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农业气象灾害监测预警分析

摘要:中国农业生产在世界上是受到气象灾害影响,导致粮食安全形势比较严峻的国家之一。主要回顾了中国在农业灾害预警方面的发展进程,阐述了影响农业秤的气象灾害种类,并从农业气象灾害监测预警标准建设、人才队伍、机制优化等方面提出发展建议,以期有效降低农业气象灾害对粮食安全生产的负面影响,提高中国主要粮食安全生产水平。

关键词:粮食安全;农业气象灾害;监测预警;农作物

农作物生长在大自然中,无时无刻不受气象条件的影响。光照、热量和水分等气象条件既是农业生产的环境条件,也是农业生产中持之以恒的动力来源和不可替代的物质基础。当光、热、水等气象要素与农业所需条件匹配不协调时,就会发生农业气象灾害。有利的光照、温度和降水等气象条件,可使农业生物获得更高的产量和更好的品质,但是不利的气象条件往往造成减产,甚至带来灾难性后果。农业气象灾害发生及危害程度不仅取决于气象要素本身的异常变化,还与农作物生长区域、季节、所处发育阶段和生长状况、土壤水分、田间管理措施等多种因素密切相关。气候的波动性及不确定性,使农业生产的自然风险较大。据统计,各种自然灾害中,气象灾害对农业生产造成的危害最重。

1中国农业气象灾害监测预警的研究进展

20世纪90年代初,中国科研人员就开始利用模型方法对农业气象灾害进行监测研究。金之庆及其项目组在参加USEPA主持的国际合作项目期间(1990—1994年)及其之后,采用作物生长模型与基于GCMs的气候变化情景相结合的技术路线,并援用中国若干农业气候指标和算法,完成了当CO2倍增时全球气候变化对中国南方水稻生产[1]的影响的研究,并同时考虑了大气CO2浓度升高的直接生理效应。高亮之等[2]在自主研制的R/WCSODS模型中,还增加了“气候变化影响评价”模块,用于分析气候变化对中国水稻和小麦生产的影响。与此同时或稍后,诸多学者[3-6]也分别通过归纳的基于多种GCMs的平均气候变化情景和多元回归模型,评估了温度升高对中国主要粮食生产产量的影响。2015年,中国正式建立了国家级农业灾害突发事件预警信息发布系统。系统实时收集、共享和发布了15个防灾减灾部门的总计71类预警信息,其中气象灾害占整体自然灾害的70%以上。2019年和2020年通过国家预警信息发布平台发布的预警信息总数分别为27.0万条和34.2万余条,其中气象类预警信息所占比例分别为96.37%和90.75%[7]。农业灾害预警信息发布系统中建设了多部门预警信息共建共享、协调配合工作、应对紧急事件统一行动的平台,推动全国各省、地、市三级逐步开展了以预警信息为先导的全社会应急联动机制建设,农业灾害预警信息成为了突发应急工作的“指挥棒”,有效地促进了农业防灾减灾应急联动工作效率的提升。目前,各类农业数字化信息技术也逐渐被应用到农业气象灾害预警监测中,主要分为地面监测和高空监测。地面监测是根据现有的农业气象灾害的有关指标,结合地面观测的有关气象数据进行灾害监测。地面监测网络主要包括气象监测网、农业气象监测网和土壤水分监测网。监测点主要以人工或自动化技术进行气象监测,每天对不同的监测数据进行分析,制定农业气象灾害应对及预防措施。高空监测主要依托遥感技术对干旱、洪涝、冰雹、病虫害等气象灾害进行监测,同时也可在海冰监视、地震预测、环境监测和水质监测等方面得以应用。卫星遥感技术的使用,使得在生态环境日益恶劣的情况下及时探测环境问题有了可能[8]。

2农业气象灾害的主要种类

农业气象灾害的种类很多,主要包括旱灾、洪涝、冻害、霜冻、冷害、热害和热带作物寒害、小麦干热风、晚稻寒露风以及雹灾、风灾、台风等。在所有农业气象灾害预警信号中,旱灾对中国农业影响最大,其次是洪涝灾害。

2.1旱灾

干旱是指局部地区因长期雨量较少或很少下雨导致土壤水分缺少,空气比较干燥,农作物生长缺少水分,导致农作物的非正常生长发育从而减产的气象灾害。干旱导致农业生产主要作物缺少水分从而状态表现为萎蔫(暂时萎蔫或永久萎蔫)并在生长中受到伤害。旱灾在春季、夏季、秋季都有可能发生,在春季发生干旱不但会使得小麦不能正常成长,而且同时影响水稻和玉米的春季播种工作;夏季发生干旱会严重影响玉米、水稻等主要粮食作物的生长;秋季发生干旱不但会导致夏季收获的农作作物减产,同时还会影响冬季小麦等农作物的播种。如果春季、夏季、秋季发生连续干旱的灾害,农业生产会受到重创,农民当年会颗粒无收,收入严重下降;如果第二年的春天继续发生干旱的灾害,农业生产受到的灾害就会更加严重。干旱预警信号分二级,由低到高分别以橙色、红色表示。

