xué)既研究農(nóng)業(yè)氣象指標(biāo)、模式、規(guī)律、機(jī)制，也研究農(nóng)業(yè)氣象措施、儀器、裝備、制劑等，而且兩方面的研究需要彼此緊密聯(lián)系。

農(nóng)業(yè)氣象學(xué)是基礎(chǔ)農(nóng)學(xué)的學(xué)科之一，也是一門(mén)交叉邊緣學(xué)科。經(jīng)過(guò)六十多年的發(fā)展，中國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)氣象學(xué)研究逐步形成了完善的學(xué)科體系，包括作物氣象、畜牧氣象、林業(yè)氣象、農(nóng)業(yè)氣候、氣候變化、農(nóng)田小氣候、農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害、農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)、農(nóng)業(yè)氣象信息、農(nóng)業(yè)氣象預(yù)報(bào)等。

1 世界農(nóng)業(yè)氣象研究發(fā)展概述

1854年俄國(guó)出版了《農(nóng)業(yè)氣象學(xué)》，1901年俄國(guó)發(fā)行了農(nóng)業(yè)氣象學(xué)期刊，代表近代農(nóng)業(yè)氣象學(xué)的初步建立[1]。1913年，國(guó)際氣象組織（IMO，1950年改為世界氣象組織，WMO）下設(shè)的農(nóng)業(yè)氣象委員會(huì)(CAgM)正式成立，旨在推動(dòng)世界范圍內(nèi)的農(nóng)業(yè)氣象學(xué)的研究和交流。

20世紀(jì)前半葉，世界農(nóng)業(yè)氣象的相關(guān)研究主要有[2]：農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量與氣候變量的統(tǒng)計(jì)學(xué)關(guān)系；美國(guó)、歐洲和亞洲通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)室和大田實(shí)驗(yàn)研究模擬生物組織對(duì)天氣或氣候差異的響應(yīng)；中東歐通過(guò)小氣候和植物生長(zhǎng)觀測(cè)系統(tǒng)性儀器，解釋植物生長(zhǎng)的氣候原因、影響及其交互作用；土壤特性、熱交換和水分運(yùn)動(dòng)間聯(lián)系的研究；美國(guó)密蘇里氣候?qū)嶒?yàn)室開(kāi)展的乳牛生理響應(yīng)和產(chǎn)量與溫度、風(fēng)、輻射變化的關(guān)系研究。加利福尼亞埃爾哈特植物研究實(shí)驗(yàn)室利用生長(zhǎng)箱和人工氣候箱開(kāi)展變化環(huán)境條件下生物響應(yīng)研究并建立模型。這一時(shí)期的農(nóng)業(yè)氣象的研究主要是揭示氣象條件對(duì)農(nóng)業(yè)影響的規(guī)律，重點(diǎn)關(guān)注為什么作物和森林生長(zhǎng)在特定的地點(diǎn)；植物生長(zhǎng)如何受到天氣、氣候、小氣候的影響；地球表面輻射和能量平衡的變化是如何改變小氣候、氣候和天氣的；如何應(yīng)用農(nóng)業(yè)氣象科學(xué)原理改進(jìn)農(nóng)田和森林管理等科學(xué)問(wèn)題。

20世紀(jì)后半葉，《農(nóng)業(yè)氣象》(Agricultural Meteorology)于1964年創(chuàng)刊，1984年刊名改為《農(nóng)林氣象》（Agricultural and Forest Meteorology）。從該期刊發(fā)表論文看，這一時(shí)期世界農(nóng)業(yè)氣象學(xué)關(guān)注最多的是與水相關(guān)的主題，其次依次是能量平衡和熱傳輸、森林生長(zhǎng)和產(chǎn)量、氣候變化、跨學(xué)科的病蟲(chóng)害綜合管理和遙感等?，F(xiàn)代數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和程序、氣候變化影響與應(yīng)對(duì)氣候變異和氣候變化的農(nóng)業(yè)氣象適應(yīng)策略、新的環(huán)境公約和機(jī)會(huì)、數(shù)值模擬模型、估算方法、先進(jìn)儀器開(kāi)發(fā)與校準(zhǔn)、溫室等研究領(lǐng)域也成為熱點(diǎn)。

