糧食安全視域下的農業氣象災害監測預警分析＊

李 楊，王紅蕾，王曉楠，張海峰，鄭妍妍，呂志群，劉克寶，張 宇

（黑龍江省農業科學院農業遙感與信息研究所，黑龍江 哈爾濱 150086）

農作物生長在大自然中，無時無刻不受氣象條件的影響。光照、熱量和水分等氣象條件既是農業生產的環境條件，也是農業生產中持之以恒的動力來源和不可替代的物質基礎。當光、熱、水等氣象要素與農業所需條件匹配不協調時，就會發生農業氣象災害。有利的光照、溫度和降水等氣象條件，可使農業生物獲得更高的產量和更好的品質，但是不利的氣象條件往往造成減產，甚至帶來災難性后果。農業氣象災害發生及危害程度不僅取決于氣象要素本身的異常變化，還與農作物生長區域、季節、所處發育階段和生長狀況、土壤水分、田間管理措施等多種因素密切相關。氣候的波動性及不確定性，使農業生產的自然風險較大。據統計，各種自然災害中，氣象災害對農業生產造成的危害最重。

1 中國農業氣象災害監測預警的研究進展

20 世紀90 年代初，中國科研人員就開始利用模型方法對農業氣象災害進行監測研究。金之慶及其項目組在參加US EPA 主持的國際合作項目期間（1990—1994 年）及其之后，采用作物生長模型與基于GCMs的氣候變化情景相結合的技術路線，并援用中國若干農業氣候指標和算法，完成了當CO倍增時全球氣候變化對中國南方水稻生產的影響的研究，并同時考慮了大氣CO濃度升高的直接生理效應。高亮之等在自主研制的R/WCSODS 模型中，還增加了“氣候變化影響評價”模塊，用于分析氣候變化對中國水稻和小麥生產的影響。與此同時或稍后，諸多學者也分別通過歸納的基于多種GCMs 的平均氣候變化情景和多元回歸模型，評估了溫度升高對中國主要糧食生產產量的影響。

2015 年，中國正式建立了國家級農業災害突發事件預警信息發布系統。系統實時收集、共享和發布了15 個防災減災部門的總計71 類預警信息，其中氣象災害占整體自然災害的70%以上。2019 年和2020 年通過國家預警信息發布平臺發布的預警信息總數分別為27.0 萬條和34.2 萬余條，其中氣象類預警信息所占比例分別為96.37%和90.75%。農業災害預警信息發布系統中建設了多部門預警信息共建共享、協調配合工作、應對緊急事件統一行動的平臺，推動全國各省、地、市三級逐步開展了以預警信息為先導的全社會應急聯動機制建設，農業災害預警信息成為了突發應急工作的“指揮棒”，有效地促進了農業防災減災應急聯動工作效率的提升。

目前，各類農業數字化信息技術也逐漸被應用到農業氣象災害預警監測中，主要分為地面監測和高空監測。地面監測是根據現有的農業氣象災害的有關指標，結合地面觀測的有關氣象數據進行災害監測。地面監測網絡主要包括氣象監測網、農業氣象監測網和土壤水分監測網。監測點主要以人工或自動化技術進行氣象監測，每天對不同的監測數據進行分析，制定農業氣象災害應對及預防措施。高空監測主要依托遙感技術對干旱、洪澇、冰雹、病蟲害等氣象災害進行監測，同時也可在海冰監視、地震預測、環境監測和水質監測等方面得以應用。衛星遙感技術的使用，使得在生態環境日益惡劣的情況下及時探測環境問題有了可能。

2 農業氣象災害的主要種類

農業氣象災害的種類很多，主要包括旱災、洪澇、凍害、霜凍、冷害、熱害和熱帶作物寒害、小麥干熱風、晚稻寒露風以及雹災、風災、臺風等。在所有農業氣象災害預警信號中，旱災對中國農業影響最大，其次是洪澇災害。

2.1 旱災

干旱是指局部地區因長期雨量較少或很少下雨導致土壤水分缺少，空氣比較干燥，農作物生長缺少水分，導致農作物的非正常生長發育從而減產的氣象災害。干旱導致農業生產主要作物缺少水分從而狀態表現為萎蔫（暫時萎蔫或永久萎蔫）并在生長中受到傷害。旱災在春季、夏季、秋季都有可能發生，在春季發生干旱不但會使得小麥不能正常成長，而且同時影響水稻和玉米的春季播種工作；夏季發生干旱會嚴重影響玉米、水稻等主要糧食作物的生長；秋季發生干旱不但會導致夏季收獲的農作作物減產，同時還會影響冬季小麥等農作物的播種。如果春季、夏季、秋季發生連續干旱的災害，農業生產會受到重創，農民當年會顆粒無收，收入嚴重下降；如果第二年的春天繼續發生干旱的災害，農業生產受到的災害就會更加嚴重。干旱預警信號分二級，由低到高分別以橙色、紅色表示。

