商丘夏玉米氣象服務系統設計與應用

摘 要：商丘夏玉米氣象服務系統是氣象服務“三農”的重要組成部分，該系統運用商丘市8個氣象站1981—2020年氣象觀測資料和商丘市農業氣象站夏玉米定點觀測和大田調查資料，采用數理統計分析方法，分析商丘夏玉米生育期不利的氣象條件及主要農業氣象災害，提煉適合商丘夏玉米生長的氣象指標，結合玉米生長動態監測信息和天氣預報預警信息，制定夏玉米氣象服務專報、農業氣象災害預警及防災減災對策，實現氣象服務智能化，為夏玉米高產穩產提供精準化氣象服務。

關鍵詞：夏玉米；氣象服務；系統設計

中圖分類號：S513 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）06–0-03

商丘市位于豫東平原，介于114°45′～116°38′E，

33°45′～35°00′N，河南、山東、江蘇和安徽四省接壤之地，屬于暖溫帶季風氣候，年平均氣溫為

14.5 ℃，年平均降水量為720.6 mm，年平均日照時數為2 135.2 h，氣候資源豐富。總面積1.07萬km2，耕地面積69.8萬hm2，是一個農業大市，主要種植制度為冬小麥—夏玉米，糧食生產連續16年取得豐收。在全球氣候變暖的背景下，我國極端天氣氣候事件多發、頻發，影響范圍擴大[1-4]。商丘市是受氣象自然災害最為嚴重的地區之一，夏玉米生長季節常有干旱、雨澇、高溫、連陰雨等氣象災害發生，影響夏玉米的產量和品質[5-10]。余衛東等[11-12]研究設計河南省農用天氣預報業務系統、氣候業務數據庫系統。根據糧食作物氣象服務需求，設計了商丘夏玉米氣象服務系統，自動生成農事生產建議、氣象災害預警、災害評估，實現了氣象服務智能化，以期更好地為夏玉米穩產、高產提供精準化氣象服務。

1 資料和方法

氣象資料為商丘市所轄商丘、民權、睢縣、寧陵、柘城、永城、夏邑、虞城8個氣象站1981—2020年觀測資料。歷史資料包括歷年氣象數據、夏玉米氣象觀測數據、災害資料三部分，從商丘氣象資料數據庫中提取。商丘夏玉米生長實時監測資料主要包括農業氣象觀測、生長動態監測信息、天氣監測數據、自動土壤水分數據。夏玉米生育期資料、產量資料及夏玉米生長氣象指標由商丘市農業氣象站提供。

利用Excel表格和SPSS軟件，采用氣候統計、回歸方程、趨勢分析、對比分析、時間序列分析、統計圖形、均值法比較、年最大值法、空間變化差異等方法，針對氣象觀測站點逐年、逐月、逐日和逐小時資料，開展氣候要素特征、氣候變化特征及氣象災害狀況等分析。分析要素主要包括降水、氣溫、風向、風速、濕度、日照等常規氣象因子，以及極端降水、極端溫度、大風、冰雹等災害和夏玉米生長狀況。基于長序列氣象資料，開展暴雨、洪澇、大風、高溫、干旱等氣象災害影響分析。

2 商丘夏玉米氣象服務系統的設計

2.1 系統模塊的設計

商丘夏玉米氣象服務系統是氣象服務三農的重要組成部分。該系統包括商丘夏玉米生長指標、歷史資料、實時資料、最新氣象預報預警信息，經過信息化處理，自動生成服務專報、氣象預警信息、災情評估。其模塊設計結構如圖1所示。

