郭宇恒 张佳睿 王泓月

（1.东丰县气象局，吉林 东丰 136300；2.白山市长白朝鲜族自治县气象局，吉林 长白 134400；3.长岭县气象局，吉林 长岭 131500）

0 引言

2022年中央一号文件提出，守住耕地红线、保障粮食安全是“十四五”发展时期各项农业工作的基础。这说明农业气象服务体系建设的落脚点是提高农业质量效益和竞争力。结合当前创新型社会构建需求，设计与应用农业气象服务体系时要引入现代化和智能化技术，创新自然灾害防御工程，全力保障农业可持续发展。如何加快农业气象服务体系建设脚步成为吉林省相关部门现阶段需要着力解决的问题。

1 吉林省农业气象服务体系建设情况

吉林省于20世纪60年代着手构建农业气象服务体系，并初步形成科研队伍，研究结果服务于有机水稻、大豆、玉米等粮食作物栽培，为制订防雹、防霜、抗寒、抗旱策略提供支持。进入20世纪80年代，随着技术的不断发展，吉林省农业气象研究队伍在收集和分析经验资料的基础上给出的农作物产量预报更为精准［1］。20世纪90年代至今，吉林省农业气候服务体系已初具规模，能够提供多项服务。

1.1 防灾减灾体系

吉林省各县市根据《气象数据服务接口规范》（QX/T 618—2021），建立了“一本账”“一张图”“一张网”“一把尺”“一平台”和“一队伍”，能够重点体现发展价值的是“一本账”“一张图”和“一把尺”［2］。各县市整理各类气象防灾减灾数据后，如旅游景区数量、地质灾害隐患点、山洪沟等，将其传输至基础数据库，形成“一本账”。基于气象局给出的防灾减灾地图模板，各县市将山洪沟位置、洪水隐患点、河流、易燃易爆场所、交通信息、区域遥感影像图等整合成“一张图”，作为防御计划实施的指导性信息。打造“一张网”是将各类预警信息及时精准传送的必要手段。目前，吉林省气象预警信息发布渠道已拓展至钉钉、微博、微信、抖音等多种媒介，并逐步形成能够实时传递防灾减灾气象信息的“一张网”［3］。

1.2 信息服务体系

信息服务体系作为一个安全稳定的平台，主要涵盖气象灾害监测评估、动态产量预报、地理信息系统（Geographic Information System，GIS）功能拓展、农作物生长模拟、情报数据和农业气象预报等功能。该系统能够在获取气象信息的前提下，综合分析农业专家意见和气象灾害风险，进而得到农业气象灾害评估、农业生产建议和农业天气预报，实现气象为农服务。

1.3 预报预测体系

预报预测体系包含气象观测和预报两个版块。其中，气象观测版块能够提供作物实景、农田小气候、地下水位、土地墒情等信息，自动化水平大幅提高。预报版块则能够提供农事活动期气象服务。例如，在将暴雨洪涝灾害等成灾区域精准划分后，生成灾情数据库，并利用GIS技术为农业生产安排提供适宜性建议。除此以外，预报版块还包含MICAPS处理平台，可借助局域网共享数据预报产品，通过预处理新一代雷达资料、卫星云图资料、自动站观测资料和数据预报产品资料，为气象信息加工预报系统提供支持［4］。

2 基于SWOT分析的吉林省农业气象服务体系建设战略选择

采用SWOT分析法对吉林省农业气象服务体系建设情况加以分析，具体结果如下。优势（S）包括信息服务产品送达及时、人工影像技术不断发展、灾害防御能力提升、预报系统优化、农业观测水平提高。劣势（W）包括应对突发灾害能力较弱、创新机制完善程度不高、农业气象服务覆盖面窄、气象观测技术创新不足、技术型气象人员缺乏。威胁（T）包括国际大环境改变、资金不足、宣传力度不足。机遇（O）包括政策向民生倾斜、现代化农业体系建设不断推进、经济高质量发展、气象领域不断发展。根据上述分析，笔者构建了如表1所示的吉林省农业气象服务体系建设SWOT矩阵。

