生态气象监测，有哪些“黑科技”？

资料图。

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粮：一个北国粮都的美妙故事

本报记者 袁长焕 通讯员 陈健 西婷婷

“黑科技”主角一：

★可以测量水稻呼吸的沃度监测系统

★可以感知紫外线强度的太阳分光辐射仪

★可以实时监测稻田中温度、湿度、降水量、蒸发量、甲烷浓度的“水稻农业与生态试验站”

粮

北国粮仓——黑龙江富锦三江平原湿地

耕地面积920 万亩，人均耕地面积为全国平均水平的10 倍，年产粮超过60 亿斤……在富锦“ 北国粮仓”这面金字招牌的背后，除了得天独厚的地理和气候条件之外，更有科技元素的无处不在。比如——气象。

9 月初的富锦，空气中充溢着丰收的味道。跟随富锦市气象局局长孙胜阳，记者走进现代农业万亩水田展示区，只见沉甸甸的稻穗上是那一粒粒饱满的稻粒，金黄的稻田望不到边。各类现代化的气象监测设备如忠诚的卫士一般，错落有致地矗立田间，安静守候着这片即将成熟的水稻田。

“可别小看这些监测仪器，它们好比农民种田的‘顺风耳’和‘千里眼’。”孙胜阳指着身边的仪器说，“这台沃度监测系统好似人的呼吸系统，可监测水稻的呼吸强度、二氧化碳排放量和浓度，用于遴选适合本地生态系统的水稻品种。这是太阳分光辐射仪，它就像人体的皮肤屏障，对紫外线很敏感，可实时监测紫外线强度，为预测气候变化对水稻生长影响提供可靠依据。”

而这些，只是粮食高产的“ 气象密码”的一小部分。富锦已经建成特色农业气象观测系统，构建了有富锦特色的“ 五位一体”气象保障现代农业发展试验基地，为粮食生产各环节提供全方位的保障。

何为“五位一体”？

顺着孙胜阳手指的方向，坐落在金黄稻田边的一栋白色整洁二层楼房便是“ 水稻农业与生态试验站”和“ 农业气象生态实验室”，与富锦市“ 标准化人工防雹增雨基地”“现代农业气象防灾减灾服务中心”“农业气象科普馆”组成了富锦独有的“五位一体”气象保障现代农业发展试验基地。

“水稻农业与生态试验站”犹如基地的心脏，实时监测稻田中温度、湿度、降水量、蒸发量、甲烷浓度等数据，监测数据通过无线GPS上传至沈阳大气环境研究所，同时有线传到富锦农业监测指挥中心。工作人员可以根据监测数据指标开展决策服务。“ 今年4 月27日，我们根据监测数据，提前3 天准确发布了第一场透雨预报，联合农技、植保、农机部门组织广大农户在降雨前全部完成插秧。30 日降雨如期而至，大田出苗整齐，为粮食丰收奠定了基础。7 月25 日至27 日，我们监测到连续3 天以上最低气温低于17℃，水稻发生冷害的概率会达到90%以上，稻粒空瘪率增加5%至8%，就提前1 周发布低温警报，组织稻农灌水护胎，确保全市230 万亩水稻免受冷害损失。”孙胜阳说。

现在农民种地越来越依靠气象科技，试验站就像农田作物的家庭医生。技术人员借助稻田中安装的实景监控系统开展水稻生长全程影像监测，实时精准监测“ 固定穴”的水稻生长状态，将水稻各生长发育阶段图像监测数据和生物指标提供给农业部门专家，作出水稻生长灾害影响诊断。今年春季远程监测到部分水稻叶片生长不完全，孙胜阳他们诊断出稻田发生了虫害，立即组织农民喷药杀虫，确保了水稻健康生长。

目前，试验基地已经建成基于“ 互联网+涉农部门+企业+合作社+农户”的智慧农业气象服务平台，依托物联网、无线通信、应用软件、新媒体终端等手段开展“直通式”服务，每年发布“十大气象服务产品”及决策服务信息10万余条。