2.2 夏玉米生長的氣象指標

夏玉米生長氣象指標包括夏玉米生長適宜氣象指標、不利氣象條件、主要氣象災害指標3個模塊[13-16]。

商丘夏玉米生育期適宜氣象指標包括適宜溫度指標、土壤濕度指標、光照指標、天氣狀況等。商丘夏玉米生育期存在多種不利氣象條件，如抽雄期前后土壤相對濕度＜60%，莖葉生長緩慢，小穗小花數減少；氣溫＞32 ℃或＜18 ℃，陰雨天氣或空氣相對濕度gt;80%或＜50%，均有損開花授粉；籽粒灌漿成熟期日平均氣溫＞25 ℃或＜16 ℃，均影響養分積累和運轉，灌漿速度緩慢等。商丘夏玉米主要氣象災害包括播種期干旱，拔節抽雄干旱，抽穗開花期陰雨或高溫，灌漿期低溫和收獲期連陰雨等，在此基礎上設定各種氣象災害指標。

2.3 夏玉米氣象觀測

夏玉米氣象觀測是做好夏玉米氣象服務的基礎。根據《農業氣象觀測規范》要求進行觀測，商丘夏玉米氣象觀測模塊包括發育期名稱、標準、觀測項目，以及夏玉米各生育期歷年出現的平均日期、最早日期和最晚日期[17]。從《地面氣象觀測監控管理平臺》氣象自動化監控模塊中獲取夏玉米生長動態監測信息。

2.4 天氣監測和土壤水分數據

對于天氣監測數據，自動獲取商丘市所轄商丘、民權、睢縣、寧陵、柘城、永城、夏邑、虞城8個氣象站的溫度、濕度、降水、日照、風向、風速、氣壓等觀測數據（圖2）。

對于土壤水分數據，自動獲取商丘市所轄14個自動土壤水分站0～100 cm土壤深度的土壤重量含水率、土壤相對濕度等數據（圖3）。

2.5 氣象預報預警信息

對于氣象預報預警信息，系統自動獲取商丘市氣象臺發布的最新氣象預報預警信息（圖4）。

3 商丘夏玉米氣象服務系統的應用

3.1 商丘夏玉米氣象服務專報

根據商丘夏玉米氣象服務需求制定服務規程。利用夏玉米生長的氣象指標、歷史數據、天氣監測要素，作物生長動態監測信息，自動土壤水分站墑情資料、最新氣象預報預警信息，通過數據處理，生成夏玉米氣象服務專報模板，供農業氣象人員修訂使用。

3.2 氣象災害預報預警

系統制定了夏玉米生產關鍵環節的氣象災害災前防御和災后補救措施，自動獲取歷年的基本氣象觀測數據、夏玉米生育期觀測數據、產量、氣象災害指標、歷史氣象災害數據、最新氣象災害預警信息，生成氣象災害預警信息模板，并報警提醒，經補充修訂，發布防災減災對策，及時為農業生產提供服務。

3.3 氣象災害監測與評估

對于氣象災害監測，利用《地面氣象觀測監控管理平臺》氣象自動化監控和大田調查資料相結合，災害評估使用農作物災損率評估方法[18]。

4 結論

（1）商丘夏玉米氣象服務系統主要包括商丘夏玉米生長指標、歷史資料、實時資料、最新氣象預報預警信息，經過信息化處理，自動生成服務專報、氣象預警信息、災情評估等模塊。其中，夏玉米生長氣象指標包括夏玉米生長適宜氣象指標、不利氣象條件、主要氣象災害指標3個模塊。商丘夏玉米氣象觀測模塊包括發育期名稱、標準、觀測項目，以及夏玉米各生育期歷年出現的平均日期、最早日期和最晚日期。

（2）商丘夏玉米生育期適宜氣象指標包括適宜溫度指標、土壤濕度指標、光照指標、天氣狀況等；不利氣象條件有抽雄期前后土壤相對濕度＜60%，莖葉生長緩慢，小穗小花數減小，氣溫＞32 ℃或＜18 ℃，陰雨天氣或空氣相對濕度＞80%或＜50%，籽粒灌漿成熟期日平均氣溫＞25 ℃或＜16 ℃等。夏玉米主要氣象災害包括干旱、連陰雨、高溫等。天氣監測數據來源于觀測數據，土壤水分數據來源于商丘市所轄14個自動土壤水分站0～100 cm土壤深度的土壤重量含水率、土壤相對濕度等數據。氣象預報預警信息來源于商丘市氣象臺發布的最新氣象預報預警信息。

