智慧气象系统在固原市农业生产服务中的应用研究

顾 娟,路智渊,景 博,杜昌海

(中国气象局旱区特色农业气象灾害监测预警与风险管理重点实验室，宁夏 银川 750002；宁夏回族自治区气象防灾减灾重点实验室，宁夏 银川 750002；宁夏回族自治区固原市气象局，宁夏 固原 756000)

1 固原气候特点和农业特色

1.1 固原气候特点

固原市位于宁夏回族自治区南部，地处黄土高原暖温半干旱气候区,属于北温带大陆性季风气候，冬季漫长寒冷，夏季短暂凉爽，昼夜温差大，常年干旱少雨，且季节性降水差异较大，灾害性天气多。年平均气温6.2℃，年日照时数2518.2 h，年平均降水量492.2 mm，无霜期152 d。固原市的主要农业气候灾害有干旱、冻害、低温、雨雪冰冻、冰雹和风沙等。

1.2 固原现代农业发展状况

固原市是宁夏和全国的枸杞种植基地，由于六盘山气候的原因，主要种植小麦、玉米、马铃薯、枸杞等作物，畜牧业比较发达，牛羊的育肥与繁殖成为农业经济收入的主要来源。经过精准扶贫政策的落实，固原的农业产业结构得到了调整优化，农业综合生产能力不断提高。近几年，由于退耕还林还草政策的落实，生态环境得到了很大的改善，当地农业生产的气候发生了变化，异常天气减少，降水量增多，实现了经济作物和与畜牧养殖的现代化和规模化发展，农业经济收入水平有了很大的提升。

2 固原市智慧气象系统框架

固原市智慧气象农业服务系统设计的总体框架为智慧气象农业服务平台，其包括农业服务Web客户端、智慧气象农业移动用户端和农业综合数据库三块，每个功能模块发挥着不同的作用。

1.1 Web客户端

Web客户端设计要考虑到气象农业服务对象的需要。一方面，针对农业种植大户、农业经营主体以及涉农企业提供B/S的桌面应用，具体包括自然灾害预报、天气晴雨变化信息、气温升降信息、作物病虫害信息和作物长势信息等关于农业气象服务内容的查阅；另一方面，气象服务业务管理平台在内网运行中由业务人员完成所有气象农业信息的制作、更新和管理，保证智慧气象农业服务系统正常运行，包括用户管理、作物管理、信息编制与发布等。对于政府主导和关系群众收益的特色产业要做到对不同作物发育期的录入和作物生长过程中的管理等，以完善智慧气象对作物的精准服务。固原市是全国枸杞种植基地之一，其种植的气候条件直接影响着农户的收成，为此气象部门和农户非常关心智慧气象在枸杞种植方面发挥作用。

1.2 农业综合数据库

智慧气象农业综合数据库是智慧气象农业服务系统的主要组成部分，在这里储存了大量、各类、多来源的农作物预警相关数据，能够满足数据变更和业务增加对信息量的需求。

智慧气象农业综合数据库的数据大致分为地理数据、气象数据、预报数据和具体作物相关数据，数据库所需数据均从区综合气象信息数据共享平台及相关数据库同步载入，同本地固原市的气象数据信息一起储存于本地服务器。使得地理信息数据基本包括固原区域的矢量数据，精确到村社一级，用作系统有关地图展示的背景地图；气象数据主要来自固原市内建设的气象观测站，其中包括6个国家气象站、8个土壤水分观测站、193个区域小型自动气象站、19个农田小气候观测站数据和3个特色设施蔬菜站，这些观测站观测到的相关数据可通过气象信息数据共享平台获取[1]。