進(jìn)入21世紀(jì)，隨著信息技術(shù)和生物技術(shù)的發(fā)展，世界農(nóng)業(yè)氣象學(xué)的研究領(lǐng)域進(jìn)一步拓展，研究手段進(jìn)一步提高。同時(shí)隨著氣候變化和極端天氣氣候事件的頻發(fā)，農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)加大，加強(qiáng)了作物模式與遙感和GIS技術(shù)的結(jié)合，用于開(kāi)展區(qū)域或全球氣候變化背景下和情景下作物生產(chǎn)系統(tǒng)所受的影響及響應(yīng)；多模式數(shù)值天氣預(yù)報(bào)、基于農(nóng)業(yè)專(zhuān)用參數(shù)的模擬模式與農(nóng)業(yè)決策系統(tǒng)的耦合；面向用戶需求的干旱等監(jiān)測(cè)、早期預(yù)警和評(píng)估系統(tǒng)構(gòu)建；圍繞農(nóng)業(yè)氣象風(fēng)險(xiǎn)的防御、評(píng)估、減緩和適應(yīng)等建立了農(nóng)業(yè)氣象風(fēng)險(xiǎn)管理研究體系，特別是干旱監(jiān)測(cè)、風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、干旱預(yù)測(cè)和早期預(yù)警服務(wù)已經(jīng)建立了全球協(xié)同的原則性目標(biāo)；注重多源數(shù)據(jù)的獲取與管理；氣候變化/變率與農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害研究成為熱點(diǎn)；農(nóng)業(yè)對(duì)氣候狀態(tài)的影響研究成為重點(diǎn)并提出了減排方案與減緩策略；不同尺度農(nóng)業(yè)氣象決策支持系統(tǒng)開(kāi)發(fā)加強(qiáng)；氣候變化區(qū)域?qū)用孢m應(yīng)研究加強(qiáng)；空氣污染物監(jiān)測(cè)評(píng)估與影響，空氣質(zhì)量控制保護(hù)與農(nóng)業(yè)溫室氣體排放開(kāi)展聯(lián)合研究；高分辨率天氣和季節(jié)模式的農(nóng)業(yè)應(yīng)用研究取得突破；實(shí)地觀測(cè)與遙感測(cè)量一體化技術(shù)，以及多源數(shù)據(jù)融合方法研究提高了農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測(cè)預(yù)警評(píng)估水平；農(nóng)業(yè)氣象測(cè)量技術(shù)和儀器研發(fā)進(jìn)一步提高。

2 中國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)氣象研究發(fā)展

1953年開(kāi)始執(zhí)行中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)第一個(gè)五年計(jì)劃，為了滿足農(nóng)業(yè)發(fā)展要求，決定開(kāi)展農(nóng)業(yè)氣象研究工作。1953年3月6日成立了中國(guó)最早的農(nóng)業(yè)氣象研究機(jī)構(gòu)—華北農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所農(nóng)業(yè)氣象組，即現(xiàn)中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所的前身。1956年北京農(nóng)業(yè)大學(xué)（現(xiàn)中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)）設(shè)置農(nóng)業(yè)氣象專(zhuān)業(yè)，沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)也于1958年、南京氣象學(xué)院（現(xiàn)南京信息工程大學(xué)）于1960年開(kāi)始招收農(nóng)業(yè)氣象專(zhuān)業(yè)本科生，并逐步開(kāi)展碩士和博士學(xué)位研究生培養(yǎng)。1979年中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院成立并設(shè)立了農(nóng)業(yè)氣象專(zhuān)業(yè)[3]。

1978年5月全國(guó)農(nóng)牧科技規(guī)劃會(huì)議決定恢復(fù)和發(fā)展中國(guó)農(nóng)學(xué)會(huì)及分會(huì)活動(dòng)。同年12月，根據(jù)中國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展需求，為加強(qiáng)全國(guó)的農(nóng)業(yè)氣象研究，全國(guó)農(nóng)業(yè)氣象科技規(guī)劃會(huì)議提出了成立農(nóng)業(yè)氣象學(xué)會(huì)的倡議，并列入1978—1985年農(nóng)業(yè)氣象科技發(fā)展規(guī)劃。1979年8月3日，中國(guó)農(nóng)學(xué)會(huì)批復(fù)同意籌備成立農(nóng)業(yè)氣象研究會(huì)，作為中國(guó)農(nóng)學(xué)會(huì)的二級(jí)學(xué)會(huì)，掛靠在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)氣象研究室，1994年，農(nóng)業(yè)氣象研究會(huì)更名為中國(guó)農(nóng)學(xué)會(huì)農(nóng)業(yè)氣象分會(huì)。1979年，《農(nóng)業(yè)氣象》學(xué)術(shù)期刊（現(xiàn)為《中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象》）正式創(chuàng)刊。

