我国农业气象业务引入作物生长模型的前景

国外作物生长模型已广泛应用于农业生产及其相关领域。我国作物生长模型的应用研究也日益成熟。目前，正从研究阶段向业务应用推广阶段转变。为了阐述作物生长模型在农业气象业务中的应用前景，以WOFOST模型为例，简要介绍了国外作物生长模型的核心模块、主要功能和应用现状。在此基础上，分析了我国现行气象业务可为开展作物生长模型应用提供的数据支持，存在的问题以及解决方案。指出作物生长模型在拓展当前我国农业气象业务领域和提升农业气象服务水平等方面前景广阔。     

新一代农作物生长气象影响评估及产量预测模型业务应用开发与推广

中国气象局新技术推广项目“新一代农作物生长气象影响评估及产量预测模型业务应用开发与推广”（CMATG2004M13），针对国家农业气象业务部门要求提高业务服务科技含量水平的需求，开展了面向生长过程、机理性强的新一代农业气象模型的业务应用推广研究。该项目在对引进国外著名作物生长模型WOFOST（玉米）、ORYZA（水稻）和ARIDCROP（冬小麦）进行本地化的基础上，较好地解决了作物生长模型的区域化等关键技术，研制开发了可在区域尺度应用的东北玉米、     

近年来我国农业气象灾害预报方法研究概述

概述了近年来我国农业气象灾害预报方法研究的进展，介绍了当前正在探讨的一些新技术，并就今后发展的若干关键技术问题提出一些看法。指出①我国农业气象灾害预报方法基本以数理统计模型为主。近年来在多种统计方法的应用、气候模式与农业气象模式结合、信息技术的应用、作物生长模拟模型的应用等方面取得了一些成果。但总体上说，农业气象灾害预报研究还不很成熟。②当前农业气象灾害预报应在指标的针对性，统计模型因子的物理概念和生物物理机理、数学模型和资料处理方法以及基于作物生长模拟模型的农业气象灾害预报方法等方面加强研究。③多学科交叉、多种预报方法结合、长中短期预报相结合、动态预报和补充订正相结合、卫星遥感动态监测信息与预警模式相结合是开展农业气象灾害预报的有效途径。建立预警业务系统，开展预警服务势在必行。     

《气象科技》2001年增刊简介

为了向广大读者介绍近来年我国农业气象情报预报业务和科研成果，《气象科技》编辑部将于2001年9月出版增刊一期。增刊的论文内容主要包括以下几方面：①Windows平台的农业气象情报预报业务服务系统的设计与开发，Maplinfo在农业气象业务服务中的应用和基于GIS的作物长势卫星遥感监测服务系统；②我国主要粮食作物产量气象影响的评价模型；③2000年我国粮食作物大幅度减产原因分析；④2000年农业气象条件对水稻、小麦、玉米、大豆、棉花等作物的影响；⑤近年国外农业气象情报、预报科研和业务进展概况。 《气象报技》编辑部 (边益)     

中国农业气象灾害监测预警系统建设

中国气象局多轨道业务建设项目"中国农业气象灾害监测预警系统建设"2007年取得了可喜成果.其中,"基于作物生长模拟模型的作物产量动态预报业务技术应用研究"对东北玉米、华北冬小麦和江南双季稻生长模拟模式及参数区域化技术进行了改进,完善了各类作物产量动态预测方法,初步建立了产量预测模型,探讨了该模型与当前业务系统连接过程中实时资料获取渠道及替代解决方案,最终研制完成了省级业务应用系统版本."东北玉米低温冷害监测研究"在前人单一监测和评估指标     

作物模拟模型在农业气象业务应用中的研究初探

针对农业气象业务的需求，利用东北地区1971～2000年5个代表气象站的气象资料和作物资料，应用玉米生长模拟模型评估东北区域气象条件对玉米生长发育及产量形成的影响。探讨了作为评价标准的平均气候状态下平均模拟生物量的确定方法，提出了从生物量变化、温度和水分条件影响等方面进行实时动态评价和全生育期农业气象条件综合评价的方法，给出了实际评价个例。验证结果表明该方法是可行的。     

国外作物模型区域应用研究进展

文章针对目前作物模拟模型从单点和田间尺度应用于更大区域尺度的问题，介绍了诸如模型数据标准化，模块化建模，作物模型和天气发生器结合，作物模拟和地理信息系统结合，作物模型与遥感技术结合，区域升尺度连接，基于Web的建模等作物模型区域化应用中技术问题及当前作物模型区域应用的研究进展。     

