何延波，劉 園，姜月清，毛留喜**，劉布春，盧業(yè)偉

經(jīng)濟林果水旱災害綜合數(shù)據(jù)庫設計與建設實踐：以北方蘋果/葡萄水旱災害為例*

何延波1，劉 園2，姜月清1，毛留喜1**，劉布春2，盧業(yè)偉3

(1.國家氣象中心，北京 100081；2. 中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所/作物高效用水與抗災減損國家工程實驗室/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)環(huán)境重點實驗室，北京 100081；3.云眾世紀科技有限公司，北京 100081)

以北方為主產(chǎn)區(qū)的中國兩大經(jīng)濟水果蘋果、葡萄常見的水旱災害為例，收集整理長時間序列氣象、水文、災害、生產(chǎn)管理、遙感及其反演參數(shù)及土壤屬性、基礎地理信息等多類數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)質(zhì)量控制、標準規(guī)范制定、數(shù)據(jù)庫總體方案及數(shù)據(jù)庫接口設計，采用開源MySQL數(shù)據(jù)庫建庫技術，構建了基于C/S架構的經(jīng)濟林果水旱災害綜合數(shù)據(jù)庫；同時基于數(shù)據(jù)庫軟件開發(fā)工具、GIS中間件、Quartz開源組件等，引入RBAC模型，研制了數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)，建立數(shù)據(jù)庫完備安全機制和作業(yè)調(diào)度機制，實現(xiàn)完善的數(shù)據(jù)采集、更新、管理、查詢、分析和高效訪問與共享功能，為蘋果、葡萄水旱災害監(jiān)測預警、風險評估模型以及風險轉移綜合防范技術決策服務平臺建設提供數(shù)據(jù)支撐。以北方蘋果和葡萄水旱災害為例的經(jīng)濟林果水旱災害綜合數(shù)據(jù)庫的成功建設，為其他地區(qū)、其他林果種類和其他災害類型的災害綜合數(shù)據(jù)庫建設提供了寶貴經(jīng)驗。

經(jīng)濟林果；蘋果；葡萄；多源數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)庫；災害；洪澇；干旱

蘋果、葡萄長年來為中國主要水果。據(jù)國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)，2019年全國蘋果產(chǎn)量為42425.4kt，葡萄為14195.4kt，分別位列水果產(chǎn)量第2、4位；從果園面積統(tǒng)計看，蘋果和葡萄分別以1978.10khm2和726.20khm2處于第2、4位（https://data.stats.gov.cn/ easyquery.htm?cn=C01）。從果園分布上看，蘋果有渤海灣、西北黃土高原、黃河故道和秦嶺北麓以及西南冷涼高地4大產(chǎn)區(qū)；葡萄有東北中北部、西北地區(qū)、黃土高原、環(huán)渤海灣、黃河故道、南方地區(qū)及西南冷涼高地7大主產(chǎn)區(qū)，中國北方的廣大地區(qū)是蘋果、葡萄的共有主產(chǎn)區(qū)。因此，開展北方地區(qū)蘋果、葡萄兩大主產(chǎn)水果生產(chǎn)中相關災害監(jiān)測、預警與評估研究工作，可集中有限精力去了解一部分主產(chǎn)水果在生產(chǎn)實際中的災害特性，建立災害綜合風險評估指標體系，為科學防災減災決策服務的同時，也為后續(xù)其他水果種類或其他地區(qū)水果生產(chǎn)災害研究與業(yè)務服務工作積累經(jīng)驗。

近年來，在全球氣候變化背景下，自然災害特別是氣象自然災害頻發(fā)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)損失嚴重[1]。根據(jù)中國氣象局資料統(tǒng)計，所有自然災害中以氣象災害占比最大，達70%以上，每年氣象災害造成的經(jīng)濟損失約占國民生產(chǎn)總值的1%～3%[2?3]。而氣象災害風險特征分析表明，在氣象災害中，干旱、洪（漬）澇等災害造成的經(jīng)濟損失相對較大[4?5]。對于蘋果、葡萄產(chǎn)區(qū)來說，干旱、洪（漬）澇等災害影響也是十分嚴峻的。暴風、暴雨等極端天氣破壞果園設施，致使葡萄園遭受洪（漬）澇害時有報道；干旱導致水資源缺乏，蘋果園因無水灌溉致使果樹受旱死亡也不鮮見。楊小利等在構建甘肅東部蘋果氣象災害綜合風險評估指標體系時，選用包括危險性、易損性、敏感性和防災減災能力4個方面的12個指標，其在危險性評估的5個指標中，就選用了春末初夏干旱、伏期干旱、著色期連陰雨3個指標，與旱澇相關的指標占據(jù)了較大比重[6]；葡萄生育期內(nèi)氣象條件分析表明，干旱、連陰雨均是影響葡萄產(chǎn)量與品質(zhì)的主要災害之一[7]，因此，水旱相關災害在蘋果、葡萄產(chǎn)業(yè)鏈中有著較大影響。

在蘋果、葡萄生長發(fā)育期內(nèi)，不同時期內(nèi)水旱災害的影響不同，總體上，蘋果、葡萄水旱災害都會導致落葉、落果現(xiàn)象，易誘發(fā)病蟲害發(fā)生，果品商品率或優(yōu)果率下降，嚴重時樹株死亡[8?12]。此外，多雨漬澇天氣還會致使蘋果、葡萄果樹根系窒息、腐爛、果實開裂或裂紋、著色不良、含糖量下降；持續(xù)高溫干旱少雨天氣也導致果樹樹體衰弱、抽枝困難，果實品質(zhì)差。水分過多或過少，均對蘋果、葡萄生長產(chǎn)生不利影響或危害，適宜的水分條件是確保產(chǎn)量與品質(zhì)的基本條件之一。

對于水旱災害對蘋果、葡萄等經(jīng)濟林果的影響研究，前人也開展了一些工作，主要集中在災害原因分析及其應對措施[13?17]，或建立水旱災害相關指標體系，開展災害危險性評估或風險區(qū)劃[18?19]，但尚未建立一套完善的技術體系，實現(xiàn)水旱災害的災前預警、災中監(jiān)測、災后評估，進而引入林果災害保險機制，轉移和分散林果水旱災害風險，達到防災、減災、救災之目的。究其原因，主要缺乏完善的數(shù)據(jù)支持來實現(xiàn)上述目標。

事實上，無論從災害綜合研究、災害綜合風險評估指標體系構建，還是災害監(jiān)測、預警與評估業(yè)務服務與科學防災減災決策制定，致災因子、孕災環(huán)境、承災體還是災情等級、影響范圍與程度等用于描述災害相關數(shù)據(jù)的獲取及有效管理，都在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各階段都起著至關重要的作用[20]，也是農(nóng)業(yè)防災減災領域科學研究、業(yè)務服務的重要基礎支撐[21]。豐富的農(nóng)業(yè)災害數(shù)據(jù)不僅可為高效開展農(nóng)業(yè)災害監(jiān)測預警、應急響應、風險評估和救災決策提供充足有效的信息，也是提升災害管理能力，減低農(nóng)業(yè)災害損失，實踐農(nóng)業(yè)災害風險轉移綜合防范技術的迫切需求[22?26]。

隨著農(nóng)業(yè)政策調(diào)整和人們生活水平的提高，中國經(jīng)濟林果產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，規(guī)模與產(chǎn)量逐年增加，經(jīng)濟林果災害的敏感性及其農(nóng)業(yè)氣象風險越來越引起經(jīng)濟林果產(chǎn)業(yè)工作者和科學家的廣泛關注，但經(jīng)濟林果相關的災害數(shù)據(jù)缺乏長期且完整的記錄，也未見相關數(shù)據(jù)庫的構建，因而在科研及業(yè)務工作中缺乏相應的綜合數(shù)據(jù)集以支持工作深入開展。

