劉曉磊，張婷婷，宮 軍，薛箏箏，石菊紅，孫嘉楠

(1.中國氣象局旱區(qū)特色農(nóng)業(yè)氣象災害監(jiān)測預警與風險管理重點實驗室，銀川 750002；2.寧夏大氣探測技術保障中心，銀川 750002)

0 引言

中國是一個農(nóng)業(yè)大國、人口大國，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全直接關系到社會的穩(wěn)定和國家的可持續(xù)發(fā)展。農(nóng)業(yè)也是受氣候變化影響最敏感的領域之一，災害性天氣直接影響著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。中國是世界上氣象災害種類多、活動頻繁、危害嚴重的國家之一。在所有自然災害中，氣象災害占70%以上，其中60%為農(nóng)業(yè)氣象災害。近10 a，氣象災害造成的經(jīng)濟損失呈現(xiàn)出上升的趨勢。

現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的大力發(fā)展對新科技、新技術的依賴越來越強烈，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)氣象服務已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的信息需求，必須開展具有針對性的特色農(nóng)業(yè)服務才能滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)多元化發(fā)展的需求。文章將介紹有關農(nóng)業(yè)氣象服務自動氣象站在寧夏的發(fā)展經(jīng)驗。

1 農(nóng)業(yè)自動氣象監(jiān)測的意義

寧夏是中國5大平原灌區(qū)之一，也是國家13個商品糧生產(chǎn)基地之一。農(nóng)業(yè)是寧夏傳統(tǒng)優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，農(nóng)產(chǎn)品主要有：水稻、小麥、玉米、馬鈴薯、枸杞、葡萄和紅棗等。在農(nóng)業(yè)氣候方面，寧夏地處西北內(nèi)陸，北部和中部以干旱剝蝕、風蝕地貌為主，南部以流水侵蝕的黃土地貌為主，境內(nèi)地形南高北低，而氣溫則呈南低北高、南寒北暖的“倒掛”現(xiàn)象。受地貌復雜性和氣候特殊性等多重因素的影響，寧夏地區(qū)的氣候變化對全球氣候變化的響應更為敏感，因此，寧夏農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受氣候變化的影響也更加顯著[1，2]。

隨著近年氣候環(huán)境的不斷變化，對農(nóng)業(yè)影響嚴重的大風、寒潮、冰凍等災害性天氣發(fā)生頻率不斷上升，每年都會給農(nóng)業(yè)帶來不小的損失。傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)氣象服務重點在于氣象預報、墑情分析和作物發(fā)育等方面，而對災害性天氣預報預警和實時氣象數(shù)據(jù)觀測方面則關注較少。因此推廣建設富有特色、因地制宜的農(nóng)業(yè)設施自動氣象監(jiān)測系統(tǒng)，將有效提高觀測資料獲取水平，并以此為基礎開展氣象預報預警服務、開發(fā)設施農(nóng)業(yè)自動化控制系統(tǒng)等工作。

2 農(nóng)業(yè)自動氣象監(jiān)測系統(tǒng)的組成

農(nóng)業(yè)自動氣象監(jiān)測系統(tǒng)以數(shù)據(jù)自動采集為基礎，在供電、通信等輔助設施的配合下，完成觀測資料的采集，并對觀測資料進行數(shù)據(jù)處理，形成完整的數(shù)據(jù)報告和服務產(chǎn)品。農(nóng)業(yè)自動氣象站數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以傳感器和采集器為核心。目前針對不同農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的需求，已經(jīng)有大量的自動化采集器和傳感器可以選用。

2.1 常規(guī)氣象環(huán)境監(jiān)測

目前溫度、濕度、風速、風向、雨量、氣壓等氣象要素自動化觀測作為基礎觀測項目已得到廣泛應用，并在自動氣象監(jiān)測系統(tǒng)中全部得到監(jiān)測。這些要素的自動化觀測具有觀測范圍廣、分辨力高、準確度高和造價低等特點。在使用中，各類傳感器安裝簡單，安裝位置可以任意選擇。同時自動氣象站采集器也已支持多路信號傳輸，因此在同一區(qū)域可安裝多個相同的氣象要素傳感器，不但能夠充分了解各觀測點實況資料與變化規(guī)律，也可以互相比較觀測數(shù)據(jù)，為不同作物的生長發(fā)育提供科學依據(jù)。

2.2 特種氣象環(huán)境監(jiān)測

1)土壤水分觀測

土壤水分是重要的農(nóng)業(yè)氣象要素之一，能夠反映土壤的濕潤狀況，是農(nóng)業(yè)氣象、生態(tài)環(huán)境以及水文監(jiān)測的基礎性工作，也是農(nóng)田干旱、情報預報的重要依據(jù)。

