王彥平，曹慶鋒，陰秀霞，包興華，姜鳳友

(1.呼倫貝爾市氣象局，海拉爾 021008；2.牙克石氣象局，牙克石 022150)

引 言

開(kāi)展農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)是落實(shí)中國(guó)氣象局戰(zhàn)略部署的重要內(nèi)容。農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)是各級(jí)氣象部門為“三農(nóng)”服務(wù)的主要途徑之一，是農(nóng)村農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)體系和農(nóng)村氣象災(zāi)害防御體系建設(shè)的重要內(nèi)容[1-3]。2012年，馬樹(shù)慶[4]對(duì)現(xiàn)代農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)及其有關(guān)問(wèn)題就進(jìn)行了探討，系統(tǒng)闡述了現(xiàn)代農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)的定義、原理、業(yè)務(wù)內(nèi)容、技術(shù)方法與工作流程，討論了其業(yè)務(wù)范圍、預(yù)報(bào)時(shí)效、區(qū)域業(yè)務(wù)重點(diǎn)等，并指出現(xiàn)代農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)基于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與天氣的相關(guān)性、農(nóng)事的可選擇性和天氣預(yù)報(bào)能力的不斷提高，其主要特征發(fā)生了較大變化，特別強(qiáng)調(diào)它是天氣預(yù)報(bào)、農(nóng)業(yè)氣象指標(biāo)和農(nóng)業(yè)氣象評(píng)價(jià)技術(shù)的結(jié)合，而不僅僅是對(duì)農(nóng)用天氣的預(yù)報(bào)[4-5]。杜筱玲[6]、劉錦鑾[7]等通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)有關(guān)農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)定義的分析，總結(jié)出農(nóng)業(yè)氣象指標(biāo)體系、天氣預(yù)報(bào)及氣候預(yù)測(cè)、農(nóng)業(yè)氣象決策知識(shí)是農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)的三要素，同時(shí)還指出，農(nóng)業(yè)氣象指標(biāo)是實(shí)踐基礎(chǔ)，天氣與農(nóng)業(yè)氣象預(yù)報(bào)是關(guān)鍵，農(nóng)業(yè)氣象決策知識(shí)是長(zhǎng)效保障。

歐美和日本等國(guó)在20世紀(jì)60年代就開(kāi)展了農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)服務(wù)，開(kāi)展的業(yè)務(wù)種類也比較多[8]。我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，氣象為農(nóng)服務(wù)是應(yīng)用氣象服務(wù)的首要任務(wù)，20世紀(jì)60年代開(kāi)始結(jié)合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際需求開(kāi)展夏收夏種和秋收秋種農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)，80年代開(kāi)始農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)服務(wù)向農(nóng)林牧漁各行業(yè)拓展[9-10]。近年來(lái)，各地結(jié)合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要，紛紛開(kāi)展了農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)的研究和應(yīng)用工作。王萍等總結(jié)了黑龍江省農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)的技術(shù)和方法，著重從構(gòu)建農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)的指標(biāo)庫(kù)、知識(shí)庫(kù)、農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)技術(shù)和業(yè)務(wù)制作流程等方面進(jìn)行介紹，并對(duì)黑龍江省水稻生產(chǎn)的光熱資源進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)[11-13]。高茂盛等綜述了陜西省農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)的定義，介紹了農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)技術(shù)流程、指標(biāo)體系及綜合預(yù)報(bào)模型[14-15]。馬樹(shù)慶等根據(jù)氣象、土壤條件對(duì)玉米整地、播種和收獲的影響，用模糊隸屬函數(shù)建立了農(nóng)事活動(dòng)氣象適宜度評(píng)價(jià)函數(shù)及其農(nóng)業(yè)氣象指標(biāo)，用權(quán)重法分別建立了整地、播種和收獲綜合氣象適宜度評(píng)價(jià)模型并進(jìn)行了檢驗(yàn)[16]。祝光明等[17]用SQL2000建立湖南農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物栽培專家知識(shí)、作物病蟲(chóng)防御知識(shí)、天氣應(yīng)對(duì)措施等資料規(guī)范管理；通過(guò)單因子和組合因子解決農(nóng)用天氣業(yè)務(wù)指標(biāo)間邏輯“與”和“或”等復(fù)雜關(guān)系的資料存?。幌到y(tǒng)采用DELpHI7.0和VISUAL C#.NET聯(lián)合開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了湖南農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)資料的存取管理與應(yīng)用。李德等[18]利用多年農(nóng)事活動(dòng)與同期降水和土壤濕度觀測(cè)記載資料，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，確定了安徽淮北平原麥田主要機(jī)械化農(nóng)事活動(dòng)的土壤濕度和降雨量指標(biāo)?？偨Y(jié)近幾年的研究成果，農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)評(píng)價(jià)方法主要有指標(biāo)判別法、相關(guān)分析法、隸屬函數(shù)分析法及一些綜合分析方法[19-20]，多數(shù)農(nóng)用生物生長(zhǎng)及農(nóng)事活動(dòng)對(duì)天氣要素的要求都有上下限值，可能是非線性的或分段線性的。

