设施温室气象灾害监测预警分析_徐立强.pdf

2021 Vol 41 No 16 农业与技术 资源环境 设施温室气象灾害监测预警分析 徐立强 康健丽 李宝升 李婧 赤峰市气象局 内蒙古 赤峰 024200 摘 要 随着全球气候的异常变化 各种类型的气象灾害频繁发生 给我国的农业生产以及国民经济造成重大损 失 作为发展中国家 我国温室大棚的技术水平 设备机械化水平较低 缺少抵抗气象灾害的能力 针对这些问 题 本文探讨了日光温室气象灾害监测与预警系统的设计方案 关键技术 以及实现系统功能的具体方法 关键词 温室 气象灾害 监测 预警 中图分类号 S165 文献标识码 A DOI 10 19754 j nyyjs 20210830028 收稿日期 2021 06 03 作者简介 徐立强 1989 男 本科 工程师 气象台长 研究方向 气象服务 日光温室技术指的是利用光能资源 在寒冷的季 节错季生产水果 蔬菜 主要的技术原理是在少量加 温或者不加温的环境下 通过调节光照 温湿度和水 分 为温室大棚中的蔬菜水果创造有利的气候条件 以满足反季节生产的需求 日光温室技术也是我国独 有的技术 为增加广大农民的收入 改善农民的生活 质量提供了巨大帮助 在全球气候变暖的大环境下 极端 反常的气候现象也越来越多 对于日光温室的 发展十分不利 现阶段 我国的日光温室更倾向于硬 件方面的投入 如先进的设备 但软件投入相对不 足 科技水平较低 抵御气象灾害的能力较弱 温室 大棚中的蔬菜水果很容易受到低温寡照 风雪 冻害 等气象灾害的影响 损失巨大 笔者尝试构建温室气 象灾害监测与预警系统 希望能够弥补温室大棚技术 含量较低 软件投入不足的弊端 1 系统的设计思路 温室气象灾害监测预警系统共包含 4 部分 分别 是数据采集 数据管理 数据分析 产品制作 数据 发布 满足各种用户的需求 为用户提供需要的服 务 系统框架如图 1 所示 图 1 温室气象灾害预警监测系统框架图 1 1 数据采集 小气候监测子系统 主要为系统提供温室的小气 候情况 由温室内部与外部的自动气象站组成 可实 时监测并提供温湿度 地温 辐射情况等气象要素 1 2 数据管理 基本数据库服务器的功能是存储 发布数据 Web 服务器则负责提供设施农业气象信息网 并发布 以 WebGIS 为基础的日常温室气象信息 1 3 数据分析 产品制作 此部分是该系统的控制终端 拥有数据预处理 灾害预警 预报温室气象条件 制作手机短信等一系 列功能 1 4 数据发布 根据服务平台的要求 系统将数据制作成可以通 201 资源环境 农业与技术 2021 Vol 41 No 16 过手机短信和网络平台发布的信息 以满足用户需 求 2 实现系统功能的关键技术 2 1 温室小气候远程监控系统 以无线移动技术 GP S CDMA 互联网平台为 基础设计远程数据采集系统 该系统包含了环境因子 测试技术 无线通信技术 现代传感技术 计算机网 络技术 可分 3 大模块 即服务器端数据接收与存储 模块 监控现场数据采集与发送模块 Web 数据管理 与数据发布模块 在地理信息系统上可连接远程监控 数据模块与当地气象站的数据库 同时结合农作物的 灾害指标分析结果 呈现基于 GIS 的灾害预警信息电 子地图 在终端数据采集与发送模块上能够动态采集温室 现场的数据信息 利用 GP S CDMA 无线移动通信网 络连接因特网 将监测到的数据传送至监控中心的数 据库服务器 监控中心的 SQL Server 2000 数据库服务 器上所运行的便是服务器端数据接收与存储模块 不 仅能够侦听指定的端口 还能准确识别并接受终端采 集发送模块发出的 TCP Socket 连接请求 并进行校验 与解析数据串 然后在数据库表中存储解析后的数 据 基于 Web 的数据管理模块的功能是为用户提供 数据应用接口以及相关服务 包括登录界面 数据检 索 历史数据查找 分析 下载等 2 2 基础地理数据的获取 系统的地理数据主要由我国基础地理信息系统中 心提供 指的是 1 25 万测绘地理用的地理信息数据 集 利用地理信息系统 GIS 能够转换 叠加 拼 接 剪裁省内 1 25 万的地理背景数据 最终形成省 级地理背景数据层集 行政边界文件将省外定义为 0 省界内填充的是市县编码 系统可以调入 Arcview SHP 格式的省行政区域矢量图 采用高斯 克吕格投 影 如果系统判断将会发生低温寡照灾害 就会显示 灾害发生的地区与强度 