崔新建，陳羅成，王素杰，檀艷靜#

1.河南省周口市氣象局，河南周口 466000; 2.河南省氣象局, 河南鄭州 450000;3.河南省商水縣氣象局, 河南商水 466100

1 商水縣概況

商水縣位于河南省東南部，總面積1 270 km2，耕地面積約926.7 km2，全縣總?cè)丝?25.36萬人，轄11個鎮(zhèn)、9個鄉(xiāng)、3個辦事處、1個國營農(nóng)場、1個產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)和1個特色商業(yè)區(qū)，575個行政村。商水縣是全國糧食生產(chǎn)先進縣、全國生豬調(diào)出大縣、全國雙擁模范縣、全國國土綠化模范縣、全國科技示范縣、國家扶貧連片開發(fā)縣。商水縣地處南北氣候過渡帶，屬暖溫帶季風(fēng)氣候。干旱、低溫、干熱風(fēng)、大風(fēng)、暴雨、暴雪、雷電等氣象災(zāi)害多發(fā)頻發(fā),對地方經(jīng)濟造成的影響較為嚴(yán)重。近年來，商水縣按照習(xí)近平總書記要求河南“加快推動藏糧于地、藏糧于技戰(zhàn)略落實落地”的指示精神和省市安排部署，充分發(fā)揮平原農(nóng)業(yè)大縣的優(yōu)勢，以高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)為突破口，創(chuàng)新農(nóng)業(yè)發(fā)展理念，提高農(nóng)業(yè)發(fā)展的綜合效益，在確保國家糧食安全的同時，為實現(xiàn)鄉(xiāng)村振興探索出一條新道路。

2019年以來，商水縣著力打造高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田。商水縣高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田示范規(guī)劃面積約33.3 km2，總投資1.5億元，建設(shè)內(nèi)容包括灌溉與排水工程、輸配電工程、田間道路工程、農(nóng)田防護與生態(tài)環(huán)境保持工程、水肥一體化及物聯(lián)網(wǎng)等工程。隨著商水縣約33.3 km2高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田示范區(qū)建設(shè)的不斷推進，全縣近70%耕地都已經(jīng)流轉(zhuǎn)給新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體，原來的小麥種植分散的承包生產(chǎn)，氣象監(jiān)測和預(yù)警服務(wù)點對點模式，常規(guī)服務(wù)效益不佳，社會影響不大。隨著生產(chǎn)向機械化集中，管理向?qū)I(yè)化集中，經(jīng)營向市場化集中，為保障商水縣高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的高質(zhì)量，在高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田中科學(xué)設(shè)置苗情、墑情、蟲情（AI慧眼智能監(jiān)測系統(tǒng)）、災(zāi)情智慧氣象監(jiān)測設(shè)備，提升遙感監(jiān)測應(yīng)用水平。

商水縣重點打造的張莊約33.3 km2高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田核心區(qū)，將網(wǎng)格化智能監(jiān)測系統(tǒng)和智慧氣象服務(wù)平臺等融入其中[1-3]。商水縣高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)平臺進行廣度集成、深度融合，充分應(yīng)用氣象AI探測、人工智能算法、智能網(wǎng)格預(yù)報、精準(zhǔn)智能互聯(lián)等先進技術(shù)，實現(xiàn)氣象為農(nóng)服務(wù)“從離散到網(wǎng)格”“從人治到物治（科技）”的轉(zhuǎn)變，形成網(wǎng)格化的智慧氣象監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)[4]。依托智慧氣象監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)將對田間小氣候、土壤肥力、生態(tài)監(jiān)測以及農(nóng)作物長勢、常見病蟲害進行智能識別，將衛(wèi)星、無人機等多源數(shù)據(jù)引入氣象大數(shù)據(jù)中心，通過移動網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街腔蹥庀蟊O(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)平臺，與智能網(wǎng)格天氣預(yù)報數(shù)據(jù)進行對接融合，利用精準(zhǔn)預(yù)報預(yù)警模型，在“云”上對干旱、洪澇、干熱風(fēng)等災(zāi)害發(fā)生位置、程度進行精準(zhǔn)預(yù)報，動態(tài)生成網(wǎng)格化災(zāi)害預(yù)警和防控措施服務(wù)產(chǎn)品，進入服務(wù)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)“超市”[5]。網(wǎng)格化智能氣象服務(wù)產(chǎn)品改變了以往一種服務(wù)產(chǎn)品“包打天下”的常規(guī)方式，顯著提升了農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)能力[6-8]。智慧氣象服務(wù)平臺根據(jù)用戶需要，自動將服務(wù)產(chǎn)品“大數(shù)據(jù)平臺”中定制的內(nèi)容精準(zhǔn)推送到手機、顯示屏等服務(wù)終端，指導(dǎo)用戶適時開展“靶向作業(yè)”，達到節(jié)水灌溉和病蟲害防治的目的，有效防范氣象災(zāi)害對農(nóng)作物減產(chǎn)的潛在風(fēng)險。

