基于遙感的石嘴山市玉米農業氣象災害監測與評估

李榮 周翠芳 何佳

摘 要：目前，應用遙感數據進行作物估產方面的研究較多，但在作物農業氣象災害監測方面的研究較少，遙感數據可以有效填補地面氣象觀測的空白，同時，可以運用遙感圖像在短時間內監測農田中災害性天氣過程結束后作物的受損情況，定量監測農業氣象災害區域、危險程度，對受害作物面積進行分析、計算、評估，并進行災害演變規律的預測研究，可在一定程度上減少因氣象災害造成的農業生產損失。本論文以玉米為例，基于遙感技術對玉米農業氣象災害的監測與評估展開了深入研究。

關鍵詞：遙感技術；農業氣象災害；監測；評估

一、研究背景

農業氣象災害是指農業生產過程中導致作物顯著減產的不利天氣或氣候異常的總稱，是中國最主要的農業自然災害，約占全部農業自然災害的70%。農業氣象災害的影響程度取決于氣候異常出現的地理環境、 作物種類和物候期等， 一般有干旱災害、冷凍災害、暴雨洪澇災害、風災、雹災等。

社會信息化水平的不斷提升也為農業的發展帶來了全新的契機，很多新型的、智能化的農業生產技術逐漸得到了應用和推廣。其中，利用遙感技術來對農業的氣象災害進行檢測與評估，能夠有效地減少氣象災害對農作物造成的損失。遙感數據可以有效填補地面氣象觀測的空白，同時，可以運用遙感圖像在短時間內監測農田中災害性天氣過程結束后作物的受損情況，定量監測農業氣象災害區域、危險程度，對受害作物面積進行分析、計算、評估，并進行災害演變規律的預測研究，可在一定程度上減少因氣象災害造成的農業生產損失。

2016年8月12日至25日，石嘴山市出現持續陰雨天氣，最大累計降水量達到131.8毫米，最大小時雨強達到37.6毫米/小時，降水天氣過程持續時間長、強度大，造成全市50290畝玉米受災，其中190畝絕收。為了及時了解和掌握此次災害性天氣對石嘴山市主要受災區玉米造成的損害情況，筆者運用遙感監測方式，對受災田塊進行實地觀察和遙感監測。

二、遙感技術在玉米農業氣象災害中的監測與評估

1.遙感監測內容

利用遙感和地理信息系統軟件，運用遙感估產和生態分類的方法，以環境減災衛星數據為主要信息源對石嘴山市平羅縣、惠農區主要玉米種植區進行作物識別、種植面積提取，因災后玉米長勢衰減，同一種植區遙感影像光譜特征有差異，根據這一原理對災前（8月10日左右）和災后（9月1日左右）的遙感圖像進行光譜分析和對比，獲取該地區不同受災程度的玉米地種植面積和空間分布，確定對玉米連陰雨災害敏感的遙感波段及其組合。

2.作物識別

利用遙感圖像識別作物主要是利用其與其他物質波譜反射特征不同進行的。農作物在近紅外波段的反射性質主要受葉片內部構造控制，不同類型作物的葉片內部構造的差異導致不同作物葉片在近紅外波段反射率有所差別。另外，利用不同作物播種、生育期、收割時間等的不同可有效區分不同作物類型。

3.種植面積提取

玉米估產的關鍵是進行種植面積提取，利用TM資料進行計算機自動分類，并在GIS 支持下提取種植面積。先將TM 獲得的作物種植空間分布的柵格數據轉換為矢量數據，錄入地理信息系統與其他信息疊加后進行空間分析，確定種植面積數據及空間分布。

4.玉米長勢動態監測

利用衛星對不同生長期的植被指數不同對玉米長勢進行動態監測，根據光照、溫度、水分、土壤等條件在遙感影像表現出的光譜數據的差異，判斷玉米的生長狀況進行長勢監測，從而對最終產量進行預測預報。因歸一化植被指數 （NDVI）的變化動態特征與作物的長勢之間存在一定的關聯性，NDVI值常用來反應作物的生長狀況。

三、玉米產量影響因素分析

8月12日至25日石嘴山市出現持續陰雨天氣，據實地調查，降雨過后玉米田塊出現植株頂部變黃、果穗下垂、玉米根系死亡，嚴重者植株青枯等早衰現象。通過調查，各鄉鎮玉米普遍出現早衰現象，經分析，玉米產量主要受氣象災害影響、田間管理不當、玉米生育期、玉米種植制度等因素影響。