2.2洪涝

洪涝是由于大雨、暴雨导致洪水淹没了农田及农作物,使农作物的生长及新陈代谢不能正常开展而受到伤害,水淹农作物的深度越深,淹没的时间越长,农作物受到的危害就越严重。而且大雨、暴雨乃至特大暴雨引起的山洪暴发、河流的泛滥,会严重危害农作物生产、水果生产,而且还可能冲毁农业生产用房屋及相关设施,严重时还会造成人员的伤亡,经济损失巨大。洪水预警信号由低到高分为蓝色、黄色、橙色和红色4个等级。

2.3热害

热害指高温对农作物的生长发育和最终产量造成的影响和损失,包括高温逼熟和日灼。高温逼熟是高温促使作物籽粒在尚未达到饱满时就很快成熟,造成秕粒的一种热害。日灼是因强烈太阳辐射所引起的果树枝干、果实伤害。高温预警信号分三级,由低到高以黄色、橙色、红色表示。

2.4冻害

冻害是指越冬农作物、经济林、果树以及人畜在冬季遇到长时间的0℃以下的低温或短期内大幅度的气温下降(最低气温在0℃以下,甚至可以达到﹣20℃以下)引起水分结冰或人畜的冻伤,从而导致农作物、果蔬等植株丧失生理的活性,进而导致整体死亡或局部受损严重的现象。

3农业气象灾害监测预警系统发展建议

3.1建立统一性农业气象灾害监测预警标准

农业气象灾害成因复杂、不确定性强,从“未雨绸缪”的角度说,要加强对同一地区的历史数据、横向数据利用,这样可以为其他重要农业区提供借鉴和参考。因此,建立统一气象灾害监测预警标准至关重要。要想建立起统一的气象灾害监测预警标准,那么就需要在国内构建其跨区域的全面化气象信息共享体系——究其原因,气象的剧烈变化必然会涉及到很多的地域,因此构建起全面化、系统化的气象信息共享平台非常必要,以此确保各个地区都能在气象灾害发生之前进行准确的预警。现阶段,中国已经开始就气象灾害监测预警进行信息共享平台的建立,在进行信息共享平台建立时,应当从不同地区容易发生的气象灾害出发,确定好各项农业气象灾害的有关标准,实现气象灾害监测预警标准的统一性。

3.2构建模块化农业气象灾害监测预警系统

为了将某一地区农业气象灾害预警能力提高到最优程度,可采取模块化的建构方式。模块化的优势在于,可以在系统特定功能上进行增删、移植,从而构建多场景化的气象灾害监测预警项目。在具体操作中,可针对中国华北、东北等不同粮食主产区的面积、环境、气候等特点,依据面向对象的软件工程设计技术,构建“GIS基本功能模块”“洪涝灾害监测模块”“干旱灾害监测模块”“气象灾害分析模块”“气象灾害评估模块”“气象灾害预测模块”等模块系统,各模块间具有独立的“分析→评估→预测”的流程工作运转模式,即使出现一个或者几个单组模块的故障现象也不会造成整个系统无法正常工作。与此同时,基于模块化理念构建的系统还可实现分等级策略、分模块的启动功能策略。这样即便个别组别的模块运算功能达到满负荷,系统也会按照预定策略自动启动替代组功能模块,从而保证系统输出的数据能够始终匹配实际需求,保障模块都能高效运行,节约资源,提高效率。

3.3加强农业气象灾害监测预警人才队伍建设

充实国家级、省级农业气象业务机构业务骨干,合理设置农业气象灾害监测工作岗位,深挖现有业务人才的潜能。充分利用高校和各级培训机构的专业人才培养作用,培养农业气象灾害预警工作的一线人员,着力解决基层农业气象灾害监测预警人员短缺问题。同时,各个地区气象部门应增强专业技术工作人员综合素质的提升,定期安排相关人员参加专门的培训工作,增强气象科技的应用水平。3.4进一步优化农业气象灾害监测管理机制第一,在政府部门内应当明确权责。虽然当前国内已经形成了较为完善的农业气象灾害监测体系,但在不同的地区实践中,水文部门、农业部门和气象部门等重要监测部门之间都存在着较强的隔阂,使得这些部门无法实现良好的协同工作,并且在出现气象信息错误发布时,也存在着推诿责任的现象,因此需做好气象灾害预警监测的协调工作。因为气象灾害监测预警会涉及到许多的部门,要想提高整体的工作效率和工作质量,那么就需要让不同的部门之间加强配合,各个部门都应当发挥出自身优势,为农业气象灾害监测的预警和信息的传递提供足够的支持,提高资源的利用效率,提升中国的粮食安全水平。第二,积极地引导社会力量参与到农业气象灾害监测预警工作中,有关部门在社会上应当丰富农业气象灾害监测预警的宣传方式并加大宣传力度,使农业生产者充分认识到气象灾害监测预警的迫切性及重要性,从而进一步地拓宽气象信息的收集渠道及收集的数据质量及数量,让气象信息可以以最高的效率进行扩散。

