黃騰儀　吳炳科　饒珠陽

摘 要：香蕉是廣西自治區(qū)重點發(fā)展的優(yōu)勢水果產(chǎn)業(yè)之一，受當?shù)刈匀画h(huán)境影響，冬春寒流易對香蕉植株造成寒害，從而受災(zāi)減產(chǎn)。因此，利用現(xiàn)代信息技術(shù)，提升香蕉生產(chǎn)自然風險的抵抗能力尤為重要。該文介紹了廣西香蕉全產(chǎn)業(yè)鏈公共服務(wù)平臺的設(shè)計原則，提出建設(shè)香蕉寒害預(yù)警功能，抽取關(guān)鍵致災(zāi)因子建設(shè)寒害預(yù)警模型，并借助大數(shù)據(jù)技術(shù)生成綜合寒害指數(shù)，經(jīng)專家會商后確定預(yù)警等級，給出應(yīng)對措施。同時，采用可視化展示技術(shù)。該平臺可通過互聯(lián)網(wǎng)為香蕉生產(chǎn)經(jīng)營主體提供預(yù)警信息服務(wù)，起到防患于未然、穩(wěn)產(chǎn)降損的作用。目前，該平臺功能已進入試運行階段，計算結(jié)果與專家判斷基本一致，可為政府、蕉農(nóng)和專家提供決策輔助作用。

關(guān)鍵詞：香蕉;預(yù)警;寒害指數(shù);農(nóng)業(yè)信息服務(wù)

中圖分類號 S668.1;S426;S126 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2022）07-0113-04

香蕉是芭蕉科芭蕉屬植物，主要生長在熱帶和亞熱帶地區(qū)。2019年我國香蕉總產(chǎn)量1165.60萬t，是僅次于印度的全球第二大生產(chǎn)國，占全球香蕉總產(chǎn)量的10%[1]。從國內(nèi)產(chǎn)區(qū)分布來看，廣西壯族自治區(qū)香蕉產(chǎn)量311萬t，占全國產(chǎn)量的26.7%，是我國第二大香蕉產(chǎn)區(qū)。香蕉喜濕熱氣候，我國除了海南和廣東西南部地區(qū)外，其他產(chǎn)區(qū)常年遭受冬春寒流侵襲，輕則香蕉葉果受傷減產(chǎn)，重則整株死亡[23]。在廣西的香蕉生產(chǎn)中，寒害是造成香蕉產(chǎn)量減少的重要因素。中國天氣網(wǎng)的數(shù)據(jù)顯示，1949年以來，廣西發(fā)生嚴重寒害凍害的年度主要有：1954—1955、1960—1961、1962—1963、1966—1967、1967—1968、1968—1969、1973—1974、1975—1976、1976—1977、1982—1983、1983—1984、1995—1996、1999—2000、2002—2003、2007—2008年度。其中，2008年1月12日至2月20日，廣西遭受歷史罕見的低溫雨雪冰凍天氣過程襲擊。

農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害預(yù)警是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要服務(wù)之一，根據(jù)聯(lián)合國開發(fā)計劃署（United Nations Development Programme）的預(yù)測，到2030年，因為氣候的變化，貧困人口有可能再增加1億人，運用現(xiàn)代科技降低氣候變化帶來的農(nóng)作物災(zāi)害至關(guān)重要。隨著氣象數(shù)據(jù)采集與傳輸技術(shù)的增強以及大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的迅猛發(fā)展，農(nóng)業(yè)氣象預(yù)警應(yīng)用取得了長足的進步。聯(lián)合國糧食與農(nóng)業(yè)組織（United Nations Food and Agriculture Organization，F(xiàn)AO）建設(shè)了全球糧食及農(nóng)業(yè)信息和預(yù)警系統(tǒng)（The Global Information and Early Warning System on Food and Agriculture，GIEWS），將干旱等氣象預(yù)警服務(wù)加入其中，為相關(guān)國家提供信息服務(wù)，減輕自然災(zāi)害對糧食生產(chǎn)的影響。國際氣候與社會研究所（International Research Institute for Climate and Society）建設(shè)了系列氣候和預(yù)報產(chǎn)品，其中包括美國與墨西哥干旱預(yù)測產(chǎn)品、季節(jié)和次季節(jié)氣候信息和對農(nóng)業(yè)重要性的分析產(chǎn)品;聯(lián)合國開發(fā)計劃署建設(shè)了區(qū)域綜合多種災(zāi)害早期預(yù)警系統(tǒng)（RIMES），并協(xié)助柬埔寨建設(shè)了農(nóng)業(yè)氣象預(yù)警專業(yè)專家系統(tǒng)（SESAME），促進了氣象部門與農(nóng)業(yè)部門的合作，共同指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者，提升氣象風險對抗能力。