精細(xì)化格點(diǎn)預(yù)報(bào)是目前國(guó)際上精細(xì)化預(yù)報(bào)的發(fā)展趨勢(shì)，在我國(guó)尚處于起步階段[21]。以中國(guó)氣象局《現(xiàn)代氣象預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)發(fā)展規(guī)劃(2016—2020年)》[22]、中國(guó)氣象局預(yù)報(bào)司《全國(guó)精細(xì)化氣象格點(diǎn)預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)建設(shè)實(shí)施方案(2016—2017)》[23]為指導(dǎo)，全面推進(jìn)現(xiàn)代天氣氣候業(yè)務(wù)，重點(diǎn)開(kāi)展基于格點(diǎn)預(yù)報(bào)技術(shù)的精細(xì)化預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)。隨著精細(xì)化天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)的發(fā)展，在農(nóng)業(yè)氣象預(yù)報(bào)、農(nóng)業(yè)氣象條件診斷評(píng)價(jià)等技術(shù)支持下，以影響種植業(yè)和設(shè)施農(nóng)業(yè)等生產(chǎn)過(guò)程中的農(nóng)事活動(dòng)氣象適宜性指標(biāo)為依據(jù)，采用精細(xì)化鄉(xiāng)鎮(zhèn)預(yù)報(bào)要素及智能網(wǎng)格預(yù)報(bào)要素建立判識(shí)農(nóng)事活動(dòng)適宜程度的模型，是目前農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)[24]。利用模型可判定農(nóng)事活動(dòng)適宜氣象條件等級(jí)，分析未來(lái)天氣氣候條件對(duì)農(nóng)事活動(dòng)的影響，提出合理安排農(nóng)事活動(dòng)的建議，并根據(jù)模型預(yù)報(bào)結(jié)果提出充分利用適宜天氣條件和克服不利天氣條件影響的對(duì)策和建議，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過(guò)程提供預(yù)報(bào)服務(wù)。

本研究充分考慮當(dāng)前地市級(jí)格點(diǎn)預(yù)報(bào)要素的獲取和使用情況，以大興安嶺東部地區(qū)農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)為例，結(jié)合以往農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)研究成果，建立了格點(diǎn)預(yù)報(bào)要素、實(shí)況監(jiān)測(cè)要素及站點(diǎn)要素相結(jié)合的農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)指標(biāo)和模型。在此基礎(chǔ)上，利用CIMISS數(shù)據(jù)接口，初步實(shí)現(xiàn)了基于格點(diǎn)預(yù)報(bào)的農(nóng)用天氣適宜度等級(jí)預(yù)報(bào)和訂正等功能，并以等值線色斑圖、表格方式實(shí)現(xiàn)對(duì)各類數(shù)據(jù)的顯示加工，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)適宜性評(píng)價(jià)方法的業(yè)務(wù)化和自動(dòng)化，可以制作格點(diǎn)上1-10天的農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)，提高了農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)的精細(xì)化水平，特別對(duì)于呼倫貝爾市25.7萬(wàn)km2區(qū)域內(nèi)，精細(xì)化水平比站點(diǎn)預(yù)報(bào)提高了近1000倍，使農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)產(chǎn)品的供給量顯著增加[25]。