表1 吉林省农业气象服务体系建设SWOT矩阵

由分析可知，吉林省农业气象服务体系建设的机遇与优势较为明显，能够有效推进健康发展机制的生成。因此，笔者主要以图1所示的S+O战略作为优先发展战略，以完善和优化农业气象服务体系为工作重心，提供高水平服务产品［5］。

图1 吉林省气象服务体系战略区位选择

3 基于SWOT分析的吉林省农业气象服务体系建设实例研究

3.1 辽源市气候概况

辽源市处于东经124°51′～125°49′、北纬42°17′～43°13′，属于温带大陆性季风气候，四季分明，夏季湿热多雨，冬季寒冷干燥且相较于夏季更为漫长；年平均气温5.4 ℃，年最低气温-35 ℃，年最高气温37 ℃；平均无霜期140 d，冰冻期193 d，深度可达1.5 m；年平均降水量666.5 mm，降水集中于7—8月，最大日降水量104.3 mm。辽源市全年多西南风，其中冬季静风期占比较大（约为34%），最大风速12 m/s，平均频率为26%。

3.2 辽源市农业气象服务体系基本框架

3.2.1 气象观测网络。辽源市气象部门建立了农田小气候自动观测站、积雪重量观测站、桃花水人工观测站和自动气象观测站，提供地温、气压、温度和降水量等实时信息，并将所观测的作物生育管理期的二氧化碳浓度、日照强度、土壤温湿度、环境温度等信息上传至数据库，生成管理数据统计折线图［6］。

3.2.2 气象预报网络。当地气象部门设计短时预报模块，参照雨量站、自动观测站所提供的资料，生成临近短时气象预报。工作人员利用人机交互工作站，结合整个高空和地面观测资料，制作地面、高空天气图，为农户提供包含温度和降水等关乎农业生产的播报产品。气象部门综合利用雷达图像和卫星云图，精准预测天气情况，监测在短时间内是否会出现大风、暴雨、暴雪等极端恶劣天气［7］。

3.2.3 气象决策服务。政府及农业部门制定农业发展决策时需要基于相关气象信息，如《气象信息专报》《气象信息周报》《降水量通报》《春耕气象服务专报》等，结合农户种植农作物种类等情况，向农户和政府有关部门按时发布各类气象信息，以此支持发展决策意见的制定。

3.2.4 气象灾害预警。辽源市气象部门在召开农业防灾减灾会议的过程中，总结气象灾害数据库所提供的信息，评估此工作阶段霜冻、干旱和洪涝气象灾害发生的风险，确定风险等级，编写气象灾害应急预案。这要求工作人员尽早应用人工干预的办法，改善农业生产不利条件，降低灾害影响程度。

3.3 农业气象服务体系创新服务

辽源市气象部门相关人员在深度学习现代化和智能化技术的背景下，利用多种先进技术，尝试创新农业气象服务体系，力求提供创新服务。

3.3.1 气象业务模型超市。辽源市气象部门总结研究成果和实际生产信息，设计气象监测预警模型，联合机械学习应用引擎、空间分析模型、多元拟合方程和指数等级模型，采用可拖曳节点建模方式，求出气象数据资源均值、和值、最大与最小值，并引入GDAL类库和集合算法，构建农业气象业务应用模型。气象部门在政府支持下为服务体系研发人员提供政策和资金支持，鼓励其实地开展研究工作，尝试将模型应用于实践作业中［8］。辽源市气象部门根据应用中所获取的参数，检验原模型超市的完备性和精准度，围绕当地特色农产品，如玉米、草蘑、松伞、有机大米等，输出灾害影响评估、气候资源区划、病虫害发生发展分析、农业气象指数保险、农业气象灾害指标和作物产量预报数据信息，指导农户开展农业生产活动。