1.3 移动客户端

移动客户端（App）是服务与产品展示的终端部分，它配合Web客户端完成分配的服务任务。目前通过安卓系统开发完成手机版系统的版本，其包括系统登录页面和主页面、产品页面三层界面。系统登录界面包括注册和登录功能，登录成功后进入主页面，开始用户信息设置、系统更新和系统分享等，主页面显示的都是服务模块。上半部分是天气影响评价功能模块，下半部分包括功能应用、服务事项和专家咨询三个模块，天气影响评价模块包括日评价、周评价和月评价；农业服务模块包括农田服务、作物服务、实时天气、气象服务、小气候信息等；服务产品模块包括农业专题服务、特色农业服务、农业气象情报三个功能；专家服务包括专家咨询和科学种田两个功能模块。页面中的各个功能都可及时扩展[2]。

2 智慧气象农业信息系统功能的应用分析

2.1 天气影响评价模块

固原市气象局在农业气象系统开发与应用中将天气影响评价模块分为日评价、周评价和月评价3个天气评价要素，精确了农业气象服务的内容。日评价是评价过去一天天气对作物的影响和预测未来一天天气对作物的影响，周评价和月评价是评价过去或未来一段时间天气对作物的影响。系统根据收集到的天气信息数据和农作物信息数据对实际作物生长的实况影响和预报影响做出精准的综合分析，针对用户关注的作物生长期，给出温度、水分和通风等主要影响作物生长要素的影响等级，将影响等级分为“很严重、严重、不严重、有利、很有利”。天气影响评价系统数据是云计算得出的，但是系统信息数据的灵活性和针对性较差，需要农业气象专家进行干预，因此天气影响评价在计算机系统综合评价的基础上需要业务人员通过Web端的业务平台审核修订。

2.2 农业生产中的服务

固原市智慧气象在农业生产中主要通过农业气象情报、农业气象灾害预报和农用天气预报等预报活动为农事提供有针对性的气象服务：（1）农业气象观测和试验，确定农业气象内容的使用标准。农业气象观测是通过农业气象系统或者人工方式对作物的生长发育状况、土壤状况、温度状况和水分情况进行观测，掌握作物生长的生态环境条件，才能为农业气象信息提供具有科学性、针对性和操作性的基本数据资料；（2）农业气象情报服务。结合当地的历史气象信息，分析当地现在环境气候的变化，预报未来农业生产中可能产生的气候情况，并根据预测的结果提出应对策略，为涉农用户提供气象信息。涉农用户通过农业气象情报及时掌握历史天气的情况及变化特点，为未来利用好气象搞好农业生产提供依据。固原地区一年中冬春降水较少，比较干旱，秋夏雨水较多，土壤水分饱和度极不稳定，如果及时预报土壤墒情就能确定灌溉期与灌溉量，气象灾害情报能够预测作物灾害发生的时间和轻重，有助于涉农用户预防灾害发生，减少损失；（3）农用天气预报服务。通过统计分析法对天气对农业生产产生的影响做专门的统计分析，满足农业生产的实际需要，增强农用天气预报实用性和准确性。固原市的玉米种植面积逐渐扩大，成为主要粮食作物，寒冷的气候条件常导致玉米幼苗遇到寒潮侵袭而发生冻死的事故，常规的天气预报仅仅播报低温的变化，而农用天气预报针对玉米作物生长对天气的要求提供有针对性的天气预报信息，从而提高了天气预报的价值，避免农作物遭受损失。

3 讨论

农业气象服务是智慧气象信息系统开发中的主要内容，也是智慧气象存在的意义所在。本文研究的农业智慧气象服务系统是在区域气象站和气候观测站的基础上开发与建立的，主要以本地农业生产为服务对象。固原市气象局开发的系统框架及思路具有指导性，其他地区的气象部门可通过数据的更新开展本地的智慧气象为农服务业务。智慧气象为农服务的平台通过对数据信息整合和分析，形成本地的气象服务产品，给涉农用户提供人性化和针对性的智能服务。智慧农业气象信息系统具有很强的数据分析能力和模型构建能力，加快信息综合数据的应用是智慧气象建设的主要目的，对农业生产影响的定量分析是智慧气象的核心，鉴于此，要继续搞好气象信息智慧化建设和服务，实现智慧农业气象服务功能。