1.受氣象災害影響 8月12-25日連續降雨，光照嚴重不足、田間濕度過大氣候條件不利于農作物光合產物的形成，玉米根系長時間浸水無法呼吸以至死亡，同時，低光照、高濕度的天氣又有利于農作物病蟲害的發生發展。加之降雨天氣過程結束后天氣暴晴，玉米葉片蒸發量大，根系死亡無吸水能力，造成葉片青枯。

2.玉米田間管理不當 部分農戶在8月12-15日對玉米進行灌水，灌水后又遇連續降雨加大了田間濕度；有的玉米田塊頭水灌溉偏早，不利于根系生長發育，玉米根系不發達抗逆能力差。

3.玉米生育期對產量的影響 據調查，目前，我市玉米處于乳熟灌漿期，有研究表明，作物的生長環境和倒伏發生時期以及倒伏的嚴重度與作物產量和品質密切相關。乳熟灌漿期是玉米籽粒產量形成的關鍵期，灌漿特性是玉米生長后期影響產量的主要因素，倒伏影響水分和養分向上輸送，進而影響葉片光合產物向果穗的輸送，使得同化物積累量受到抑制。從產量構成因素分析，灌漿速率降低導致百粒重和籽粒重下降，是風災倒伏后造成玉米減產的主要原因。

4.玉米種植制度不合理 玉米種植密度：部分農戶玉米種植密度過大，連續降雨后，田間通風透光能力差；玉米種植制度：有些田塊由于多年連茬種植玉米，玉米莖基腐病輕度發生。

四、遙感技術在玉米農業氣象災害監測與評估中的發展研究

遙感技術在玉米農業氣象災害監測與評估中的應用還有很大的研究空間，論文在調研的基礎上提出了一些可行性的見解和主張：

1.進行災后的快速響應

利用遙感技術對玉米的種植與生長環境進行監測與評估的主要目的主要體現在兩個方面：一是對災情進行預警監測和評估；二是對災后的變化動態進行監測和評估。遙感技術應用的重點在于后者。在出現農業氣象災害后，能夠對災后情況的變化進行一個全面地監測，也有利于迅速地做出反應和決策，為最大限度地保全玉米作物創造一個有利的外部環境。同時，災后的快速響應也對遙感監測系統的智能化水平和實時化程度提出了更高要求。

2.提升遙感監測技術的硬件水平

無論是想要出色地完成遙感預警監測，還是順利地進行災后搶險工作，其最為基本的依托就是遙感技術的發展。沒有了遙感技術的發展進步，監測資料不全面、評估結果不科學，這都會對玉米的氣象災害的監測與評估產生負面的消極作用。因此，要以當前我國科學技術和信息化發展進步為主要契機，增加在遙感監測領域的技術研發投入，提升遙感監測技術的硬件水平，為玉米氣象災害的監測與評估奠定堅實的物質基礎。

3.提升遙感監測與評估人員的專業技能

遙感監測的過程、評估結果的出具、災前的預警響應以及災后的搶險措施等等任何一個環節都離不開遙感監測與評估人員的重要作用。可以說，遙感監測與評估人員的水平和技能直接決定著監測的結果。因此，要全面提升遙感監測與評估人員的專業技能。一方面，要注重專業人員的招募與人才的引進，同時還要加強對監測與評估人員展開全方位的培訓，以便于更好地實現工作效率的提升；另一方面，從監測與評估人員自身的角度來說，也要將學習與實踐緊密結合，在堅持學習全新的遙感監測與評估方法的同時，還要注重實踐訓練，使自身的專業技能和職業素養得到實質性的提升。

五、結語

1.遙感技術在玉米農作物氣象災害的監測與評估中發揮著重要的作用。利用不同農作物在近紅外波段的反射光譜的差別，以及不同作物播種、生育期、收割時間的不同來區分作物類型；并利用地理信息系統進行作物種植面積的提取，利用遙感影像數據的光譜差異，判斷玉米的生長狀況進行長勢監測和產量預測預報。

2.石嘴山市出現持續陰雨天氣過程結束后玉米田塊出現植株頂部變黃、果穗下垂、玉米根系死亡，嚴重者植株青枯等早衰現象。經分析，玉米產量主要受氣象災害影響、田間管理不當、玉米生育期、玉米種植制度等因素影響。

3.遙感技術在玉米農業氣象災害監測與評估中的應用還有很大的發展空間：首先要進行災后的快速響應；其次要提升遙感監測技術的硬件水平；最后要提升遙感監測與評估人員的專業技能。通過這些措施使遙感技術在玉米農業氣象災害監測中發揮更重要的作用。

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