中国农业气象业务系统(CAgMSS)设计与实现

中国农业气象业务系统(CAgMSS)是基于C/S架构,研发的面向国家级和省级农业气象服务的业务工作平台,主要包括农业气象监测评价、作物产量预报、灾害监测评估、农用天气预报等子系统,是农业气象业务的基础性软件。系统融合现代信息技术和农业气象业务技术,实现了全部子系统数据管理、模型运算、产品制作等业务流程的一体化。系统采用大型关系型数据库规范了农业气象各类业务数据,基于插件技术集成各项业务功能,实现多元数据、多指标、多模型在农业气象监测、评价、预报等领域的综合应用,提高了农业气象产品的定量化、精细化、客观化水平。系统于2012年投入业务应用,基于该系统制作的农业气象情报、作物产量气象预报、农业气象灾害影响评估、关键农时农事气象保障等服务产品,在指导全国农业生产和防灾减灾中发挥了重要作用,明显提高了农业气象业务能力和业务工作效率。     

国家级现代农业气象业务技术进展

农业气象业务技术是开展农业气象服务的基础和前提,因此,农业气象业务技术的研发一直是国家级农业气象业务服务的核心工作。近年来,国家级农业气象业务技术已逐步迈向精细化、定量化,涵盖了农业气象监测评价、作物产量预报、农业气象灾害监测评估与影响预报、农用天气预报、农林病虫害发生发展气象等级预报等诸多领域。随着农业气象业务技术的发展,支撑农业气象服务的客观产品更加丰富和多样化,既有站点产品,又有格点产品,涵盖了日、周、月、季、年等不同时间尺度。以农业气象指标、数理统计模型、作物生长模拟、卫星遥感、地理信息系统、大数据等技术为核心的国家级农业气象业务平台（CAgMSS）已成为全国农业气象业务系统的重要品牌。面向现代农业发展对气象服务日益增长的需求,精细化、精准化的农业气象灾害监测与风险评估技术、作物长势评估与产量预报综合集成技术、农业应对气候变化技术以及农业气象大数据挖掘与人工智能技术将是未来国家级农业气象业务技术发展的重点。     

中国农业气象模式(CAMM1.0)构建与应用

为发展适宜中国区域农业种植特点的农业气象模式,基于国外作物生长模拟方法,通过模式机理过程改进或重构以及应用方式革新,建立了中国农业气象模式（Chinese AgroMeteorological Model version 1.0,CAMM1.0）。CAMM1.0利用平均温度和土壤水分改进了作物发育进程模式,利用土壤水分改进了作物叶片光合作用、干物质分配和叶面积扩展过程模式,通过蒸发比法扩展了作物蒸散过程模式;自主建立了基于发育进程的冬小麦株高、基于遥感信息的作物灌溉、遥感数据同化、作物长势与灾害评价等模式。基于互联网技术构造了实时运转平台,主要功能包括作物生长过程实时常规模拟与用户个性化定制模拟。CAMM1.0的部分子模式采用多种方法构造,便于多模式集成。CAMM1.0对作物发育进程、光合过程、株高的模拟效果较好,但对土壤水分变化过程的拟合略差,模拟产量略偏低。CAMM1.0评价淮河流域夏玉米年际干旱减弱而涝渍增加的趋势与实际基本相符。     

中国气象科学研究院农业气象研究50年进展

该文在简要回顾20世纪我国农业气象学科发展历程基础上, 重点阐述了50年来中国气象科学研究院在农业气象各主要研究领域, 包括农业气候资源与区划、农业产量气象预测与卫星遥感估产、农业气象灾害、气候变化影响评估、作物生长模拟与模式以及农业气象情报信息服务等所取得的若干重大进展, 并从当前面临的挑战与机遇出发, 探讨了中国气象科学研究院未来发展中在农业气象研究领域的可能热点趋势。     

不同方法在湖南省早稻产量动态预报中的比较

为了提高产量趋势预报的准确性和定量预报的准确率,利用1962—2002年气象、早稻产量和田间观测资料,建立基于气候适宜度、关键气象因子、作物生长模型的湖南省早稻产量动态预报方法,进行回代检验;并利用2003—2012年资料进行预报检验。分析表明:3种方法的预报准确率比较接近,平均在93.8%以上;基于气候适宜度预报方法的趋势预报准确性最高,较基于关键气象因子的预报方法高4%~6%;基于作物生长模型预报方法的误差5%以内样本百分率最高,较基于气候适宜度的预报方法高2%~20%。研究结果为湖南省早稻产量动态预报筛选出了较优的方法,即产量趋势预报选用基于气候适宜度的方法,定量预报选用基于作物生长模型的方法,同时可供我国其他早稻区的产量动态预报方法研究借鉴。     

基于WebGIS的农业气象业务平台的设计与实现

农业气象业务平台的建设对于保障农业由传统农业向高产、优质、高效、生态、安全和可持续发展的现代农业加快转变具有积极意义。以浙江全省地面气象观测网数据为基础,结合精细网格化气象要素预报产品、农业气象诊断指标、作物分布信息,研发了以气象指数为主的14类农业气象灾害监测预警指标、6类作物农用天气预报指标和水稻等作物生长发育动态诊断模型;基于B/S结构和ASP.NET开发平台,遵循SOA架构原则,采用C#、Java等计算机语言研制了基于WebGIS的浙江省省、市、县三级应用的农业气象业务平台。该平台集成了气象学、统计学、农学等研究领域的算法和模型进行跨领域数据分析,具备强大的定量及定性分析功能,平台操作简便、功能灵活,且支持自主构建评价体系,目前已经在浙江省省、市、县三级气象部门推广应用。     