我國幅員遼闊，氣候多樣，氣象災(zāi)害時有發(fā)生，“看天吃飯”這種傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式在現(xiàn)代科技的輔助下，正在向“早發(fā)現(xiàn)、早應(yīng)對”轉(zhuǎn)變[4]。各級政府部門借助電視、廣播、互聯(lián)網(wǎng)等傳播媒介，向農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營主體提供各類農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)。2019年，全國各級預(yù)警發(fā)布機構(gòu)利用國家突發(fā)事件預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)發(fā)布14類與農(nóng)業(yè)緊密相關(guān)的預(yù)警信息共計13萬條[5]。各科研院所的專家積極研究氣象預(yù)警模型，取得了豐碩的研究成果，為實現(xiàn)預(yù)警服務(wù)奠定了堅實基礎(chǔ)。

香蕉是廣西重點發(fā)展的優(yōu)勢水果產(chǎn)業(yè)之一，提質(zhì)增效、產(chǎn)業(yè)升級是發(fā)展必由之路，大力推進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營信息化、提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)指揮及應(yīng)急調(diào)度能力和市場信息應(yīng)用與服務(wù)能力非常必要[6]。本文介紹了廣西香蕉全產(chǎn)業(yè)鏈公共服務(wù)平臺的設(shè)計原則和香蕉寒害預(yù)警模型及功能，以期為香蕉生產(chǎn)經(jīng)營主體提供預(yù)警信息服務(wù)，提升自然風險的抵抗能力，起到防患于未然、穩(wěn)產(chǎn)降損的作用。

1 香蕉寒害預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計

香蕉全產(chǎn)業(yè)鏈公共服務(wù)平臺按產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)對香蕉產(chǎn)業(yè)進行全面解析，按照“產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后”三大環(huán)節(jié)、“種子種苗、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、氣象服務(wù)、預(yù)測預(yù)警、價格分析、優(yōu)品推介、相關(guān)認證、進出口趨勢、競爭力分析”等18個專題，為生產(chǎn)經(jīng)營主體提供服務(wù)。其中，香蕉寒害預(yù)警服務(wù)是重要產(chǎn)中環(huán)節(jié)，因此香蕉寒害預(yù)警系統(tǒng)是香蕉全產(chǎn)業(yè)鏈公共服務(wù)平臺的重要組成部分。

1.1 服務(wù)對象 近年來，廣西香蕉種植產(chǎn)業(yè)聚集度有所增加，排名前3位的產(chǎn)區(qū)分別為南寧、欽州和崇左，2019年香蕉產(chǎn)量分別占廣西全區(qū)的42.31%、25.62%、10.77%。除了這3個主產(chǎn)區(qū)以外，還有玉林、百色等產(chǎn)區(qū)，雖然產(chǎn)量占比較小，但依舊有一定數(shù)量的香蕉種植主體，因此本研究中的香蕉寒害預(yù)警服務(wù)面向所有廣西香蕉產(chǎn)區(qū)。

1.2 設(shè)計原則 為實現(xiàn)香蕉寒害預(yù)警功能，系統(tǒng)在設(shè)計時遵循以下4個原則：（1）把可靠性和安全性放在了首要位置。整個功能的設(shè)計要能夠防范常見的黑客攻擊，同時，通過用戶和密碼的設(shè)置，通過對用戶權(quán)力的分配，通過對不同管理員的設(shè)置，對內(nèi)部實現(xiàn)安全的管理。通過采用防火墻和數(shù)據(jù)加密等技術(shù)有效控制網(wǎng)絡(luò)的訪問，靈活實施網(wǎng)絡(luò)安全控制策略。（2）為了方便對各模塊的維護，管理員對各模塊的管理和維護都可以通過web頁面實現(xiàn)完整的流程化管理。在管理界面上，采用通用的圖形化和文字化結(jié)合的管理，管理員不需要復(fù)雜的培訓(xùn)，就能夠?qū)φ麄€系統(tǒng)實現(xiàn)靈活的管理。（3）整個系統(tǒng)在運行過程中，要具備足夠的穩(wěn)定性，確保系統(tǒng)在設(shè)計的負荷下能夠滿足穩(wěn)定服務(wù)的要求。（4）寒害預(yù)警功能是在應(yīng)用中逐漸完善和優(yōu)化的，因此其設(shè)計不但要能夠滿足當前的需求，對于未來功能的發(fā)展也必須預(yù)留一定的應(yīng)用擴展空間。另外，還應(yīng)具有較多的開放性集成接口，可供其他平臺進行功能延伸開發(fā)和數(shù)據(jù)調(diào)用。

