吳 彬 ，李艷芳，金志鳳，劉雙喜，丁 麗 ，錢 暉

(1.湖州市氣象局，浙江湖州 3 13000;2.浙江省氣候中心，浙江杭州 3 10017;3.德清縣氣象局，浙江德清 3 13200)

茶葉是我國傳統(tǒng)農(nóng)產(chǎn)品，也是最具有經(jīng)濟價值的特色農(nóng)作物之一［1］。茶葉在生產(chǎn)、加工、制作等一系列環(huán)節(jié)和過程中，與氣象條件都有著直接的或間接的密不可分的關系［2］。溫度、濕度、日照以及風、雨等氣象要素對茶樹生長發(fā)育影響顯著。隨著全球氣候變暖，極端天氣氣候事件日益增多，自然災害對茶葉生產(chǎn)造成的損失往往十分巨大。因此，進一步做好春茶生產(chǎn)氣象服務，讓茶農(nóng)盡量避免由于氣象因素引起的損失，顯得尤為重要。

傳統(tǒng)的茶葉氣象服務方式主要有如下特點:(1)要求農(nóng)業(yè)氣象服務人員具備較好的茶葉與氣象知識;(2)如果需要了解當前茶芽長勢，必須實地走訪茶園;(3)茶園氣象監(jiān)測、預報等數(shù)據(jù)以及服務產(chǎn)品的制作、發(fā)布和管理等功能還沒有統(tǒng)一到同一平臺上，很大程度上增加了氣象服務業(yè)務人員的工作量和工作壓力。目前國內(nèi)外專門針對茶葉生產(chǎn)的氣象服務系統(tǒng)還不多見，并且大多數(shù)尚未業(yè)務化應用。鑒于上述情況，特開發(fā)一套茶葉生產(chǎn)氣象服務系統(tǒng)，該系統(tǒng)集氣象災害監(jiān)測和識別、影響天氣分型、開采期預報、數(shù)據(jù)管理、產(chǎn)品制作和短信一鍵式發(fā)布等功能于一體，能夠有效減少氣象服務業(yè)務中的人力成本投入，可為提升茶葉生產(chǎn)氣象保障服務水平、災害預警能力以及提高工作效率和服務效果提供強有力的技術(shù)支撐。

1 系統(tǒng)設計

系統(tǒng)基于.Net框架，在微軟集成開發(fā)環(huán)境Visual Studio 2013下，按照C#語言標準編寫，為了使處理算法和程序具有可移植性，編程實現(xiàn)了模塊化結(jié)構(gòu)設計［3］，圖1為系統(tǒng)開發(fā)流程構(gòu)圖。

該系統(tǒng)主要包括以下8個模塊，氣象災害監(jiān)測模塊、影響天氣分型模塊、開采期預報模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、圖形化產(chǎn)品模塊、產(chǎn)品制作模塊、一鍵式短信預警模塊和氣象工具模塊。圖2為系統(tǒng)界面圖。

2 系統(tǒng)主要功能

2.1氣象災害監(jiān)測模塊

圖1 系統(tǒng)開發(fā)的流程

圖2 茶葉生產(chǎn)氣象服務的系統(tǒng)界面

2.2 數(shù)據(jù)管理模塊

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存放于服務器端的SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫中，利用SqlClient連接方式，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的訪問功能。數(shù)據(jù)庫主要包括歷史農(nóng)業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)、歷史氣象數(shù)據(jù)、實時茶園小氣候監(jiān)測數(shù)據(jù)、茶園數(shù)字圖像數(shù)據(jù)、茶葉氣象指標體系及數(shù)值預報數(shù)據(jù)?？蓪崿F(xiàn)對歷史茶葉生長數(shù)據(jù)、歷史氣象數(shù)據(jù)、實時茶園小氣候監(jiān)測數(shù)據(jù)的查詢與檢索、導入和導出，以及茶園圖像的調(diào)用、瀏覽、顯示功能;此外，還具有茶葉氣象指標的查詢、調(diào)用、設置和追加等功能。

圖3 數(shù)據(jù)采集與傳輸裝置 (左)和氣象災害識別算法的流程 (右)

2.3 圖形產(chǎn)品模塊

2.3.1 模塊界面和功能

根據(jù)農(nóng)業(yè)氣象服務人員的業(yè)務需求，該模塊利用Surfer，Meteoinfo等［6-7］插件進行了二次開發(fā)，界面如圖4所示，主要實現(xiàn)了實況等值線、實況曲線、精細化預報、預報等值線、采摘氣象適宜度、霜凍災害等級評估等圖形產(chǎn)品的一鍵式制作和人機交互式操作等功能。

