作物生长模拟模型在农业气象业务中的应用研究

孙雪

（辽宁省本溪市气象局，本溪117000）

目前我国的农业气象服务在科学技术方面不断提升，一些科学技术成果逐渐被应用到农作物生长气象条件的评价和预测中。运用有关的农业气象模型来评价农作物的气候年景，同时还要对作物的敏感性及对气候的脆弱性加以注意，从而选择出作物生长期有效的数据和材料，综合的运用聚类的方法进行动态预测。我国是一个农业大国，粮食安全始终是我国经济发展和社会稳定进步所面临的一个重要问题。极端气象天气的发生对我国可持续发展的农业造成了比较严重的破坏。因此，政府和人民非常迫切的需要专业人员对气象条件和灾害损失做出合理的评估。

1 应用全新的农作物模拟模型需要解决的几点技术问题

1.1 国外作物生长模拟模型引进之后的国内内化问题

目前，在国际上大致可以将其分为荷兰Wageningen大学系列模型、美国CERES系列模型、澳大利亚APSIM模型以及俄罗斯作物生长模型等几个类型。我国的模型是从国外引进的，不管引进的哪个国家的模拟模型，都需要首先考虑到模型本地化的问题。在使用这些模型过程中，首先应该使用本地的农业气象材料对模型中的相关数据和参数进行调试和校对，然后在使用本地区的其他数据进行检验，从而切实保证能够得到正确的校对结果。现阶段，对国外引进设备进行调试的方法多数都是采用少数的实验数据得到设备参数大致的取值范围，然后利用模型或者气象服务部门设计好的优化程序，在一定范围内不断进行调试，当数值在给定的误差范围之内，得到最终参数就是比较合理的。但是，从实际的农业生产出发，只是做到了这一步还是远远不够的，对于真正的农作物模拟模型来说，因为不同的农作物在生长过程中，其遗传物质和不同地区的生长环境是不一样的，当将国外的模拟模型直接应用到我国是各个地区农业生产过程中就会出现较大的偏差，更何况有些参数在调试过程中只是数字方面的意义，对农作物的作用较少。在检测过程中如果只是限于一个地区的单纯的数值调试的话，就可能会导致部分的变量模拟效果较好，但是生物学意识或者科学意义存在不足的情况。因此，需要我们对各种作物模型的结构内容进行全面的掌握和了解，利用完善的农作物试验田对数据进行全面的观测，进而对一些数据进行科学的校准，对一些过程或者模型中模块进行适当的修改。

1.2 作物生长模拟模型的应用技术问题

首先，基于单点参数和模型模拟结果的作物模型区域的应用。除实验室外，其余测定的各种生理参数不会随着地点和品种发生改变，在很多作物生长模拟模型中，一些从参数会随着作物的生长和发育而不断地进行改变，因此，在观测过程中要依据具体的情况来进行合理的确定。特别注意的是在固定好的区域内，有很多代表性的作物，以这些为站点，在获得单点参数的基础上对作物生长模型进行运作，得出相应的站点的结果，再运用地理信息系统对离散站点的模拟结果进行模拟，最终得到空间格点的分布情况。并合理的对这些参数进行调整。在调整过程中，针对农作物实际产量序列的发展趋势，用时间趋势对其进行处理最终得到气象产量，然后将其与最近5年的平均产量进行加和，最终对实际产量进行修订和校正。从模拟的结果分析，订正之后的地区性参数能够很好地反映出地区尺度上的农作物品种性质，并能够很好地对模拟区域的产量和变化趋势进行确定；其次，基于气象要素空间插值和作物参数分区的作物模型区域的应用。在农作物模型分析一个具有较大空间的作物生长情况时，分析者往往都想得到详细的农作物空间分布差异，而如果采用单点参数进行观测的话，其适应性就不那么的明显。例如，在对东北地区的玉米和水稻冻害预测研究过程中，在考虑到作物模型中驱动变量气象因子的空间属性的基础上，再借助插值方法，将台站逐日气象要素值插值为具有较高分辨率的格点输入值，这样就可以得到空间模拟结果，这种方法适合在较大区域范围进行观测使用。

2 农作物生长模拟模型在我国农业气象业务中研究和应用

2.1 作物生长模拟模型在农业气象条件影响评价方面的研究和应用

在农业生产过程中，当农业科学技术水平、农业投入以及土壤肥沃程度不改变的前提下，影响作物产量和生长发育最为直接的因素就是气象条件。因此，只有很好的运用气象模型来对当地的气象条件进行有效的评价，才可以有效地应用到作物生长模拟模型这个领域。我国气象部门最近几年，通过大量的尝试探索，研究出了基于评价标准的平均气温状态下的平均模拟生物量的确定方法，并对这种实时评价制定了相应的方法，在观测过程中采用先模拟后平均的方法，以模型中作物发育阶段作为比较评价的指标，从而切实保证了从时间方面的可比性。然后在这个环节上，利用作物生长模拟模型和实时的逐日气象资料，通过对作物模拟的蓄积量和同期作物历史发育程度模拟数值进行有效的对比，来确定当前气象条件对农作物生长产生的影响。在评价过程中，考虑到我国北方地区农业在发展过程中可能会出现干旱的天气，因此，在对华北地区例如对冬小麦模型进行评价过程中，可以根据评价的需要按照上中下3旬时间段，给出华北地区农作物干旱的评价指标。而对于严寒的东三省地区像玉米、水稻的生长模型中，在东北地区出现水分胁迫时，同样可以按照上中下3旬时间段给出水分胁迫对农作生长量的产生的影响。