1.3 功能結(jié)構(gòu) 香蕉寒害預(yù)警系統(tǒng)的功能是氣象數(shù)據(jù)采集、預(yù)警模型建立、數(shù)據(jù)分析和處理、專家會商以及信息發(fā)布。根據(jù)定義好的預(yù)警指標，完成對預(yù)警數(shù)據(jù)的警情分析、警情確認和信息發(fā)布工作。香蕉寒害預(yù)警功能組成詳見圖1。數(shù)據(jù)處理模塊主要負責采集氣象數(shù)據(jù)，經(jīng)過清洗后，按氣象站點位置及時間維度進行數(shù)據(jù)加工處理。為提高精準度，采用了最細粒度的氣象站點數(shù)據(jù)，并且分產(chǎn)區(qū)進行計算，以保證計算結(jié)果的科學性和對生產(chǎn)的可指導(dǎo)性。同時，考慮到數(shù)據(jù)樣本量越大，分析結(jié)果越客觀，選取近30年以來廣西22個氣象站點每日溫度數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)。寒害預(yù)警模型模塊負責選取寒害關(guān)鍵指標，建設(shè)廣西香蕉寒害預(yù)警模型，根據(jù)氣象數(shù)據(jù)計算得出預(yù)警結(jié)果。專家會商模塊是香蕉生產(chǎn)專家根據(jù)寒害預(yù)警模型模塊的計算結(jié)果進行會商，并形成會商結(jié)論。為了便于專家查閱資料，建設(shè)知識庫，專家可快速檢索到相關(guān)資料以及歷史信息。預(yù)警發(fā)布模塊集成在廣西全產(chǎn)業(yè)鏈公共服務(wù)平臺中，以可視化展示方式，為香蕉生產(chǎn)主體提供預(yù)警信息服務(wù)。

2 廣西香蕉寒害預(yù)警模型構(gòu)建

2.1 指標結(jié)構(gòu) 香蕉遭受輻射型、平流型寒凍害影響后表觀癥狀差異明顯，且導(dǎo)致產(chǎn)量損失的關(guān)鍵氣象因子與天氣類型有關(guān)。香蕉寒害的致災(zāi)因子可以概括為寒害的極端最低氣溫、最大降溫幅度、持續(xù)累計日數(shù)和有害積寒[7]。參考文獻，結(jié)合已有數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，本預(yù)警模型由5個指標組成，分別為綜合寒害指數(shù)、年度最低氣溫、最大降溫幅度、寒害持續(xù)日數(shù)、累積寒害，指標結(jié)構(gòu)詳見圖2。

年度最低氣溫是指廣西各香蕉產(chǎn)區(qū)從當年11月1日至翌年3月31日這一段時間內(nèi)達到的最低溫度，此處的年度不是通常所指的自然年度，而是指寒害監(jiān)測年度。該指標在整個監(jiān)測年度中動態(tài)更新。最大降溫幅度是同一天內(nèi)最高氣溫與最低氣溫的差值，該數(shù)據(jù)從每年11月1日開始計算，動態(tài)更新。寒害持續(xù)日數(shù)從寒害開始進行計算。該模型中將香蕉寒害的臨界溫度設(shè)定為5℃，當最低氣溫≤5.0℃時，該指標開始啟動計算，每增加24h，該指標值加1，當最低氣溫≥5.0℃時，計算停止。累計寒害是指整個寒害過程中香蕉所受到的積累傷害，該指標也是從寒害開始（最低氣溫≤5.0℃）時進行計算，寒害結(jié)束（最低氣溫≥5.0℃）時計算停止。為了給香蕉生產(chǎn)主體提供簡明扼要的預(yù)警，在上述4個致災(zāi)因子基礎(chǔ)上生成綜合寒害指數(shù)，建設(shè)初期采用同權(quán)重計算綜合寒害指數(shù)，后續(xù)根據(jù)實際情況進行權(quán)重調(diào)整。

