2021 Vol 41 No 16 農(nóng)業(yè)與技術(shù) 資源環(huán)境 設(shè)施溫室氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警分析 徐立強(qiáng) 康健麗 李寶升 李婧 赤峰市氣象局 內(nèi)蒙古 赤峰 024200 摘 要 隨著全球氣候的異常變化 各種類型的氣象災(zāi)害頻繁發(fā)生 給我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及國民經(jīng)濟(jì)造成重大損 失 作為發(fā)展中國家 我國溫室大棚的技術(shù)水平 設(shè)備機(jī)械化水平較低 缺少抵抗氣象災(zāi)害的能力 針對(duì)這些問 題 本文探討了日光溫室氣象災(zāi)害監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案 關(guān)鍵技術(shù) 以及實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的具體方法 關(guān)鍵詞 溫室 氣象災(zāi)害 監(jiān)測 預(yù)警 中圖分類號(hào) S165 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A DOI 10 19754 j nyyjs 20210830028 收稿日期 2021 06 03 作者簡介 徐立強(qiáng) 1989 男 本科 工程師 氣象臺(tái)長 研究方向 氣象服務(wù) 日光溫室技術(shù)指的是利用光能資源 在寒冷的季 節(jié)錯(cuò)季生產(chǎn)水果 蔬菜 主要的技術(shù)原理是在少量加 溫或者不加溫的環(huán)境下 通過調(diào)節(jié)光照 溫濕度和水 分 為溫室大棚中的蔬菜水果創(chuàng)造有利的氣候條件 以滿足反季節(jié)生產(chǎn)的需求 日光溫室技術(shù)也是我國獨(dú) 有的技術(shù) 為增加廣大農(nóng)民的收入 改善農(nóng)民的生活 質(zhì)量提供了巨大幫助 在全球氣候變暖的大環(huán)境下 極端 反常的氣候現(xiàn)象也越來越多 對(duì)于日光溫室的 發(fā)展十分不利 現(xiàn)階段 我國的日光溫室更傾向于硬 件方面的投入 如先進(jìn)的設(shè)備 但軟件投入相對(duì)不 足 科技水平較低 抵御氣象災(zāi)害的能力較弱 溫室 大棚中的蔬菜水果很容易受到低溫寡照 風(fēng)雪 凍害 等氣象災(zāi)害的影響 損失巨大 筆者嘗試構(gòu)建溫室氣 象災(zāi)害監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng) 希望能夠彌補(bǔ)溫室大棚技術(shù) 含量較低 軟件投入不足的弊端 1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路 溫室氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)共包含 4 部分 分別 是數(shù)據(jù)采集 數(shù)據(jù)管理 數(shù)據(jù)分析 產(chǎn)品制作 數(shù)據(jù) 發(fā)布 滿足各種用戶的需求 為用戶提供需要的服 務(wù) 系統(tǒng)框架如圖 1 所示 圖 1 溫室氣象災(zāi)害預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)框架圖 1 1 數(shù)據(jù)采集 小氣候監(jiān)測子系統(tǒng) 主要為系統(tǒng)提供溫室的小氣 候情況 由溫室內(nèi)部與外部的自動(dòng)氣象站組成 可實(shí) 時(shí)監(jiān)測并提供溫濕度 地溫 輻射情況等氣象要素 1 2 數(shù)據(jù)管理 基本數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的功能是存儲(chǔ) 發(fā)布數(shù)據(jù) Web 