3.5加大投入以拓展农业气象灾害预警价值

以粮食安全守护为目标,农业气象灾害预警监测系统的投资主体应该是政府,或由国家、省级部门拨出专款,跨越行政区隔阂共同构建,这样才能在最大程度上保障自然环境视域下“产粮区”的安全稳定。客观上,由于建设一套农业气象灾害监测预警系统投入很大,且系统中包含大量昂贵、精密设备,这导致在价值运用上存在一定封闭性。例如,专门机构、专门人员管理,在出现灾情是通过专门渠道上报,其价值无法在社会意义上呈现出来。笔者认为,相关部门仍要加大投入,以拓展农业气象灾害预警价值为新目标,包括基础设施、B2C框架等,通过更开放的系统前台,允许申请用户(如种粮大户、高校农业专业等)随时随地浏览相关信息。同时,在信息发布渠道上,也不能够局限在“专门化”视域内,借助互联网、新媒体的便捷性,开发“农业气象灾害监测预警APP”或开通第三方平台,确保第一时间把灾情传递给社会公众。同时要引入金融服务和社会资金,发挥金融及社会资金在农业气象灾害监测预警事业中的重要作用,例如可通过保险业为气象灾害提供农业生产上的灾害保险业务,尤其是伴随着近些年来保险范围的不断调整,保险业在农业防灾上发挥的作用已经逐渐变弱,国内保险市场上为农业提供防灾保险业务的企业数量呈逐年下降趋势。但中国作为农业生产及粮食需求的大国,气象灾害的频繁发生一定程度上会对中国粮食安全和社会整体的稳定造成不可忽视的影响,因此,建立完善的农业保险涵盖灾后损失评估及灾后重建的业务之外,必须增加气象灾害的预报及预警工作,加大资金、政策支持和政府资金的投入,可以切实达到灾前预防、灾中防治、灾后减损的作用。中国农业气象灾害发生频率比较高,只有清楚认识到自然气象灾害给中国农业生产、粮食安全以及经济社会发展造成的危害,进而加大政府、行业、社会的的关注及扶持力度,提高在农业气象防灾减灾以及灾后减损方面的财政资金投入,才能保障中国粮食安全。同时,虽然经过多年的积蓄及发展,中国在灾害监测预警等方面已经取得了飞速的进步,但不能否认是,中国各个地区的经济及科研综合实力发展不平衡,基础建设不足。气象监测站数量不足,能够监测的覆盖范围较小,收集的气象信息种类少。因此,为能够在气象灾害到来之前,就收集到各种气象信息开展综合研判后,发布预报预警信息,实现防灾减灾,保证农业的正常生产安全和社会局面的稳定。必须在经济不发达地区加强气象基础设施建设,建立多地区数据共享、工作协同的气象信息共享平台。

3.6加强国际之间的交流与合作

学习借鉴欧美发达国家的先进经验与成功案例,由于欧美发达国际的科技研究时间长、技术基础相对比较完善,使得其在农业气象灾害观测预警方面积累了很多值得中国借鉴的先进经验和技术。因此,要借鉴这些先进的经验与成功案例,同时根据中国不同地区、农业生产的实际情况,加强相关的技术研发和落地实际应用,积极参与国际间各个国家的交流与合作,提高监测的科技含量及预报的内容,提高中国农业气象灾害监测预警效果,保证粮食安全。

4结语

农业气象灾害监测预警对于农业发展和粮食安全来说具有非常重要的意义。因此,中国必须加强对于农业气象灾害监测预警有关技术的研究工作,构建其更加高效和全面的气象灾害监测体系,为中国的农业生产和粮食安全提供更加可靠的信息支持。

参考文献:

[1]金之庆,陈华,葛道阔,等.应用GCMs和历史气候资料生成我国在CO2倍增时的气候情景[J].中国农业气象,1992(5):13-21.

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[3]王石立,王馥棠.气候变暖对黄淮海地区小麦产量可能影响的模拟试验[J].气象学报,1993(2):209-216.

[4]高素华,丁一汇,赵宗慈,等.大气中CO2含量增长后的温室效应对我国未来农业生产的可能影响[J].大气科学,1993(5):584-591.

[5]郑大玮.暖冬年为什么也会发生冻害?[J].作物杂志,1994(5):8-10.

[6]赵宗慈,罗勇.二十世纪九十年代区域气候模拟研究进展[J].气象学报,1998(2):225-246.

[7]吕明辉,李焕连,成秀虎,等.气象灾害预警与评估的研究及实践[J].气象科技进展,2021,11(4):183-185.

[8]帕提曼·阿布都艾尼,阿依仙木古丽·阿布来提,努尔帕提曼·买买提热依木,等.卫星遥感技术在农业气象灾害监测研究中的应用[J].农业灾害研究,2018,8(4):48-49.

作者:李杨 王红蕾 王晓楠,张海峰 郑妍妍 吕志群 刘克宝 张宇单位:黑龙江省农业科学院农业遥感与信息研究所

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