2.2 作物生长模型在农作物产量动态预测方面的研究和应用

对于作物产量的预测，传统的预测方法主要对农作物的最终产量与生长发育期间的气象条件的统计来评估其关系，没有考虑到作物自身生长动态。作物的产量主要是通过农作物在生长过程中通过营养物质的积累而形成的。农作物的产量与前期生物量存在着正比例的关系，这时的气象条件对农作物产量和农作物生长过程中也会产生一定的持续性影响。因此，在对农作物产量进行研究过程中，可以考虑从动态预测角度出发，根据模型中，模拟到的农作物其中后期各种营养物质积累的数量进行最终的预测，而最简单和最直接的方法就是根据实时的气象材料和后期天气的平均值组成农作物整个生育期完整气象数据信息，然后再运行这个作物模型，在不同的时间段动态对农作物的产量进行科学的预测。在预测过程中还有一种方法就是利用作物生长模型和前期的实时条件对作物的产量进行预测，也就是确定作物生长中后期营养物质积累和最终产量之间的相互关系，并建立动态性的统计型作物产量动态预测模型，当农作物生长到中后期之后，利用这个动态模型中前期模型积累的营养物质动态对农作物的产量进行气象预测。为了与农作物生长模型模拟的生物量的含义有效地进行匹配，模型建立过程中所使用的产量为历史产量除去趋势产量之后所剩下的余波部分，这部分就是气象产量。

3 作物生长模拟模型在我国气象业务中的应用思考

3.1 积极改进作物生长模拟模型

首先，要增强引进的作物生长模型的适应性，让其可以适应本地的气象条件。在运用模型时，要集中注意观察被研究的作物，并大量积极的收集相关的农业信息资源、田间示范资料以及地区长期的气候和物质资源材料等，并要进行多点、长序列的资料验证和校对工作。在模拟过程中还要全面分析农作物品种变化所带来的产量差异性。参数调整和过程改建都需要小心谨慎的进行，在调整过程不要只是关注数字和参数，避免小范围验证而大范围使用的乱象发生，避免材料过于单一，避免模型调试后没有经过全面验证就推广使用；其次，农作物生长模拟模型的应用和推广应该密切结合本地区农作物品种的生长特性和农业气象问题等因素，有针对性地对农作物模型进行改善，从而不断发展出全新的模块和全新的方法，力求发展具有我国自主知识产权的作物生长模拟模型；最后，要每时每刻地提醒自己，作物的生长模拟模型不是万能的，只不过是在模拟模型中农业生产的水平、农作物的品种类型都是特定的，这样，在不断变化的气象条件下，作物就会逐渐的生长发育，但是在设定的气象因素中，模型很难描述与分析一些极端恶劣的或者导致灾害发生的气象。即便是在一些模型的描述过程中对于一些干旱和高温的描述都比较确切，但是这些描述在各个地区的适应方面还存在一定的经验性和局限性。因此，在模拟模型进行模拟过程中，我们要考虑到极端恶劣气象造成的灾害。通过大量收集当地有关恶劣气象造成的灾害的资料进行研究，得出的研究成果可以对模拟出的结果进行补充，这样就可以更好改进作物生长模拟的模型，使之能够客观准确的模拟出本地区作物生生长发育的情况以及和产量之间的关系。

3.2 稳步推进作物生长模型在农业气象业务中的应用

首先，要对影响评估与作物产量动态预测的方法做出进一步的改进。基于作物模拟模型的产量动态预测，从而依据本地的不同气象预报作物产量的动态数据，这样可以补充在大规模统计时的不足，且具有很大的可行性。但是，就现今的技术水平，所得出的预测结果在进度与效果上还不是很精准，需要我们积极的探索更好的解决方法。鉴于此，我们要在后续的评价中把不同气象灾害的动态损失和作物产量结合起来，再进行预报；其次，有关的各类实施方案必须经过国家的全面落实，才可执行。由于目前我国气象系统的监测与传输方面具有一定的局限性，致使当地实时气象资料不能得到及时地掌握，从而得不到及时的处理解决。

4 结语

现阶段在我国在系统中已经存在的一些评价模型多数情况下都是以计数模式为主，需要我们及时地对这些不合理的评价方式进行改进。因此，就需要我们积极的引进国外的先进技术和理念，在我国气象业务统计方法的基础上，逐渐发展和应用全新的农业气象数值模式模型，从而切实增强农业气象部门对农业生产的服务能力。