服務(wù)器則負(fù)責(zé)提供設(shè)施農(nóng)業(yè)氣象信息網(wǎng) 并發(fā)布 以 WebGIS 為基礎(chǔ)的日常溫室氣象信息 1 3 數(shù)據(jù)分析 產(chǎn)品制作 此部分是該系統(tǒng)的控制終端 擁有數(shù)據(jù)預(yù)處理 災(zāi)害預(yù)警 預(yù)報(bào)溫室氣象條件 制作手機(jī)短信等一系 列功能 1 4 數(shù)據(jù)發(fā)布 根據(jù)服務(wù)平臺(tái)的要求 系統(tǒng)將數(shù)據(jù)制作成可以通 201 資源環(huán)境 農(nóng)業(yè)與技術(shù) 2021 Vol 41 No 16 過手機(jī)短信和網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)發(fā)布的信息 以滿足用戶需 求 2 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的關(guān)鍵技術(shù) 2 1 溫室小氣候遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng) 以無線移動(dòng)技術(shù) GP S CDMA 互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)為 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 該系統(tǒng)包含了環(huán)境因子 測試技術(shù) 無線通信技術(shù) 現(xiàn)代傳感技術(shù) 計(jì)算機(jī)網(wǎng) 絡(luò)技術(shù) 可分 3 大模塊 即服務(wù)器端數(shù)據(jù)接收與存儲(chǔ) 模塊 監(jiān)控現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集與發(fā)送模塊 Web 數(shù)據(jù)管理 與數(shù)據(jù)發(fā)布模塊 在地理信息系統(tǒng)上可連接遠(yuǎn)程監(jiān)控 數(shù)據(jù)模塊與當(dāng)?shù)貧庀笳镜臄?shù)據(jù)庫 同時(shí)結(jié)合農(nóng)作物的 災(zāi)害指標(biāo)分析結(jié)果 呈現(xiàn)基于 GIS 的災(zāi)害預(yù)警信息電 子地圖 在終端數(shù)據(jù)采集與發(fā)送模塊上能夠動(dòng)態(tài)采集溫室 現(xiàn)場的數(shù)據(jù)信息 利用 GP S CDMA 無線移動(dòng)通信網(wǎng) 絡(luò)連接因特網(wǎng) 將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)控中心的數(shù) 據(jù)庫服務(wù)器 監(jiān)控中心的 SQL Server 2000 數(shù)據(jù)庫服務(wù) 器上所運(yùn)行的便是服務(wù)器端數(shù)據(jù)接收與存儲(chǔ)模塊 不 僅能夠偵聽指定的端口 還能準(zhǔn)確識(shí)別并接受終端采 集發(fā)送模塊發(fā)出的 TCP Socket 連接請(qǐng)求 并進(jìn)行校驗(yàn) 與解析數(shù)據(jù)串 然后在數(shù)據(jù)庫表中存儲(chǔ)解析后的數(shù) 據(jù) 基于 Web 的數(shù)據(jù)管理模塊的功能是為用戶提供 數(shù)據(jù)應(yīng)用接口以及相關(guān)服務(wù) 包括登錄界面 數(shù)據(jù)檢 索 歷史數(shù)據(jù)查找 分析 下載等 2 2 基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)的獲取 系統(tǒng)的地理數(shù)據(jù)主要由我國基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)中 心提供 指的是 1 25 萬測繪地理用的地理信息數(shù)據(jù) 