3.3.2 人工智能惠农互动。人工智能（Artificial Intelligence，AI）可视化惠农模块的构建需要先对农业气象研究文献进行分析，生成基础知识、学科结构和研究前沿可视化知识体系，以此体系作为设计知识图谱的基础，再加入关系、属性和实体定义。该模块通过采集结构化、解析半结构化和抽取非结构化数据完成数据收集工作，将知识图谱与数据库整合，进入提取、清洗和存储知识环节，最终经过知识分析，基于Cypher查询语句作为问答搜索SQL，实现智能问答和知识查询。农户通过在线提问，由机器人回答与气象灾害、病虫害防治、农事活动建议和生长适宜度相关的问题，并将无法回答的问题传输给专家团队，实现知识问答，体现出AI惠农互动的智慧服务价值［9］。

3.3.3 病虫害图像识别。技术人员提前在图集网站、垂直网站和病虫害百科中收集辽源市经济作物常见的病虫害典型图片，将其制作成图集，并利用Scrapy网络爬虫技术，对比吉林省和国家农业气象知识库中的信息，形成标识。技术人员运用Spark ML卷积神经网络算法，实现训练学习病虫害典型图片和案例的目的，并设计图像识别引擎，融入人工智能技术，开放识别微服务端口。农户在登录微信后，搜索公众号进入监测版块，可直接上传病虫害图片。该系统识别病虫害图像后，输出与其相关的物种信息、防治措施等信息，农户可利用以上百科信息安排农作物生产。同时，该反馈界面包含与此病虫害相关的其他病虫害信息，农户可根据个人需要点击查看详情，即可获得有关的农业生产服务信息。

智慧化、智能化农业气象服务体系中的各模块紧密联合，根据信息的具体指向与其他模块实现互通。在病虫害图像识别模块，数据平台采集植株图片、受害情况、病虫害发生地点等信息与数据，在二三维地图中呈现出以病虫害植株为中心的环境图样；模型超市接收以上图样，将其与气象等级监测预警模块互联，输出动态预警信息和病虫害发展趋势预测图，以此作为气象实况资料和农作物病害防治基础材料，供农户和气象专家使用。

3.3.4 气候区域划分。为给农户提供农作物种植范围和品种决策信息，气象部门要着力做好农业气象服务，实现稳产增产。农业气象服务体系应包含气候区域划分模块，基于坡向、坡度、海拔、经纬度等地理因子和指标要素设计空间分析模型，并借助GIS技术划分气候资源区域，直观显示出乡、县、市的气象灾害多发和偶发区域，明确种植适宜区域，为农户和农业部门制订种植方案提供支持。气象部门应构建基于二三维一体化技术的气候资源区域划分平台，加载和展示倾斜摄影模型、气候资源矢量图、地图、地形等与气象资源相关的二三维影像，支撑农业生产决策和业务管理工作。例如，草蘑类作物适宜种植在辽源市的海拔570 m以上的丘陵地和山坡地上，农户可应用气候区域划分功能分析当地丘陵和山坡资源，确定是否符合海拔570 m以上的限定条件，完善种植选址工作［10］。气象部门与农业部门共同就小气候资源区的划分和开发利用展开研究，得出不同区域适宜种植的农作物，提高农作物产量和质量。

3.3.5 有机水稻气象指数保险。技术人员利用微信客户端和Web服务平台打造有机水稻气象指数保险自动监控模块，有助于金融保险公司与农业部门就理赔和保险相关事宜达成一致意见。除此之外，当地以有机水稻气象指数保险自动化监控平台为载体建构社会化气象灾害防御体系，达到联合有机水稻种植户、保险公司和气象部门三大主体的效果。有机水稻气象服务保险平台结构如图2所示。由图2可知，此平台包含业务平台和微信小程序两大系统。其中，业务平台包含气象证明制作、指数监测分布、指数保险监测、有机水稻指数模型定制、保单站点管理和农业站点分布6个版块；微信小程序包含用户信息录入、气象保险宣传、灾情上报及反馈、气象灾害预警发布、天气预测预报和天气实况查询6个版块。以上各版块功能集成，提供查询承保站点、动态设置指数模型、监测运算定时指数模型、制作理赔气象证明图服务，基本满足辽源市试点工作的需求，实现业务流程全覆盖。