農(nóng)業(yè)氣象專(zhuān)業(yè)研究機(jī)構(gòu)的建立、大學(xué)農(nóng)業(yè)氣象專(zhuān)業(yè)的設(shè)立、中國(guó)農(nóng)學(xué)會(huì)農(nóng)業(yè)氣象分會(huì)的成立和專(zhuān)業(yè)學(xué)術(shù)期刊的創(chuàng)立，標(biāo)志著中國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)氣象學(xué)的教育、科學(xué)研究和全國(guó)大協(xié)作走上了正規(guī)和快速發(fā)展的軌道。

2.1 作物氣象研究

20世紀(jì)50年代，主要研究了小麥、水稻、棉花等主要農(nóng)作物的生長(zhǎng)發(fā)育農(nóng)業(yè)氣象指標(biāo)及氣象要素與作物生育、產(chǎn)量的關(guān)系；60年代主要研究了小麥生態(tài)氣候型；70年代研究了作物生長(zhǎng)發(fā)育、耕作制度、種植模式氣候資源利用研究以及作物群體光合生產(chǎn)潛力及環(huán)境調(diào)控技術(shù)；80年代重點(diǎn)加強(qiáng)了作物品質(zhì)與氣象條件、經(jīng)濟(jì)作物與氣象條件等的研究；90年代以來(lái)主要研究作物生產(chǎn)管理決策支持系統(tǒng)，農(nóng)田蒸發(fā)散量與作物產(chǎn)量模型，作物（包括經(jīng)濟(jì)作物）生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量形成與氣候變化特別是CO2濃度變化的關(guān)系成為熱點(diǎn)。

2.2 農(nóng)田小氣候研究

先后開(kāi)展了農(nóng)業(yè)小氣候觀測(cè)方法研究，結(jié)合生產(chǎn)開(kāi)展農(nóng)田耕作保墑、灌溉麥田、保護(hù)地小氣候效應(yīng)、密植豐產(chǎn)田、棉花蕾鈴脫落、秧田保溫育秧防止?fàn)€秧等小氣候研究并提出改善小氣候環(huán)境措施。

2.3 農(nóng)業(yè)氣候研究

20世紀(jì)50年代，主要開(kāi)展了農(nóng)業(yè)氣候資源分析；60—70年代，重點(diǎn)研究作物生態(tài)氣候，進(jìn)行中國(guó)農(nóng)業(yè)氣候資源調(diào)查和農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃；80年代完成了中國(guó)主要農(nóng)作物氣候資源圖集和中國(guó)農(nóng)林作物氣候區(qū)劃；90年代，重點(diǎn)加強(qiáng)氣候與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展關(guān)系、提高中國(guó)農(nóng)業(yè)氣候資源開(kāi)發(fā)利用與保護(hù)等研究，重視農(nóng)業(yè)氣候理論應(yīng)用的研究。21世紀(jì)，開(kāi)展氣候變化背景下農(nóng)業(yè)氣候資源利用與區(qū)劃研究，結(jié)合GIS，研制中國(guó)農(nóng)業(yè)氣候資源數(shù)字化圖集，分析和評(píng)估中國(guó)農(nóng)業(yè)氣候資源的時(shí)空分布特征。

2.4 畜牧氣象研究

20世紀(jì)60—70年代，主要開(kāi)展畜牧生態(tài)氣候、畜舍小氣候、畜牧氣象災(zāi)害及其防御、牧草與氣象、畜牧業(yè)綜合性宏觀研究等。從1980年開(kāi)展中國(guó)主要畜禽品種分布、生產(chǎn)性能、生態(tài)適應(yīng)性與引種問(wèn)題、氣象災(zāi)害調(diào)查，完成中國(guó)畜牧生態(tài)氣候區(qū)劃，研究高溫、高濕天氣對(duì)奶牛的影響及其對(duì)策，提出了幾種控制奶牛熱應(yīng)激影響方法，劃分了熱應(yīng)激影響區(qū)，完成了奶牛擠奶廳設(shè)計(jì)。90年代先后完成了草原群落生物量積累動(dòng)態(tài)研究，畜舍小氣候如集約化畜禽環(huán)境自控系統(tǒng)與環(huán)境動(dòng)態(tài)模型等理論和方法研究，提出了節(jié)能高效太陽(yáng)能畜舍環(huán)境控制技術(shù)、中國(guó)畜舍建筑氣候區(qū)劃、規(guī)?；笊岘h(huán)境調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)等。