1 資料和方法

1.1 資料及來(lái)源

(1)農(nóng)事活動(dòng)資料為位于大興安嶺東部的內(nèi)蒙古農(nóng)作物主要種植區(qū)，扎蘭屯農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測(cè)站1978-2016年的農(nóng)事活動(dòng)記錄資料，用于播種、收獲、施肥、噴藥等關(guān)鍵農(nóng)事活動(dòng)時(shí)段的確定。

(2)氣象資料為扎蘭屯本站1978-2016年與農(nóng)事活動(dòng)對(duì)應(yīng)時(shí)段內(nèi)的氣溫、降水、風(fēng)力、土壤相對(duì)濕度等資料，用于農(nóng)事活動(dòng)模型參數(shù)、指標(biāo)確定和檢驗(yàn)。

1.2 分析方法

1.2.1 基于隸屬函數(shù)的播種(土壤施肥)時(shí)適宜氣象條件等級(jí)預(yù)報(bào)模型

由于呼倫貝爾地區(qū)播種期土壤已完全解凍，土壤解凍深度對(duì)播種影響不大，且一般播種同時(shí)施入底肥，因此主要影響條件為10 cm土壤溫度和相對(duì)濕度及未來(lái)降雨量，由此構(gòu)建改進(jìn)后的播種時(shí)氣象條件適宜度預(yù)報(bào)模型：

G(S,T,R)=a·g(S)+b·g(T)+c·g(R)

(1)

其中,g(S)是土壤水分適宜度函數(shù)：

(2)

式中，S0、S1、S2分別是播種時(shí)10 cm深土壤相對(duì)濕度適宜值、下限值和上限值，S為土壤濕度實(shí)測(cè)值。

g(T)是土壤溫度適宜度函數(shù)：

(3)

式中，T0、T1分別是播種時(shí)10 cm土壤溫度適宜值和下限值，T為格點(diǎn)土壤溫度預(yù)測(cè)值。

g(R)是降雨量適宜度函數(shù)：

(4)

式中，R是格點(diǎn)日降水量預(yù)報(bào)值；R2=8 mm，是可播種的上限雨量。

式(1)中，a、b、c權(quán)重分別為0.40、0.35、0.25。

1.2.2 基于隸屬函數(shù)的收獲時(shí)適宜氣象條件等級(jí)預(yù)報(bào)模型

根據(jù)扎蘭屯農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測(cè)站多年農(nóng)事活動(dòng)記錄分析，大興安嶺東部地區(qū)小麥?zhǔn)斋@在8月10日至20日；玉米、大豆和馬鈴薯同期收獲，集中在9月25日至10月5日期間。天氣晴好、氣溫較高、風(fēng)力較小和土壤偏干的條件有利于收割作業(yè)。因此，建立基于降雨量、土壤濕度、氣溫和風(fēng)力的收獲氣象條件適宜度預(yù)報(bào)模型：

Q(R,S,U,K)=a·q(R)+b·q(S)+c·q(U)+d·q(K)

(5)

其中，q(R)是天氣(降雨量)適宜度函數(shù)：

(6)

式中，R是格點(diǎn)日降水量預(yù)報(bào)值，明顯降雨天氣不適宜收獲作業(yè)，因此規(guī)定可收獲上限雨量R2=7 mm。

q(S)是土壤濕度適宜度函數(shù)：

(7)

式中，S是10 cm深土壤相對(duì)濕度實(shí)測(cè)值，S0是適宜收獲的土壤相對(duì)濕度，S2是可收獲的上限土壤相對(duì)濕度。表層土壤干燥適宜收獲，土壤偏濕不利于人和機(jī)械行走作業(yè)。

q(U)是氣溫適宜度函數(shù)，用格點(diǎn)日最高氣溫(U)代表：

(8)

