农业气象学(第二版)

绪论 一、农业气象学及其学科地位 农业气象学是研究农业生产与环境气象条件相互关系与作用的学科，由农业科学与大气科学交叉、渗透形成。 1.农业气象学的大气科学基础 学习农业气象学首先需要了解大气与大气科学的基本概念。 大气（atmosphere）是包围地球的空气的总称，是地球上一切生命赖以生存的重要的物质基础与环境条件。 气象是大气各种物理、化学状态和现象的统称。气象学（meteorology）是研究气象变化特征和规律的科学，是农业气象学的理论基础之一。 大气科学（atmospheric science）是研究大气各种物理、化学现象及其演变规律，以及如何利用这些规律为人类服务的一门科学。现代大气科学大大扩充了传统气象学的界限，研究对象不仅覆盖整个地球的大气圈，还包括大气圈与水圈、岩土圈、生物圈等其他圈层之间的复杂关系与相互作用。现代大气科学大量吸收了雷达、卫星遥感、计算机模拟和数值计算等现代信息技术，在发展国民经济、提高人民生活质量和保护生态环境等方面发挥着越来越重要的作用。大气科学的主要分支有大气探测学、气候学、天气学、动力气象学、大气物理学、大气化学、应用气象学等。 天气和气候是大气科学的两个基本概念。天气（weather）是以气象要素值和天气现象表征的瞬时或较短时期的大气状况。天气学是研究天气形成和演变规律的一门学科，包括天气系统、天气形势、天气现象形成和演变规律，以及分析预报方法。气候（climate）则指一个地区多年的大气状况，包括平均状况和极端状况，通过各种气象要素的统计量来表示。气候学（climatology）是研究气候的形成、分布、变化规律及其与人类活动相互关系的一门学科。 小气候指局部环境由于下垫面影响形成的贴地气层和土壤上层的气候，其特点表现为小气候现象，小气候学就是研究这种现象的一门学科，农业小气候学是农业气象学的重要理论基础之一。 天气学、气候学和小气候学都是气象学或大气科学的重要分支领域，也是学习和研究农业气象学必须掌握的理论基础知识。 2.农业气象学的生物与农业科学基础 作为一门交叉学科，研究农业气象学还必须了解生物科学与农业科学的基本知识。在生物科学中需要了解基础生物学、植物学、动物学、昆虫学、微生物学、植物生理学、动物生理学和生态学的基本知识；在农业科学中应了解基础农学、耕作学、农业生物学、农业生态学、园艺学、畜牧学、水产学、林学、农业工程学、动植物保护、农业系统工程学、农业经济学等方面的知识。此外，还应了解一些农业地质学、农业土壤学、农业水文学等地学知识。 生物气象学是研究生物圈与大气圈两大圈层相互关系的一门交叉学科，其中研究农业生物（包括农作物、林木、牲畜、鱼类、农用微生物等）与大气圈相互关系的农业生物气象学构成了农业气象学的又一重要理论基础。 3.农业气象学的学科交叉性质 从农业科学的角度，农业气象学与农业生物学、农业物理学、农业化学、农业数学等学科一样，被认为是农业基础学科之一。研究农业生物及生产过程与气象条件的关系，可以为育种、栽培、饲养、动植物保护、机械作业和其他生产经营活动提供科学的依据。 从大气科学的角度，农业气象学属应用气象学的分支学科之一，也是气象为国民经济服务的重点领域。农业应用气象学是大气科学的理论与方法在农业中的应用，是农业气象学的主要方法论之一。 二、农业生产与气象条件的关系 气象因素既是农业生产的重要环境与资源，又对土壤、水文、生物等其他农业环境因子和农业自然资源有重要的影响。由于农业生产对象是农业生物并且主要在露天进行，农业成为对环境气象条件*为敏感和依赖性*强的产业。气象灾害常常给农业生产造成巨大损失，全球气候变化对未来农业可持续发展也带来巨大威胁。 1.大气提供了农业生物的重要生存环境和物质、能量基础 农业生产的对象是植物、动物、微生物等生命有机体，其生长发育和一切生命活动都离不开温度、水分、光照、气体成分、气流等气象要素。特别是绿色植物光合作用的基本原料和能源都主要来自大气环境，农业动物和农用微生物的物质能量转换过程又都建立在消耗和分解绿色植物的基础上。 2.大气提供了可供农业生产利用的气候资源 农业生物顺利完成生长发育或完成预定农事活动都需要一定的物质基础、能量积累和有利环境，其中可用的物质、能量和有利的气象条件称为农业气候资源。严重不利的大气环境条件往往形成农业气象灾害，是导致农业生产波动的*主要原因。 3.气象条件对农业设施和农业生产活动的全过程产生影响 气象条件对温室、畜舍、仓库等农业设施的小气候及生产性能产生影响，对农机作业、化肥和农药等生产资料的使用和效率，以及农产品加工、运输、贮藏等产后活动有大。 4.大气还影响着农业生产的宏观生态环境和其他自然资源 土壤、植被、水体等其他环境系统的形成与演变很大程度上受到大气环境的影响和制约。土地、水资源、生物等其他自然资源的数量、质量及其与气候资源的相互配置关系，以及农业生产类型分布和经济效益，特别是人类活动产生的温室效应导致的全球气候变化及其应对措施直接关系到人类社会、经济的可持续发展。 5.农业生产活动对大气环境的反作用 大规模垦荒、植树造林、水利工程等人类活动对局地大气环境产生各种影响。稻田和饲养的反刍动物是仅次于二氧化碳的温室气体——甲烷的主要来源，但种植业又是吸收多余二氧化碳、减轻温室效应的主要途径之一。