集 利用地理信息系統(tǒng) GIS 能夠轉(zhuǎn)換 疊加 拼 接 剪裁省內(nèi) 1 25 萬的地理背景數(shù)據(jù) 最終形成省 級(jí)地理背景數(shù)據(jù)層集 行政邊界文件將省外定義為 0 省界內(nèi)填充的是市縣編碼 系統(tǒng)可以調(diào)入 Arcview SHP 格式的省行政區(qū)域矢量圖 采用高斯 克呂格投 影 如果系統(tǒng)判斷將會(huì)發(fā)生低溫寡照災(zāi)害 就會(huì)顯示 災(zāi)害發(fā)生的地區(qū)與強(qiáng)度 以及省內(nèi)所有站點(diǎn)均有災(zāi)害 出現(xiàn)的經(jīng)緯度 如果系統(tǒng)判定會(huì)有不同程度的災(zāi)害發(fā) 生 根據(jù)各個(gè)站點(diǎn)的預(yù)警等級(jí) 利用地理信息技術(shù) 后 此站點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的行政區(qū)域就會(huì)顯示相應(yīng)的顏色 值 如果沒有氣象災(zāi)害 則顏色不發(fā)生改變 通過這 種方式可起到災(zāi)害預(yù)警效果 2 3 氣象數(shù)據(jù)與農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)的獲取 遠(yuǎn)程氣象監(jiān)控系統(tǒng)能夠動(dòng)態(tài)讀取溫室的氣象數(shù) 據(jù) 在局域網(wǎng)上可讀取的數(shù)據(jù)有省內(nèi)所有氣象臺(tái)站的 氣象數(shù)據(jù) 省氣象臺(tái)制作的省內(nèi)逐日天氣預(yù)報(bào)數(shù)值的 預(yù)報(bào)產(chǎn)品 以及由省農(nóng)業(yè)廳提供當(dāng)前溫室蔬菜水果的 種植面積 種類等相關(guān)資料 2 4 預(yù)警指標(biāo)的確認(rèn) 試驗(yàn)結(jié)果表明 溫室內(nèi)蔬菜冠層的氣溫和外界日 照的時(shí)數(shù)密切相關(guān) 外界的輻射量對(duì)溫室內(nèi)的熱量條 件產(chǎn)生重要影響 每種蔬菜對(duì)光照溫度與水分的需求 不同 因此要根據(jù)蔬菜種類 發(fā)育期確定低溫寡照災(zāi) 害的等級(jí) 處于開花結(jié)果期的蔬菜對(duì)日光是十分敏感 的 以河北省廣泛種植的黃瓜與番茄為例 確定溫室 不同等級(jí)的低溫寡照災(zāi)害指標(biāo) 如表 1 所示 表 1 黃瓜與番茄開花結(jié)果期不同等級(jí)的低溫寡照災(zāi)害指標(biāo) 逐日日照時(shí)數(shù) 3h 連續(xù)出現(xiàn)日數(shù) d 輕災(zāi) 中災(zāi) 重災(zāi) 黃瓜 3 6 7 10 11 番茄 5 9 10 14 15 3 溫室氣象服務(wù)系統(tǒng)介紹 此系統(tǒng)是一個(gè)以 ASP 技術(shù)為基礎(chǔ)的網(wǎng)站 將 Mi crosoft Frontpage 作為平臺(tái) 使用 JavaScript 與 VBScript 腳本來編輯 由 SQL Server 2000 后臺(tái)數(shù)據(jù)庫提供支 持 用戶通過頁面可以訪問數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù) 修改數(shù) 據(jù) 插入數(shù)據(jù) 刪除數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)庫采用 Sql Server 進(jìn) 行開發(fā) 設(shè)計(jì) 采用 VB Script 連接和修改 涵蓋了 以下模塊 科學(xué)技術(shù) 這一模塊主要功能是普及大棚 內(nèi)的小氣候特點(diǎn) 使用的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù) 常見病蟲害 與氣象 氣象災(zāi)害標(biāo)準(zhǔn) 生育期的氣象條件 