式中，U0是當(dāng)?shù)厥斋@時(shí)的日最高氣溫，U1是可收獲時(shí)的下限溫度。氣溫過(guò)低不便于收獲作業(yè)。

q(K)是晝間平均風(fēng)力(K)適宜度函數(shù)，本研究采用的格點(diǎn)日最大風(fēng)力平均值更能代表大興安嶺東部地區(qū)秋季收獲時(shí)的風(fēng)力情況：

(9)

式中，K1=3級(jí)風(fēng)力，視為對(duì)收獲無(wú)影響，可收獲時(shí)的上限風(fēng)力K2=6級(jí)。

式(5)中，a、b、c和d分別是影響玉米、大豆收獲的降水量、土壤濕度、氣溫和風(fēng)力4要素的權(quán)重。專家和農(nóng)民普遍認(rèn)為，天氣對(duì)收獲影響最大，而氣溫影響較小，因此依次確定四者權(quán)重分別為0.30、0.25、0.20和0.25；影響馬鈴薯收獲的要素分別為降水量、土壤濕度和氣溫，風(fēng)力項(xiàng)可視為0，四者權(quán)重確定為0.40、0.40、0.20和0。

1.2.3 采用指標(biāo)判斷“一票否決”方法建立其他農(nóng)事活動(dòng)時(shí)適宜氣象條件等級(jí)預(yù)報(bào)

大興安嶺東部地區(qū)作物生長(zhǎng)季農(nóng)事活動(dòng)還包括噴藥(肥)、施肥，有灌溉條件的地區(qū)還進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓喔?，本研究通過(guò)確定影響各項(xiàng)農(nóng)事活動(dòng)指標(biāo)的方法進(jìn)行適宜度預(yù)報(bào)。

1.2.4 農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)模型指標(biāo)及適宜度等級(jí)的劃分方法

本研究農(nóng)事活動(dòng)適宜氣象條件等級(jí)預(yù)報(bào)模型中的指標(biāo)均采用扎蘭屯農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測(cè)站農(nóng)事活動(dòng)實(shí)際日期的氣象數(shù)據(jù)來(lái)確定，模型計(jì)算結(jié)果從大到小排序，前20%為適宜等級(jí)指標(biāo)，后20%為不適宜等級(jí)指標(biāo)，其余為較適宜等級(jí)指標(biāo)。

2 結(jié)果與分析

2.1 播種(土壤施肥)時(shí)適宜氣象條件等級(jí)預(yù)報(bào)模型參數(shù)的確定

2.1.1 大興安嶺東部地區(qū)小麥播種(土壤施肥)時(shí)氣象條件適宜度預(yù)報(bào)模型參數(shù)的確定

大興安嶺東部地區(qū)小麥一般在4月中旬初開(kāi)始播種，4月下旬進(jìn)入播種高峰。根據(jù)扎蘭屯農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測(cè)站1978-1995年17個(gè)實(shí)際播種期的土壤濕度、溫度和降雨量，確定模型公式(1)-(4)中的各項(xiàng)指標(biāo)，并計(jì)算適宜度等級(jí)，如表1[26]。

表1 嶺東地區(qū)小麥播種(土壤施肥)時(shí)氣象條件適宜度模型指標(biāo)

2.1.2 嶺東地區(qū)玉米、大豆和馬鈴薯播種(土壤施肥)時(shí)氣象條件適宜度預(yù)報(bào)模型參數(shù)的確定

玉米、大豆和馬鈴薯一般在5月中旬初集中播種，5月下旬基本完成播種任務(wù)。根據(jù)1988-2008年42個(gè)實(shí)際播種期的土壤濕度、溫度和降雨量，確定模型公式(1)-(4)中的各項(xiàng)指標(biāo)，并計(jì)算適宜度等級(jí)，如表2。

表2 嶺東地區(qū)玉米、大豆和馬鈴薯播種(土壤施肥)時(shí)氣象條件適宜度模型指標(biāo)

