地面气象观测对玉米种植的影响

内蒙古自治区兴安盟扎赉特旗气象局 邹福玉 覃南珠

前言

农业生产过程中，及时获取准确的气象预报，可以降低经济损失，保障农作物健康生长，为农民带来的较高收益。故此应掌握地面气象观测技术的运用要点，融入自动化技术、可视化技术等，建立功能多样的观测系统，保障气象观测的有效性，农民可以提前制定应对措施，促进玉米植株稳定生长，保障种植效益。

1 地面气象观测

1.1 含义

地面气象观测出现时间较早，观测方式呈现多样化特点，以观测平台为载体，在现代化仪器、技术的作用下，精准观测天气，了解地面大气变化特点，及时为广大群众提供准确的天气信息。同时，伴随着科技的快速发展，地面气象观测技术和设备得到改善，观测精度进一步提升[1]。据研究结果显示，地面观测技术最早出现于欧洲地区，借助于当时先进的气象仪器，建设功能多样的气象观测网。进入19 世纪，通信技术和网络技术发展脚步加快，对传统观测网进行调整，并建立气象台站网，逐步发展成地面观测技术。

1.2 主要观测内容

地面气象观测内容包含：专业观测、气候观测、天气观测、专项观测几个内容。具体而言：专项观测，利用专业化设备观测云雾物理、大气污染、臭氧等，需要根据实际情况，选择相对应的观测方法和设备。天气观测，能够满足气象情报交流的条件，多角度分析某个区域的天气，做出准确的预报。气候观测，具体观测时间和次数各个国家规定不同。

2 玉米种植的气候条件

2.1 水分

玉米种植期间，若想达到高产的目的，农户应重点管控玉米地的水分，遇到干旱及时补水。据相关调查结果显示，若667m2的土地可以生产500kg 的玉米，则玉米生长发育期间，需要400m3左右的水资源[2]。就目前状况而言，玉米播种期至出苗期所需要的水量约占总水量的3%～5%，土壤湿度应保持在70%左右，进入出苗期，田间水量为60%，以此满足植株根部发育的需求。

2.2 温度

玉米生长过程中，对温度变化较为敏感，适宜的温度能够明显提高玉米的产量，为农户带来更高的效益。玉米生长过程中，最佳温度为10～25℃，若当地气温未在这一范围内，将抑制玉米的生长速度。同时，玉米属于喜温农作物，温度关系到植株的出苗率和出苗速度。根据相关调查结果显示，温度6～7℃左右符合玉米种子的萌芽条件，而若种植温度不超过10℃，将导致出芽速度缓慢。此外种子还会受到细菌的侵扰，极易出现缺苗、腐烂等现象。以北方农村为例，玉米种植时间多在春季，要求土壤温度在10～12℃在之间，土壤厚度在5～10cm 左右。通过查阅大量相关资料，将≥10℃作为区划指标，明确玉米最适宜生长的区域，如表1 所示。

表1 玉米气候区划指标

2.3 光照

玉米生长发育期间，若有充足的光照，可以在保证玉米品质的基础上，加快生长速度，而若光照未能满足要求，则不利于玉米进行光合作用。具备良好的光照条件，能够积累更多有机物，满足玉米生长发育的要求。

3 影响地面气象观测的因素

3.1 虹吸雨量器问题

地面气象观测过程中，由于受到多种因素的影响，虹吸雨量器常常出现故障问题，如在摩擦力的作用下，出现突跳、滴水划平线等问题。对此技术人员应查看虹吸管是否存在漏气现象，并仔细清理虹吸管。

3.2 温度表液柱中断

地面气象观测期间，需要借助于被动式感应器完成观测工作，主要由气压表、温度表、雨量器等组成。其中温度表极易出现液柱中断现象，对此可以通过加热法、撞击法解决这一问题[3]。