2 智慧氣象服務(wù)平臺的應(yīng)用

智慧氣象監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，獲得實時氣象數(shù)據(jù)，提供未來一周天氣預(yù)報、農(nóng)用天氣預(yù)報、墑情信息、農(nóng)氣周報、農(nóng)業(yè)氣象專題服務(wù)材料等詳盡氣象服務(wù)資料。氣象部門根據(jù)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田需求，運用了人工智能與氣象、農(nóng)業(yè)的深度融合的理念，建成了商水縣高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田智慧氣象監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)。

在高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田內(nèi)布設(shè)多要素氣象觀測站、土壤水分站、AI生態(tài)氣象監(jiān)測站等現(xiàn)代化自動監(jiān)測預(yù)警設(shè)備（圖1）,實時監(jiān)測農(nóng)田雨量、溫濕度、風(fēng)向風(fēng)速等氣象條件，智能識別苗情（圖2、圖3）、墑情、發(fā)育期、病蟲害（圖4）等農(nóng)情信息，融合衛(wèi)星遙感和智能網(wǎng)格預(yù)報技術(shù)，建成高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田智慧氣象監(jiān)測預(yù)警服務(wù)系統(tǒng)[9]。集氣象要素監(jiān)測（圖5、圖6）、農(nóng)情信息研判、農(nóng)用天氣預(yù)報、災(zāi)害預(yù)警發(fā)布（圖7）、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)指導(dǎo)、人工影響天氣等功能于一體，實現(xiàn)精準(zhǔn)分析作物不同發(fā)育期敏感氣象因子的發(fā)生發(fā)展情況，精準(zhǔn)定位影響糧食生產(chǎn)的風(fēng)險源頭及影響因素（圖8、圖9），精準(zhǔn)推送氣象影響預(yù)報預(yù)警及生產(chǎn)管理措施建議，為基層政府部門、涉農(nóng)企業(yè)及農(nóng)業(yè)合作社、種植農(nóng)戶等提供農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理全鏈條的精細化、針對性的氣象服務(wù)，打通氣象信息傳遞的“最后一公里”[10]。

圖1 河南省商水縣張莊鎮(zhèn)的自動監(jiān)測預(yù)警設(shè)備

圖2 高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田氣象監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)發(fā)布銹病警報

圖3 高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田氣象監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)監(jiān)測銹病

圖4 高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田氣象監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)監(jiān)測蚜蟲

圖5 商水縣高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田智慧氣象監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)

圖7 商水縣高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田智慧氣象監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)發(fā)布大風(fēng)預(yù)警信號

圖8 高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田氣象監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)監(jiān)測火災(zāi)隱患

圖9 高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田氣象監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)監(jiān)測城市內(nèi)澇