2.1.3 格點(diǎn)土壤溫度預(yù)測(cè)模型的建立

利用大興安嶺東部地區(qū)(扎蘭屯市、阿榮旗、莫旗、鄂倫春旗和諾敏鎮(zhèn))1981-2014年春播期(4月下旬至5月中旬)日最高氣溫、日最低氣溫、10 cm地溫?cái)?shù)據(jù)，建立了春播期土壤溫度預(yù)測(cè)方程：

y=0.693X1+0.210X2-3.428 (R=0.975)

(10)

X1為24 h格點(diǎn)預(yù)報(bào)最高氣溫，X2為24 h格點(diǎn)預(yù)報(bào)最低氣溫。

2.2 收獲時(shí)適宜氣象條件等級(jí)預(yù)報(bào)模型參數(shù)的確定

2.2.1 大興安嶺東部地區(qū)小麥?zhǔn)斋@時(shí)氣象條件適宜度預(yù)報(bào)模型參數(shù)的確定

大興安嶺東部地區(qū)小麥在8月10日至20日收獲。根據(jù)1981-1996年15個(gè)實(shí)際收獲期的降水、土壤濕度、氣溫和風(fēng)力，確定模型公式(5)-(9)中的各項(xiàng)指標(biāo)，并計(jì)算適宜度等級(jí)，如表3。

表3 嶺東地區(qū)小麥?zhǔn)斋@時(shí)氣象條件適宜度模型指標(biāo)

2.2.2 嶺東地區(qū)玉米、大豆和馬鈴薯收獲時(shí)氣象條件適宜度預(yù)報(bào)模型參數(shù)的確定

大興安嶺東部地區(qū)玉米、大豆和馬鈴薯同期收獲，集中在9月25日至10月5日期間。根據(jù)1988-2009年46個(gè)實(shí)際收獲期的降水、土壤濕度、氣溫和風(fēng)力，確定模型公式(5)-(9)中的各項(xiàng)指標(biāo)，并計(jì)算適宜度等級(jí)，如表4、5。

表4 嶺東地區(qū)玉米和大豆收獲時(shí)氣象條件適宜度模型指標(biāo)

表5 嶺東地區(qū)馬鈴薯收獲時(shí)氣象條件適宜度模型指標(biāo)

2.3 其他農(nóng)事活動(dòng)時(shí)氣象條件適宜度指標(biāo)的確定

大興安嶺東部地區(qū)作物生長(zhǎng)季農(nóng)事活動(dòng)還包括噴藥(肥)、施肥，有灌溉條件的地區(qū)還進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓喔取?/p>

2.3.1 噴藥(肥)時(shí)適宜氣象條件等級(jí)預(yù)報(bào)指標(biāo)的確定

在主要糧食作物生育時(shí)段內(nèi)發(fā)生病、蟲(chóng)、草害且達(dá)到化學(xué)防治標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，或在作物關(guān)鍵生育階段需要增施葉面肥時(shí)，開(kāi)展噴藥(肥)適宜氣象條件等級(jí)預(yù)報(bào)。預(yù)報(bào)時(shí)，主要依據(jù)噴藥當(dāng)日的日平均氣溫及未來(lái)24 h和48 h天氣過(guò)程，確定噴藥氣象條件適宜等級(jí)并提出相關(guān)農(nóng)事建議。噴藥(肥)適宜指標(biāo)在參考安徽省農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)中噴藥指標(biāo)的基礎(chǔ)上，根據(jù)大興安嶺東部地區(qū)氣候特點(diǎn)確定，如表6。表6中的要素為格點(diǎn)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)。

表6 嶺東地區(qū)作物噴藥(肥)氣象條件適宜度預(yù)報(bào)指標(biāo)

2.3.2 灌溉時(shí)適宜氣象條件等級(jí)預(yù)報(bào)指標(biāo)的確定

大興安嶺東部地區(qū)以旱作農(nóng)業(yè)為主，但也有小面積的水澆地，特別是近幾年，隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的不斷投入和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，灌溉農(nóng)業(yè)得到了發(fā)展，灌溉面積不斷增加，氣象部門開(kāi)展灌溉氣象條件適宜等級(jí)預(yù)報(bào)的服務(wù)也隨之開(kāi)展，在農(nóng)業(yè)干旱預(yù)警信號(hào)發(fā)布時(shí)及時(shí)開(kāi)展相關(guān)服務(wù)。