以及省内所有站点均有灾害 出现的经纬度 如果系统判定会有不同程度的灾害发 生 根据各个站点的预警等级 利用地理信息技术 后 此站点所对应的行政区域就会显示相应的颜色 值 如果没有气象灾害 则颜色不发生改变 通过这 种方式可起到灾害预警效果 2 3 气象数据与农业数据的获取 远程气象监控系统能够动态读取温室的气象数 据 在局域网上可读取的数据有省内所有气象台站的 气象数据 省气象台制作的省内逐日天气预报数值的 预报产品 以及由省农业厅提供当前温室蔬菜水果的 种植面积 种类等相关资料 2 4 预警指标的确认 试验结果表明 温室内蔬菜冠层的气温和外界日 照的时数密切相关 外界的辐射量对温室内的热量条 件产生重要影响 每种蔬菜对光照温度与水分的需求 不同 因此要根据蔬菜种类 发育期确定低温寡照灾 害的等级 处于开花结果期的蔬菜对日光是十分敏感 的 以河北省广泛种植的黄瓜与番茄为例 确定温室 不同等级的低温寡照灾害指标 如表 1 所示 表 1 黄瓜与番茄开花结果期不同等级的低温寡照灾害指标 逐日日照时数 3h 连续出现日数 d 轻灾 中灾 重灾 黄瓜 3 6 7 10 11 番茄 5 9 10 14 15 3 温室气象服务系统介绍 此系统是一个以 ASP 技术为基础的网站 将 Mi crosoft Frontpage 作为平台 使用 JavaScript 与 VBScript 脚本来编辑 由 SQL Server 2000 后台数据库提供支 持 用户通过页面可以访问数据库的数据 修改数 据 插入数据 删除数据 数据库采用 Sql Server 进 行开发 设计 采用 VB Script 连接和修改 涵盖了 以下模块 科学技术 这一模块主要功能是普及大棚 内的小气候特点 使用的农业生产技术 常见病虫害 与气象 气象灾害标准 生育期的气象条件 天气预 报指数等 温度预报 通过小气候模拟系统对未来 24h 内温室大棚的温湿度变化进行预测 数据监控与 图像监测 显示实时数据 查询历史数据 通过图像 的方式呈现农作物的生长发育状况 农用天气预报 与农业生产相关的喷药 通风 覆盖等信息 气象服 务 手机短信 决策服务和公众服务 气象灾害天气 预警 风害 高温热害 低温冻害 雪灾等 3 1 农用气象预报 通过温室小气候远程监测系统所提供的数据来研 究大棚内农作物的生长发育 病虫害和小气候之间的 关系 分析不同类型大棚的棚内小气候和大气候之间 的关系 构建温室小气候模拟系统 同时联合天气预 报产品来预测未来 24h 温室内的气象变化 分析对大 棚农作物有利 有害的气象因素 并制订相应的防范 301 2021 Vol 41 No 16 农业与技术 资源环境 措施 根据病虫害的发生特点 模拟未来 7d 内的天 气预报数据 并得出未来 7d 内温室气候与病虫害危 害程度的模拟预报 最终准确掌握病虫害的发生与发 展规律 为病虫害的防治奠定良好基础 3 2 农用天气预报 立足于农业生产的需求 在农业气象预报 气候 预测 天气预测的基础上 采用农业气象定量评价技 术以及农业气象指标体系来预测可能会对农业生产活 动产生影响的天气 制订有效的防范措施 为农业生 产提供针对性的气象服务 如揭帘盖帘 喷洒农药 开启或关闭通风口等 3 2 1 喷药农用天气预报 温室大棚内的空气湿度普遍较高 为病虫害的发 生创造了有利条件 提前喷洒农药可起到预防病虫害 的效果 喷药的最佳时机是天气晴朗 阳光充足的下 午 可提高农药的吸收率 喷药的基本要求是下午盖 帘之前农药能干 如果未干 随着夜间大棚内的湿度 不断提高 农药会逐渐流失 不仅浪费成本 而且还 影响喷药效果 喷药农用天气预报有 3 个等级 适 宜 光照充足 天气晴朗 可最大程度发挥药效 较 适宜 光照较弱 多云 但农药可以在盖帘前干燥 基本可以发挥药效 不适宜 阴 雨 雪天气 同时 没有打开通风口 大棚内的湿度较高 不可喷药 3 2 2 灌溉农用天气预报 在温室大棚内 灌溉是一种非常常见的农事活 动 灌溉次数最多的时间是蔬菜的定植阶段 冬天为 了保持地温 不适合频繁灌溉 通常每 30d 灌溉 2 次 应根据气象条件来选择灌溉时机 灌溉在增加墒 情的同时 也会降低地温 提高大棚内的空气湿度 因此阴雨天不适合灌溉 最佳的灌溉时机是连续多日 的晴朗天气 灌溉后大棚内的地温可以迅速回升 灌 溉农用天气预报同样分为 3 个等级 适宜 连续多天 晴朗 较适宜 多云 灌溉后地温缓慢回升 