2.5 全球氣候變化研究

氣候變化情景構(gòu)建研究始于20世紀(jì)80年代，多采用實(shí)驗(yàn)和氣候分析方法，進(jìn)行氣候變化情景構(gòu)建；90年代，氣候變化情景構(gòu)建與國(guó)際接軌、以模型為核心的技術(shù)方法，在脆弱性和適應(yīng)對(duì)策，以及溫室氣體清單、減緩對(duì)策等方面開(kāi)展研究，同時(shí)加強(qiáng)了與氣候公約有關(guān)政策密切關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究，21世紀(jì)，建立了中國(guó)區(qū)域21世紀(jì)SRES氣候情景的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，產(chǎn)生了大量的中國(guó)未來(lái)氣候變化情景數(shù)據(jù)。

氣候變化農(nóng)業(yè)影響評(píng)估研究始于20世紀(jì)80年代，主要開(kāi)展了基于模型驅(qū)動(dòng)的氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)影響的宏觀和微觀研究，基于長(zhǎng)期的調(diào)研和田間試驗(yàn)，建立中國(guó)農(nóng)業(yè)適應(yīng)氣候變化技術(shù)清單。90年代以后陸續(xù)開(kāi)展氣候變化影響、適應(yīng)氣候變化關(guān)鍵技術(shù)、農(nóng)業(yè)氣候資源適應(yīng)與減緩等中國(guó)農(nóng)業(yè)（包括種植、養(yǎng)殖、草地、水資源、漁業(yè)等）影響與適應(yīng)研究，特別是在世界屋脊的藏北草地影響研究獨(dú)具特色。

農(nóng)業(yè)溫室氣體研究始于20世紀(jì)90年代，側(cè)重于溫室氣體排放監(jiān)測(cè)與清單編制，參與IPCC清單編制方法研制，建立了中國(guó)溫室氣體排放系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和估算方法。同期開(kāi)展了溫室氣體減排和農(nóng)業(yè)固碳技術(shù)研究，開(kāi)發(fā)規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)規(guī)劃類(lèi)CDM項(xiàng)目、草地可持續(xù)管理方法學(xué)、保護(hù)性耕作碳交易方法學(xué)等。

氣候變化外交政策支撐研究始于20世紀(jì)90年代，開(kāi)展溫室氣體排放貿(mào)易及氣候變化國(guó)際協(xié)議相應(yīng)對(duì)策研究，并支撐相應(yīng)的國(guó)際談判。

2.6 農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害與減災(zāi)技術(shù)研究

重點(diǎn)針對(duì)干旱、低溫冷害、高溫?zé)岷?、暴雨洪澇、大風(fēng)冰雹、草原黑白災(zāi)、土壤漬化等災(zāi)害，應(yīng)用農(nóng)業(yè)氣象學(xué)、逆境生理學(xué)、突變?yōu)暮W(xué)等理論與方法，致力于全面揭示各主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的孕災(zāi)環(huán)境與演變規(guī)律，闡明主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害致災(zāi)機(jī)理，研究農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警基本理論和方法，研制農(nóng)業(yè)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)平臺(tái)，研發(fā)農(nóng)業(yè)減災(zāi)新材料，開(kāi)發(fā)防御與減輕農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害技術(shù)與產(chǎn)品，研究農(nóng)業(yè)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)與方法，研制農(nóng)業(yè)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移技術(shù)與產(chǎn)品，為防御、抵抗、規(guī)避、減輕非生物災(zāi)害對(duì)農(nóng)業(yè)的影響以及轉(zhuǎn)移農(nóng)業(yè)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)提供科技支撐。