2.2 標準化處理 在該預(yù)警模型中，各指標的性質(zhì)不同，具有不同的量綱和數(shù)量級。如果直接用原始指標值進行分析，就會突出數(shù)值較高的指標在綜合分析中的作用，相對削弱數(shù)值水平較低指標的作用。因此，需對寒害4個致災(zāi)因子逐一進行數(shù)據(jù)標準化處理，即：計算當前致害因子相當于最大受害發(fā)生值的相對數(shù)，按百分數(shù)表示，取值區(qū)間0～100%。各致災(zāi)因子標準化值均與作物受害程度呈正比，標準化處理方法如下：

最大降溫幅度（GTD）標準化：

式中，H1i為最大降溫幅度標準化值，GTDi為本年度即期最大降溫幅度的實際值，GTDmax為歷史最大降溫幅度的記錄值（按近30年計算）。

年度最低氣溫（MAT）標準化：

式中，H2i為年度最低氣溫標準化值，[MATi]為本年度即期極端最低氣溫的實際值（℃）。[MATMax]為歷史最高極端最低氣溫（℃），[MATmin]為歷史最低極端最低氣溫（℃）。

寒害持續(xù)日數(shù)（[SD]5）標準化：

式中，H3i為≤5.0℃持續(xù)日數(shù)標準化值，[SD]5i為本年度即期≤5.0℃持續(xù)日數(shù)的實際值（d），[SD]5max為歷史最大≤5.0℃持續(xù)日數(shù)的記錄值（d）（按近30年計算）。

累計寒害（AHT5）標準化：

式中，H4i為≤5.0℃累計寒害標準化值，AHT5i為本年度即期≤5.0℃累計寒害的實際值寒（℃·d），AHT5max為歷史最大≤5.0℃累計寒害的記錄值（℃·d）（按近30年計算）。

累計寒害的計算公式：

式中，Tmin為即期溫度最低值（℃），Tm為即期實時溫度值（℃）。

3 信息發(fā)布

3.1 信息發(fā)布流程 采集廣西香蕉產(chǎn)區(qū)各氣象站點實時數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)清洗過濾以后，輸入到寒害預(yù)警模型中進行計算，可得到5個計算結(jié)果，即：最大降溫幅度、年度最低氣溫、寒害累計日數(shù)、累積寒害以及綜合寒害指數(shù)。在預(yù)警信息發(fā)布之前，召集農(nóng)業(yè)專家進行在線會商。專家根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，結(jié)合多年實際生產(chǎn)經(jīng)驗，確定預(yù)警等級，并根據(jù)預(yù)警等級給出預(yù)防寒害指導(dǎo)與建議。寒害預(yù)警計算結(jié)果與專家會商結(jié)果經(jīng)審核后，在廣西香蕉全產(chǎn)業(yè)鏈公共服務(wù)平臺上進行發(fā)布。

3.2 信息發(fā)布形式 預(yù)警信息采用可視化展示技術(shù)，支持電腦、手機、PAD等多種終端的接入。生產(chǎn)經(jīng)營主體可根據(jù)自己園區(qū)所在位置，選擇相應(yīng)產(chǎn)區(qū)，關(guān)注當?shù)睾︻A(yù)警信息。綜合寒害指數(shù)是一個關(guān)鍵指標，分為弱警、中警、較強警和強警4個預(yù)警等級，為了更加醒目易懂，分別用藍色、黃色、紅色和橙色表示。為了能給生產(chǎn)經(jīng)營主體提供更多的指導(dǎo)服務(wù)，在預(yù)警信息發(fā)布時，除了寒害預(yù)警等級，還會提供專家建議，如：覆蓋地膜、施用防凍抗凍物品，以及寒害后如何施肥緩苗、如何處理死苗等，香蕉生產(chǎn)主體可根據(jù)專家指導(dǎo)采取相應(yīng)措施，以減少寒害帶來的損失。