2.3.2 茶葉霜凍災害等級評估模型構(gòu)建

模型首先利用茶葉霜凍氣象指標和災害等級，并結(jié)合自動氣象站實時監(jiān)測數(shù)據(jù)計算凍害等級(圖5);其次，通過數(shù)據(jù)采集與傳輸裝置采集的圖像和氣象要素信息，利用支持向量機 (SVM)方法反演天氣現(xiàn)象和氣象災害;最后，利用反演的天氣現(xiàn)象和氣象災害對凍害等級進行驗證和修正，并輸出評估結(jié)果［8］。

圖4 圖形化產(chǎn)品界面 (a)、實況色塊 (b)、實況曲線 (c)和霜凍災害等級評估 (d)示意圖

圖5 茶葉霜凍災害等級評估模型

2.4 產(chǎn)品制作模塊

利用微軟提供的一款開源ActiveX控件dsoframer進行二次開發(fā)，該控件可在線編輯、調(diào)用Word，Excel，PowerPoint等。通過該模塊，可實現(xiàn)茶葉氣象服務產(chǎn)品的制作、發(fā)布和管理等功能，提高了業(yè)務人員工作效率和服務效果，模塊界面如圖6所示。

2.5 預警短信一鍵式發(fā)布模塊

該模塊集預警短信制作、茶葉群組選擇和發(fā)布于一體，大大縮短了預報預警的傳播時間，提高了預警服務效率。該模塊有效解決了以往氣象短信發(fā)布方式操作煩瑣、復雜和滯后等問題，可為茶農(nóng)爭取有效的災害防范時間，從而采取有效措施最大限度地減輕災害損失，切實提升氣象災害防御能力 (圖7)。

2.6 氣象工具模塊

圖6 產(chǎn)品制作界面

圖7 預警短信發(fā)布模塊

該部分提供了多個農(nóng)業(yè)氣象軟件，如氣候查詢、氣候分析、單站氣象數(shù)據(jù)查詢、農(nóng)業(yè)界限溫度和積溫計算、雷達監(jiān)測等模塊，便于數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、分析和監(jiān)測預警。

3 小結(jié)與討論

利用C#編程語言，結(jié)合 Surfer，Meteoinfo和dsoframer插件，開發(fā)了一套茶葉生產(chǎn)氣象服務系統(tǒng)，實現(xiàn)了氣象災害監(jiān)測和識別、影響天氣分型、開采期預報、數(shù)據(jù)管理、產(chǎn)品制作和短信一鍵式發(fā)布的業(yè)務流程化。且通過在湖州開展的實踐表明，該系統(tǒng)業(yè)務應用后，不但提高了當?shù)卮翰枭a(chǎn)氣象服務及災害預警的業(yè)務能力、效率，為茶農(nóng)做好春茶生產(chǎn)管理工作提供了及時、有效、可靠的氣象服務，而且也可為政府決策提供有力的參考依據(jù)，從而降低農(nóng)業(yè)氣象災害對春茶生產(chǎn)帶來的危害，切實能為湖州春茶的增產(chǎn)、增收保駕護航。

［1］ 金志鳳，胡波，嚴甲真，等.浙江省茶葉農(nóng)業(yè)氣象災害風險評價 ［J］.生態(tài)學雜志，2014，33(3):771-777.

［2］ 李倬，賀齡萱.茶與氣象［M］.北京:氣象出版社，2005:3-4.

［3］ 吳彬，李艷芳，張喜亮，等.湖州氣象圖形可視化軟件的設計與實現(xiàn)［J］.氣象水文海洋儀器，2013，30(1):69-72.

［4］ 李騫，范茵，張璟，等.基于室外圖像的天氣現(xiàn)象識別方法［J］.計算機應用，2011，31(6):1624-1627.

［5］ 王小川，史峰，郁磊，等.MATLAB神經(jīng)網(wǎng)絡43個案例分析［M］.北京:北京航空航天大學出版社，2013:102-113.

［6］ 林伙海，吳陳鋒.基于surfer 8.0實現(xiàn)雨量圖形可視化［J］.福建氣象，2006(3):48-52.

［7］ Wang Y Q.MeteoInfo:GIS software for meteorological data visualization and analysis ［J］.Meteorological Applications，2014，21(2):360-368.

［8］ 葉建剛，金志鳳，楊再強.4月7日霜凍對紹興茶葉影響的評估 ［J］.浙江農(nóng)業(yè)科學，2013(9):1085-1088.