局地农业措施也会对周围小气候环境产生一定影响。 三、农业气象学的研究内容、研究方法及分支学科 农业系统包括农业生物、农业设施、农业生产活动与农业生态环境四个子系统，其中农业生物又包括作物、林草、花卉、畜禽、昆虫、水生生物和微生物等；农业设施包括农田、温室、畜舍、农业机械、水利工程、仓库等；农业生产活动包括栽培、养殖、农机作业、产品加工、运输、贮藏、销售等；农业生态环境包括大气环境、水环境、土壤环境和生物环境。 农业气象学主要研究农业系统与大气环境系统的相互关系和相互作用，包括农业生物过程及生产过程与气象条件的关系，受气象条件制约的农业问题及解决途径，农业设施、农业生物群体、农业生产技术措施受周边气象和微气象环境的影响及调控途径等。 1.农业气象学的研究内容 1）农业气象探测包括仪器研制、站网设置、观测和监测方法等，是农业气象的基础工作。农业气象探测除获取常规气象观测资料外，还要根据农业生产的需要设计土壤水分、温室气体含量、农业物候、农业气象灾害、农田及设施小气候等农业气象观测项目和应用遥感等现代信息技术。 2）农业气候资源的开发、利用与保护光、温度、水分、风能和二氧化碳等气象要素是重要的农业自然资源，研究其时空变化规律和开发、利用、保护对策与技术，可以为农业各产业、种植制度、作物和品种的合理布局，以及土地、水、生物等其他农业自然资源的优化配置和高效利用提供依据。研究地形气候及气候资源的分布规律，对于山区开发和生态环境建设具有特殊的重要意义。 3）农业小气候利用与调节研究农田、林地、水域、微地形和温室、畜舍、仓库等人工设施的小气候规律及调控措施，研究风障、林带、薄膜、耕作、灌溉、保墒增温剂等人为措施的小气候效应，可以为农业生物的生长发育和生产活动创造有利的环境条件，兼顾高产、优质、高效、安全和生态。 4）农业气象减灾与生态环境建设包括研究旱、涝、风、雹、冷、冻、热等农业气象灾害的发生机制、时空分布规律、危害指标、减灾对策与措施，研究生态脆弱和严重退化地区的灾害特征、气候资源与其他自然资源的优化配置及生态环境建设的。 5）农业气象信息服务主要包括农业气象预报和农业气象情报两大类，前者包括农用天气预报、农业气象灾害及病虫害发生条件预报、农业生物生长发育状况及物候期预报、农事作业期预报、产量和品质预报等。后者即服务产品，包括农业气象旬报、月报、年报、农情专题报、墒情报、灾情报等。目前各地气象部门将地面观测与遥感探测相结合，普遍建立了高效率的农业气象信息服务系统。服务方式除书面形式外，还通过电视、广播、电话、手机、互联网等电信形式传递。 6）农业气象基础理论研究包括农业气象原理、作物模式、农业气候生产潜力、土壤-植物-大气连续体（SPAC）水分运动规律和高效利用途径、边界层物质传输与能量转化过程等。 7）应对气候变化的农业对策气候变化已成为制约我国和世界社会经济可持续 发展的重要因素，农业既是对于气候变化*敏感和*脆弱的产业，又是温室气体重要的源和汇。需要研究气候变化对农业生物与生产的影响机制；农业源温室气体的产生机制、分布现状与减排途径，农业源温室气体增汇潜力与实现途径；农业生物与农业生产对于气候变化的适应机制与技术对策等。 2.农业气象学的研究方法 农业气象的研究过程通常分为资料的获取、处理和分析三个阶段。资料获取方法包括调查考察、田间试验、人工模拟农业气象条件等，通常要进行农业生物或设施状况和环境气象要素二者的平行观测。资料处理包括审核、订正和数学加工处理。资料分析包括统计学方法、数值模拟法、系统分析法、模糊聚类法等。在实际研究过程中，特别是重大农业气象问题，还要综合运用农学、生物学、生态学及其他相关学科的试验结果和研究方法，开展多学科的协同攻关。随着现代科学与高新技术的发展，农业气象学要不断吸收*新的科技成果来丰富自身的内容和完善研究与服务手段。 3.农业气象学的分支学科 按照研究的理论和技术领域可将农业气象学分为基础农业气象学、农用天气学、农业气候学、农业小气候学、农业气象统计、农业气象业务系统、农业气象探测技术和农业气象减灾等。按所研究的农业产业部门或农业生物对象可分为作物气象、林业气象、牧业气象、渔业气象、园艺气象和微生物气象等。 四、农业气象学的产生与发展 1.古代的农业气象知识 世界古代文明发源地积累了农业生产与气象相互关系的知识和经验。古埃及根据雨季时间安排尼罗河流域作物播种与收获。中国商代甲骨文有天气与灾害影响收成的记载。西汉已形成完整的二十四节气并广泛应用于农业生产。公元前1世纪的《氾胜之书》记载了区田法和耕作保墒技术。清代大型农书《授时通考》标志着根据农时与气象安排生产的知识已系统化。 2.近代农业气象学的产生和发展 1854年，L. Blodge在美国政府农业报告中发表了一篇农业气象报告，同年俄国首次出版了的《农业气象学》。1872年起美国国家天气局开始发布每周天气与作物公报。1880年在奥地利举行了首次国际农业和森林气象学会议。1881年德国的R. Assmann发起成立了农业气象协会。1897年俄国组建了农业气象机构和站网。1913年国际气象组织（IMO）设立了农业气象委员会CAgM。随着业务体系的日趋完备和观测资料的大量积累，农业气象基础理论研究取得了重大进展。1854年L. Blodge提出农业气候相似理论。1919年美国W. W. Garner和H. A. Alard发现光