本研究參考前人研究成果[27]，結(jié)合大興安嶺東部地區(qū)氣候特點(diǎn)，確定農(nóng)作物灌溉的指標(biāo)。影響灌溉期的氣象因素為土壤濕度、降水量和風(fēng)速，風(fēng)力偏大對(duì)灌溉有不利影響，如表7。表7中S為臨近站點(diǎn)土壤相對(duì)濕度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，降雨量和風(fēng)速為格點(diǎn)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)。

表7 嶺東地區(qū)作物灌溉氣象條件適宜度預(yù)報(bào)指標(biāo)

2.4 農(nóng)事活動(dòng)時(shí)適宜度預(yù)報(bào)模型的檢驗(yàn)

2.4.1 小麥播種(土壤施肥)時(shí)適宜度預(yù)報(bào)模型的檢驗(yàn)

用大興安嶺東部地區(qū)扎蘭屯農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測(cè)站1996-2000年5個(gè)小麥實(shí)際播種日的氣象、土壤和農(nóng)事活動(dòng)期資料，對(duì)上述小麥播種適宜度模型進(jìn)行合理性或適用性檢驗(yàn)。計(jì)算結(jié)果表明(表8)，5個(gè)不同播種日期間氣象條件適宜度存在差異，除2000年4月20日由于降水影響為不適宜外，其余4個(gè)實(shí)際整地日均處于適宜或較適宜等級(jí)，說(shuō)明大興安嶺東部地區(qū)小麥播種適宜度模型設(shè)計(jì)和指標(biāo)選擇是合理的，預(yù)報(bào)方法是適用的。

表8 嶺東地區(qū)小麥播種時(shí)氣象條件適宜度計(jì)算結(jié)果

2.4.2 玉米、大豆和馬鈴薯播種(土壤施肥)時(shí)適宜度預(yù)報(bào)模型的檢驗(yàn)

用大興安嶺東部地區(qū)扎蘭屯農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測(cè)站2009-2016年8個(gè)玉米、大豆和馬鈴薯實(shí)際播種日的氣象、土壤和農(nóng)事活動(dòng)期資料，對(duì)上述玉米、大豆和馬鈴薯適宜度模型進(jìn)行合理性或適用性檢驗(yàn)。計(jì)算結(jié)果表明(表9)，8個(gè)不同播種日期氣象條件適宜度雖存在差異，但均處于適宜或較適宜等級(jí)，說(shuō)明大興安嶺東部地區(qū)玉米、大豆和馬鈴薯播種適宜度模型設(shè)計(jì)和指標(biāo)選擇是合理的，預(yù)報(bào)方法是適用的。

表9 嶺東地區(qū)玉米、大豆和馬鈴薯播種時(shí)氣象條件適宜度計(jì)算結(jié)果

2.4.3 小麥?zhǔn)斋@時(shí)適宜度預(yù)報(bào)模型的檢驗(yàn)

用大興安嶺東部地區(qū)扎蘭屯市1997-2000年3個(gè)小麥實(shí)際收獲日的氣象、土壤和農(nóng)事活動(dòng)期資料，對(duì)上述小麥?zhǔn)斋@時(shí)適宜度模型進(jìn)行合理性或適用性檢驗(yàn)。計(jì)算結(jié)果表明(表10)，3個(gè)不同小麥?zhǔn)斋@日期間氣象條件適宜度均處于適宜或較適宜等級(jí)，說(shuō)明大興安嶺東部地區(qū)小麥?zhǔn)斋@適宜度模型設(shè)計(jì)和指標(biāo)選擇是合理的，預(yù)報(bào)方法是適用的。