數(shù)據(jù)庫技術是計算機科學技術中發(fā)展最快、應用范圍最廣、實用性最強的技術之一。數(shù)據(jù)庫技術在生產(chǎn)或科研活動中主要用于數(shù)據(jù)管理，以提高數(shù)據(jù)的應用效率和管理時效[27]。數(shù)據(jù)庫技術在中國農(nóng)林科研領域和業(yè)務服務中已獲得較為廣泛的應用[28]，是“智慧農(nóng)業(yè)”、“數(shù)字林業(yè)”的關鍵技術之一[29?31]。因此，利用數(shù)據(jù)庫技術開展經(jīng)濟林果災害數(shù)據(jù)的收集、整理工作在技術上是可行的。雖然，經(jīng)濟林果水旱災害綜合數(shù)據(jù)庫建設面向?qū)I(yè)應用，在利用數(shù)據(jù)庫技術管理數(shù)據(jù)上與通用數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)管理會略有差異，但也都包括有數(shù)據(jù)庫設計、數(shù)據(jù)庫功能及數(shù)據(jù)庫應用等通用的幾個方面內(nèi)容，實際上，經(jīng)濟林果水旱災害綜合數(shù)據(jù)庫建設也包含通用的數(shù)據(jù)庫建設內(nèi)容。盡管經(jīng)濟林果災害研究涉及的數(shù)據(jù)具有多學科領域、多時空尺度、多來源的多樣化特性，具備一定的多源屬性，但均可由數(shù)據(jù)庫技術進行編譯處理，并結合其他IT技術得以高效管理。

1 數(shù)據(jù)庫建設

1.1 建設目標

在國家重點研發(fā)計劃項目“林果水旱災害監(jiān)測預警與風險防范技術研究”支持下，以北方蘋果和葡萄水旱災害為例，將數(shù)據(jù)庫構建技術作為手段，收集整理長時間序列氣象、水文、災害以及遙感等各類數(shù)據(jù)，滿足多源、多尺度大容量數(shù)據(jù)集存儲管理、空間數(shù)據(jù)分析與挖掘以及果園生產(chǎn)管理決策措施制定等需求；通過數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制、數(shù)據(jù)標準及規(guī)范設計、數(shù)據(jù)庫總體設計以及數(shù)據(jù)管理、共享方案設計等，建立了經(jīng)濟林果水旱災害綜合數(shù)據(jù)庫并研發(fā)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，為經(jīng)濟林果水旱災害的監(jiān)測預警、風險評估模型以及風險轉移綜合防范技術等相關研究與服務工作的開展提供數(shù)據(jù)支撐，以提高林果生產(chǎn)風險防范的能力。并在此基礎上，擬將積累的工作經(jīng)驗推廣到全國其他地區(qū)、其他水果種類的災害綜合數(shù)據(jù)庫建設，為林果產(chǎn)業(yè)或其他經(jīng)濟作物的災害監(jiān)測預警與風險防范決策服務。

1.2 設計原則

經(jīng)濟林果水旱災害綜合數(shù)據(jù)庫存儲和管理所有相關數(shù)據(jù)，在充分分析多源數(shù)據(jù)特性的基礎上，采用MySQL建庫技術，以關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（Relational Database Management System，簡稱RDBMS）方式存儲包括經(jīng)濟林果水旱災害監(jiān)測相關氣象、水文、災害等數(shù)據(jù)，災害評估模型及其參數(shù)，業(yè)務平臺及數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的配置、運行日志等信息。數(shù)據(jù)庫設計中遵循了必要的數(shù)據(jù)庫范式理論，以確保數(shù)據(jù)的完整性與正確性。

（1）數(shù)據(jù)庫命名。數(shù)據(jù)庫、表、索引等對象的命名遵循統(tǒng)一的設計原則，同時參照《氣象數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)存儲及命名規(guī)范》等已頒布的行業(yè)或國家標準[32?33]，采用統(tǒng)一的命名規(guī)則，如設計字段在規(guī)范中已存在，可直接引用；否則，重新設計，以方便各類用戶和管理員查詢、使用和維護。

（2）公用表。對經(jīng)常使用的、共用的數(shù)據(jù)（如某些參數(shù)、代碼表或站點信息），設計單獨的表并以表鏈接的方式進行共用信息訪問，以便于信息維護的同時，減少記錄數(shù)量，提高用戶訪問效率。

（3）索引。對于大的數(shù)據(jù)庫表，合理的索引將會提高整個數(shù)據(jù)庫的操作效率。在索引設計中，索引字段挑選重復值較少的字段；對建有復合索引字段進行檢索時，按復合索引字段建立的順序進行。

（4）表分割。對長時間序列的數(shù)據(jù)庫表，如長時間序列氣象數(shù)據(jù)，由于其記錄多，為提高數(shù)據(jù)訪問效率，將數(shù)據(jù)庫表按時間段分割成多個數(shù)據(jù)表進行信息存儲管理。

（5）事務優(yōu)化。遵照功能和非功能性要求，對數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)進行優(yōu)化和參數(shù)調(diào)整，避免長事務的出現(xiàn)。

基于上述原則和經(jīng)濟林果水旱災害監(jiān)測、預警與評估業(yè)務及其所涉及多源數(shù)據(jù)的特點，將經(jīng)濟林果水旱災害綜合數(shù)據(jù)庫劃分為基礎氣象資料庫、氣候資源數(shù)據(jù)庫、經(jīng)濟林果生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)庫、經(jīng)濟林果災害數(shù)據(jù)庫、水文資料庫、土壤屬性數(shù)據(jù)庫、基礎地理信息數(shù)據(jù)庫、遙感及其反演參數(shù)數(shù)據(jù)庫共8個邏輯庫以分類存放對應數(shù)據(jù)信息。

1.3 總體架構

經(jīng)濟林果水旱災害綜合數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是一個整合多源數(shù)據(jù)且集存儲、管理與分析的大數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。面向經(jīng)濟林果水旱災害的監(jiān)測預警、風險評估平臺建立與業(yè)務服務需求，不僅需要實現(xiàn)不斷增長的經(jīng)濟林果水旱災害數(shù)據(jù)與各類相關資源數(shù)據(jù)的存儲管理，還需要兼顧多源信息資源整合、數(shù)據(jù)共享、大數(shù)據(jù)挖掘與分析等功能，為此，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)總體架構的設計需要有良好的兼容性、擴展性與高效性。在當前較好計算機硬件資源支持下，考慮多源數(shù)據(jù)管理的便捷性和數(shù)據(jù)分析使用的方便性，數(shù)據(jù)庫總體架構設計為由計算機軟硬件資源層、數(shù)據(jù)資源層、基礎服務資源層、業(yè)務應用層和用戶層五個功能相對獨立又彼此關聯(lián)的結構層組成（圖1）。

（1）計算機軟硬件資源層。包括網(wǎng)絡通信設備、MySQL數(shù)據(jù)庫服務器、應用服務器、經(jīng)濟林果物聯(lián)網(wǎng)設備等。

圖1 經(jīng)濟林果水旱災害綜合數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)總體架構

（2）數(shù)據(jù)資源層。包括經(jīng)濟林果水旱災害研究相關的氣象、水文、生產(chǎn)管理、災害及基礎地理信息、果園土壤屬性信息和遙感災害反演信息等。

（3）基礎服務資源層。圍繞經(jīng)濟林果水旱災害監(jiān)測、預警與評估主線，以數(shù)據(jù)服務為核心，實現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問、GIS空間分析與可視化表達、系統(tǒng)配置與維護等常用功能、經(jīng)濟林果災害監(jiān)測、預警與評估模型算法等多類型基礎類庫，供系統(tǒng)直接調(diào)用。

