基于SWOT分析的吉林省農業氣象服務體系建設研究

郭宇恒 張佳睿 王泓月

（1.東豐縣氣象局，吉林 東豐 136300；2.白山市長白朝鮮族自治縣氣象局，吉林 長白 134400；3.長嶺縣氣象局，吉林 長嶺 131500）

0 引言

2022年中央一號文件提出，守住耕地紅線、保障糧食安全是“十四五”發展時期各項農業工作的基礎。這說明農業氣象服務體系建設的落腳點是提高農業質量效益和競爭力。結合當前創新型社會構建需求，設計與應用農業氣象服務體系時要引入現代化和智能化技術，創新自然災害防御工程，全力保障農業可持續發展。如何加快農業氣象服務體系建設腳步成為吉林省相關部門現階段需要著力解決的問題。

1 吉林省農業氣象服務體系建設情況

吉林省于20世紀60年代著手構建農業氣象服務體系，并初步形成科研隊伍，研究結果服務于有機水稻、大豆、玉米等糧食作物栽培，為制訂防雹、防霜、抗寒、抗旱策略提供支持。進入20世紀80年代，隨著技術的不斷發展，吉林省農業氣象研究隊伍在收集和分析經驗資料的基礎上給出的農作物產量預報更為精準［1］。20世紀90年代至今，吉林省農業氣候服務體系已初具規模，能夠提供多項服務。

1.1 防災減災體系

吉林省各縣市根據《氣象數據服務接口規范》（QX/T 618—2021），建立了“一本賬”“一張圖”“一張網”“一把尺”“一平臺”和“一隊伍”，能夠重點體現發展價值的是“一本賬”“一張圖”和“一把尺”［2］。各縣市整理各類氣象防災減災數據后，如旅游景區數量、地質災害隱患點、山洪溝等，將其傳輸至基礎數據庫，形成“一本賬”。基于氣象局給出的防災減災地圖模板，各縣市將山洪溝位置、洪水隱患點、河流、易燃易爆場所、交通信息、區域遙感影像圖等整合成“一張圖”，作為防御計劃實施的指導性信息。打造“一張網”是將各類預警信息及時精準傳送的必要手段。目前，吉林省氣象預警信息發布渠道已拓展至釘釘、微博、微信、抖音等多種媒介，并逐步形成能夠實時傳遞防災減災氣象信息的“一張網”［3］。

1.2 信息服務體系

信息服務體系作為一個安全穩定的平臺，主要涵蓋氣象災害監測評估、動態產量預報、地理信息系統（Geographic Information System，GIS）功能拓展、農作物生長模擬、情報數據和農業氣象預報等功能。該系統能夠在獲取氣象信息的前提下，綜合分析農業專家意見和氣象災害風險，進而得到農業氣象災害評估、農業生產建議和農業天氣預報，實現氣象為農服務。

1.3 預報預測體系

預報預測體系包含氣象觀測和預報兩個版塊。其中，氣象觀測版塊能夠提供作物實景、農田小氣候、地下水位、土地墑情等信息，自動化水平大幅提高。預報版塊則能夠提供農事活動期氣象服務。例如，在將暴雨洪澇災害等成災區域精準劃分后，生成災情數據庫，并利用GIS技術為農業生產安排提供適宜性建議。除此以外，預報版塊還包含MICAPS處理平臺，可借助局域網共享數據預報產品，通過預處理新一代雷達資料、衛星云圖資料、自動站觀測資料和數據預報產品資料，為氣象信息加工預報系統提供支持［4］。

2 基于SWOT分析的吉林省農業氣象服務體系建設戰略選擇

采用SWOT分析法對吉林省農業氣象服務體系建設情況加以分析，具體結果如下。優勢（S）包括信息服務產品送達及時、人工影像技術不斷發展、災害防御能力提升、預報系統優化、農業觀測水平提高。劣勢（W）包括應對突發災害能力較弱、創新機制完善程度不高、農業氣象服務覆蓋面窄、氣象觀測技術創新不足、技術型氣象人員缺乏。威脅（T）包括國際大環境改變、資金不足、宣傳力度不足。機遇（O）包括政策向民生傾斜、現代化農業體系建設不斷推進、經濟高質量發展、氣象領域不斷發展。根據上述分析，筆者構建了如表1所示的吉林省農業氣象服務體系建設SWOT矩陣。