2.2 洪澇

洪澇是由于大雨、暴雨導致洪水淹沒了農田及農作物，使農作物的生長及新陳代謝不能正常開展而受到傷害，水淹農作物的深度越深，淹沒的時間越長，農作物受到的危害就越嚴重。而且大雨、暴雨乃至特大暴雨引起的山洪暴發、河流的泛濫，會嚴重危害農作物生產、水果生產，而且還可能沖毀農業生產用房屋及相關設施，嚴重時還會造成人員的傷亡，經濟損失巨大。洪水預警信號由低到高分為藍色、黃色、橙色和紅色4 個等級。

2.3 熱害

熱害指高溫對農作物的生長發育和最終產量造成的影響和損失，包括高溫逼熟和日灼。高溫逼熟是高溫促使作物籽粒在尚未達到飽滿時就很快成熟，造成秕粒的一種熱害。日灼是因強烈太陽輻射所引起的果樹枝干、果實傷害。高溫預警信號分三級，由低到高以黃色、橙色、紅色表示。

2.4 凍害

凍害是指越冬農作物、經濟林、果樹以及人畜在冬季遇到長時間的0 ℃以下的低溫或短期內大幅度的氣溫下降（最低氣溫在0 ℃以下，甚至可以達到-20 ℃以下）引起水分結冰或人畜的凍傷，從而導致農作物、果蔬等植株喪失生理的活性，進而導致整體死亡或局部受損嚴重的現象。

3 農業氣象災害監測預警系統發展建議

3.1 建立統一性農業氣象災害監測預警標準

農業氣象災害成因復雜、不確定性強，從“未雨綢繆”的角度說，要加強對同一地區的歷史數據、橫向數據利用，這樣可以為其他重要農業區提供借鑒和參考。因此，建立統一氣象災害監測預警標準至關重要。要想建立起統一的氣象災害監測預警標準，那么就需要在國內構建其跨區域的全面化氣象信息共享體系——究其原因，氣象的劇烈變化必然會涉及到很多的地域，因此構建起全面化、系統化的氣象信息共享平臺非常必要，以此確保各個地區都能在氣象災害發生之前進行準確的預警。現階段，中國已經開始就氣象災害監測預警進行信息共享平臺的建立，在進行信息共享平臺建立時，應當從不同地區容易發生的氣象災害出發，確定好各項農業氣象災害的有關標準，實現氣象災害監測預警標準的統一性。

3.2 構建模塊化農業氣象災害監測預警系統

為了將某一地區農業氣象災害預警能力提高到最優程度，可采取模塊化的建構方式。模塊化的優勢在于，可以在系統特定功能上進行增刪、移植，從而構建多場景化的氣象災害監測預警項目。在具體操作中，可針對中國華北、東北等不同糧食主產區的面積、環境、氣候等特點，依據面向對象的軟件工程設計技術，構建“GⅠS 基本功能模塊”“洪澇災害監測模塊”“干旱災害監測模塊”“氣象災害分析模塊”“氣象災害評估模塊”“氣象災害預測模塊”等模塊系統，各模塊間具有獨立的“分析→評估→預測”的流程工作運轉模式，即使出現一個或者幾個單組模塊的故障現象也不會造成整個系統無法正常工作。與此同時，基于模塊化理念構建的系統還可實現分等級策略、分模塊的啟動功能策略。這樣即便個別組別的模塊運算功能達到滿負荷，系統也會按照預定策略自動啟動替代組功能模塊，從而保證系統輸出的數據能夠始終匹配實際需求，保障模塊都能高效運行，節約資源，提高效率。

3.3 加強農業氣象災害監測預警人才隊伍建設

充實國家級、省級農業氣象業務機構業務骨干，合理設置農業氣象災害監測工作崗位，深挖現有業務人才的潛能。充分利用高校和各級培訓機構的專業人才培養作用，培養農業氣象災害預警工作的一線人員，著力解決基層農業氣象災害監測預警人員短缺問題。同時，各個地區氣象部門應增強專業技術工作人員綜合素質的提升，定期安排相關人員參加專門的培訓工作，增強氣象科技的應用水平。