天氣預(yù) 報(bào)指數(shù)等 溫度預(yù)報(bào) 通過小氣候模擬系統(tǒng)對(duì)未來 24h 內(nèi)溫室大棚的溫濕度變化進(jìn)行預(yù)測 數(shù)據(jù)監(jiān)控與 圖像監(jiān)測 顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù) 查詢歷史數(shù)據(jù) 通過圖像 的方式呈現(xiàn)農(nóng)作物的生長發(fā)育狀況 農(nóng)用天氣預(yù)報(bào) 與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相關(guān)的噴藥 通風(fēng) 覆蓋等信息 氣象服 務(wù) 手機(jī)短信 決策服務(wù)和公眾服務(wù) 氣象災(zāi)害天氣 預(yù)警 風(fēng)害 高溫?zé)岷?低溫凍害 雪災(zāi)等 3 1 農(nóng)用氣象預(yù)報(bào) 通過溫室小氣候遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)所提供的數(shù)據(jù)來研 究大棚內(nèi)農(nóng)作物的生長發(fā)育 病蟲害和小氣候之間的 關(guān)系 分析不同類型大棚的棚內(nèi)小氣候和大氣候之間 的關(guān)系 構(gòu)建溫室小氣候模擬系統(tǒng) 同時(shí)聯(lián)合天氣預(yù) 報(bào)產(chǎn)品來預(yù)測未來 24h 溫室內(nèi)的氣象變化 分析對(duì)大 棚農(nóng)作物有利 有害的氣象因素 并制訂相應(yīng)的防范 301 2021 Vol 41 No 16 農(nóng)業(yè)與技術(shù) 資源環(huán)境 措施 根據(jù)病蟲害的發(fā)生特點(diǎn) 模擬未來 7d 內(nèi)的天 氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù) 并得出未來 7d 內(nèi)溫室氣候與病蟲害危 害程度的模擬預(yù)報(bào) 最終準(zhǔn)確掌握病蟲害的發(fā)生與發(fā) 展規(guī)律 為病蟲害的防治奠定良好基礎(chǔ) 3 2 農(nóng)用天氣預(yù)報(bào) 立足于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需求 在農(nóng)業(yè)氣象預(yù)報(bào) 氣候 預(yù)測 天氣預(yù)測的基礎(chǔ)上 采用農(nóng)業(yè)氣象定量評(píng)價(jià)技 術(shù)以及農(nóng)業(yè)氣象指標(biāo)體系來預(yù)測可能會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活 動(dòng)產(chǎn)生影響的天氣 制訂有效的防范措施 為農(nóng)業(yè)生 產(chǎn)提供針對(duì)性的氣象服務(wù) 如揭簾蓋簾 噴灑農(nóng)藥 開啟或關(guān)閉通風(fēng)口等 3 2 1 噴藥農(nóng)用天氣預(yù)報(bào) 溫室大棚內(nèi)的空氣濕度普遍較高 為病蟲害的發(fā) 生創(chuàng)造了有利條件 提前噴灑農(nóng)藥可起到預(yù)防病蟲害 的效果 噴藥的最佳時(shí)機(jī)是天氣晴朗 陽光充足的下 午 可提高農(nóng)藥的吸收率 噴藥的基本要求是下午蓋 簾之前農(nóng)藥能干 如果未干 隨著夜間大棚內(nèi)的濕度 不斷提高 農(nóng)藥會(huì)逐漸流失 不僅浪費(fèi)成本 而且還 影響噴藥效果 噴藥農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)有 3 個(gè)等級(jí) 適 宜 光照充足 天氣晴朗 可最大程度發(fā)揮藥效 較 適宜 光照較弱 多云 但農(nóng)藥可以在蓋簾前干燥 基本可以發(fā)揮藥效 不適宜 陰 雨 雪天氣 同時(shí) 沒有打開通風(fēng)口 大棚內(nèi)的濕度較高 不可噴藥 3 2 2 