（4）業(yè)務應用層。包括各類支撐應用、通用應用和專業(yè)應用，在基于框架和插件開發(fā)規(guī)范基礎上，結合GIS/RS等功能組件、應用C#語言開發(fā)核心業(yè)務功能插件，然后按功能需求配置組裝成應用子系統(tǒng)，如經(jīng)濟林果水旱災害綜合數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫管理應用子系統(tǒng)所具有數(shù)據(jù)調(diào)度、綜合展示、查詢和統(tǒng)計分析等功能。

（5）用戶層。包括經(jīng)濟林果水旱災害綜合數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的管理維護人員和數(shù)據(jù)應用分析人員、臨時數(shù)據(jù)訪問人員，如數(shù)據(jù)庫管理員（系統(tǒng)維護）、科研人員（數(shù)據(jù)收集、整理、分析及模型構建）、業(yè)務應用人員（數(shù)據(jù)庫業(yè)務運行、產(chǎn)品制作與決策服務）、公眾用戶（臨時用戶數(shù)據(jù)訪問）等。

1.4 建設內(nèi)容

根據(jù)經(jīng)濟林果水旱災害綜合數(shù)據(jù)庫管理數(shù)據(jù)特性及其儲存訪問方式（表1），分別建設了8個主要數(shù)據(jù)庫。

（1）基礎氣象資料庫。包括基于地面氣象觀測站點的地面氣象日值數(shù)據(jù)庫表、30a日值標準數(shù)據(jù)庫表和全國城鎮(zhèn)站點預報產(chǎn)品數(shù)據(jù)集以及基于格點的CMA陸面數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)產(chǎn)品集（CLDAS2.0）和GRAPES數(shù)值預報產(chǎn)品。

地面氣象日值數(shù)據(jù)庫表：收錄826國家基本、基準氣象站，1961年以來逐日觀測的日值數(shù)據(jù)資料，包括平均氣壓、最高氣壓、最低氣壓、平均氣溫、最低氣溫、最高氣溫、平均水汽壓、平均相對濕度、最小相對濕度、20：00?次日8：00降水量、8：00?20：00降水量、20：00?次日20：00降水量、小型蒸發(fā)量、大型蒸發(fā)量、平均風速、最大風速及其風向、極大風速及其風向、日照時數(shù)等要素。同時在日值數(shù)據(jù)庫表的基礎上，可派生出上述要素的旬、月、年值數(shù)據(jù)庫表。

30a日值標準數(shù)據(jù)庫表。826國家基本、基準氣象站1981?2010年間日值數(shù)據(jù)庫表中主要要素的30a日均值，包括平均氣溫、最低氣溫、最高氣溫、平均水汽壓、平均相對濕度、最小相對濕度、20：00?次日20：00降水量、平均風速、日照時數(shù)等。

表1 經(jīng)濟林果水旱災害綜合數(shù)據(jù)庫中主要數(shù)據(jù)及其存儲方式

全國城鎮(zhèn)站點預報產(chǎn)品。包括平均氣溫、最低氣溫、最高氣溫、相對濕度、24h降水量、風速等要素的預報日值，預報時效為1～10d。

CMA陸面數(shù)據(jù)同化實時數(shù)據(jù)產(chǎn)品。包含地面溫度、土壤溫度（5、10、40、100、200cm）、土壤濕度（0?5cm、0?10cm、0?40cm、40?100cm和100?200cm土層）、降水量、2m高處相對濕度、風速等要素，時間分辨率為1h，空間分辨率為5km。

GRAPES數(shù)值預報產(chǎn)品。包括平均氣溫、最低氣溫、最高氣溫、降水量、相對濕度、風速等要素的預報日值，預報時效為1～10d。

（2）氣候資源數(shù)據(jù)庫。從基礎氣象資料庫派生出來，主要保存系統(tǒng)統(tǒng)計過程中產(chǎn)生的年、季、月、旬等氣象要素站點平均值、累計值等氣候資源類庫表，也包括年、季、月、旬等氣象要素站點距平值等要素。

（3）生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)庫。蘋果、葡萄主產(chǎn)區(qū)內(nèi)果園及其生產(chǎn)管理信息、氣象觀測站與園區(qū)對應關系、主產(chǎn)區(qū)主要品種及關鍵發(fā)育期、平均發(fā)育期等信息。

（4）經(jīng)濟林果災害數(shù)據(jù)庫。從果園實地調(diào)研、統(tǒng)計年鑒等獲得的蘋果、葡萄生產(chǎn)過程中有重大影響的災害數(shù)據(jù)信息，包括干旱、洪澇、低溫霜凍、連陰雨等災害。

（5）水文數(shù)據(jù)資料庫。存儲主要與經(jīng)濟林果生產(chǎn)相關的水資源信息，包括與基本基準氣象站相匹配的自動土壤水分觀測站的位置信息、8：00土壤相對濕度觀測值等；與林果生產(chǎn)水資源相關水文站位置信息及其主要河流水位、流速及水庫水位、庫容等信息。

（6）土壤屬性數(shù)據(jù)庫?；谌蛲寥罃?shù)據(jù)庫(HWSD V1.2.1)中國地區(qū)的1:100萬土壤數(shù)據(jù)集，提取主產(chǎn)區(qū)分層的土壤深度、土壤有機質(zhì)含量、黏土含量、粉砂含量、砂土含量、礫石含量等土壤屬性數(shù)據(jù)，并估算土壤田間持水量、飽和含水量（最大含水量）、有效水含量、凋萎系數(shù)、田間持水量、容重、飽和導水率等土壤屬性及水文常數(shù)數(shù)據(jù)。

（7）基礎地理信息數(shù)據(jù)庫?；趪临Y源部公布的，整體現(xiàn)勢性為2015年的全國1:100萬基礎地理數(shù)據(jù)集，提取全國范圍內(nèi)經(jīng)濟林果果園相關的行政區(qū)（面），行政境界點（領海基點），行政境界（線），水系（點、線、面），公路、鐵路（點、線），居民地（點、面），居民地地名（注記點），自然地名（注記點）等12類要素。基礎地理信息的主要作用是作為模型建模、數(shù)據(jù)庫查詢及數(shù)據(jù)可視化分析等的輔助數(shù)據(jù)。

（8）遙感及其反演參數(shù)數(shù)據(jù)庫。包含部分果園的MODIS、FY-3A等衛(wèi)星的L3數(shù)據(jù)及其反演的NDVI、VCI、果園地物分類結果、經(jīng)濟林果災害反演參數(shù)等相關信息。

2 數(shù)據(jù)庫的核心功能

2.1 管理系統(tǒng)

以充分滿足經(jīng)濟林果水旱災害綜合數(shù)據(jù)庫監(jiān)測、預警與評估科研和業(yè)務產(chǎn)品制作數(shù)據(jù)需求為指引，依托數(shù)據(jù)庫總體設計，通過數(shù)據(jù)分類編碼、元數(shù)據(jù)標準、數(shù)據(jù)規(guī)范、質(zhì)量控制標準、數(shù)據(jù)庫邏輯與物理結構、數(shù)據(jù)庫接口規(guī)范、數(shù)據(jù)安全策略等設計，基于數(shù)據(jù)庫軟件開發(fā)工具、GIS中間件、Quartz開源組件等，開發(fā)了數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)，建立數(shù)據(jù)庫作業(yè)調(diào)度機制，研發(fā)數(shù)據(jù)查詢和統(tǒng)計分析等功能模塊。為提高統(tǒng)計分析的執(zhí)行速度，針對均值、距平等查詢、統(tǒng)計操作等，管理系統(tǒng)通過預先定時作業(yè)，完成基于站點尺度的平均值統(tǒng)計和累計值統(tǒng)計，并將相關的統(tǒng)計結果保存在氣候資源數(shù)據(jù)庫中。當重復統(tǒng)計操作時可直接調(diào)用存儲的統(tǒng)計結果，避免重復運算，提高數(shù)據(jù)庫訪問效率。管理系統(tǒng)還提供了簡單的數(shù)據(jù)可視化表達功能，包括站點數(shù)據(jù)的空間展示、行政區(qū)劃等矢量數(shù)據(jù)繪制、遙感反演結果柵格數(shù)據(jù)渲染等可視化操作以及通用的地圖縮放、平移、圖層管理和模板定制等功能。