表1 吉林省農業氣象服務體系建設SWOT矩陣

由分析可知，吉林省農業氣象服務體系建設的機遇與優勢較為明顯，能夠有效推進健康發展機制的生成。因此，筆者主要以圖1所示的S+O戰略作為優先發展戰略，以完善和優化農業氣象服務體系為工作重心，提供高水平服務產品［5］。

圖1 吉林省氣象服務體系戰略區位選擇

3 基于SWOT分析的吉林省農業氣象服務體系建設實例研究

3.1 遼源市氣候概況

遼源市處于東經124°51′～125°49′、北緯42°17′～43°13′，屬于溫帶大陸性季風氣候，四季分明，夏季濕熱多雨，冬季寒冷干燥且相較于夏季更為漫長；年平均氣溫5.4 ℃，年最低氣溫-35 ℃，年最高氣溫37 ℃；平均無霜期140 d，冰凍期193 d，深度可達1.5 m；年平均降水量666.5 mm，降水集中于7—8月，最大日降水量104.3 mm。遼源市全年多西南風，其中冬季靜風期占比較大（約為34%），最大風速12 m/s，平均頻率為26%。

3.2 遼源市農業氣象服務體系基本框架

3.2.1 氣象觀測網絡。遼源市氣象部門建立了農田小氣候自動觀測站、積雪重量觀測站、桃花水人工觀測站和自動氣象觀測站，提供地溫、氣壓、溫度和降水量等實時信息，并將所觀測的作物生育管理期的二氧化碳濃度、日照強度、土壤溫濕度、環境溫度等信息上傳至數據庫，生成管理數據統計折線圖［6］。

3.2.2 氣象預報網絡。當地氣象部門設計短時預報模塊，參照雨量站、自動觀測站所提供的資料，生成臨近短時氣象預報。工作人員利用人機交互工作站，結合整個高空和地面觀測資料，制作地面、高空天氣圖，為農戶提供包含溫度和降水等關乎農業生產的播報產品。氣象部門綜合利用雷達圖像和衛星云圖，精準預測天氣情況，監測在短時間內是否會出現大風、暴雨、暴雪等極端惡劣天氣［7］。

3.2.3 氣象決策服務。政府及農業部門制定農業發展決策時需要基于相關氣象信息，如《氣象信息專報》《氣象信息周報》《降水量通報》《春耕氣象服務專報》等，結合農戶種植農作物種類等情況，向農戶和政府有關部門按時發布各類氣象信息，以此支持發展決策意見的制定。

3.2.4 氣象災害預警。遼源市氣象部門在召開農業防災減災會議的過程中，總結氣象災害數據庫所提供的信息，評估此工作階段霜凍、干旱和洪澇氣象災害發生的風險，確定風險等級，編寫氣象災害應急預案。這要求工作人員盡早應用人工干預的辦法，改善農業生產不利條件，降低災害影響程度。

3.3 農業氣象服務體系創新服務

遼源市氣象部門相關人員在深度學習現代化和智能化技術的背景下，利用多種先進技術，嘗試創新農業氣象服務體系，力求提供創新服務。

3.3.1 氣象業務模型超市。遼源市氣象部門總結研究成果和實際生產信息，設計氣象監測預警模型，聯合機械學習應用引擎、空間分析模型、多元擬合方程和指數等級模型，采用可拖曳節點建模方式，求出氣象數據資源均值、和值、最大與最小值，并引入GDAL類庫和集合算法，構建農業氣象業務應用模型。氣象部門在政府支持下為服務體系研發人員提供政策和資金支持，鼓勵其實地開展研究工作，嘗試將模型應用于實踐作業中［8］。遼源市氣象部門根據應用中所獲取的參數，檢驗原模型超市的完備性和精準度，圍繞當地特色農產品，如玉米、草蘑、松傘、有機大米等，輸出災害影響評估、氣候資源區劃、病蟲害發生發展分析、農業氣象指數保險、農業氣象災害指標和作物產量預報數據信息，指導農戶開展農業生產活動。