图2 有机水稻气象指数保险

3.3.6 个性化精准服务。技术人员应用全球定位系统(Global Positioning System，GPS)技术，提供具备靶向特点的气象服务产品，将辽源市玉米、草菇、有机水稻等产业园区、农民示范合作社作为重点服务对象，推出差别化农业气象服务，提升气象监测预警能力水平。服务对象登录微信，在公众号中输入个人信息，直接跳转至“我的农场”界面。此界面上包含农户的地理位置和种植信息，能够在平台为用户画像、划分服务群组后，提供与农事活动和季节相关的气象服务信息。该平台可运用定向发送消息的办法，将病虫害防治、气象灾害预警和农业气象条件发送至农户微信上。例如，在雨季，以某区域为划分区间，详细评估在此区域内可能出现强降雨的位置，结合农企和农户基本信息，自动推送预警消息，形成“点对点”精准化、个性化服务体系。

3.3.7 休闲旅游服务。辽源市为实现经济稳步发展，盘活农业和乡村资源，打造了多家农业观光园和特色农产品生产采摘基地，农业气象服务体系的介入为景区路线规划、发布农产品采摘指数等提供支持。例如，东丰县养鹿官山园、中国农民画馆、皇家鹿苑博物馆、森林山庄、东辽县东辽河源头、朝阳村、田雨·德国风情小镇、龙山区顾大山庄、永治村（龙泉湖山庄）和西安区紫梦香谷观光园微信公众号运营平台在深度分析游客喜好和农业特性的基础上，给出网格预报，预报内容包括垂钓指数、采摘指数、气象预报等，游客可根据气象数据合理制订旅游线路和景区参观计划，便捷旅游出行。

3.4 基于SWOT分析的吉林省农业气象服务体系效益评估

采用随机抽样方法，向辽源东辽河、辉发河沿岸农户发放调查问卷。此次调查发放了400份问卷，收回320份问卷，其中有效问卷318份，具有代表性。利用影子价格模型评估辽源市农业气象服务体系效益，所构建的模型为

式（1）中：U、P、C、T、Mi、Gi、Ni分别代表气象服务效益值、电话覆盖率、影子价格、时间、第i类公众数、第i类收听天气预报的总次数及实际回收调查表中第i类公众数。结合调查结果，将模型简化为

式（2）中：R为种植户订正系数，即调查区域自愿收看气象服务的比例，该次调查得到的收集覆盖率为0.92，取R=0.92；C表示影子价格，因辽源市气象台付费拨打一次电话的价格是0.1元，取C=0.1；S表示每年被调查区域种植户收看天气预报（不限方式）的总天数。将数据带入公式，求得U=R×C×S=0.92×0.1×2 737 500=251 850。在社会效益调查方面，得到满足率、天气预报基本准确率、灾害预警满意率分别为58.3%、45.9%和51.7%。整体来看，辽源市农业气象服务已得到农户认可，可促使农户提前做好种植活动调整，一定程度上可降低经济损失。

采用影子价格法计算得出，辽源市农业气象服务的经济效益贴合实际情况。同时，效益评估结果表明农村地区气象服务基础设施建设工作仍需要继续深化，应提供更具备针对性和智能化的服务项目，以此保证农事活动、灾前预警和灾后服务工作顺利开展，提高作物产量，实现增收。

4 结语

吉林省以农业作为经济发展的支柱产业。因此，吉林省要注重农业气象指导工作，开发设计智慧化和智能化农业气象服务平台。建设农业气象服务体系是构建智能化农业气象服务平台的前提。吉林省要积极引入和应用信息技术、智能技术，打造可提供动态气象预测、预报、自然灾害预警及种植指导信息的智能化平台，为吉林省经济发展打好坚实基础。