2.2 數(shù)據(jù)查詢

數(shù)據(jù)查詢檢索模塊可對選定范圍內(nèi)的二維屬性數(shù)據(jù)庫表，如氣象、水文、災害、生產(chǎn)管理等進行要素查詢，并通過閾值設置，實現(xiàn)定制查詢。在數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的支持下，查詢數(shù)據(jù)結果可以圖或表形式實現(xiàn)查詢結果的可視化表達（圖2）。也可對文件形式存儲的格點要素數(shù)據(jù)進行查詢并以渲染的圖形化進行可視化表達。主要查詢功能包括以下幾方面。

（1）地面氣象要素等離散數(shù)據(jù)查詢。通過按臺站、行政區(qū)域、林果種植區(qū)域（果園）等方式，并進行時間、要素等設置，可實現(xiàn)多方式組合的數(shù)據(jù)查詢，包括水文、氣象要素的日、旬、月值數(shù)據(jù)及臺站基本信息在內(nèi)的多種數(shù)據(jù)庫信息查詢，如氣象日資料、氣候資源數(shù)據(jù)庫表中的平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、降水量等要素查詢；經(jīng)濟林果歷史災害數(shù)據(jù)查詢，如災害種類、林果品種、成災面積等，查詢結果可進行表格或圖形化（柱狀圖、散點圖、折線圖）展示。

圖2 經(jīng)濟林果水旱災害綜合數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)查詢

（2）遙感反演參數(shù)等柵格數(shù)據(jù)查詢。按行政區(qū)域等方式查詢遙感反演參數(shù)（NDIV、果園面積提取、災害監(jiān)測結果等）、土壤屬性（土壤含沙量、田間持水量、容重等），查詢結果以柵格渲染圖展示。也可對柵格類的CMA陸面數(shù)據(jù)同化實時數(shù)據(jù)、GRAPES數(shù)值預報產(chǎn)品進行查詢展示。

（3）經(jīng)濟林果生產(chǎn)資料查詢。提供收集的全國范圍經(jīng)濟林果相關生產(chǎn)資料查詢，可按行政區(qū)域、經(jīng)濟林果種植區(qū)域（果園）或站點檢索，包括經(jīng)濟林果發(fā)育期信息、產(chǎn)量、品質(zhì)、生產(chǎn)管理措施等，檢索結果以表格或文本展示。

2.3 統(tǒng)計分析

統(tǒng)計分析模塊可實現(xiàn)興趣區(qū)域范圍內(nèi)任意時段、日、候、旬、月、季、年的基本農(nóng)業(yè)氣象統(tǒng)計，并提供閾值設置，統(tǒng)計數(shù)據(jù)結果可進行圖表顯示（圖3）。

（1）累積值統(tǒng)計。包括單站及區(qū)域的活動積溫（≥0℃·d、≥10℃·d）、有效積溫（≥0℃·d、≥10℃·d）；起止日內(nèi)累積降水量、參考蒸散量；日照時數(shù)和太陽輻射等。

（2）平均值統(tǒng)計。包括某一時段平均氣溫、平均最低氣溫、平均最高氣溫、平均氣溫日較差和平均相對濕度等。

（3）穩(wěn)定通過日期統(tǒng)計。包括穩(wěn)定通過界限溫度（0、5、8、10、13、15、18和20℃）的初日和終日，以及初日到終日期間的日數(shù)、平均氣溫、活動積溫、有效積溫、日照時數(shù)、太陽輻射、降水量和參考蒸散量等。

（4）初霜日、終霜日和無霜期統(tǒng)計。降溫季節(jié)里第一次出現(xiàn)最低氣溫≤0℃的日期、升溫季節(jié)里最后一次出現(xiàn)最低氣溫≤0℃的日期及一年內(nèi)終霜日與初霜日之間的間隔日數(shù)。

（5）距平值統(tǒng)計。包括各個時段的氣溫、降水量、日照時數(shù)等與30a日值標準（1981?2010年平均值）的距平。

（6）某一時段某個變量符合某種條件的日數(shù)和連續(xù)日數(shù)統(tǒng)計。包括無霜期內(nèi)的無降水日數(shù)、某一時段內(nèi)的連續(xù)無降水日數(shù)、日最高氣溫≥35℃的日數(shù)、日平均氣溫≥30℃的日數(shù)、日最低氣溫小于?20℃的日數(shù)等。

圖3 經(jīng)濟林果水旱災害綜合數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計分析

3 數(shù)據(jù)庫建設的關鍵技術

3.1 數(shù)據(jù)采集技術

（1）氣象數(shù)據(jù)實時數(shù)據(jù)采集。在項目實施階段并獲得授權的情形下，在中國氣象局氣象云平臺，遵循氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)一服務接口（MUSIC：Meteorological Unified Service Interface Community）及其相關標準規(guī)范，通過MUSIC接口，設置好時間、臺站級別（基本、基準站）等控制條件，從中國地面日值資料（SURF_CHN_MUL_DAY）、中國地面旬值資料（SURF_CHN_MUL_TEN）、中國地面月值資料（SURF_CHN_MUL_MON）、中國地面年值資料（SURF_CHN_MUL_YER）、全國城鎮(zhèn)站點預報產(chǎn)品要素資料（SEVP_CHN_WEFC_RFFC）、CMA陸面數(shù)據(jù)同化實時數(shù)據(jù)小時NC產(chǎn)品?亞洲（NAFP_ CLDAS2.0_RT_HOR_ASI）和GRAPES區(qū)域中尺度預報產(chǎn)品（NAFP_FOR_FTM_LOW_GRAPES_CHN）等表中實時獲取經(jīng)濟林果水旱災害綜合數(shù)據(jù)庫所需的基礎氣象觀測與預報數(shù)據(jù)、氣候資料等。

（2）果園氣象綜合觀測站數(shù)據(jù)采集。項目期間，經(jīng)北京市順義區(qū)中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所綜合試驗基地（順義區(qū)七大路與Y415交叉路口）果園氣象綜合觀測站授權許可，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)目前可遠程訪問且以FTP數(shù)據(jù)下載方式從果園業(yè)務氣象綜合觀測站實時獲取數(shù)據(jù)，以更新實時果園氣象觀測信息庫表，更新信息包括空氣相對濕度、氣溫、光合有效輻射、空氣二氧化碳濃度等氣象要素以及土壤溫度（30、50cm）、土壤濕度（5、10、30、50、70cm）等經(jīng)濟林果生長環(huán)境要素和部分果園管理措施信息。

3.2 信息安全技術

（1）采用C/S架構設計。信息安全是目前大數(shù)據(jù)時代關注的重點話題，一旦發(fā)生數(shù)據(jù)泄露，包括數(shù)據(jù)丟失或者數(shù)據(jù)被竊取，都會造成難以估量的損失。基于C/S架構的RDBMS數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在信息安全方面具有一定優(yōu)勢，一方面，數(shù)據(jù)信息存儲在數(shù)據(jù)庫中并接受數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理及可疑信息的安全審查，另一方面，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)服務器通過偵聽用戶端的各種連接請求，只有通過驗證之后的用戶才可以建立起服務器端和客戶端機器間的數(shù)據(jù)庫訪問連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)訪問。經(jīng)濟林果水旱災害綜合數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)使用者既有科研人員，也有授權公眾用戶，甚至開放了有限數(shù)據(jù)給未授權用戶訪問，對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)安全有著較高要求。此外，經(jīng)濟林果水旱災害綜合數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)來源是多源的，包括來自現(xiàn)有業(yè)務運行數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（中國氣象局氣象云平臺）、果園業(yè)務運行的氣象綜合觀測站的實時、近實時觀測數(shù)據(jù)和收集或交換來的數(shù)據(jù)文件。為此，采用C/S架構建設林果經(jīng)濟林果水旱災害綜合數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)即可實現(xiàn)系統(tǒng)的高安全性目標，同時通過數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，在Quartz任務調(diào)度引擎支持下，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫多源數(shù)據(jù)的實時采集。