3.3.2 人工智能惠農互動。人工智能（Artificial Intelligence，AI）可視化惠農模塊的構建需要先對農業氣象研究文獻進行分析，生成基礎知識、學科結構和研究前沿可視化知識體系，以此體系作為設計知識圖譜的基礎，再加入關系、屬性和實體定義。該模塊通過采集結構化、解析半結構化和抽取非結構化數據完成數據收集工作，將知識圖譜與數據庫整合，進入提取、清洗和存儲知識環節，最終經過知識分析，基于Cypher查詢語句作為問答搜索SQL，實現智能問答和知識查詢。農戶通過在線提問，由機器人回答與氣象災害、病蟲害防治、農事活動建議和生長適宜度相關的問題，并將無法回答的問題傳輸給專家團隊，實現知識問答，體現出AI惠農互動的智慧服務價值［9］。

3.3.3 病蟲害圖像識別。技術人員提前在圖集網站、垂直網站和病蟲害百科中收集遼源市經濟作物常見的病蟲害典型圖片，將其制作成圖集，并利用Scrapy網絡爬蟲技術，對比吉林省和國家農業氣象知識庫中的信息，形成標識。技術人員運用Spark ML卷積神經網絡算法，實現訓練學習病蟲害典型圖片和案例的目的，并設計圖像識別引擎，融入人工智能技術，開放識別微服務端口。農戶在登錄微信后，搜索公眾號進入監測版塊，可直接上傳病蟲害圖片。該系統識別病蟲害圖像后，輸出與其相關的物種信息、防治措施等信息，農戶可利用以上百科信息安排農作物生產。同時，該反饋界面包含與此病蟲害相關的其他病蟲害信息，農戶可根據個人需要點擊查看詳情，即可獲得有關的農業生產服務信息。

智慧化、智能化農業氣象服務體系中的各模塊緊密聯合，根據信息的具體指向與其他模塊實現互通。在病蟲害圖像識別模塊，數據平臺采集植株圖片、受害情況、病蟲害發生地點等信息與數據，在二三維地圖中呈現出以病蟲害植株為中心的環境圖樣；模型超市接收以上圖樣，將其與氣象等級監測預警模塊互聯，輸出動態預警信息和病蟲害發展趨勢預測圖，以此作為氣象實況資料和農作物病害防治基礎材料，供農戶和氣象專家使用。

3.3.4 氣候區域劃分。為給農戶提供農作物種植范圍和品種決策信息，氣象部門要著力做好農業氣象服務，實現穩產增產。農業氣象服務體系應包含氣候區域劃分模塊，基于坡向、坡度、海拔、經緯度等地理因子和指標要素設計空間分析模型，并借助GIS技術劃分氣候資源區域，直觀顯示出鄉、縣、市的氣象災害多發和偶發區域，明確種植適宜區域，為農戶和農業部門制訂種植方案提供支持。氣象部門應構建基于二三維一體化技術的氣候資源區域劃分平臺，加載和展示傾斜攝影模型、氣候資源矢量圖、地圖、地形等與氣象資源相關的二三維影像，支撐農業生產決策和業務管理工作。例如，草蘑類作物適宜種植在遼源市的海拔570 m以上的丘陵地和山坡地上，農戶可應用氣候區域劃分功能分析當地丘陵和山坡資源，確定是否符合海拔570 m以上的限定條件，完善種植選址工作［10］。氣象部門與農業部門共同就小氣候資源區的劃分和開發利用展開研究，得出不同區域適宜種植的農作物，提高農作物產量和質量。

3.3.5 有機水稻氣象指數保險。技術人員利用微信客戶端和Web服務平臺打造有機水稻氣象指數保險自動監控模塊，有助于金融保險公司與農業部門就理賠和保險相關事宜達成一致意見。除此之外，當地以有機水稻氣象指數保險自動化監控平臺為載體建構社會化氣象災害防御體系，達到聯合有機水稻種植戶、保險公司和氣象部門三大主體的效果。有機水稻氣象服務保險平臺結構如圖2所示。由圖2可知，此平臺包含業務平臺和微信小程序兩大系統。其中，業務平臺包含氣象證明制作、指數監測分布、指數保險監測、有機水稻指數模型定制、保單站點管理和農業站點分布6個版塊；微信小程序包含用戶信息錄入、氣象保險宣傳、災情上報及反饋、氣象災害預警發布、天氣預測預報和天氣實況查詢6個版塊。以上各版塊功能集成，提供查詢承保站點、動態設置指數模型、監測運算定時指數模型、制作理賠氣象證明圖服務，基本滿足遼源市試點工作的需求，實現業務流程全覆蓋。