目前寧夏開展土壤水分監(jiān)測主要使用的是華云公司研制的DZN3型自動土壤水分觀測儀，它采用土壤水分頻域反射(FDR)測量技術，能夠準確及時地測量土壤含水量，完成土壤水分貯存量信息的采集、處理、存儲及傳輸。其最大優(yōu)點是應用多通道數(shù)據(jù)采集技術，能夠同時開展不同深度的土壤水分監(jiān)測工作[3，4]。

在部分監(jiān)測站點還使用了SWR-3型土壤水分傳感器，其優(yōu)點是結構小巧輕便、價格低廉，既可用于土壤水分點源信息的移動測量，也可埋入土壤中對土壤水分進行定點的長期監(jiān)測。

2)葉面溫度傳感器

葉面溫度傳感器為遙感式測量，采用紅外探測技術進行測量，安裝時可任意選擇監(jiān)測區(qū)域，檢測準確度高、穩(wěn)定性好，但安裝較為復雜，需仔細調(diào)整紅外線角度并完成自我修正系數(shù)的測試，以此來保證觀測資料的準確性。

3)二氧化碳儀

CO2等溫室氣體的增加對生態(tài)系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響，特別對于設施農(nóng)業(yè)的影響都是非常復雜的。CO2增加雖然有利于綠色植物的光合作用，但作為溫室氣體，CO2的增加對設施農(nóng)業(yè)溫度變化的影響也更加明顯。因此對CO2濃度的準確檢測，不但可以實時了解其濃度變化，而且可以與自動控制系統(tǒng)相連接，及時調(diào)整設施農(nóng)業(yè)通風、揭蓋草簾等工作。

目前寧夏部分站點選用的是維薩拉GMM220系列的CO2監(jiān)測儀，其最大優(yōu)點是可在惡劣的環(huán)境下工作，并在廣泛的溫度和相對濕度范圍內(nèi)提供精確的CO2監(jiān)測，但缺點是價格昂貴，不適宜大面積布設。

4)實景觀測系統(tǒng)

農(nóng)業(yè)小氣候?qū)嵕坝^測系統(tǒng)通過專業(yè)視頻采集設備獲得實景資料，再通過后臺對比等算法輸出服務產(chǎn)品。目前實景觀測分為作物特征和實景視頻兩類。其中，作物特征包括作物發(fā)育期、蓋度、密度、冠層高度、生長狀況評定、葉面積指數(shù)和干物質(zhì)質(zhì)量。實景視頻包括作物、農(nóng)田、觀測設備及農(nóng)事活動的現(xiàn)場視頻。在應用中最大難點在于觀測期的觀測資料儲備。目前可以通過2個作物觀測期，實現(xiàn)玉米、小麥、水稻、牧草生長發(fā)育要素自動識別采集功能；通過3～4個作物觀測期，實現(xiàn)馬鈴薯、紅棗、枸杞、葡萄、硒砂瓜等生長發(fā)育要素自動識別采集功能。生長發(fā)育要素主要包括作物生育期、覆蓋度、密度、高度、生長狀況、葉面積指數(shù)和干物質(zhì)質(zhì)量等。

3 農(nóng)業(yè)自動氣象監(jiān)測系統(tǒng)在寧夏的發(fā)展

自2011年起，寧夏隨著中國氣象局“三農(nóng)項目”的不斷推進和各市縣對特色農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不斷投入，農(nóng)業(yè)自動氣象監(jiān)測站在全區(qū)范圍內(nèi)逐步發(fā)展起來。特別是2018年自治區(qū)政府投資建設的“兩個體系”項目，更是一次性在全區(qū)特色農(nóng)業(yè)主產(chǎn)區(qū)建設了111套農(nóng)業(yè)自動氣象監(jiān)測站，極大地豐富了監(jiān)測站點數(shù)量、監(jiān)測要素種類和監(jiān)測資料內(nèi)容。

目前寧夏已建成由農(nóng)業(yè)氣象服務與農(nóng)村氣象災害監(jiān)測網(wǎng)、農(nóng)村氣象災害預警預報系統(tǒng)及信息發(fā)布系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)農(nóng)村氣象災害風險管理系統(tǒng)共同構成的寧夏農(nóng)業(yè)氣象服務體系和農(nóng)村氣象災害防御體系，能夠為新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體和農(nóng)民提供農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過程、多時效、定量化的農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測分析、預報預測和影響評估服務，有效提升了寧夏農(nóng)業(yè)氣象服務和農(nóng)村氣象災害防御水平。

4 結束語

農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測資料的收集是做好農(nóng)業(yè)氣象服務、減輕農(nóng)業(yè)氣象災害的基礎工作。隨著氣象現(xiàn)代化工作的不斷推進，全自動化的農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測站是氣象觀測的發(fā)展趨勢，也是獲得資料最直接、最高效的方法，具有較高的推廣價值。