[科普中国]-农业气象灾害预报方法

简介

影响农业气象灾害的因子很多，有天气气候、农业生物体本身、地理、上壤、农田管理技术水平等。但是，人类在长期的劳动生产实践中，充分认识到影响农业气象灾害程度的话因子中，天气气候是最基本的，是制约农业生产的最重要因素。因此，农业气象灾害预报的实质是灾害性、关键性天气的预报，同时考虑农业生物体的生育状况。

农业气象灾害预报必须遵循的原则是国农业生产所遵循的生物学规律和天气气候演变的物理学基础，是农业气象灾害预报的基本理论基础国农业生物体与农业气象条件相结合形成的各种独特的农业气象规律，如农业气象条件对农业生物体生长发育过程影响的持续性，农业生物体生长发育对农业气象条件反应的前后关联性，以及农业气象条件对农业生物体生长发育影响的阶段性等等，都是农业气象灾害预报的基本原理，

灾害性、关键性天气的预报方法，主要有天气学方法、气候学方法和群众经验方法等。天气学方法主要介绍天气图预报方法，气候学预报方法主要是指统计气候预报。此外还有群众谚语预测方法等。1

统计学方法基本原理是把灾害三要素，即发生时同、地点或范围、强度或损失、致灾因素或相关因子看作随机变量，通过对历史样本数据的统计分析建立预报值与相关预报因子间的统计关系式。还有一些模式是输入灾害三要素的时间序列值，通过统计分析前后期样本值间相关关系建立灾害要素值随时间变化的统计关系式。运用统计学方法编制农业气象灾害预报的步骤：一、明确预报对象和准备采取的具体统计分析方法；二、调查分析与灾害相关因子或预报要素值本身的历史演变情况，选取与预报对象相关较好的因子或位相、频率；三、根据需要分别建立各种统计预报模式或方程，常用方法有回归分析、判别分析、聚类分析、方差分析、谐波分析、时间序列分析、谱分析等；四、对所建模式进行显著性检验；五、将各预报因子或前期序列位相及频率值代入模式，计算出所需预报的灾害要素值，判别分析等方法可据此做出定性预报结论，回归分析等方法可根据预报精度要求在求出的预报值上给出置信区间，作为正式的定量预报结论。

统计学方法由于比较客观和能定量表示各种随机灾害要素与致灾因子或相关因子间的相互关系，成为农业气象灾害预报最常用的一种方法。但也存在一定局限性和缺陷，如因子选择不当或数据未经预处理剔除其他因索的影响，都可造成所建模式对灾害历史资料的拟合虽好，但预报未来灾害效果不好。此外，统计模式的结果外推时也往往与实际有较大出入。2

天气学方法从农事活动对天气条件的要求出发，根据天气学的连续性、相似性和流体动力学原理，利用历史天气图表和天气资料分析研究当地常年农事关键时期影响作物或畜禽生长发育及产量的灾害性天气的类型及演变特点，找出其固有的规律，并应用于预报实践。适用于大中尺度短期的灾害性天气预报，对较小尺度还需要结合其他方法。目前中长期的灾害预报仍以统计学方法为主。许多气象灾害是在天气形势转折时发生的，预报的难度要比普通天气预报大得多，需要认真研究，反复实践，不断总结经验。还有一点需要指出的，灾害性天气并不等于实际发生了农业气象灾害，有时出现灾害性天气，但对农业生产影响并不大，但有时天气看来并不带有灾害性特征，但却造成了相当不利的影响，如发生在玉米生长盛期的连阴雨危害不大，但发生在收获期间则损失惨重。持续阴雨使土壤水分过多，玉米的根系分布浅，出现较轻的干旱也会造成严重的影响。因此，利用天气学方法预报农业气象灾害，一定要了解某种天气对农业生产的实际影响，进行具体分析判断。2

气候学方法根据气候演变的相对稳定性和绝对变异性规律，对与农业气象灾害有关的历史气候资料进行调查、考察、统计分析、数学模拟和实验，找出影响当地农业生产的主要气候灾害的演变规律，以便进行具体的预报。

气候演变具有地域广、时间长和相对稳定的特点。运用气候指标和模式进行气候灾害预报的结果比较稳定，一般用于中长期灾害预报。气候学方法通常与统计学方法相结合，运用时要注意对历史资料订正，样本资料至少比预报时段大一个量级，样本不足是无法预报的。有些灾害在历史气候资料中为小概率事件，运用气候学方法有一定困难，需与其他方法结合。2

物候学方法物候学是研究自然界动植物的生长发育和生命活动与气候、水文、土壤等环境条件周期变化的相互关系的科学。由于生物对环境变化的反映具有综合性和一定的前兆性，利用物候学原理可以进行冷害、阴害、霜冻等农业气象灾害的中长期预报，最适于编制影响生物发育进程的气象灾害预报。运用时要遵循生物气象学原理，综合考虑影响发育进程诸因子的作用，确定主导因子。还要注意排除其他因素对发育进程的影响。2

数值模拟方法以相似性原理为依据，分析模拟对象运动变化的物理过程、机制和环境条件，并将物理学定律以数学形式表达出来，以便用数值计算求解。目前国内外对作物光合作用、呼吸作用、生长进程、干物质积累等都已建立了多种模式，输人有关作物、天气、土壤肥料等资料，即可得出相应结果。输人不利天气条件的数据，可考察对生长发育及产量将产生何种影响。影响农作物和畜禽生长发育及产量的因素众多复杂，在建模的过程中都要进行简化处理，任何模式都不可能将各种因素都包括在内。因此，在运用数值模拟方法时应掌握系统分析的方法，抓住主要过程和关键时期。模式要在实践中检验并对其形式和参数进行不断修正。2

卫星遥感方法20世纪80年代以来我国农业气象灾害的卫星遥感监测技术取得重大进展，已能对大范围洪涝、森林和草原火灾、干早、雪灾、冻害等灾害进行有效监测。利用遥感方法进行灾害预报主要是捕捉灾害前兆信息和估计灾害的发展趋势。对地物进行遥感监测有航空遥感和航天遥感，后者又包括资源卫星和气象卫星。航空遥感包括飞机或航模，应用于较低空的监测。资源卫星的监测精度高，但周期长，卫星经过同一地区上空需间隔14d之久，获取资源卫星资料的成本也较高。气象卫星只要天气好每天都能获得1～2次资料，覆盖范围大，获取资料成本很低，但每个相元的面积约1.2km2，精度较差，不适于监测小范围灾害，但对大范围灾害监测效果很好。如能将气象卫星资料与资源卫星资料结合使用分析效果更好。卫星遥感影像给出的是地面光谱特性测值，反映何种灾害的何种特征，还需要进行大量的地面样点实测才能确定遥感的灾害监测指标。采集信息又可分为主动遥感与被动遥感两类，前述为被动遥感，即采集地物发出的光谱信息。主动遥感指从卫星上发出某种电磁波，根据卫星采集地物对该电磁波的反射率来判断地物的特征，目前采用的主要是雷达回波。2