表10 嶺東地區(qū)小麥?zhǔn)斋@時(shí)氣象條件適宜度計(jì)算結(jié)果

2.4.4 玉米、大豆和馬鈴薯收獲時(shí)適宜度預(yù)報(bào)模型的檢驗(yàn)

用大興安嶺東部地區(qū)扎蘭屯市2010-2015年4個(gè)玉米、大豆和馬鈴薯實(shí)際收獲日的氣象、土壤和農(nóng)事活動(dòng)期資料，對(duì)上述玉米、大豆和馬鈴薯收獲期適宜度模型進(jìn)行合理性或適用性檢驗(yàn)。計(jì)算結(jié)果表明(表11)，4個(gè)不同玉米、大豆和馬鈴薯收獲日期氣象條件適宜度差異不大，均為適宜等級(jí)，說(shuō)明大興安嶺東部地區(qū)玉米、大豆和馬鈴薯收獲適宜度模型設(shè)計(jì)和指標(biāo)選擇是合理的，預(yù)報(bào)方法是適用的。盡管適宜收獲氣象條件容易滿足，但也要在作物完全成熟后的適宜天氣條件下及時(shí)收獲，以免因秋季出現(xiàn)驟然降溫、降雪和霜凍等天氣而錯(cuò)過(guò)最佳收獲期。

表11 嶺東地區(qū)玉米、大豆和馬鈴薯收獲時(shí)氣象條件適宜度計(jì)算結(jié)果

2.4.5 噴藥(肥)時(shí)適宜氣象條件等級(jí)預(yù)報(bào)指標(biāo)的檢驗(yàn)

利用扎蘭屯農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測(cè)1997-2016年5個(gè)實(shí)際噴藥日期的氣溫、風(fēng)速和降水量對(duì)噴藥指標(biāo)進(jìn)行適應(yīng)性檢驗(yàn)。計(jì)算結(jié)果表明(表12)，大興安嶺東部地區(qū)噴藥多在5月下旬至6月上旬作物出苗后進(jìn)行噴藥除草，5個(gè)不同除草日期均處于適宜或較適宜等級(jí)，說(shuō)明適宜度模型確定的噴藥(肥)期適宜氣象條件等級(jí)預(yù)報(bào)指標(biāo)是合理的。

表12 嶺東地區(qū)作物噴藥(肥)時(shí)氣象條件適宜度計(jì)算結(jié)果

2.4.6 灌溉時(shí)適宜氣象條件等級(jí)預(yù)報(bào)指標(biāo)的檢驗(yàn)

利用扎蘭屯農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測(cè)2000-2011年45個(gè)實(shí)際灌溉日期的土壤濕度、降水量和風(fēng)速對(duì)灌溉指標(biāo)進(jìn)行適應(yīng)性檢驗(yàn)(表13中選取5個(gè)日期)。計(jì)算結(jié)果表明，大興安嶺東部地區(qū)45個(gè)不同灌溉日期中處于適宜等級(jí)的有21個(gè)，較適宜等級(jí)的有17個(gè)，不適宜等級(jí)的有7個(gè)，說(shuō)明模型確定的灌溉日期氣象條件等級(jí)預(yù)報(bào)指標(biāo)基本是合理的。

表13 嶺東地區(qū)作物灌溉時(shí)氣象條件適宜度計(jì)算結(jié)果

2.5 基于格點(diǎn)預(yù)報(bào)的農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)的實(shí)現(xiàn)

通過(guò)農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)服務(wù)系統(tǒng)，將農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)研究成果和智能網(wǎng)格預(yù)報(bào)要素相結(jié)合，形成精細(xì)化和智能化的農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)等級(jí)的自動(dòng)判別和作物生長(zhǎng)適宜度的自動(dòng)診斷功能，并能夠自動(dòng)繪制相關(guān)圖(表)和初級(jí)產(chǎn)品的自動(dòng)生成。

格點(diǎn)數(shù)據(jù)的獲取見(jiàn)圖1、2。

圖1 系統(tǒng)通過(guò)CIMISS數(shù)據(jù)接口獲取智能網(wǎng)格預(yù)報(bào)