圖2 有機水稻氣象指數保險

3.3.6 個性化精準服務。技術人員應用全球定位系統(Global Positioning System，GPS)技術，提供具備靶向特點的氣象服務產品，將遼源市玉米、草菇、有機水稻等產業園區、農民示范合作社作為重點服務對象，推出差別化農業氣象服務，提升氣象監測預警能力水平。服務對象登錄微信，在公眾號中輸入個人信息，直接跳轉至“我的農場”界面。此界面上包含農戶的地理位置和種植信息，能夠在平臺為用戶畫像、劃分服務群組后，提供與農事活動和季節相關的氣象服務信息。該平臺可運用定向發送消息的辦法，將病蟲害防治、氣象災害預警和農業氣象條件發送至農戶微信上。例如，在雨季，以某區域為劃分區間，詳細評估在此區域內可能出現強降雨的位置，結合農企和農戶基本信息，自動推送預警消息，形成“點對點”精準化、個性化服務體系。

3.3.7 休閑旅游服務。遼源市為實現經濟穩步發展，盤活農業和鄉村資源，打造了多家農業觀光園和特色農產品生產采摘基地，農業氣象服務體系的介入為景區路線規劃、發布農產品采摘指數等提供支持。例如，東豐縣養鹿官山園、中國農民畫館、皇家鹿苑博物館、森林山莊、東遼縣東遼河源頭、朝陽村、田雨·德國風情小鎮、龍山區顧大山莊、永治村（龍泉湖山莊）和西安區紫夢香谷觀光園微信公眾號運營平臺在深度分析游客喜好和農業特性的基礎上，給出網格預報，預報內容包括垂釣指數、采摘指數、氣象預報等，游客可根據氣象數據合理制訂旅游線路和景區參觀計劃，便捷旅游出行。

3.4 基于SWOT分析的吉林省農業氣象服務體系效益評估

采用隨機抽樣方法，向遼源東遼河、輝發河沿岸農戶發放調查問卷。此次調查發放了400份問卷，收回320份問卷，其中有效問卷318份，具有代表性。利用影子價格模型評估遼源市農業氣象服務體系效益，所構建的模型為

式（1）中：U、P、C、T、Mi、Gi、Ni分別代表氣象服務效益值、電話覆蓋率、影子價格、時間、第i類公眾數、第i類收聽天氣預報的總次數及實際回收調查表中第i類公眾數。結合調查結果，將模型簡化為

式（2）中：R為種植戶訂正系數，即調查區域自愿收看氣象服務的比例，該次調查得到的收集覆蓋率為0.92，取R=0.92；C表示影子價格，因遼源市氣象臺付費撥打一次電話的價格是0.1元，取C=0.1；S表示每年被調查區域種植戶收看天氣預報（不限方式）的總天數。將數據帶入公式，求得U=R×C×S=0.92×0.1×2 737 500=251 850。在社會效益調查方面，得到滿足率、天氣預報基本準確率、災害預警滿意率分別為58.3%、45.9%和51.7%。整體來看，遼源市農業氣象服務已得到農戶認可，可促使農戶提前做好種植活動調整，一定程度上可降低經濟損失。

采用影子價格法計算得出，遼源市農業氣象服務的經濟效益貼合實際情況。同時，效益評估結果表明農村地區氣象服務基礎設施建設工作仍需要繼續深化，應提供更具備針對性和智能化的服務項目，以此保證農事活動、災前預警和災后服務工作順利開展，提高作物產量，實現增收。

4 結語

吉林省以農業作為經濟發展的支柱產業。因此，吉林省要注重農業氣象指導工作，開發設計智慧化和智能化農業氣象服務平臺。建設農業氣象服務體系是構建智能化農業氣象服務平臺的前提。吉林省要積極引入和應用信息技術、智能技術，打造可提供動態氣象預測、預報、自然災害預警及種植指導信息的智能化平臺，為吉林省經濟發展打好堅實基礎。