（2）采用分級訪問權限設定。經(jīng)濟林果水旱災害綜合數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)具備嚴密的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制，并嚴格遵循相關數(shù)據(jù)規(guī)范，確保用戶可從數(shù)據(jù)庫獲取正確、規(guī)范的數(shù)據(jù)信息；同時采用成熟的基于角色的權限控制（Role-Based Access Control，RBAC）模型[34?35]，將數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)用戶通過其角色與權限進行關聯(lián)，建立詳盡的用戶訪問級別和用戶權限級別（表 2），確保通過認證的用戶連上數(shù)據(jù)庫后能訪問到正確的數(shù)據(jù)信息。通過數(shù)據(jù)分級訪問，確保用戶順暢使用數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的同時也保證了數(shù)據(jù)庫信息的安全性，維護系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

（3）采用實時和周期性數(shù)據(jù)自動備份。保證數(shù)據(jù)安全的一個重要方面是防范數(shù)據(jù)丟失，加強數(shù)據(jù)備份。在某些意外情形下，如遭病毒攻擊或計算機硬件資源損壞，或操作系統(tǒng)故障，導致數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)崩潰，造成數(shù)據(jù)丟失，這時需要進行數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)恢復。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)恢復的前提是已經(jīng)做好了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的備份。數(shù)據(jù)備份包括物理備份與邏輯備份。經(jīng)濟林果水旱災害綜合數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用邏輯備份策略，主要是通過開啟MySQL的lob_bin服務實現(xiàn)實時備份的同時，利用腳本進行增量和全量兩種方式同時進行備份，以最小的工作量進行最全面的數(shù)據(jù)保護。具體做法是：周一?周六每日3：00執(zhí)行增量備份，每周日3：00執(zhí)行全量備份，備份完成后復制備份文件mysql-bin.00000n到移動介質(zhì)上，同時刪除上周留下的mysq-bin.00000n備份文件（n為1～7，代表對應周日期的備份文件）。復制文件完成后，移動介質(zhì)脫離主機，達到離線備份的目的。

3.3 數(shù)據(jù)庫性能優(yōu)化

（1）SQL查詢優(yōu)化。隨著數(shù)據(jù)庫管理的數(shù)據(jù)量增加，關系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（RDBMS）在處理較大數(shù)據(jù)量時性能會下降，此時，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)優(yōu)化成為重要工作。數(shù)據(jù)庫性能與數(shù)據(jù)查詢操作的執(zhí)行效率緊密相關，因為查詢操作是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的主要執(zhí)行對象，其他的諸如數(shù)據(jù)的增刪改操作也通常建立于所需數(shù)據(jù)的查詢操作基礎之上。因此，對查詢操作的優(yōu)化是提升數(shù)據(jù)庫性能的主要手段。

查詢優(yōu)化通常是通過解析數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的SQL查詢執(zhí)行過程，分析查詢效率影響因素以通過創(chuàng)建有效索引、語句優(yōu)化和合理利用查詢緩存等措施來提升查詢效率[36]。經(jīng)濟林果水旱災害綜合數(shù)據(jù)庫主要采用SQL語句優(yōu)化來優(yōu)化、提升數(shù)據(jù)庫性能。SQL語句優(yōu)化主要采用了①采用等價表達式以減少“LIKE、IN、Between And”等不支持索引的運算符使用，②利用等式或不等式對查詢條件進行化簡，③盡可能使用多表連接查詢，減少子查詢次數(shù)，提高查詢效率，④利用內(nèi)連接替代外連接，加快查詢速度等措施。

（2）人工智能數(shù)據(jù)庫性能優(yōu)化技術。隨著機器學習深化與技術發(fā)展，人工智能也成為SQL查詢自動優(yōu)化技術的研究方向。其優(yōu)化過程是利用人工智能反饋式搜索引擎對輸入的SQL語句進行重寫，形成N條等效的SQL語句，并再次輸入人工智能反饋式搜索引擎中進行重寫，反復此過程直至篩選出最佳的SQL語句，以提高查詢語句執(zhí)行效率[37]。經(jīng)濟林果水旱災害綜合數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)優(yōu)化在SQL語句人工智能優(yōu)化方面進行了初步嘗試，雖未達到實用化程度，但依然是未來的重要工作方向之一。

表2 數(shù)據(jù)庫權限分配

3.4 多源數(shù)據(jù)處理與存儲技術

經(jīng)濟林果水旱災害綜合數(shù)據(jù)庫所收集的數(shù)據(jù)涉及眾多學科領域，不僅包含位置相關的空間數(shù)據(jù)，也包括水文、氣象等長時間序列數(shù)據(jù)和水果品質(zhì)、產(chǎn)量等社會經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)的多源性特點十分明顯。

（1）空間相關性。經(jīng)濟林果水旱災害綜合數(shù)據(jù)庫研究對象為果樹的生長狀況，即在特定氣候、氣象條件下的受災情況。果樹的表征信息、相關環(huán)境參數(shù)均對應著特定的空間位置，即特定的地理單元。這樣，對于一個地理單元，對應著多種類型的數(shù)據(jù)，如氣象站點的經(jīng)緯度、海拔高度、地形地貌、土壤等自然地理特征信息以及相關時間的溫度、降水等觀測值；行政單元、人口和產(chǎn)量等社會經(jīng)濟信息，信息的空間相關性十分明顯。

（2）多時空性和多尺度。諸如氣象、水文等序列數(shù)據(jù)，不僅有同一時間不同空間的數(shù)據(jù)系列，也有同一空間不同時間的數(shù)據(jù)系列。而空間數(shù)據(jù)序列還有空間分辨率的差異性，時間序列數(shù)據(jù)還有觀測時間間隔的差異性。因此，從時空尺度上看，經(jīng)濟林果水旱災害綜合數(shù)據(jù)庫序列數(shù)據(jù)集是多時空分辨率數(shù)據(jù)的集成。

（3）獲取方法多源性。經(jīng)濟林果水旱災害綜合數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)來源具有多元化特點，包括從現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中獲取，如從中國氣象信息中心CIMISS系統(tǒng)中獲取氣象、氣候數(shù)據(jù)；或從國土局地理信息中心獲取行政邊界數(shù)據(jù)；或從果園管理處獲取的生產(chǎn)管理措施數(shù)據(jù)和果園實地調(diào)查數(shù)據(jù)；或從果園土壤、氣象觀測站直接獲取的地溫、氣溫等觀測值實時數(shù)據(jù)；以及項目科研結果數(shù)據(jù)等。這些數(shù)據(jù)或API接口獲取、或紙質(zhì)記錄錄入，或數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)轉錄，其數(shù)據(jù)進入經(jīng)濟林果水旱災害綜合數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的方法是多樣化的，數(shù)據(jù)處理方法也都各不相同。

（4）存儲格式多樣化。經(jīng)濟林果水旱災害綜合數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)不僅包括空間數(shù)據(jù)，也包括二維屬性表數(shù)據(jù)?？臻g數(shù)據(jù)還包括矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)，如行政邊界、果園邊界等矢量數(shù)據(jù)和果園遙感災害反演參數(shù)、遙感反演果園面積分布等柵格數(shù)據(jù)。屬性數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中以表格形式存儲，便于SQL語句查詢、統(tǒng)計分析；空間數(shù)據(jù)雖其數(shù)據(jù)本身儲存在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)外，是以文件庫形式存儲，但在數(shù)據(jù)庫內(nèi)以屬性表形式存儲空間數(shù)據(jù)文件的類型、用途、目錄、文件名等信息。通過訪問空間數(shù)據(jù)的屬性數(shù)據(jù)表信息，實現(xiàn)從數(shù)據(jù)庫中對空間數(shù)據(jù)的查詢、引用。