不适 宜 寒潮 阴天 雨雪天 3 2 3 覆盖农用天气预报 冬天 温室大棚每天都要揭盖草帘 还要根据温 湿度和天气变化来增减草帘 以满足农作物生长所 需 从 2020 年 10 月定植 到 2021 年 6 月结束生产 农作物经历了显著的温度变化 高温 低温 高温 夜间最低温度甚至可达到 25 20 而且还会遭 受寒潮 暴雨 暴雪 大风等恶劣气候 通过覆盖来 调节夜间的大棚温度 保证棚内温度可以满足农作物 的需求 外界环境的变数较多 所以应灵活选择覆盖 方式 覆盖农用天气预报指数如表 2 所示 表 2 覆盖农用天气预报指数 等级 名称 气象条件 备注 1 不覆盖 外界气温 10 2 塑膜覆盖 外界气温 5 10 夜间下雨 将大棚内的最低温度维持在 10 左右 3 单草帘覆盖 外界气温 10 5 降雨时可以防止打湿草帘 4 双草帘覆盖 外界气温 10 影响保温性能 5 加塑膜覆盖 降雪 3 2 4 通风农用天气预报 通风指的是在大棚内温度能够满足农作物生长需 求的情况下 为了避免高温热害所采取的一种手段 同时还能降低大棚湿度 通风农用天气预报指数如表 3 所示 表 3 通风农用天气预报指数 等级 名称 气象条件 备注 1 不宜通风 棚内温度 20 阴雨天气 2 轻度通风 通风口小 中午通风时间 2h 多云天气 通风时保持棚内温度 20 3 正常通风 通风时间 2 4h 维持温度 25 维持湿度 35 4 加强通风 提前打开通风口 中午开双口通风 4h 夜间关闭通风口 避免高温热害 5 全天通风 夜晚不关闭通风口 外界温度最低 10 3 2 5 灾害天气预警 参考预报信息和气象灾害指标对灾害的预警等 级 危害程度进行判断 然后通过灾害影像库与防御 措施库公布预警信号 防范措施 如表 4 所示 401 资源环境 农业与技术 2021 Vol 41 No 16 表 4 气象灾害的指标 影响程度 防范措施 灾害类型 灾害指标 影响程度 防范措施 低温冻害 外界温度 20 温室温度 0 喜温作物出现冻害 强冷空气侵袭 温度骤降 导致棚内温 度过低 严重影响农作物生长 甚至出 现冻害 导致作物品质下降 覆盖草帘 加温 使用增温 设备 维持大棚温度 大风灾害 5 6 级的大风天气 掀起草帘和棚膜 严重破坏大棚的保温 功能 为棚膜加固 使用压膜带保 护膜面 大雪灾害 日降雪量达到大雪及以上等级 或者积雪深度 10cm 可将大棚压塌 将草帘打湿 影响其保 温功能 促进冻害的发生 将棚顶膜面的积雪清理干净 寡照 每天日照时数 2h 3d 为灾害 轻 4 7d 为中等灾害 8d 为严 重灾害 棚内农作物长势弱 容易出现病虫害 如果农作物正处于结果期 还会导致作 物华而不实 减少产量 降低品质 维持棚内温度的情况下掀起 草帘 尽量增加光照 高温热害 春天 通风不及时 棚内温度上 升出现热害 农作物的热害指标 茄子 45 黄瓜 40 番茄 35 延缓棚内农作物的生长速度 农作物萎 蔫 甚至出现灼烧现象 将棚膜掀开 通风降温 4 结束语 综上所述 随着日光温室分布不断扩大 在农业 中所占份额不断提高 对气象灾害监测预警服务的需 求更加迫切 信息网络技术的发展 极大地丰富了气 象服务的方式 传统的电话传真服务逐渐转向电子邮 件 APP 微博 微信公众号等信息化形式 气象灾 害监测与预警系统的应用 增强了温室大棚抵御气象 灾害的能力 对于促进我国农业发展具有重要作用 如何进一步增加基于无线远程监控站点 逐步形成针 对日光温室环境的监测网络 并将基于定点的观测数 据 气象部门的背景数据与地理信息系统更好地融 合 进一步细化气象灾害的指标系统 使之能在更多 种类作物上推广应用 则是今后的重要研究任务 参考文献 1 张有菊 王鹏 王华 等 温室大棚番茄气象条件分析及灾害防 御对策 J 农业灾害研究 2020 10 02 112 113 123 2 吴伟光 刘建勇 刘星燕 等 浅谈坝上温室育苗气象灾害监 测预警系统的界面设计 J 软件 2018 39 09 149 151 3 李宁 李春 韩玥 等 天津市西青区日光温室农业气象灾害 分析 J 北方园艺 2017 12 51 54 4 刘建勇 吴伟光 陈秉权 等 坝上温室育苗气象灾害系统预 报制作与输出的自动化设计浅谈 J 软件 2018 39 09 123 126 5 李淑艳 张艳芳 何丽娟 日光温室气象灾害防御措施 J 农民致富之友 2018 10 27 责任编辑 贾灿 501