02

旱：巧借天眼 降服旱魃

本报记者 柳荐秋 通讯员 韩颖娟 赵金龙

“黑科技”主角二：气象卫星

图片来源：视觉中国@CFP

旱

“三年两头旱，五年一小旱，十年一大旱“的宁夏

宁夏位于青藏高原东北侧，由于降水时间分布集中在夏半年，且大气中含水量低，日照和太阳辐射强，这里地表水分蒸发严重，所以绝大部分地区的降水入不敷出，民间流传有“ 三年两头旱，五年一小旱，十年一大旱”的说法。这也成为制约宁夏经济社会发展的一个重要因素。

怎样最快速科学地捉到这只旱魃呢？十年之前，宁夏气象科学研究所发现，遥感卫星是个很棒的工具。

该所首席服务官马力文记得，当时他们用NOAA（美国国家海洋和大气管理局）卫星数据进行了研究，结论很清晰：随着土壤水分的增加，土壤感应太阳光照射能力会相应增强，干旱土壤感应太阳光照射的能力远低于湿润土壤。卫星遥感干旱监测就是依据这个规律，卫星接收到地球表面反射的太阳光能量，通过计算机可以间接反映出土壤中含水量情况。

这一研究水平居当时国内先进水平。宁夏春夏季干旱的遥感监测业务就此开始。

但在随后的几年，问题来了，基于NOAA 卫星的干旱遥感监测局地误差大，越来越不能满足业务要求。该所副所长张晓煜记忆最深刻的是2004 年的那场四季连旱，宁夏南部山区180 ～243 天无有效降水，出现了20 世纪50 年代有气象记录以来少有的持续干旱，南部山区作物受旱面积达165 万亩，人畜饮水发生困难，许多农民甚至被迫搬迁。据统计，此次干旱造成的直接经济损失约12.7 亿元。“因为当时没有建立适合宁夏的干旱灾害监测、预警体系，加上NOAA 卫星定位误差较大以及当时土壤水分反演模型的精度低，所以远不能满足服务农民生产和政府决策的需要。”

宁夏气象科学研究所就把目光投向了另外一颗卫星——MODIS 卫星。2005 年，依托科技部科研院所社会公益研究专项“ 气候变化背景下宁夏干旱监测预警系统研究”项目，宁夏气象科学研究所用这颗卫星开始研究一套新的干旱遥感监测方法。该所高级工程师张学艺称得上是宁夏气象卫星遥感方面的专家了。为了采取最有效的干旱遥感监测技术，张学艺系统收集了近几年我国干旱遥感监测技术方法的研究进展，并对比其优劣。最终，宁夏干旱监测预警系统从系统框架模型、系统体系结构、数据处理流程、数据访问、系统功能5 个方面对系统进行了设计，吸收了多个项目研究成果，建立了干旱监测预警模型，建成集气象数据收集、处理、输出于一体的业务系统。

2010—2012 年，该系统成为宁夏气象局的业务支撑系统。它的作用可不小，可以为用户提交宁夏干旱遥感实时监测报告、宁夏干旱预警信息、宁夏干旱灾害损失评估报告、宁夏防御和减轻干旱专家决策，干旱监测、预警产品在相关网站上公开发布，用户可迅速、准确地查询、检索、打印；同时，为各级政府部门的管理者、生产者提供有关农业生产布局、种植制度、管理方法的战略性、技术性专家咨询意见。

通过近5 年的全面业务化运行检验，系统经过二次开发，已在甘肃、内蒙古、陕西等省（自治区） 得到应用。

产品好不好用，还得用户说话。

2015 年7 月11 日，根据干旱遥感监测结果分析，宁夏中部干旱带中西部0～50 厘米土壤重量含水量在8%～12%之间，出现了轻度干旱；盐池大部、灵武山区、利通区山区、红寺堡等地在6%～8%之间，出现了中度干旱。宁夏气象局立即向自治区党委、政府呈报了这一情况。时任自治区党委副书记的崔波批示：转发各市县，提醒各地做好抗旱准备，人畜饮水已出现困难地区的党委、政府要迅速采取措施、帮助群众解决问题。

