设施农业气象灾害影响预报技术.DOC

1、设施农业气象灾害影响预报技术指南2016 年 11 月设施农业气象灾害影响预报技术指南编写组主编:薛晓萍 魏瑞江成员（按姓氏拼音排序）：韩 硕 乐章燕 李 春 李鸿怡 李 楠 李秋月 李荣平 黎贞发 孙立德 王 鑫 薛庆禹 叶彩华 张晓月前 言由山东省气候中心牵头组织编写的设施农业气象灾害影响预报技术指南中的设施农业特指日光温室蔬菜生产。希望通过该指南规范设施农业气象观测，建立完善设施农业（日光温室）主要气象灾害（低温、寡照、风灾、雪灾等）不同风险等级的气象致灾临界阈值及指标体系、预报模型及相关技术方法，构建省市县三级分工明确的设施农业气象服务体系，推动我国北方地区开展规范化设施农业气象服务。

2、设施农业是以园艺作物高效生产和反季节栽培为产业定向，其较高的投入产出比和高效生产模式，极大地促进了区域农业提效、农民增收，成为我国农村经济发展的支柱产业，并逐步走向标准化生产。目前，我国设施农业种植面积已达到 5430 多万亩，占世界总面积的 89.3%以上，其中，日光温室和塑料大棚属于我国设施农业生产的主要设施类型，由于其主要能量来源为太阳辐射，设施结构相对简陋，环境调控能力低，抵御气象灾害的能力较弱，设施内小气候环境受外界气象条件影响较大，其安全生产与气象条件密切相关，极易遭受低温、寡照、风灾、雪灾以及复合性灾害天气影响，气象灾害是制约设施作物生长、产量与品质形成的主要因素之一。气象灾害已

3、成为制约设施农业可持续发展的主要因素之一。为此，迫切需要提高气象保障服务能力。本指南中设施农业特指日光温室蔬菜生产，气象灾害为低温、寡照、风灾、雪灾等主要气象灾害。服务对象为涉农决策部门和生产者。近年来，我国设施农业生产主要省（市）气象部门相继开展了设施农业气象服务。依托“ 设施农业及特色农产品气象保障关键技术的研究” 、 “设施农业气象灾害预警及防御关键技术”及“ 华北日光温室小气候资源高效利用技术研究 ”等一系列气象行业研究项目，以日光温室和塑料大棚蔬菜生产为研究对象，围绕主要设施蔬菜的农业气象指标库构建、设施农业小气候要素观测和预报技术研究、日光温室和塑料大棚农业气象灾害等级指标确定、气

4、象灾害预警模型研制、设施农业气象灾害预警业务系统搭建等开展了一系列研究与应用工作，并通过业务系统实现了设施小气候观测数据的实时采集、小气候要素预报、气象灾害预警产品制作与发布的自动化、客观化与实时化，在一定程度上提高了气象部门设施农业气象灾害预警服务水平与质量，提升设施农业防灾减灾能力，推动设施农业的发展。2015 年，中国气象局减灾司下发了“减灾司关于开展设施农业气象灾害影响预报试点工作的通知” （气减函201578 号） ，试点工作由减灾司组织，山东省气象局牵头，参试省市为北京、天津、河北、辽宁、山东省五省市，以 5省市为试点区域，以日光温室蔬菜生产为服务对象，基于已有研究成果，对相关关键

5、技术进行转化、提升，改进研究区域主要设施蔬菜不同发育阶段设施小气候预报模型构建、气象灾害指标确定、气象灾害影响预报模型研制、主要病虫害预报模型构建等技术；开展低温、寡照影响的定量化评估技术研究；完善设施农业气象灾害影响预报业务系统，并在试点区域各省（市）本地化；在设施农业生产重点县开展了气象灾害影响预报服务，取得了较好的社会经济效益。当然，设施农业气象灾害影响预报是一项全新的业务，同时，我国地域辽阔，不同区域气候差异较大，设施结构参数略有不同，设施内外能量交换速率亦存在差异，因此设施内外气象要素间的量化关系存在区域差别，相关的指标与预报技术有待于进一步完善，各气候区域在业务服务工作中，应针对本

6、地气候和设施农业生产特点开展本地化应用。目 录1 资料要求 .11.1 设施内观测资料 .11.1.1 小气候观测资料 .11.1.2 作物信息 .11.2 设施外观测资料 .11.3 天气预报信息 .21.4 天气类型信息 .21.5 主要设施蔬菜农业气象指标 .32 低温灾害影响预报 .42.1 低温灾害指标确定 .42.1.1 文献检索法 .42.1.2 人工气候模拟法 .42.1.3 温室控制试验法 .52.2 预报方法 .52.2.1 基于小气候预报模型法 .62.2.1.1 温室最低气温预报 .62.2.1.1.1 基于 GRNN 神经网络法的温室最低气温预报 .62.2.1.1.

