農業氣象學

遠在3000多年前，人們已認識到春夏秋冬的季節變化及其農業意義。中國古代著作中早就有“春耕、夏耘、秋收、冬藏”和“不違農時”的論述；公元前已有二十四節氣和七十二候的記載（見中國農業氣象史）。在西方，公元前希臘人也已能根據氣候變化確定一年中農事和航海時間，並有了兩分兩至的記述。

作為一門學科，農業氣象學是在19世紀末葉農業科學和氣象科學發展的基礎上逐步形成的。當時，一些科學家為使農作物獲得高產和合理利用氣候資源，曾應用氣象學的成果來探討作物生長與氣象條件的關係，並根據光熱水條件進行農業氣候區劃等。進入20世紀后，西歐、蘇聯、北美和日本等國家和地區相繼建立了農業氣象機構，開展各項農業氣象服務和試驗研究工作，並在農業氣象指標鑒定、農業氣候資源分析與區劃、農業氣象情報和農業氣象預報服務方面取得較大進展。

中國現代農業氣象學的研究始於20世紀初葉。1922年竺可楨《氣象與農

業的關係》、1945年涂長望《農業氣象之內容及其研究途徑述要》等文都提到了農業氣象研究的作用與任務。中華人民共和國成立后，農業氣象的研究、業務和教育機構逐步建立，農業氣象觀測、試驗研究以及農業氣象情報、預報和農業氣候服務工作逐步開展，並培養了一批專業人才。70年代以來，世界農業氣象學開始向定量化方向發展，氣象學觀點被應用於探討農業生產中的物質輸送與能量轉換問題。同時，農業污染的氣象問題、農業氣象災害的預防、沙漠化評價和防治的農業氣象問題以及高空生物學的氣象問題等日益受到重視。隨著系統分析、模式建立和各種模擬實驗的進行，計算機技術的發展和遙感技術的應用，農業氣象研究更趨精確，服務工作更加廣泛有效。

氣象條件與農業生產

農業生產對象所處的外界環境，垂直尺度並不大。就植物而言，其上部邊界最高不過幾十米，下部邊界深入土壤只限幾米。這一範圍的環境條件與生物有機體相互聯繫相互制約，可看作一個系統：土壤-植物-大氣系統。這個系統內的狀態和有關機制決定了植物的生長發育和產量形成。動物的參與形成新的系統。通過對這個新的系統的調節與控制，最終形成動物產量。在這個系統中，太陽輻射、溫度、水分、空氣等氣象因子既作為農業環境條件之一，影響農業生產；又為生物有機體的生長發育提供所必需的物質和能量，並通過影響自然環境中的其他因子間接地作用於農業。氣象因子的不同組合對農業生產產生不同的影響。只有當這些因子的組合處於最優狀態時，才能使農業產品獲得最高的經濟效益。反之，任何一個因子的不足或過量都對農業造成損害。“風調雨順，五穀豐登；旱澇風凍，減產失收”，是中國古代對於氣象與農業之間密切關係的概括。

農業生產也反過來影響氣象條件。人們的生產活動是形成農業小氣候的重要因子之一。很多農業氣象災害往往通過採取一定的農業措施得以減輕或防止。人類大規模地改造自然的工作，如大規模的水利建設、防護林帶的營造等都會影響一定地區內的天氣、氣候狀況。由農業技術措施造成的影響有時甚至可以大於鄰近地區天氣、氣候的自然差別。

農業生產與氣象條件的相互作用實際上是以多種尺度交錯進行的。因而在農業氣象的研究和服務中，也常根據不同的對象劃分各種尺度。全球氣候決定大的生物群落，即大尺度；相應的農業氣象內容有農業氣候帶的形成與分佈，農業類型、結構及其布局中的氣象問題等。全球氣候中所包含的地方氣候決定植物群落和它的群叢以及它們的生長速度，即中尺度；相應的農業氣象內容有種植制度和作物合理布局的氣象問題、地區的農業氣候區劃等。群落中小區域群體所形成的小氣候，即小尺度；相應的內容有農業小氣候、農業設施和農業技術措施的氣象效應等。植物器官（如莖、葉、花等）所貼近的氣層可稱為表面氣候，即更小尺度；相應的內容有蒸發抑製劑、塗白劑的氣象效應等。表面氣候性質又影響植物體內（如組織）的溫度、細胞間的二氧化碳濃度，這些可稱為體內氣候，即最小尺度；相應的內容有小麥凍害、水稻花器管受害、作物抗旱性等。