灌溉農(nóng)用天氣預(yù)報(bào) 在溫室大棚內(nèi) 灌溉是一種非常常見的農(nóng)事活 動(dòng) 灌溉次數(shù)最多的時(shí)間是蔬菜的定植階段 冬天為 了保持地溫 不適合頻繁灌溉 通常每 30d 灌溉 2 次 應(yīng)根據(jù)氣象條件來選擇灌溉時(shí)機(jī) 灌溉在增加墑 情的同時(shí) 也會(huì)降低地溫 提高大棚內(nèi)的空氣濕度 因此陰雨天不適合灌溉 最佳的灌溉時(shí)機(jī)是連續(xù)多日 的晴朗天氣 灌溉后大棚內(nèi)的地溫可以迅速回升 灌 溉農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)同樣分為 3 個(gè)等級(jí) 適宜 連續(xù)多天 晴朗 較適宜 多云 灌溉后地溫緩慢回升 不適 宜 寒潮 陰天 雨雪天 3 2 3 覆蓋農(nóng)用天氣預(yù)報(bào) 冬天 溫室大棚每天都要揭蓋草簾 還要根據(jù)溫 濕度和天氣變化來增減草簾 以滿足農(nóng)作物生長所 需 從 2020 年 10 月定植 到 2021 年 6 月結(jié)束生產(chǎn) 農(nóng)作物經(jīng)歷了顯著的溫度變化 高溫 低溫 高溫 夜間最低溫度甚至可達(dá)到 25 20 而且還會(huì)遭 受寒潮 暴雨 暴雪 大風(fēng)等惡劣氣候 通過覆蓋來 調(diào)節(jié)夜間的大棚溫度 保證棚內(nèi)溫度可以滿足農(nóng)作物 的需求 外界環(huán)境的變數(shù)較多 所以應(yīng)靈活選擇覆蓋 方式 覆蓋農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)指數(shù)如表 2 所示 表 2 覆蓋農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)指數(shù) 等級(jí) 名稱 氣象條件 備注 1 不覆蓋 外界氣溫 10 2 塑膜覆蓋 外界氣溫 5 10 夜間下雨 將大棚內(nèi)的最低溫度維持在 10 左右 3 單草簾覆蓋 外界氣溫 10 5 降雨時(shí)可以防止打濕草簾 4 雙草簾覆蓋 外界氣溫 10 影響保溫性能 5 加塑膜覆蓋 降雪 3 2 4 通風(fēng)農(nóng)用天氣預(yù)報(bào) 通風(fēng)指的是在大棚內(nèi)溫度能夠滿足農(nóng)作物生長需 求的情況下 為了避免高溫?zé)岷λ扇〉囊环N手段 同時(shí)還能降低大棚濕度 通風(fēng)農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)指數(shù)如表 3 所示 表 3 通風(fēng)農(nóng)用天氣預(yù)報(bào)指數(shù) 等級(jí) 名稱 氣象條件 備注 1 不宜通風(fēng) 棚內(nèi)溫度 20 陰雨天氣 2 輕度通風(fēng) 通風(fēng)口小 中午通風(fēng)時(shí)間 2h 多云天氣 通風(fēng)時(shí)保持棚內(nèi)溫度 20 3 正常通風(fēng) 通風(fēng)時(shí)間 2 4h 維持溫度 25 維持濕度 35 4 加強(qiáng)通風(fēng) 提前打開通風(fēng)口 中午開雙口通風(fēng) 4h 夜間關(guān)閉通風(fēng)口 避免高溫?zé)岷?5 全天通風(fēng) 夜晚不關(guān)閉通風(fēng)口 外界溫度最低 10 3 2 5 災(zāi)害天氣預(yù)警 參考預(yù)報(bào)信息和氣象災(zāi)害指標(biāo)對(duì)災(zāi)害的預(yù)警等 級(jí) 危害程度進(jìn)行判斷 然后通過災(zāi)害影像庫與防御 措施庫公布預(yù)警信號(hào) 防范措施 如表 4 所示 401 資源環(huán)境 農(nóng)業(yè)與技術(shù) 2021 Vol 41 No 16 表 4 氣象災(zāi)害的指標(biāo) 影響程度 防范措施 災(zāi)害類型 災(zāi)害指標(biāo) 影響程度 防范措施 低溫凍害 外界溫度 20 溫室溫度 0 喜溫作物出現(xiàn)凍害 強(qiáng)冷空氣侵襲 