2.6.1 低溫、霜凍害研究 在20世紀(jì)50—70年代，針對(duì)其對(duì)農(nóng)業(yè)造成的巨大損失，開(kāi)展了作物霜凍、凍害調(diào)查與防霜防凍的途徑和方法研究，包括華南引種橡膠和植膠區(qū)北移中出現(xiàn)的風(fēng)害、寒害問(wèn)題研究，東北地區(qū)的“啞巴災(zāi)”和南方的“寒露風(fēng)”研究，柑橘凍害等。80年代，開(kāi)展了區(qū)域作物低溫冷害的地理分布、生理致災(zāi)機(jī)制、冷害指標(biāo)、冷害防御等研究。90年代，防御區(qū)域作物冷害的知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)和專(zhuān)家系統(tǒng)建立。篩選出除冰核抗霜?jiǎng)┖涂顾淮龠M(jìn)玉米早熟、推遲小麥拔節(jié)期、促進(jìn)棉花吐絮的幾種植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，開(kāi)辟了作物防霜凍的新途徑；重點(diǎn)研究了綜合防霜凍技術(shù)，對(duì)化學(xué)調(diào)控、生物與藥劑防霜凍、物理方法及農(nóng)藝措施等防霜凍技術(shù)進(jìn)行了組裝集成，形成了玉米、棉花、小麥3種作物綜合防霜凍配套技術(shù)方法。2000年后，全面開(kāi)展作物抗低溫生理指標(biāo)的監(jiān)測(cè)分析、減災(zāi)化學(xué)制劑配方與實(shí)驗(yàn)，以及移動(dòng)便攜式低溫災(zāi)害田間監(jiān)控裝置與系統(tǒng)的研發(fā)，建立了不同作物低溫災(zāi)害的遠(yuǎn)程決策管理系統(tǒng)與農(nóng)業(yè)低溫災(zāi)害監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。

2.6.2 干旱研究 20世紀(jì)60年代前后，重點(diǎn)開(kāi)展了北方干旱、干熱風(fēng)發(fā)生規(guī)律和防御措施研究。70年代，研制了保墑增溫劑，揭示了小麥干熱風(fēng)機(jī)理并提出了對(duì)策。80年代，對(duì)抗旱劑、保水劑在抗旱中的應(yīng)用，地膜覆蓋、秸稈覆蓋對(duì)抑制農(nóng)田水分蒸發(fā)，改善農(nóng)田水分狀況的作用等做了大量研究。90年代以來(lái)，農(nóng)業(yè)化學(xué)抗旱減災(zāi)技術(shù)研究得到發(fā)展，在干旱防控領(lǐng)域研制了一系列的節(jié)水抗旱種衣劑；研究了系列大地形集水、田間集水、作物根區(qū)微集水技術(shù)，通過(guò)技術(shù)集成，形成防旱抗旱綜合技術(shù)；研究水肥互作抗旱技術(shù)，形成抑蒸集水防旱、抗旱集成技術(shù)。進(jìn)入21世紀(jì)，揭示了中國(guó)南方季節(jié)性干旱發(fā)生的時(shí)空規(guī)律，建立了南方季節(jié)性干旱分區(qū)指標(biāo)體系，研究區(qū)域性農(nóng)作物防旱避旱農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化布局方案；研制開(kāi)發(fā)減輕季節(jié)性干旱的雨水入滲增強(qiáng)劑、生物保水劑、植物蒸騰抑制抗旱制劑等生化制劑；研究秋雨冬用、春雨夏用、豐水年雨水資源枯水年利用技術(shù)，研究開(kāi)發(fā)因地制宜的貯水配水技術(shù)；集成避旱減災(zāi)技術(shù)，比較各種避旱減災(zāi)技術(shù)優(yōu)劣，總結(jié)各種避旱減災(zāi)技術(shù)操作規(guī)程，開(kāi)展應(yīng)用示范。

2.6.3 農(nóng)業(yè)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理研究 農(nóng)業(yè)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理研究在21世紀(jì)初成為前沿?zé)狳c(diǎn)。針對(duì)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害損失巨大，氣候變化背景下氣象災(zāi)害呈現(xiàn)新特征，災(zāi)害損失測(cè)度難、評(píng)估方法和技術(shù)薄弱，風(fēng)險(xiǎn)管理策略單一，難以滿足農(nóng)業(yè)減災(zāi)需要等問(wèn)題，開(kāi)展了農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)影響評(píng)價(jià)、農(nóng)業(yè)災(zāi)害統(tǒng)計(jì)問(wèn)題、農(nóng)業(yè)災(zāi)害損失評(píng)估方法與技術(shù)、農(nóng)業(yè)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移技術(shù)、農(nóng)業(yè)災(zāi)害政策管理等研究。