20世紀70～80年代，農業氣象的研究與服務已涉及各個尺度，但主要還是在中小尺度內進行，並因研究對象和角度的不同而逐步形成各種分支學科。

按農業生產對象，可分為作物氣象、畜牧氣象、森林氣象、漁業氣象、蠶業氣象、養蜂氣象等。由於這些分支的建立與發展有先有后，與氣象關係的密切程度也各有不同，當前它們並不處在同一水平上。按農業氣象學原理和應用的研究重點，還可分為農業氣象學基本原理、農業氣候、農業氣象預報、農業小氣候、農業氣象觀測試驗等。

在具體實踐中，農業氣象研究工作大致有下列幾方面：

①鑒定農業生產的對象和過程對氣象條件的要求和反應，以及它們對氣象條件的反饋作用，從而提出農業生產中的氣象問題及其對策。

②研究、制訂農業氣候資源區劃，為發展農林牧副漁各業、改革種植制度、引進優良品種以及實施重大農業技術改革等提供氣象學依據。其中，農業地形氣候的研究對開發山區、發展多種經營，水土保持，保護和改善生態平衡尤其具有重要意義。

③進行農業氣象災害規律及其防禦措施的研究。主要是觀測受害癥狀和受害時期，確定受害指標，探討受害機制，分析災害規律，發布災害預報，研究防禦措施的氣象效應等。

④農業氣象預報和農業氣象情報。包括農用天氣預報、產量預報、農田土壤水分預報等。其中，在應用遙感技術和電子計算機網路的基礎上，與觀測資料傳輸相結合，進行數值模擬並逐步建立農業氣象服務自動化體系，已成為農業氣象為農業服務的主要形式之一。

⑤農業小氣候的研究。直接影響農業生產的實際上是生產對象所處的小氣候環境，大氣候的變化通過小氣候環境才能影響農業生產對象的生長發育及其產量，農業小氣候的利用、調節和改造，是農業氣象研究工作中的一項長期的重要任務。

⑥進行農業氣象觀測儀器與試驗研究方法的研究，以不斷提高農業氣象服務工作的質量和試驗研究的水平。

研究農業生產對象及其生產過程與氣象條件相互關係的方法。對農業生產對象的生長發育、產量形成和相應的農業氣象要素進行平行觀測和分析，是進行農業氣象試驗研究的基本途徑。在實際運用時常藉助氣象學、生物學、數學、物理學和地理學等學科的理論和技術。一般要經歷資料的獲取、整理和分析 3個過程。每個過程所選用的技術方法的科學性、代表性及比較性都將直接影響研究的效果。

資料獲取 取得資料數據是研究工作的基礎，它對研究結果往往有決定性的影響。目前取得資料數據常用的研究方法大致有人工環境模擬、自然環境試驗、野外考察和遙感信息分析、農業氣象數值模擬5類。

資料整理 農業氣象資料的整理包括資料的審查、訂正以及各種特徵數的統計等，具體內容視研究目的和分析要求確定。

資料分析 農業氣象資料分析技術主要有：①統計分析方法。包括數理統計學方法、模糊數學分析法等。②數理統計學方法。即將生物的生長、發育和產量變化和氣象條件之間的關係，看作是隨機變數，利用相關和回歸等分析方法建立統計模式。一元或多元回歸方程式、積分回歸方程式，兩個或多個函數的階乘函數式是常見的統計模式。③模糊數學方法。即應用近代數學的模糊集概念，用綜合隸屬函數擬合、模糊類型識別、相似分析、聚類分析、綜合評判等方法來研究農業氣象中諸如農業氣候區劃、資源評價、作物氣候適應區、產量年景展望等模糊性問題。④數學物理方法。即以生物學過程的物質輸送和能量轉化與平衡為基礎，根據實測（或計算）數據用數學物理方程式來模擬生物的生長、發育、產量形成過程。這類模擬理論或動力學模式通常比統計學模式更能揭示生物和氣象條件間的內在機制。⑤對比分析方法。即對較為簡單的農業氣象問題，直接根據獲得的平行觀測數據或相應圖表，分析氣象條件對生物有機體生長發育、產量變化以及某些農業技術措施的利弊關係，從而得出有關的定量指標。方法簡單，結果也較直觀可靠。

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