圖2 系統(tǒng)目前獲取的智能網(wǎng)格預(yù)報(bào)要素

以收獲為例，介紹格點(diǎn)數(shù)據(jù)在農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中的應(yīng)用。

根據(jù)未來(lái)72 h 5 km分辨率的智能網(wǎng)格預(yù)報(bào)和大興安嶺東部地區(qū)各農(nóng)事活動(dòng)所需的氣象條件指標(biāo)，自動(dòng)判斷農(nóng)事活動(dòng)的適宜和不適宜區(qū)域，計(jì)算主要農(nóng)業(yè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的適宜等級(jí)，并幫助服務(wù)人員自動(dòng)生成對(duì)應(yīng)的服務(wù)產(chǎn)品(圖3、4)。

圖3 基于智能網(wǎng)格預(yù)報(bào)的農(nóng)事活動(dòng)氣象適宜度的自動(dòng)判別

3 結(jié)論與討論

(1)本研究針對(duì)大興安嶺東部地區(qū)農(nóng)作物種植特點(diǎn)和農(nóng)事活動(dòng)特點(diǎn)，在前人研究基礎(chǔ)上，用隸屬函數(shù)方法建立氣象要素對(duì)農(nóng)事活動(dòng)的適宜度函數(shù)并確定其“三基點(diǎn)”氣象指標(biāo)，而后建立播種(土壤施肥)和收獲期綜合氣象條件適宜度模型。檢驗(yàn)表明，綜合適宜度模型的設(shè)計(jì)及其指標(biāo)選擇是合理的，可以用于當(dāng)?shù)匦←?、玉米、大豆和馬鈴薯播種、收獲期氣象條件適宜度評(píng)價(jià)和預(yù)估業(yè)務(wù)。

圖4 系統(tǒng)自動(dòng)生成的農(nóng)事活動(dòng)預(yù)報(bào)產(chǎn)品

(2)針對(duì)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)集中管理的特點(diǎn)，確定了噴藥、葉面噴肥、灌溉農(nóng)事活動(dòng)的適宜度綜合預(yù)報(bào)指標(biāo)，形成了較為系統(tǒng)的農(nóng)事活動(dòng)預(yù)報(bào)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，為現(xiàn)代農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)提供科學(xué)的技術(shù)支撐。

(3)本研究的創(chuàng)新點(diǎn)在于將智能網(wǎng)格溫度、降水量和風(fēng)的預(yù)報(bào)應(yīng)用到農(nóng)事活動(dòng)適宜氣象條件等級(jí)預(yù)報(bào)中，可實(shí)現(xiàn)5 km×5 km格點(diǎn)上未來(lái)10天的農(nóng)事活動(dòng)適宜度等級(jí)，在時(shí)間和空間上實(shí)現(xiàn)了精細(xì)化農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)，極大地提高了農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)的精準(zhǔn)化水平和農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)產(chǎn)品的供給能力，在專業(yè)氣象服務(wù)方面實(shí)現(xiàn)了新的突破。

(4)在研究基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)服務(wù)模塊，利用建立的指標(biāo)和模型實(shí)現(xiàn)農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)適宜度等級(jí)預(yù)報(bào)的自動(dòng)判別，實(shí)現(xiàn)了從定性分析到定量分級(jí)，從主觀描述到客觀判斷，并以圖表的形式自動(dòng)形成初級(jí)產(chǎn)品，不僅提升了農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)的自動(dòng)化水平，也提高了業(yè)務(wù)人員的工作效率。

(5)由于智能網(wǎng)格預(yù)報(bào)要素中沒(méi)有土壤相對(duì)濕度預(yù)報(bào)，在農(nóng)事活動(dòng)預(yù)報(bào)模型中，采用的是臨近土壤水分自動(dòng)站的實(shí)況數(shù)據(jù)，代表性不強(qiáng)，對(duì)農(nóng)事活動(dòng)適宜度判別會(huì)產(chǎn)生影響，仍需進(jìn)一步研究如何將土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)差值到格點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)所有要素的格點(diǎn)化。