7、2 基于逐步回归法的温室最低气温预报 .72.2.1.1.3 案例 .92.2.1.2 温室逐小时气温预报 .112.2.1.2.1 预报时效 .112.2.1.2.2 预报方法 .112.2.1.2.3 预报模型构建 .112.2.1.2.4 案例 .142.2.1.3 灾害等级预报 .162.2.2 基于结构方程法 .172.2.2.1 结构方程构建 .172.2.2.2 预报模型构建 .182.2.2.3 致灾因子等级赋值 .192.2.2.4 案例 .223 寡照灾害影响预报 .243.1 寡照灾害指标 .243.1.1 人工气候模拟法 .243.1.2 温室控制试验法 .253.2

8、预报方法 .253.2.1 基于寡照日数法 .253.2.2 基于结构方程法 .263.2.2.1 基于持续 1-3 天寡照天气 .263.2.2.1.1 预报模型 .263.2.2.1.2 因子赋值计算 .273.2.2.1.3 范例 .303.2.2.2 基于持续 3 天以上寡照天气 .323.2.2.2.1 预报模型 .323.2.2.2.2 范例 .334 风灾影响预报 .344.1 风灾指标 .344.1.1 风压系数及临界风速确定 .354.1.2 临界风速转换 .354.2 预报方法 .365 雪灾影响预报 .365.1 雪灾指标 .365.1.1 积雪模型构建 .375.1.2

9、 积雪模型参数化 .375.1.3 雪灾等级指标 .405.2 预报方法 .406 灾害影响服务效益评估 .416.1 效益评估方法一 .416.1.1 技术方法 .416.1.2 范例 .426.2 效益评估方法二 .446.2.1 技术方法 .446.2.2 范例 .4511 资料要求1.1 设施内观测资料1.1.1 小气候观测资料要做好设施农业气象灾害影响预报工作，首先应掌握一定数量的设施小气候资料。通过建站观测或收集前期观测资料来获取设施小气候资料。设施小气候观测应按照中国气象局 2015 年 5 月 1 日起开始实施的气象行业标准QX/T 2612015设施农业小气候观测规范 日光温

10、室和塑料大棚进行。其中要求日光温室小气候观测仪器应布设在日光温室内东西长度的中间、南北跨度自南向北作物种植区 2/3 的位置。观测项目包括日光温室内气温、空气相对湿度、地温、总辐射、光合有效辐射和二氧化碳浓度等。总辐射和光合有效辐射观测以地方平均太阳时 24 时为日界，其余观测项目均以北京时 20 时为日界。气温传感器感应中心距离地面 150cm，空气相对湿度传感器感应中心距离地面 150cm，0 cm 地温传感器感应部分一半埋入土中，10cm、20cm 和 40cm 地温传感器感应中心分别埋入地下 10cm、20cm 和 40cm，辐射传感器支架高度 200 cm。预报所需小气候观测资料主要

11、包括每小时的整点气温、空气相对湿度、地温（0 cm、5 cm、10 cm 、20 cm、40 cm） 、最高气温、最低气温、最小空气相对湿度。1.1.2 作物信息做好设施农业气象灾害影响预报工作必须掌握设施内作物生长与灾情观测资料。设施内作物生长资料包括种植作物的名称、作物发育期、作物生长农业气象指标、作物高度、采收量等；设施内灾情资料包括受灾类型、受灾程度、受灾表征、因灾减产、采取措施及恢复情况等。21.2 设施外观测资料虽然设施内小气候有一定的封闭性，但受外界气象条件的影响也较大，且具有一定的滞后性，所以掌握设施种植区气象台站的气象观测资料是不可缺少的。影响设施内小气候最直接、也最容易获取