基于遥感信息的华北冬小麦区域生长模型及模拟研究

卫星遥感估产和作物生长模拟在作物监测和产量预测方面有各自不可替代的优势。但是,遥感估产难以揭示作物生长发育和产量形成的内在机理,作物模拟在区域应用时初始值的获取和参数的区域化遇到很多困难。如何利用二者的互补性使其相互结合受到人们关注。该文在Wofost模型本地化和区域化的基础上,首次利用同化法的思路探讨了MODIS遥感信息与华北冬小麦生长模拟模型结合的可行性和方法,初步建立了潜在生产水平(水分适宜条件)下区域遥感-作物模拟框架模型(WSPFRS模型)。模拟结果显示:WSPFRS模型对区域尺度的出苗期重新初始化后,模拟的开花期、成熟期空间分布的准确性比Wofost模拟结果有所改进;利用遥感信息对区域尺度上返青期生物量重新初始化后,模拟贮存器官干重的空间分布更接近实际单产的分布,贮存器官干重的高值区与实际高产区基本相符。该研究将为下一步实际水分供应条件下基于遥感信息的冬小麦区域生长模拟研究奠定了基础。     

Establishment of Winter Wheat Regional Simulation Model Based on Remote Sensing Data and Its Application

Accurate crop growth monitoring and yield forecasting are significant to the food security and the sus- tainable development of agriculture.Crop yield estimation by remote sensing and crop growth simulation models have highly potential application in crop growth monitoring and yield forecasting.However,both of them have limitations in mechanism and regional application,respectively.Therefore,approach and methodology study on the combination of remote sensing data and crop growth simulation models are con- cerned by many researchers.In this paper,adjusted and regionalized WOFOST (World Food Study) in North China and Scattering by Arbitrarily Inclined Leaves-a model of leaf optical PROperties SPECTra (SAIL-PROSFPECT) were coupled through LAI to simulate Soil Adjusted Vegetation Index (SAVI) of crop canopy,by which crop model was re-initialized by minimizing differences between simulated and synthesized SAVI from remote sensing data using an optimization software (FSEOPT).Thus,a regional remote-sensing- crop-simulation-framework-model (WSPFRS) was established under potential production level (optimal soil water condition).The results were as follows:after re-initializing regional emergence date by using remote sensing data,anthesis,and maturity dates simulated by WSPFRS model were more close to measured values than simulated results of WOFOST;by re-initializing regional biomass weight at turn-green stage,the spa- tial distribution of simulated storage organ weight was more consistent with measured yields and the area with high values was nearly consistent with actual high yield area.This research is a basis for developing regional crop model in water stress production level based on remote sensing data.     

遥感信息与作物生长模型结合研究进展北大核心

遥感能周期性地获取大范围的地表作物信息,通过适当的反演方法能够定量地提供作物在区域尺度上的生长状况;而作物生长模型可以在单点尺度上模拟出作物生长发育的动态变化,对作物长势以及产量变化的做出机理性解释。将遥感信息与作物生长模型结合能实现二者优势互补,已成为目前作物长势监测和估产研究中的重要方法。本文总结了遥感信息和作物生长模型结合的两种主要方法,即驱动法和同化法,介绍了两种方法的常用算法、优缺点及国内外的应用情况,同时总结了将二者结合的研究趋势以及目前研究中存在的一些问题,旨在为后续遥感信息与作物生长模型结合的研究提供一定理论参考。     

中国小麦生长模拟模型研究概述

伴随着系统科学和计算机技术的发展,作物生长模拟模型研究从20世纪60年代开始迅速发展起来,目前已成为当今农业科学中一个新的研究领域.在简要总结作物模拟技术的特征及分类的基础上,介绍了我国小麦生长模拟模型与其应用的研究状况,并对模拟研究中遇到的问题及今后应开展的工作进行了阐述.     

作物发育模式重构及基于甘蔗的模拟检验

发育进程是作物的生理年龄,发育模式是作物生长模型的时间指针。但目前的发育模式只关注某时段（日）气象条件对作物发育的影响,其准确率也难以满足作物生长模拟的需求。根据作物发育速率不仅与气象条件有关、还与其所处发育期有关的理论假设,重构发育进程模式,并利用1980—2019年我国甘蔗发育实测数据进行模式适应性分析,比较传统模式与重构模式的模拟能力。结果表明:重构模式中,发育单位日序模式和温度日序模式对甘蔗发育进程的适应性均较好,尤其在后期温度不断降低的发育进程以及低温年型的模拟中,其适应能力明显优于传统模式。重构及传统模式模拟能力从强到弱依次为发育单位日序模式、温度日序模式、响应适应模式、发育单位模式、发育单位温度修正模式、热量单位模式,均方根误差计算的模拟能力值依次为4.3,3.9,3.7,3.3,3.0,2.8。