4 數(shù)據(jù)庫的應用

4.1 果園干旱風險監(jiān)測

根據(jù)降水距平與干旱等級的對應關系（表3），2019年6月1?30日降水距平監(jiān)測顯示，環(huán)渤海蘋果產(chǎn)區(qū)內(nèi)的遼寧、河北、山東部分地區(qū)出現(xiàn)了不同程度的干旱（圖4）。后經(jīng)實地調(diào)研發(fā)現(xiàn)，由于6月無降水，且前期降水偏少，部分果園中樹齡小的果樹由于水資源緊張無法灌溉而出現(xiàn)旱死情形。

表3 降水距平干旱指標

圖4 基于降水距平指數(shù)的北方蘋果產(chǎn)區(qū)干旱監(jiān)測（2019年6月1?30日）

4.2 鮮食葡萄裂果風險監(jiān)測

2021年8月31日監(jiān)測結果顯示，由于前期華北、黃淮等地降水頻繁，陜西、山西南部和山東大部出現(xiàn)重?特重程度的鮮食葡萄裂果風險，因此，根據(jù)鮮食葡萄成熟采收期裂果災害指標[38]，對處于成熟期的中國北方葡萄進行初步的裂果風險分析（圖5），并為葡萄裂果等災害業(yè)務產(chǎn)品制作和災害監(jiān)測、預警與評估提供先行預警信息。災害分級指標見表4。

圖5 北方鮮食葡萄主產(chǎn)區(qū)成熟期裂果災害等級空間分布

5 數(shù)據(jù)庫應用范圍及注意事項

針對北方主產(chǎn)水果蘋果、葡萄水旱災害監(jiān)測預警、風險評估模型以及風險轉移綜合防范技術決策服務平臺建設之需要，通過廣泛的數(shù)據(jù)收集與管理、數(shù)據(jù)庫詳盡設計，在國家重點研發(fā)計劃項目支持下，構建了林果水旱災害綜合數(shù)據(jù)庫，為相關研究與服務工作的開展提供數(shù)據(jù)支撐。

數(shù)據(jù)庫收集整理的長時間序列氣象、水文、災害以及遙感等各類數(shù)據(jù)，不僅滿足了水旱災害監(jiān)測與風險區(qū)劃、防御措施制定之需求，還通過引入氣象預報數(shù)據(jù)等，結合實測數(shù)據(jù)及其他支持數(shù)據(jù)，使構建監(jiān)測、預警與評估綜合模型和建立一套完善的技術體系成為可能，以實現(xiàn)蘋果、葡萄水旱災害的災前預警、災中監(jiān)測、災后評估，并引入保險機制，轉移和分散林果水旱災害風險，達到防災、減災、救災之目的，提高林果生產(chǎn)風險防范的能力。同時，認真總結目前僅服務于北方區(qū)域蘋果、葡萄水旱災害相關工作的綜合災害數(shù)據(jù)庫建設經(jīng)驗，并將相關成功經(jīng)驗推廣到全國其他地區(qū)、其他水果種類的災害綜合數(shù)據(jù)庫建設，為林果產(chǎn)業(yè)、或其他經(jīng)濟作物的災害監(jiān)測預警與風險防范的決策能力建設服務。

盡管目前針對災害綜合數(shù)據(jù)庫的推廣開展了一些工作，如目前的林果災害綜合數(shù)據(jù)庫收集管理的氣象、水文、土壤屬性等數(shù)據(jù)不僅僅局限于北方地區(qū)，而是全國范圍的；同時，收集整理的災害信息也不僅僅局限于水旱災害，其他的如冷害、凍害、冰雹等也都有涉獵，蘋果、葡萄外的其他林果種類如柑橘、梨、桃等的災害影響信息也都有收集，這也為后續(xù)其他地區(qū)、其他林果種類或其他災害的研究奠定了初步的數(shù)據(jù)基礎。

當然，在此基礎上，開展其他地區(qū)、其他林果種類或其他災害的災害監(jiān)測、預警與評估研究，提高林果生產(chǎn)風險防范的能力建設工作，還需要進行特定區(qū)域、特定林果種類和特定災害類型的背景環(huán)境、林果生長特性、歷史災害信息、災害指標等一些信息的補充與完善，并在此數(shù)據(jù)支持基礎上，構建監(jiān)測、預警與評估綜合模型和建立一套完善的技術體系，才能實現(xiàn)提高林果生產(chǎn)風險防范能力的目的。這是下一步的工作方向，也是提高整個全國林果產(chǎn)業(yè)風險防范能力的正確方向。

表4 鮮食葡萄成熟采收期裂果災害降水等級指標

從整個數(shù)據(jù)庫建設過程上看，目前經(jīng)濟林果水旱災害綜合數(shù)據(jù)庫設計與建設是成功的，實現(xiàn)了預期目標。但在整個數(shù)據(jù)庫構建過程中，并未使用目前最為先進的數(shù)據(jù)庫技術。特別地，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術與應用的飛速發(fā)展，數(shù)據(jù)庫技術得到了長足進步。從數(shù)據(jù)庫技術發(fā)展與部署方式上看，數(shù)據(jù)庫已經(jīng)從集中式的單一數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫集群、分布式數(shù)據(jù)庫逐步發(fā)展到現(xiàn)今的云數(shù)據(jù)庫。云數(shù)據(jù)庫是指部署到虛擬云計算環(huán)境中的數(shù)據(jù)庫，與傳統(tǒng)的分布式數(shù)據(jù)庫相比，云數(shù)據(jù)庫具有高可擴展性、高可用性，具備強大的數(shù)據(jù)存儲能力，可最大限度處理海量數(shù)據(jù)，滿足大數(shù)據(jù)處理需求[39]。但對于目前處于科研實驗階段的經(jīng)濟林果水旱災害綜合數(shù)據(jù)庫來說，盡管有著分布式訪問需求，但數(shù)據(jù)量尚未達到海量數(shù)據(jù)級別；而且對處于項目階段的科研實驗性質(zhì)數(shù)據(jù)庫，基于數(shù)據(jù)安全上的考慮也不適宜于將經(jīng)濟林果水旱災害綜合數(shù)據(jù)庫部署到公有云虛擬計算環(huán)境中。因此，構建運行于局域網(wǎng)內(nèi)的單一數(shù)據(jù)庫方案，具備較高的安全性，且計算機軟硬件投入比重不大，技術方案成熟也易于維護；同時，由于所管理的數(shù)據(jù)量也不是十分巨大，業(yè)務應用也不是十分復雜，建立的經(jīng)濟林果水旱災害綜合數(shù)據(jù)庫具備了高效的數(shù)據(jù)管理性能，達到預期目標。事實上，在IT技術爆發(fā)的時代，沒有必要追新逐熱，應用的技術滿足需要就行。當然，隨著工作繼續(xù)推進，待管理的數(shù)據(jù)不斷膨脹，服務需求也日益廣泛時，采用數(shù)據(jù)庫最新技術，部署廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)也將提上日程。

[1] 國家減災委辦公室.2018年中國自然災害圖集[M].北京:中國地圖出版社, 2019.

Office of National Disaster Reduction Committee. Atlas of natural disasters in China in 2018 [M].Beijing: China Map Press,2019.(in Chinese)

[2] 吳吉東,傅宇,張潔,等.1949-2013年中國氣象災害災情變化趨勢分析[J].自然資源學報,2014, 29(9):1520-1530.