12、的外界气象要素主要有最低气温、最高气温、平均气温、日照时数等。风灾主要由于瞬时最大风速引起，雪灾主要由于持续降雪量引起。故在开展设施农业气象灾害影响预报时，需要利用设施种植区气象台站历史的和实时的最低气温、最高气温、平均气温、日照时数、最大风速、降雪量等资料。1.3 天气预报信息对设施农业气象灾害影响进行预报离不开未来天气预报信息。主要关注天气状况、最高气温、最低气温、风速、降雪量等预报信息。1.4 天气类型信息日光温室内小气候环境条件依赖于外界天气状况，凡涉及到小气候要素预报相关内容，其预报模型需考虑不同天气类型分别构建。天气类型可根据日照百分率划分为晴天、多云、阴天三类，划分标准及计算方法

13、参见表 1-1 及公式 1-1。表 1-1 天气类型划分方法天气类型 天气类型划分方法晴天 60%日照百分率100%多云 20%日照百分率60%阴天 0%日照百分率20%（1-1 ）10%SATp式中：日照百分率，单位为百分率（%）,取整数；p日照时数，单位为小时（h）；ST可照时数，单位为小时（h）。A31.5 主要设施蔬菜农业气象指标开展设施农业气象灾害影响预报服务，需要了解设施内所种植的蔬菜生长发育对环境气象条件的需求，尤其是对环境温度的需求，常见的设施蔬菜主要农业气象指标（温度）见表1-2。表1-2 主要设施蔬菜农业气象指标（）适宜温度蔬菜分类 名称 发育期 最低温度下限 上限最高温度

14、发芽期 15 20 30 50幼苗期 15 20 25 40开花期 12 25 30 40结果期 12 25 30 40番茄采收期 12 25 30 40播种苗期 10 15 25 35营养生长期 10 17 30 35茄子开花结果期 12 16 30 35播种出苗期 15 25 30 35茎叶生长期 12 16 30 32茄果类辣椒开花结果期 10 15 25 35发芽期 12 25 30 35幼苗期 15 22 25 40伸蔓期 15 25 28 40开花期 13 25 30 40结瓜期 13 25 30 40黄瓜采收期 13 23 32 40播种出苗 10 25 30 35茎叶生长期 1

15、2 15 28 32苦瓜开花结瓜期 10 20 30 33播种出苗期 15 25 35 37茎叶生长期 13 16 30 36甜瓜开花结果期 13 15 30 36发芽期 5 15 35 45幼苗期 5 22 25 45伸蔓期 5 25 28 45瓜类西瓜果实发育 5 28 30 45苗期 8 15 20 28叶菜类 芹菜叶丛期 10 12 22 30播种出苗期 10 15 25 30茎叶生长期 10 18 28 32豆类 芸豆开花结荚期 12 16 25 284播种苗期 15 20 25 28莲座期 12 17 22 26白菜类 大白菜结球期 5 12 18 22播种出苗期 10 22 25

16、 28分枝期 16 20 28 30姜块膨大期 12 17 25 28生姜收获期 0 8 15 18播种出苗期 3 12 20 30返青起身期 3 12 16 30抽薹期 10 15 25 26葱姜蒜类大蒜膨大成熟收获期 10 20 23 26定植期 2 25 30 36花芽分化期 2 17 20 36开花期 2 20 22 36坐果期 2 22 25 36果实膨大期 2 25 28 36水果类 草莓成熟期 2 22 25 362 低温灾害影响预报2.1 低温灾害指标确定低温灾害等级指标的确定方法主要有：人工气候模拟法、对比观测试验法、文献检索法、部门信息交换法、实地调查法等，可根据实际情况及对指标的需求情况灵活选取。为了使所确定的指标更切合实际，建议采用文献检索、人工气候模拟和对比观测试验相结合的方法，综合确定温室蔬菜低温灾害等级指标。低温灾害分为无、轻、中和重四个等级，预报等级指数分别以 1，2，3，4 标识。2.1.1 文献检索法近年来，基于设施农业生产防灾减灾的需要，相关涉农科研院所和高校的科研技术人员，针对黄瓜、番茄、甜椒、茄子等蔬菜的各个生长阶段，开展了大量的低温影响研究工作，研究成果基本以科技论文方式呈现，故通过查阅相关文献，可获取部分设施蔬菜的低温冷害指标信息。