依托AI慧眼智能識別系統(tǒng)，可在病蟲害發(fā)展初期及時察覺，結(jié)合精準(zhǔn)的氣象預(yù)報，農(nóng)戶可掌握蟲情實況和發(fā)展趨勢，及時治“已病”，更扎實地防“未病”。商水縣小麥即將進入抽穗開花期等重要時期，氣象與農(nóng)業(yè)農(nóng)村局協(xié)同聯(lián)動，共同提醒農(nóng)戶重點防治赤霉病條、條銹病、麥蜘蛛等病蟲害。氣象部門需要安裝升級版的AI慧眼智能識別系統(tǒng)，讓“慧眼”可多角度旋轉(zhuǎn)，更精準(zhǔn)地捕捉病蟲害。

3 小結(jié)與討論

隨著商水縣約33.3 km2高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的不斷推進，當(dāng)?shù)亟?0%耕地都已經(jīng)流轉(zhuǎn)給新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體。生產(chǎn)向機械化集中，管理向?qū)I(yè)化集中，經(jīng)營向市場化集中。為保障商水縣高標(biāo)準(zhǔn)大田建設(shè)的升級與完善，氣象部門建立精準(zhǔn)及時的監(jiān)測預(yù)警服務(wù)體系，為耕耘著糧安天下的新農(nóng)人、新農(nóng)企提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)，助力糧食生產(chǎn)安全及鄉(xiāng)村振興。

由于原來的小麥種植是分散的承包生產(chǎn)，氣象服務(wù)一直多為點對點模式，常規(guī)服務(wù)效益不佳，社會影響不大。在高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田升級的過程中，氣象系統(tǒng)緊跟形勢，抓住機會，建設(shè)了網(wǎng)格化氣象大數(shù)據(jù)監(jiān)測控平臺。對旱情、病蟲害暴發(fā)區(qū)域進行AI監(jiān)測和前端GPU數(shù)據(jù)處理，通過基于機器視覺的人工智能算法，機器自我深度學(xué)習(xí)，建立有效的網(wǎng)格化預(yù)報預(yù)警模型，成功解析出基于商水縣區(qū)域自動氣象站和高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田生態(tài)站的多源GRIB數(shù)據(jù)，形成實況專報和麥?zhǔn)掌陂g氣候評價決策，對高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田實行網(wǎng)格化農(nóng)情風(fēng)險區(qū)劃，實時預(yù)報預(yù)警，提供靶向氣象服務(wù)，有效防范各種氣象災(zāi)害暴發(fā)對小麥減產(chǎn)的潛在風(fēng)險。

“智慧氣象保障工程”的建設(shè)能夠為商水縣高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)及糧食安全生產(chǎn)提供技術(shù)和數(shù)據(jù)支撐，積極建設(shè)網(wǎng)格化監(jiān)測和預(yù)警服務(wù)體系，實現(xiàn)對商水縣高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的精準(zhǔn)化監(jiān)測，及時準(zhǔn)確地把握商水縣農(nóng)田多源氣象因子的變化狀況，精準(zhǔn)定位影響糧食安全生產(chǎn)的風(fēng)險源頭及因素，為高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)及糧食安全生產(chǎn)提供科學(xué)有效的決策支持，做到由點到面，讓農(nóng)戶掌握多源氣象因子實時暴發(fā)趨勢。在農(nóng)作物生產(chǎn)過程中精準(zhǔn)施策，同時體系融合農(nóng)業(yè)部門物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，實現(xiàn)雙方數(shù)據(jù)共享對接，減少重復(fù)建設(shè)，部門聯(lián)動，精準(zhǔn)高效地為農(nóng)服務(wù)。而且通過對高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田不同地塊的持續(xù)監(jiān)測調(diào)查、建設(shè)平臺和數(shù)據(jù)顯示對比，實現(xiàn)LED顯示屏幕對農(nóng)戶的建議，增強農(nóng)戶科學(xué)種田的意識，促使商水氣象服務(wù)與時俱進，為氣象為農(nóng)服務(wù)高效賦能，推進商水縣高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)工作從人治到物治的轉(zhuǎn)變。