解码风云录，预警又预防，为设施农业站好这道岗！
设施农业作为推动农业科技与传统农业相结合、带动农业转型升级的形式，已经成为中国现代农业发展的重要标志。中国的设施农业开始于20世纪80年代，经过30多年的发展，已经成为世界设施农业生产大国，面积和产量位居世界第一。在设施农业蓬勃发展的同时，灾害性天气对农业设施的危害是显而易见的，尤其是极端气象要素，如高温、低温、寡照、大风、大雪等对设施农业有着重要的影响。在全球气候变化背景下，极端天气和气候事件频发，严重制约着中国设施农业的可持续发展。该文对中国设施农业气象灾害最新的研究进展进行总结，以期为提高中国的设施农业气象服务水平、增强设施农业防灾减灾能力提供科学依据。
设施农业气候资源
在全球气候变化的大背景下，设施农业气候资源也在发生显著的变化，及时掌握设施农业气候资源的第一手数据和动态，对设施农业气象灾害的防御具有重要意义。近年来的多数研究表明，随着气候变暖，温度主要呈上升趋势，多数地区的温度条件利于设施农业的开展，低温灾害发生的次数较少、强度较弱，但也有部分区域由于温度波动较大，设施农业的管理难度增加。日照时数普遍出现了下降趋势，寡照在多数地区造成了更严重的设施农业灾害。在天津近郊，寡照甚至成为影响设施农业生产的首要气象灾害。另外，低温、连阴雨、大风、强降雪等极端天气在不同地区也呈现出频次增加的变化趋势，从而大大增加了设施农业生产的风险。
灾害指标与监测预报预警
设施农业不同于传统的大田作物耕作方式，气象要素对设施农业的影响方式和程度与大田农业也明显不同，因此针对设施农业研究气象灾害指标并进行监测预报预警，是设施农业气象灾害预防与管理的前提。郭小芹等引入极大风速和最大风速，采用双条件约束确定了设施农业风灾的4个等级指标。侯伟采用室内和大田试验相结合的方法，构建了海口地区棚栽西瓜不同生育期的低温寡照气象灾害等级指标。贺红梅等采用线性回归分析建立大棚内外最低气温预报模型，并结合冻害调查和预报结果，确定了大棚蔬菜苗期、花果期冻害等级指标及相应的预报服务指标。张波利用风洞试验和计算流体力学（CFD），研究了日光温室和塑料大棚的风压分布规律，构建了基于能量平衡的设施表面积雪模型，确定了设施农业风、雪灾害等级指标。在设施农业气象灾害监测预报预警方面，徐高威等融合了短距离无线通信技术ZigBee和GPRS技术的优势，实现了设施农业实时气象信息的采集与发布。杨飞采用STM32开发平台，搭建了设施农业自动气象站的硬件电路系统，设计了气象数据通信电路和TCP/IP的通信协议，并通过Fatfs文件系统，实现了数据的查询与下载功能，实时监测数据的高效处理为设施农业气象灾害的预报和预警工作提供了基础和保障。薛晓萍等对比了B P神经网络、逐步回归和能量平衡原理构建的3种温室内气温预报模型，结果表明，逐步回归方法是目前气象业务中更适用的温室小气候预报技术方法。黎贞发等开发了第2代节能日光温室气象监测与灾害预警系统，该系统集温室小气候自动监测、数据远程采集、温室小气候模拟、产品制作与发布、灾害预警于一体。
风险评估与区划
设施农业气象灾害风险评估与区划是进行设施农业合理布局和管理的重要手段。近年来，中国学者围绕低温、高温、寡照、大风、暴雨等常见的设施农业气象灾害进行了风险评估和区划研究。如陈思宁等基于自然灾害风险理论，在确定黄瓜低温冷害致灾指标的基础上，对天津日光温室不同发育期黄瓜低温冷害进行了风险评估。杜子璇等采用信息扩散方法和GIS技术对河南设施农业黄瓜寡照灾害进行了时空分布规律的研究，并进行了风险评价。杨再强等基于实数编码的加速遗传算法，建立了中国南方塑料大棚气象灾害的投影寻踪等级评价模型，计算出南方塑料大棚的气象灾害月份和季节的风险等级，并按季节进行了低温、寡照、暴雨、大风四种设施农业气象灾害的风险区划。
智能化控制
随着控制技术的不断发展和完善，智能化控制成为近年来设施农业发展的新方向，也是设施农业可持续发展的重要途径。目前中国设施农业和气象有关的智能化控制主要集中在光照、温度、CO2浓度、湿度等气象因子上。智能控制是使用类似于专家思维方式建立逻辑模型，模拟人脑智力的控制方法对各种气象因子的调控设施进行控制。智能控制的核心是控制算法，控制算法是确保整个系统稳定运行和精良控制的基础。中国常见的设施农业智能化控制算法主要有模糊控制、神经网络控制、专家控制系统、遗传算法、仿人智能控制等。设施农业的智能化控制是主动防御气象灾害的重要方式，具有广阔的发展前景。总体而言，中国的设施农业智能控制技术较国外发展晚，在控制算法、技术和成本等方面与国外的先进技术都存在较大的差距。
结论与展望
近年来，随着设施农业的快速发展，中国的设施农业气象服务，尤其是防灾减灾工作有了长足的进步，从以前被动的“防”到现在主动的“管”，为设施农业的可持续发展提供了可靠的基础和保障。设施农业气象灾害工作是一个系统工程，农业气候资源和风险评估与区划研究是防灾减灾工作的基础，灾害指标与监测预报预警是防灾减灾工作的前提和核心，而智能化控制则是防灾减灾工作的保障和发展方向。这四个研究领域是农业气象防灾减灾工作的重要方面，但是和国外的先进技术和管理经验相比，中国的设施农业气象灾害研究还有较明显的差距，尤其是在设施农业灾害指标的精确性和针对性、预报预警的精度和时效性以及智能化控制系统的研发和推广等领域。今后要整合高校、科研院所的科技优势，加强农业、计算机、机械工程、信息技术等多学科的合作，增加经费投入，加大政策的落实力度，从而促进设施农业气象服务的健康快速发展。
作者：李兴阳，黄冬梅（天津市静海区气象局）
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