3.4 進一步優化農業氣象災害監測管理機制

第一，在政府部門內應當明確權責。雖然當前國內已經形成了較為完善的農業氣象災害監測體系，但在不同的地區實踐中，水文部門、農業部門和氣象部門等重要監測部門之間都存在著較強的隔閡，使得這些部門無法實現良好的協同工作，并且在出現氣象信息錯誤發布時，也存在著推諉責任的現象，因此需做好氣象災害預警監測的協調工作。因為氣象災害監測預警會涉及到許多的部門，要想提高整體的工作效率和工作質量，那么就需要讓不同的部門之間加強配合，各個部門都應當發揮出自身優勢，為農業氣象災害監測的預警和信息的傳遞提供足夠的支持，提高資源的利用效率，提升中國的糧食安全水平。

第二，積極地引導社會力量參與到農業氣象災害監測預警工作中，有關部門在社會上應當豐富農業氣象災害監測預警的宣傳方式并加大宣傳力度，使農業生產者充分認識到氣象災害監測預警的迫切性及重要性，從而進一步地拓寬氣象信息的收集渠道及收集的數據質量及數量，讓氣象信息可以以最高的效率進行擴散。

3.5 加大投入以拓展農業氣象災害預警價值

以糧食安全守護為目標，農業氣象災害預警監測系統的投資主體應該是政府，或由國家、省級部門撥出專款，跨越行政區隔閡共同構建，這樣才能在最大程度上保障自然環境視域下“產糧區”的安全穩定。客觀上，由于建設一套農業氣象災害監測預警系統投入很大，且系統中包含大量昂貴、精密設備，這導致在價值運用上存在一定封閉性。例如，專門機構、專門人員管理，在出現災情是通過專門渠道上報，其價值無法在社會意義上呈現出來。筆者認為，相關部門仍要加大投入，以拓展農業氣象災害預警價值為新目標，包括基礎設施、B2C 框架等，通過更開放的系統前臺，允許申請用戶（如種糧大戶、高校農業專業等）隨時隨地瀏覽相關信息。同時，在信息發布渠道上，也不能夠局限在“專門化”視域內，借助互聯網、新媒體的便捷性，開發“農業氣象災害監測預警APP”或開通第三方平臺，確保第一時間把災情傳遞給社會公眾。同時要引入金融服務和社會資金，發揮金融及社會資金在農業氣象災害監測預警事業中的重要作用，例如可通過保險業為氣象災害提供農業生產上的災害保險業務，尤其是伴隨著近些年來保險范圍的不斷調整，保險業在農業防災上發揮的作用已經逐漸變弱，國內保險市場上為農業提供防災保險業務的企業數量呈逐年下降趨勢。但中國作為農業生產及糧食需求的大國，氣象災害的頻繁發生一定程度上會對中國糧食安全和社會整體的穩定造成不可忽視的影響，因此，建立完善的農業保險涵蓋災后損失評估及災后重建的業務之外，必須增加氣象災害的預報及預警工作，加大資金、政策支持和政府資金的投入，可以切實達到災前預防、災中防治、災后減損的作用。中國農業氣象災害發生頻率比較高，只有清楚認識到自然氣象災害給中國農業生產、糧食安全以及經濟社會發展造成的危害，進而加大政府、行業、社會的的關注及扶持力度，提高在農業氣象防災減災以及災后減損方面的財政資金投入，才能保障中國糧食安全。

同時，雖然經過多年的積蓄及發展，中國在災害監測預警等方面已經取得了飛速的進步，但不能否認是，中國各個地區的經濟及科研綜合實力發展不平衡，基礎建設不足。氣象監測站數量不足，能夠監測的覆蓋范圍較小，收集的氣象信息種類少。因此，為能夠在氣象災害到來之前，就收集到各種氣象信息開展綜合研判后，發布預報預警信息，實現防災減災，保證農業的正常生產安全和社會局面的穩定。必須在經濟不發達地區加強氣象基礎設施建設，建立多地區數據共享、工作協同的氣象信息共享平臺。

3.6 加強國際之間的交流與合作

學習借鑒歐美發達國家的先進經驗與成功案例，由于歐美發達國際的科技研究時間長、技術基礎相對比較完善，使得其在農業氣象災害觀測預警方面積累了很多值得中國借鑒的先進經驗和技術。因此，要借鑒這些先進的經驗與成功案例，同時根據中國不同地區、農業生產的實際情況，加強相關的技術研發和落地實際應用，積極參與國際間各個國家的交流與合作，提高監測的科技含量及預報的內容，提高中國農業氣象災害監測預警效果，保證糧食安全。

4 結語

農業氣象災害監測預警對于農業發展和糧食安全來說具有非常重要的意義。因此，中國必須加強對于農業氣象災害監測預警有關技術的研究工作，構建其更加高效和全面的氣象災害監測體系，為中國的農業生產和糧食安全提供更加可靠的信息支持。