Wu J D,Fu N,Zhang J,et al.Meteorological disaster trend analysis in China:1949-2013[J].Journal of Natural Resources, 2014, 29(9):1520-1530.(in Chinese)

[3] 房世波,陽晶晶,周廣勝.30年來我國農(nóng)業(yè)氣象災害變化趨勢和分布特征[J].自然災害學報, 2011,20(5):86-88.

Fang S B,Yang J J,Zhou G S.Change trend and distributive characteristics of agrometeorological disasters in China in recent 30 years[J].Journal of Natural Resources,2011,20(5): 86-88. (in Chinese)

[4] 盧麗萍,程叢蘭,劉偉東,等.30年來我國農(nóng)業(yè)氣象災害對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響及其空間分布特征[J].生態(tài)環(huán)境學報, 2009,18(4):1573-1578.

Lu L P,Cheng C L,Liu W D,et al.Effect of the agricultural meteorological disasters on agricultural production and its spatial distribution characteristics during the last 30 years in China[J].Ecology and Environmental Sciences, 2009,18(4):1573-1578.(in Chinese)

[5] 劉蘭芳,蔣凱倫,周松秀.2011-2015年中國氣象災害風險特征分析[J].衡陽師范學院學報,2017, 38(3):113-118.

Liu L F,Jiang K L,Zhou S X.Analysis of characteristics ofmeteorological disasters in China:2011-2015[J]. Journal of Hengyang Normal University,2017,38(3):113-118.(in Chinese)

[6] 楊小利,周嘉,周安寧,等.甘肅東部蘋果多災種氣象災害綜合風險評估[J].中國農(nóng)業(yè)氣象,2021, 42(6):518-529

Yang X L,Zhou J,Zhou A N,et al.Integrated risk evaluation on multiple meteorological disasters of apple in eastern Gansu[J].Chinese Journal of Agrometeorology,2021,42(6): 518-529.(in Chinese)

[7] 孟麗霞,王溢梅,馬秀蘭,等.清徐縣露地葡萄生育期氣象災害及防御措施[J].果樹資源學報,2021,2(5): 57-60.

Meng L X,Wang Y M, Ma X L,et al.Meteological disaster and countermeasure during grape growth period in Qingxu county[J].Journal of Fruit Tree Resources,2021,2(5):57- 60.(in Chinese)

[8] 郝燕燕,趙旗峰,趙龍龍,等.山西雹災澇害蘋果受損及減損措施[J].果樹資源學報,2021,2(6):64-65.

Hao Y Y,Zhao Q F,Zhao L L,et al.Disaster by flooding and hail and the method of disaster relief[J].Journal of Fruit Tree Resources,2021,2(6):64-65.(in Chinese)

[9] 劉彩香,王建國.干旱對蘋果生產(chǎn)的影響及預防措施[J].中國園藝文摘,2016,32(8):196-197.

Liu C X,Wang J G.Effects of drought on apple production and preventive measures[J].Chinese Horiculture Abstracts, 2016,32(8):196-197.(in Chinese)

[10] 孫昂,劉利民,聶琳,等.商丘市蘋果園主要自然災害防控[J].山西果樹,2019(5):71-73.

Sun A,Liu L M,Nie L,et al.Prevention and control of major natural disasters in apple orchards in Shangqiu City[J]. Shanxi Fruits,2019(5):71-73. (in Chinese)

[11] 許彥平,姚曉紅,袁雅萍,等.農(nóng)業(yè)氣象災害對甘肅天水蘋果生產(chǎn)的影響[J].果樹學報,2009,26(5):597-602.

Xu Y P,Yao X H,Yuan Y L,et al.Effects of agrometeorologicaldisasters on apple production in Tianshui,Gansu Province[J]. Journal of Fruits Science,2009,26(5):597-602.(in Chinese)

[12] 王鳳琴.烏海市葡萄生育期氣象條件分析及災害防御[J].內(nèi)蒙古氣象,2013(3):23-24.

Wang F Q,Analysis of meteorological conditions and disaster prevention during grape growth period in Wuhai city[J].Journal of Inner Mongolia Meteorology,2013(3): 23-24. (in Chinese)

[13] 馬延慶,劉長民,朱海利,等.陜西咸陽渭北旱塬地區(qū)優(yōu)質(zhì)蘋果基地生態(tài)氣候特征分析[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 2008,26(1):146-153.

Ma Y Q,Liu C M, Zhu H L,et al.,The analysis of ecosystem characteristic of high quality apple producingbase on Weibei arid plain region in Xianyang of Shaanxi Province[J].Agricultural Research in the Arid Areas,2008,26(1):146-153. (in Chinese)

[14] 張名福,廖煒原,吳聯(lián)生,等.紅地球葡萄災害性天氣和不良氣象因素及其應對措施[J].中國南方果樹,2015, 44(3):153-155.

Zhang M F,Liao Y Y,Wu L S,et al.Severe weather as well as bad meteorological factors and their countermeasures for Red Earth Grape[J].Journal of South China Fruit Tree,2015,44(3):153-155.(in Chinese)

[15] 張沁之,唐艷鴻.氣候變化對中國釀酒葡萄生產(chǎn)的影響[J].中國釀造,2021,40(7):1-6.

Zhang Q Z,Tang Y H.Effects of climate change on wine grape production in China[J].China Brewing,2021, 40(7): 1-6. (in Chinese)

[16] 李鳳琴.哈密市葡萄成熟期降水對產(chǎn)量的影響及防御措施[J].農(nóng)業(yè)技術與裝備,2021(6):150-151.

Li F Q.Effect of precipitation on grape yield and its defense measures in Hami City[J].Agricultural Technology & Equipment,2021(6):150-151.(in Chinese)

[17] 胡禧熙,王迪,徐慧春,等.葡萄園暴風洪澇災害防御及減災措施[J].果農(nóng)之友,2021(9):15-16.

Hu X X,Wang D,Xu H C,et al.The prevention and mitigation measures of storm and flood disasters for Vineyard[J].Fruit Growers’ Friend,2021(9):15-16.(in Chinese)

[18] 柏秦鳳,霍治國,王景紅,等.中國主要果樹氣象災害指標研究進展[J].果樹學報,2019,36(9):1229-1243.

Bai Q F,Huo Z G,Wang J H, et al.Progress in research on meteorological disaster indicators of major fruit trees in China [J].Journal of Fruit Science,2019,36(9):1229-1243. (in Chinese)

[19] 楊建瑩,霍治國,王培娟,等.中國北方蘋果干旱等級指標構建及危險性評價[J].應用氣象學報,2021, 32(1):25-37.

Yang J Y,Huo Z G,Wang P J,et al.Evaluation index construction and hazard risk assessment on apple drought in northern China[J].Journal of Applied Meteorological Science,2021,32(1):25-37.(in Chinese)

[20] Kayi A,Erdogan M,Yilmaz A.The role of national and international geospatial data sources in the management of natural disasters[J].ISPRS-International Archives of the Photogrammetry,Remote Sensing and Spatial Information Sciences, 2014, XL(8):47-51.

[21] 范一大.綜合減災地理空間信息共享探討[J].中國減災,2004(3):49-50

Fan Y D.Discussion on geospatial information sharing for comprehensive disaster reduction[J].Disaster Reduction In China,2004(3):49-50.(in Chinese)

[22] Zhang W H.Geological disaster monitoring and early warning system based on big data analysis[J].Arabian Journal of Geosciences,2020(13):946

[23] Arslan M,Roxin A M,Cruz C,et al.A review on applicationsof big data for disaster management[C]// International Conference on Signal-Image Technology ＆ Internet-Based Systems.IEEE Computer Society, 2005:370-375.

[24] Wirtz A,Kron W,Low P,et al.The need for data:natural disasters and the challenges of database management[J]. Natural Hazards,2014,70(1):135-157．

[25] 仇林遙.面向自然災害應急任務的時空數(shù)據(jù)智能聚合方法[D].武漢:武漢大學,2017.