2.7 農(nóng)業(yè)氣象儀器研制與觀測(cè)方法研究

20世紀(jì)50—60年代開(kāi)展了土壤水分、農(nóng)田溫度、光照、風(fēng)等小氣候測(cè)定儀器研發(fā)；70年代研制的儀器進(jìn)行批量生產(chǎn)和全國(guó)試用；80年代農(nóng)田小氣候綜合測(cè)定儀在遙測(cè)、直讀、高精度、多點(diǎn)測(cè)定等性能大幅提高，產(chǎn)品在行業(yè)內(nèi)大范圍推廣應(yīng)用；同期研制了農(nóng)田光合作用研究實(shí)驗(yàn)觀測(cè)車(chē)、環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)裝置、自然光人工氣候箱等。同時(shí)，農(nóng)業(yè)氣象要素的觀測(cè)和農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄，也開(kāi)始向計(jì)算機(jī)化的全自動(dòng)、大容量及快速處理方向發(fā)展。90年代農(nóng)業(yè)氣象儀器的研制緊密結(jié)合計(jì)算機(jī)新技術(shù)，向現(xiàn)場(chǎng)化、微處理器化、智能化方向發(fā)展。21世紀(jì)始，一大批網(wǎng)絡(luò)化、無(wú)線傳輸、現(xiàn)場(chǎng)視頻傳輸?shù)绒r(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)儀器設(shè)備和裝置相繼完成了研發(fā)，并投入了使用。如農(nóng)田水碳通量監(jiān)測(cè)及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、分布式溫室環(huán)境測(cè)控系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)產(chǎn)地環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)災(zāi)害遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)、開(kāi)放式大氣CO2富集實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)等。

在農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)方法研究方面，50—70年代制定了農(nóng)作物物候觀測(cè)方法、蔬菜物候觀測(cè)方法、土壤水分，土壤蒸發(fā)測(cè)定方法、農(nóng)田小氣候觀測(cè)方法等，80年代CO2氣體分析儀測(cè)定作物光合作用方法，同化箱測(cè)定作物群體光合強(qiáng)度方法，農(nóng)田蒸散蒸發(fā)蒸騰測(cè)定方法、作物液流及蒸騰速率測(cè)定技術(shù)、植物群體光合速率測(cè)定方法、太陽(yáng)總輻射和散射輻射分光測(cè)量及能量分配研究等都達(dá)到了較高的技術(shù)水平。90年代以后，以農(nóng)田現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境模擬和定點(diǎn)長(zhǎng)期觀測(cè)為主的農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)方法建立。農(nóng)田能量平衡和水分平衡以及水碳通量自動(dòng)觀測(cè)記錄方法，半開(kāi)放式或開(kāi)放式CO2富集實(shí)驗(yàn)艙（圈）的方法，模擬觀測(cè)農(nóng)作物對(duì)氣候變化的影響和適應(yīng)性、半開(kāi)放裝置法測(cè)定農(nóng)田溫室氣體排放量等。

近年來(lái)，農(nóng)業(yè)氣象環(huán)境與災(zāi)害精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)取得重大進(jìn)展。開(kāi)展農(nóng)業(yè)環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)研究，可對(duì)野外農(nóng)田、溫室設(shè)施環(huán)境及農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害等進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程傳輸、信息網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控技術(shù)，集成化控技術(shù)和多種農(nóng)藝管理措施，建立了集成監(jiān)測(cè)預(yù)警、災(zāi)情診斷、調(diào)控管理于一體的智能化遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)。