4 結(jié)語

我國農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害預(yù)警服務(wù)正在蓬勃發(fā)展之中，這是一種跨學科知識的融合應(yīng)用，需要氣象部門與農(nóng)業(yè)部門通力合作，結(jié)合地方特色產(chǎn)業(yè)、氣候特點、品種生長特點而制定完善的災(zāi)害預(yù)警服務(wù)。根據(jù)預(yù)警信息，有效地采取針對性的預(yù)防措施，降低自然災(zāi)害給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來的影響[8]。在香蕉全產(chǎn)業(yè)鏈信息服務(wù)中加入寒害預(yù)警，是傳統(tǒng)信息服務(wù)的延伸，是在廣西單品種全產(chǎn)業(yè)鏈綜合服務(wù)中的一種嘗試。它充分發(fā)揮了氣象數(shù)據(jù)的作用，提高了氣象預(yù)警預(yù)測能力。廣西發(fā)展水果產(chǎn)業(yè)需要綜合考量標準建設(shè)、品牌創(chuàng)建、網(wǎng)絡(luò)營銷及疫病防控等多方因素[9]。關(guān)于香蕉寒害應(yīng)對方法研究也取得多方面進步，例如在抗寒基因工程方面，隨著分子生物學的發(fā)展，出現(xiàn)了轉(zhuǎn)化頻率更高、重復(fù)性更好的香蕉遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù)[10];在田間管理方面，研發(fā)了天膜+地膜雙膜保護的防寒方式，可以保障秋植蕉苗安全過冬[11]。

香蕉寒害預(yù)警服務(wù)不是一蹴而就的，仍有很大的提升空間，預(yù)測精準度仍需持續(xù)提高，預(yù)測時間長度也應(yīng)該加大，尚需結(jié)合不同香蕉品種和產(chǎn)區(qū)完善寒害預(yù)警模型。后續(xù)擬在香蕉全產(chǎn)業(yè)鏈公共服務(wù)平臺中增加歷史氣象數(shù)據(jù)查詢服務(wù)，有意愿從事香蕉生產(chǎn)的主體在選擇建園地點時可查詢各產(chǎn)區(qū)的冬季歷史氣象數(shù)據(jù)，如：冬季平均氣溫、年度最低溫度、年度無霜期、寒害發(fā)生次數(shù)等氣象指標，作為確定種植地點的參考因素，也可根據(jù)數(shù)據(jù)提前做好防寒預(yù)案，使香蕉寒害預(yù)警服務(wù)發(fā)揮更大的作用。作為全產(chǎn)業(yè)鏈服務(wù)中的一環(huán)，香蕉寒害預(yù)警還需要與品種改良、品種選擇、園區(qū)位置選擇、產(chǎn)中的生長期管理等相結(jié)合，如：提高香蕉植株健康度、調(diào)整種植時間、科學施肥等以及災(zāi)后定損、農(nóng)業(yè)保險等，才能全面提升香蕉產(chǎn)業(yè)抗風險能力，真正促進農(nóng)民降損增收。

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（責編：徐世紅）

Design and Application of Banana Cold Injury Early Warning System

HUANG Tengyi? ?WU Bingke? ?RAO Zhuyang

（Agricultural Information Center of Guangxi Zhuang Autonomous Region， Nanning 530022， China）

Abstract： Banana is one of the priority fruit industries in Guangxi Zhuang autonomous region. Affected by the local natural environment， the cold currents in winter and spring can easily cause cold damage to banana plants and cause disasters to reduce production. Therefore， it is particularly important to use modern information technology to improve the resistance to natural risks of banana production. This study introduced the design principles of the public service platform for the entire banana industry chain in Guangxi， and proposed the construction of a banana cold damage early warning function; extracted key hazards to build a cold damage early warning model， and used big data technology to generate a comprehensive cold damage index. After consultation with experts， the warning level was determined， and countermeasures were given， and visual display technology was adopted. This platform can provide early warning information services for banana production and operation entities through the Internet， and play a role in preventing problems before they occur， stabilizing production and reducing losses. At present， the function of the platform has entered the trial operation stage， and the calculation results are basically consistent with expert judgments， which can provide decision-making assistance for the government， banana farmers and experts.

Key words： Banana; Early warning; Chilling injury index; Agriculture information service

作者簡介：黃騰儀（1983—），女，廣西德保人，碩士，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟師，研究方向：農(nóng)業(yè)農(nóng)村信息化、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟、涉農(nóng)網(wǎng)絡(luò)輿情。? 收稿日期：2021-12-18