溫度驟降 導(dǎo)致棚內(nèi)溫 度過低 嚴(yán)重影響農(nóng)作物生長 甚至出 現(xiàn)凍害 導(dǎo)致作物品質(zhì)下降 覆蓋草簾 加溫 使用增溫 設(shè)備 維持大棚溫度 大風(fēng)災(zāi)害 5 6 級(jí)的大風(fēng)天氣 掀起草簾和棚膜 嚴(yán)重破壞大棚的保溫 功能 為棚膜加固 使用壓膜帶保 護(hù)膜面 大雪災(zāi)害 日降雪量達(dá)到大雪及以上等級(jí) 或者積雪深度 10cm 可將大棚壓塌 將草簾打濕 影響其保 溫功能 促進(jìn)凍害的發(fā)生 將棚頂膜面的積雪清理干凈 寡照 每天日照時(shí)數(shù) 2h 3d 為災(zāi)害 輕 4 7d 為中等災(zāi)害 8d 為嚴(yán) 重災(zāi)害 棚內(nèi)農(nóng)作物長勢(shì)弱 容易出現(xiàn)病蟲害 如果農(nóng)作物正處于結(jié)果期 還會(huì)導(dǎo)致作 物華而不實(shí) 減少產(chǎn)量 降低品質(zhì) 維持棚內(nèi)溫度的情況下掀起 草簾 盡量增加光照 高溫?zé)岷?春天 通風(fēng)不及時(shí) 棚內(nèi)溫度上 升出現(xiàn)熱害 農(nóng)作物的熱害指標(biāo) 茄子 45 黃瓜 40 番茄 35 延緩棚內(nèi)農(nóng)作物的生長速度 農(nóng)作物萎 蔫 甚至出現(xiàn)灼燒現(xiàn)象 將棚膜掀開 通風(fēng)降溫 4 結(jié)束語 綜上所述 隨著日光溫室分布不斷擴(kuò)大 在農(nóng)業(yè) 中所占份額不斷提高 對(duì)氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警服務(wù)的需 求更加迫切 信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展 極大地豐富了氣 象服務(wù)的方式 傳統(tǒng)的電話傳真服務(wù)逐漸轉(zhuǎn)向電子郵 件 APP 微博 微信公眾號(hào)等信息化形式 氣象災(zāi) 害監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用 增強(qiáng)了溫室大棚抵御氣象 災(zāi)害的能力 對(duì)于促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要作用 如何進(jìn)一步增加基于無線遠(yuǎn)程監(jiān)控站點(diǎn) 逐步形成針 對(duì)日光溫室環(huán)境的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò) 并將基于定點(diǎn)的觀測數(shù) 據(jù) 氣象部門的背景數(shù)據(jù)與地理信息系統(tǒng)更好地融 合 進(jìn)一步細(xì)化氣象災(zāi)害的指標(biāo)系統(tǒng) 使之能在更多 種類作物上推廣應(yīng)用 則是今后的重要研究任務(wù) 參考文獻(xiàn) 1 張有菊 王鵬 王華 等 溫室大棚番茄氣象條件分析及災(zāi)害防 御對(duì)策 J 農(nóng)業(yè)災(zāi)害研究 2020 10 02 112 113 123 2 吳偉光 劉建勇 劉星燕 等 淺談壩上溫室育苗氣象災(zāi)害監(jiān) 測預(yù)警系統(tǒng)的界面設(shè)計(jì) J 軟件 2018 39 09 149 151 3 李寧 李春 韓玥 等 天津市西青區(qū)日光溫室農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害 分析 J 北方園藝 2017 12 51 54 4 劉建勇 吳偉光 陳秉權(quán) 等 壩上溫室育苗氣象災(zāi)害系統(tǒng)預(yù) 報(bào)制作與輸出的自動(dòng)化設(shè)計(jì)淺談 J 軟件 2018 39 09 123 126 5 李淑艷 張艷芳 何麗娟 日光溫室氣象災(zāi)害防御措施 J 農(nóng)民致富之友 2018 10 27 責(zé)任編輯 賈燦 501