3 中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象研究重大成就

作為一門(mén)基礎(chǔ)農(nóng)學(xué)學(xué)科，農(nóng)業(yè)氣象學(xué)60多年的研究發(fā)展軌跡表明：農(nóng)業(yè)氣象研究始終堅(jiān)持需求和問(wèn)題導(dǎo)向，在解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)重大需求和科學(xué)問(wèn)題中不斷得到發(fā)展；始終堅(jiān)持跟蹤國(guó)際學(xué)科發(fā)展前沿，不斷完善農(nóng)業(yè)氣象研究理論和方法，是農(nóng)業(yè)氣象實(shí)現(xiàn)了從解釋科學(xué)到試驗(yàn)科學(xué)的質(zhì)的飛躍；始終堅(jiān)持吸收最新科學(xué)技術(shù)發(fā)展成果，不斷派生出新興交叉和邊緣學(xué)科分支，如小氣候到設(shè)施農(nóng)業(yè)和植物工廠、畜牧氣象到畜禽環(huán)境工程，氣候資源到氣候變化，農(nóng)業(yè)水文氣象到旱作農(nóng)業(yè)、農(nóng)業(yè)氣象到農(nóng)業(yè)環(huán)境等。在學(xué)科發(fā)展的同時(shí)，農(nóng)業(yè)氣象研究也取得了一大批重大成果，在生產(chǎn)中發(fā)揮了重大基礎(chǔ)和戰(zhàn)略作用。

20世紀(jì)50年代，為打破國(guó)外封鎖，引種巴西三葉橡膠樹(shù)，以保障戰(zhàn)略需求。依據(jù)氣候、小地形原理，創(chuàng)造性地提出防寒植膠的建議，將國(guó)際橡膠種植的北界定義在了北緯32°，對(duì)中國(guó)橡膠事業(yè)的發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)。

60—70年代，中國(guó)農(nóng)業(yè)遭受大面積氣象災(zāi)害，圍繞糧食生產(chǎn)的間作套作復(fù)種中的光熱資源利用、干旱、干熱風(fēng)和低溫冷害防御等方面創(chuàng)新性地開(kāi)展研究，提出了種植制度和農(nóng)業(yè)氣象防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)等成果，在生產(chǎn)中發(fā)揮了重要的作用。

80年代，為有效解決糧食安全問(wèn)題，全國(guó)農(nóng)業(yè)氣候資源利用及區(qū)劃、作物和畜牧農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃；干旱、低溫冷害等主要?dú)庀鬄?zāi)害防御；農(nóng)田、人工環(huán)境小氣候、畜牧氣象；北方旱地農(nóng)業(yè)；氣候波動(dòng)與氣候變化等一批研究成果在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)決策和生產(chǎn)中應(yīng)用，有效支撐了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)宏觀布局和生產(chǎn)發(fā)展。同期，建立了農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)與試驗(yàn)站網(wǎng)，農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)開(kāi)始與國(guó)際同步。

90年代，在世界農(nóng)業(yè)氣候與作物氣候圖集、農(nóng)業(yè)應(yīng)對(duì)氣候變化、旱地農(nóng)業(yè)、農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警與防控等方面取得重大科研突破，作物模擬模型的應(yīng)用與自主研發(fā)成果顯著。

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，生物技術(shù)和信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)氣象研究中得到重視和廣泛應(yīng)用，《農(nóng)業(yè)氣候資源數(shù)字化圖集》、農(nóng)業(yè)溫室氣體減排、設(shè)施環(huán)境控制與植物工廠、災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理等領(lǐng)域陸續(xù)取得重大成果，為新世紀(jì)農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展奠定了科學(xué)基礎(chǔ)。

60多年來(lái)，中國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)氣象學(xué)科碩果累累，在全國(guó)農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃、農(nóng)業(yè)氣候資源開(kāi)發(fā)利用、農(nóng)業(yè)氣象產(chǎn)量預(yù)報(bào)與遙感估產(chǎn)、氣候變化農(nóng)業(yè)影響、溫室氣體排放測(cè)定與國(guó)家清單、旱作農(nóng)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)與區(qū)域治理、農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害防御技術(shù)、都市型設(shè)施園藝等獲得多項(xiàng)國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)，所發(fā)表的論文、著作、專(zhuān)利、標(biāo)準(zhǔn)等重大技術(shù)成果在保障國(guó)家糧食安全、促進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展中發(fā)揮著基礎(chǔ)性、關(guān)鍵性的科技支撐作用。

4 學(xué)科發(fā)展展望

加快農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型發(fā)展和農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，推進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色化和優(yōu)質(zhì)化發(fā)展，是當(dāng)前及今后一段時(shí)期農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要任務(wù)。同時(shí)，全球范圍內(nèi)的農(nóng)業(yè)科技革命方興未艾，生物技術(shù)、信息技術(shù)、新材料和先進(jìn)制造等領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)不斷向農(nóng)業(yè)領(lǐng)域滲透。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，中國(guó)也必將逐步成為世界科學(xué)中心之一。展望未來(lái)，作為基礎(chǔ)和邊緣交叉學(xué)科，農(nóng)業(yè)氣象學(xué)將迎來(lái)又一次發(fā)展機(jī)遇，并在以下重點(diǎn)領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