（3）商丘夏玉米氣象服務系統的應用主要包括氣象服務專報、氣象災害預報預警、氣象災害監測與評估。利用夏玉米生長的氣象指標、歷史數據、天氣監測要素，作物生長動態監測信息，自動土壤水分站墑情資料、最新氣象預報預警信息，通過數據處理生成夏玉米氣象服務專報。利用氣象災害指標、歷史氣象災害數據、最新氣象災害預警信息等，生成氣象災害預警信息模板。

參考文獻

[1] 翟盤茂，劉靜.氣候變暖背景下的極端天氣氣候事件與防災減災[J].中國工程科學，2012，14（9）：55-63，84.

[2] 劉杰，許小峰，羅慧.極端天氣氣候事件影響我國農業經濟產出的實證研究[J].中國科學：地球科學，2012，42（7）：1076

-1082.

[3] 陳懷亮，張紅衛，薛昌穎.中國極端天氣事件與農業氣象服務[J].氣象與環境科學，2010，33（3）：67-77.

[4] 張倩，趙艷霞，王春乙.我國主要農業氣象災害指標研究進展[J].自然災害學報，2010，19（6）：40-54.

[5] 郁凌華，趙艷霞.黃淮海地區夏玉米生長季內的旱澇災害分析[J].災害學，2013，28（2）：71-75，80.

[6] 河南省氣象科研所玉米課題組，陳懷亮.氣象災害對河南省夏玉米產量的影響及對策[J].中國農業氣象，1993（6）：27 -29，57.

[7] 李樹巖，劉榮花，馬志紅.基于降水距平的黃淮平原夏玉米干旱評估指標研究[J].干旱地區農業研究，2012，30（3）： 252-256.

[8] 成林，張廣周，陳懷亮.華北冬小麥-夏玉米兩熟區干旱特征分析[J].氣象與環境科學，2014，37（4）：8-16.

[9] 房穩靜，武建華，陳松，等.不同生育期積水對夏玉米生長和產量的影響試驗[J].中國農業氣象，2009，30（4）：616-618.

[10] 張云霞.1954—2010年商丘降水變化趨勢及突變分析[J].氣象與環境科學，2011，34（3）：67-73.

[11] 余衛東，張廣周，張弘.河南省農用天氣預報業務系統的設計與應用[J].氣象與環境科學，2011，34（3）：79-82.

[12] 張方，于慶學.河南省氣候業務數據庫系統的設計與實現[J].氣象與環境科學，2011，34（3）：88-91.

[13] 馮秀藻，陶炳炎.農業氣象學原理[M].北京：氣象出版社， 1991.

[14] 成林，馬志紅，李樹巖.氣候變化對河南省夏玉米單產的影響分析[J].玉米科學，2016，24（1）：88-95.

[15] 陳懷亮，張雪芬.玉米生產農業氣象服務指南[M].北京：氣象出版社，1999.

[16] 張云霞.近50年商丘小麥玉米生長季降水量變化特征分析[J].河南科學，2012，30（8）：1046-1049.

[17] 中國氣象局.農業氣象觀測規范（上卷）[M].北京：氣象出版社，1993.

[18] 馬曉群，陳曉藝.農作物產量災害損失評估業務化方法研究[J].氣象，2005（7）：72-75.

收稿日期：2024-01-12

基金項目：中國氣象局河南省農業氣象保障與應用技術重點實驗室應用技術研究基金項目（KQ202040）；商丘市氣象局科技開發項目（SQ202001）。

作者簡介：陳連心（1987—），男，河南商丘人，助理工程師，研究方向為氣象業務與服務。