Qiu L Y.An intelligent aggregation method of spatiotemporal data for natural disaster emergency tasks[D]. Wuhan: Wuhan university,2017.(in Chinese)

[26] Lei Y,Cui P,Amar D R,et al.An international program on Silk Road disaster risk reduction:a belt and road initiative (2016-2020)[J].Journal of Mountain Science,2018, 15(7):1383-1396;1617-1618.

[27] 趙燕萍.數(shù)據(jù)庫技術在信息統(tǒng)計管理中的應用[J].數(shù)字技術與應用,2021,39(7):38-40.

Zhao Y P.Application of database technology in information statistics management[J].Digital Technology & Application,2021,39(7):38-40.(in Chinese)

[28] 陳海昆,張瑞芳,張海燕,等.數(shù)據(jù)庫技術發(fā)展及其在農(nóng)業(yè)領域中的應用[J].安徽農(nóng)業(yè)科學,2008,36(18):7818-7820.

Chen H K,Zhang R F,Zhang H Y,et al.Development of the database technology and its application in agriculture[J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences,2008,36(18):7818- 7820.(in Chinese)

[29] 王瑞鋒,王東升.基于ARM技術的智慧農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡架構布局分析[J].農(nóng)機化研究,2021(12):242-246.

Wang R F,Wang D S.Analysis of smart agricultural network architecture layout based on ARM technology [J].Journal of Agricultural Mechanization Research,2021 (12):242-246.(in Chinese)

[30] 耿鵬鵬,杜文忠.智慧農(nóng)業(yè)過程模型及系統(tǒng)框架分析[J].經(jīng)濟界,2020(2):82-88.

Di P P,Du W Z.Analysis of smart agriculture process model and system framework[J].Economic Affairs,2020(2):82- 88.(in Chinese)

[31] 楊丹,馮仲科.中國數(shù)字林場建設關鍵技術研究[J].測繪科學,2005,30(5):65-67.

Yang D,Feng Z K.Study on key technologies of digital forest farm construction in China[J].Science of Surveying and Mapping,2005,30(5):65-67.(in Chinese)

[32] 趙芳,高峰,高華云,等.氣象數(shù)據(jù)庫存儲管理命名(QX/T 233-2014)[M]. 北京:氣象出版社,2014.12

Zhao F,Gao F,Gao H Y, et al.Naming for storage and management of meteorological database(QX/T 233-2014) [M]. Beijing:China Meteorological Press,2014.12. (in Chinese)

[33] 莊立偉,吳門新,王穎,等.農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)庫設計規(guī)范(QX/T 435-2018)[M].北京:氣象出版社,2018.12

Zhuang L W, Wu M X,Wang Y,et al.Specification of agrometeorological database design(QX/T 435-2018)[M]. Beijing:China Meteorological Press,2018.12. (in Chinese)

[34] 張才千,楊英浩.基于RBAC的檔案管理系統(tǒng)權限設計[J].開封大學學報,2013.27(5):86-89.

Zhang C Q,Yang Y H.Design of authority for file management system based on RBAC[J].Journal of Kaifeng University,2013,27(5):86-89. (in Chinese)

[35] RajeshRao K,Nayak A,GhoshRay I,et al.Role recommender- RBAC:optimizing user-role assignments in RBAC[J]. Computer Communications,2021,166(15):140-153.

[36] 石怡.基于MySQL數(shù)據(jù)庫的查詢性能優(yōu)化研究[J].四川職業(yè)技術學院學報,2021,31(1):164-168.

Shi Y.Research on query performance optimization based on MySQL database[J].Journal of Sichuan Vocational and Technical College,2021,31(1):164-168.(in Chinese)

[37] 郝小鳳.基于C/S架構的SQL數(shù)據(jù)庫技術研究[J].電腦編程技巧與維護,2021(2):104-106.

Hao X F.Research on SQL database technology based on C/S architecture[J].Computer Programming Skills & Maintenance,2021(2):104-106.(in Chinese)

[38] 張耀文,木納格葡萄成熟采收期裂果災害降水指標研究[D].烏魯木齊:新疆師范大學,2019.

Zhang Y W.Research on precipitation index of cracking disaster in Munage grape harvesting period[D]. Urumqi: Xinjiang Normal University,2019. (in Chinese)

[39] 林子雨,賴永炫,林琛,等.云數(shù)據(jù)庫研究[J].軟件學報,2012,23(5):1148-1166.

Lin Z Y,Lai Y X,Lin S, et al.Research on cloud databases [J].Journal of Software,2012,23(5):1148-1166.(in Chinese)

Design and Construction Practice of the Comprehensive Database for Cash- Trees’ Flood and Drought Disasters: A Case Study on Apple and Grape in Northern China

HE Yan-bo1，LIU Yuan2，JIANG Yue-qing1，MAO Liu-xi1，LIU Bu-chun2，LU Ye-wei3

(1. National Meteorological Center, CMA 100081, China; 2. Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture, CAAS/National Engineering Laboratory of Efficient Crop Water Use and Disaster Reduction/Key Laboratory of Agricultural Environment, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Beijing 100081；3. Yunzhong Shiji Technology Co., Ltd, Beijing 100081)

Apple and grape are the major cash-trees in China and their main producing areas are located in northern China. The common flood and drought disasters of apples and grapes are adopted as a case how to setup a comprehensive database for cash-trees’ disasters with powerfull abilities, which required by the comprehensive prevention technology and the decision-making service platform, for disaster monitoring and early warning, risk assessment,as well as risk transfer in this study. The database is constructed by plentiful data collections and managements, strict data quality controls and multi-source data formats requirements, as well as detailed design for database overall schemes and database interfaces, by involving the open-source MySQL database building techniques with the C/S architecture. Multi-source and multi-type data are well managed by the comprehensive disasters database, such as long-term meteorological and hydrological data, cash-trees’ disaster and orchard’s producing management information, remote sensing data and its derived information, soil properties and basic geographic information, and so on. These multidiscipline data have been stored in different ways managed by the database system. For example, the quantitative/qualitative attribute data has been input into the database tables, whereas the vector and raster datasets have been kept in the computer operation file system formats and indexed by the database table. For the efficient data management and sharing, a sub-system for database managing activities is developed by using the database software developing tools under the supports of GIS function middleware and Quartz open-source components. Within the sub-system, the Role-Based Access Control (RBAC) model has been introduce to assign the database user’s privileges and to control their behaviors for accessing the database tables. Meanwhile, many functions have been developed for task schedules, data collections and updates, data managements and storages, information statistical analyses and extractions, I/O ports accesses and model links from other platforms, as well as the basic data visualization abilities within the sub-system. Under the supports of the completely comprehensive disaster database, the early warning risk and disasters monitoring can been clearly illustrated in the cash-trees' producing areas by using the stored data and in terms of the preliminary disasters’ indicators. Therefor, the successful case study of building up this comprehensive disasters’ database contributes to promote other disaster database construction for cash-trees’ except for apple and grape, or other disasters except for floods and drought, even or other areas except for northern China.

Cash-trees; Apple; Grape；Multi-source data；Database；Disaster；Flood；Drought

10.3969/j.issn.1000-6362.2022.10.007

何延波,劉園,姜月清,等.經(jīng)濟林果水旱災害綜合數(shù)據(jù)庫設計與建設實踐:以北方蘋果/葡萄水旱災害為例[J].中國農(nóng)業(yè)氣象,2022,43(10):846-859

2021?12?08

國家重點研發(fā)計劃“重大自然災害監(jiān)測預警與防范”重點專項（2017YFC1502803）

毛留喜，正研級高級工程師，氣候資源利用與農(nóng)業(yè)適應氣候變化研究、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)氣象情報預報業(yè)務服務，E-mail：Maolx@cma.gov.cn

何延波，E-mail：yanbohe@sina.com