自治区农牧厅也因为气象部门的准确研判和及时服务专门致信表示感谢：“宁夏气象局每年向我厅提供干旱监测评估材料近20 份，由于监测准确、服务及时，使我厅及时了解和掌握全区旱情的发生发展情况，合理安排农业生产中部干旱带和南部山区农业生产，大力降低了夏粮播种面积，增加秋粮，仅减少种子损失就有上千万元，极大地降低了不利天气对宁夏农业生产的影响。”

03

草：现代草原监测新方式

本报记者 余亚庆 通讯员 田根

“黑科技”主角三：牧草自动监测站 遥感卫星

图片来源：卢健

草

内蒙古草原

草原生态系统在气候调节、水分涵养、防风固沙、水土保持等方面发挥着极其重要的生态作用，构筑了我国北方边疆地区的绿色屏障。

草原生态环境极为脆弱，一旦遭到破坏就很难恢复。所以，监测草原火情、牧草长势，就成了这里科技工作者的重要任务之一。

1987 年，以NOAA 气象卫星成功监测我国东北大兴安岭特大森林火灾为契机，内蒙古第一套极轨气象卫星资料接收、处理系统建成，并开始接收美国NOAA 气象卫星资料。系统经过3 次更新换代，于2009 年11 月引进了北京华云星地通公司开发研制的“ 风云三号”新一代极轨卫星接收系统。2016 年10 月，“ 葵花八号”火情监测系统投入准业务化运行，迅速成为火点监测的“ 主力军”。在新系统应用的基础之上，技术人员专门针对火点识别技术进行优化，最终形成每10 分钟更新、空间分辨率达到1 公里×1 公里的监测产品。

火点识别技术的升级，使遥感数据激发出更大价值。“ 咱们监测到的过火面积是多少？” 2017 年5 月3 日晚，内蒙古自治区气象局副局长乌兰巴特尔就毕拉河森林火灾的过火面积，询问当时带班的内蒙古气象局生态中心副主任王永利。“ 大约120 平方公里，评估图我们已经提供给自治区气象局了。”王永利说。不久后，扑火前方指挥部通过媒体发布的过火面积是115 平方公里。

保护草地、保护生态环境已成为当前迫在眉睫的任务，监测牧草长势，分析牧草生长与气候因子的关系，对于预测和估算草地生物量，确定草地载畜量，保护草地生态环境等具有重要意义。

传统牧业气象观测以地面人工观测为主，对观测地段的区域代表性要求高，观测结果常存在人为误差，限制了气象业务、服务能力的提升。2014 年，内蒙古气象部门建设生态农业气象自动化观测试点，选择草甸草原、典型草原、荒漠草原、典型荒漠以及主要农作物区布设17 套农田实景观测仪器设备，开展自动观测与人工观测对比试验。

2015 年6 月3 日，阿拉善盟首个牧草自动监测站投入使用。该系统观测项目包括气温、风向、风速、降水、空气湿度、土壤温度、土壤水分、光合有效辐射、牧草长势等；通过建立实时牧草— 大气— 土壤一体化的观测系统，对及时掌握牧草生长状况、开展牧事活动，科学评估气象因子对牧草的影响，分析牧业气象灾害实况、制作牧草产量预报，提高卫星遥感应用的精度与验证能力等，具有重要应用价值。通过对当地优势牧草的长势、产量分析，为当地政府在牲畜放养数量及草原植被恢复状况等方面提供决策依据。

目前，内蒙古已经开展了牧业气象情报业务以及牧草高度、盖度、产量和土壤墒情、干旱、主要牧业气象灾害监测预警评估业务；完善了牧业气象预报业务，建立了牧业年景预报，牧草返青期、枯黄期、接羔保育期、抓绒剪毛期、打草期预报，牧草产量、冷季载畜量预报，以及草原蝗虫、草地螟等衍生灾害监测预报等新型服务业务。

参考资料：《中国气象报》2017年10月13日五版

责任编辑：张小娟