農(nóng)業(yè)氣候與農(nóng)業(yè)布局優(yōu)化。綜合農(nóng)業(yè)氣候資源和氣候變化農(nóng)業(yè)影響的研究成果，圍繞糧食生產(chǎn)功能區(qū)、重要農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)保護(hù)區(qū)和特色農(nóng)產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)區(qū)建設(shè)，重點(diǎn)研究區(qū)域氣候生產(chǎn)潛力、氣象條件與品質(zhì)、氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等內(nèi)容，提出“三區(qū)”建設(shè)布局空間優(yōu)化方案、技術(shù)措施和政策建議。

農(nóng)業(yè)氣象與農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展。圍繞農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展和循環(huán)發(fā)展需求，重點(diǎn)研究農(nóng)業(yè)氣候資源承載力與種植制度、氣象條件與投入品、病蟲(chóng)害氣象、小氣候與環(huán)境基準(zhǔn)、農(nóng)業(yè)溫室氣體減排等內(nèi)容，提出不同區(qū)域基于生產(chǎn)功能、氣候資源承載力和生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境容量的種植制度紅綠燈制度，建立循環(huán)農(nóng)業(yè)模式和綠色技術(shù)體系。

農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害與風(fēng)險(xiǎn)管理。圍繞氣候變化導(dǎo)致極端天氣氣候事件頻發(fā)重發(fā)的特點(diǎn)，加強(qiáng)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理的科學(xué)研究，在不確定的氣候風(fēng)險(xiǎn)中，重點(diǎn)關(guān)注常態(tài)的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害和突發(fā)的、超出閾值的災(zāi)害，完善結(jié)構(gòu)避災(zāi)、工程防災(zāi)、生物抗災(zāi)、技術(shù)減災(zāi)、制度賑災(zāi)的理論方法和技術(shù)研究，支撐農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展。

農(nóng)業(yè)小氣候與工廠化農(nóng)業(yè)。圍繞設(shè)施農(nóng)業(yè)、都市農(nóng)業(yè)和動(dòng)植物工廠等發(fā)展需求，重點(diǎn)研究人工控制條件下光照、溫度、CO2等氣象要素及其耦合狀況對(duì)動(dòng)植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響、制約和應(yīng)激響應(yīng)等，同時(shí)研究動(dòng)植物生產(chǎn)對(duì)人工環(huán)境的影響，建立不同類(lèi)型工廠化農(nóng)業(yè)高效、優(yōu)質(zhì)、安全、綠色生產(chǎn)環(huán)境控制模式與技術(shù)體系。

農(nóng)業(yè)氣象信息與智慧農(nóng)業(yè)。圍繞智能感知和決策支持，充分吸收生物科學(xué)和信息科學(xué)的最新成果，強(qiáng)化作物模型的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，提高作物模型對(duì)作物生長(zhǎng)環(huán)境、管理、基因相互作用的解釋性，研發(fā)基于現(xiàn)代IT技術(shù)的農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)預(yù)警、影響評(píng)估、決策支持、風(fēng)險(xiǎn)管理、應(yīng)對(duì)技術(shù)措施等一體化解決方案，指導(dǎo)不同基因型品種環(huán)境適應(yīng)性篩選、智能灌溉施肥施藥等，發(fā)展氣候智慧型農(nóng)業(yè)模式與技術(shù)。

隨著新理論和新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，農(nóng)業(yè)氣象學(xué)這門(mén)古老的基礎(chǔ)和邊緣交叉學(xué)科將不斷吸收其他學(xué)科的發(fā)展結(jié)果，融合和派生出新的學(xué)科分支，也必將在新時(shí)期農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展中發(fā)揮新的更大的作用。

[1]劉漢中.普通農(nóng)業(yè)氣象學(xué)[M].北京:北京農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社,1990:5-6.

[2]World Meteorological Organization.Commission for Agricultural Meteorology(CAgM):The First Fifty Years[M].Geneve:World Meteorological Organization(WMO),2006:4-7.

[3]中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所所志[M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,2013.