3.3 日照纸问题

日照纸涂药环节，若操作人员忽略对细节的关注，导致环换纸难度高，将会影响地面气象观测的准确性。因此需要对日照纸展开感光试验，重点检查涂药面，之后按照要求更换纸张。

4 地面气象观测发展现状

地面气象观测过程中，需要灵活运用观测技术、方法、仪器，提高观测结果的准确性。其中常规“六要素”测量方法运用较为广泛，主要采用接触式观测方式，在被测量物质中放入传感器装置，如铂电阻气温传感器，主要借助于金属铂的基本性能，精准测量温度，而硅压阻气压传感器，则运用压电材料的压电效应。另外，“云、风、天”观测主要采取人工目测的方式，但此种测量方式操作过于复杂，并且极易受到人工因素的影响。鉴于此，近年来相关研究人员将自动化技术融入地面气象观测工作，测量方式呈现多样化特点。具体而言：蒸发测量融入超声波测距原理，实现持续化测量，并利用温度补偿的方法，进一步提升测量精度；辐射增热测量采用补偿法、测温法；日照测量方法为对比法、直接测量法等。此外，部分传感器运用效果一般，发展缺少完善性，如大气压测量、环境湿度测量，利用铂电阻通风干湿表进行测量，但无法在0℃环境下运用[4]。

5 地面气象观测对玉米种植的积极影响

5.1 保障玉米种植效益

进入现代化社会，农业领域发展方向发生改变，逐渐向自动化、智能化方向发展，玉米种植更加科学化。玉米种植过程中，展开地面气象观测，能够帮助农民明确种植最佳时间，确保气候特点符合玉米发育要求，以此提高玉米种植效益。相对于其他农作物，玉米适应能力较强，但种植环节呈现复杂化特点，农户应根据当地气候特点，选择最恰当的种植方法和技术，以此保障种子发芽期间具有充足的热量。以北方玉米种植为例，种植时间多在五一前，若种植区域地势平坦，优先选用机械播种方法，而若地势坑洼，则采用人工种植方式。种子种植结束后，需要覆盖保护膜，并且种植期间，严格管控种植密度[5]。

地面气象观测期间，利用新型传感器检测玉米种植地土壤水分、光照时间、温度等参数，之后精准向控制平台传输检测数据，再将实测数据、预期数据相对比，一旦发现异常数据立刻通知农户，采取有效的应对措施，避免降低玉米种植效益。同时，还能观测种植区域的土壤温度。采用移动地面观测技术，实现在特定地点观测，获得的气象数据更加准确，可以将环境监测传感器和气象传感器安装于交通工具上，移动更加方便。此外，观测玉米种植温度时，相关人员应从多个角度入手，重点考虑气候环境、种植区特点、地势、降水量，并且由于玉米对光照要求较高，应立足于当地气候变化特点，选择最佳的种植地点。

5.2 提高防灾减灾工作效果

制定可行性较高的地面气象观测方案，能够预报未来几天内的气象状况，帮助玉米种植户提前采取灾害应对措施，促使防灾减灾工作更具有针对性，不仅可以保障玉米种植效益，还可避免农户生命安全受到威胁。农业气象灾害具有季节性、区域性、并发性的特征，夏季极易出现干旱、洪涝灾害，冬季易出现霜冻灾害，而春季和秋季易出现冰雹灾害。只有提前掌握气象变化特征，有针对性地制定预防方案，才能有效降低气象灾害带来的影响。

如在地面气象观测过程中，了解影响云层变化特点，精准判断干旱时间段，之后通过人工降雨或补水等方式，满足玉米生长阶段对水资源的需求。目前，云的观测技术可以测量云水含量、云的状态、云量、云底高、云谱分布等，最早采用可见光成像测量技术，但无法测量夜间云的全部信息，难以保障气象观测结果的准确性。因此逐渐运用红外成像测量技术与激光云高测量技术，其中红外技术常常受到气溶胶和水汽等因素的影响，比较适用于测量黑色的云。

此外，能见度测量技术也属于测量云的关键技术，主要包含散射式、摄像式、透射式等测量技术，其中摄像式能见度测量技术主要利用数字摄像机，气象观测结果更加客观、真实。此外，地面气象观测能够精准测量湿度、风速、气温、风向、气压等，为农户提供可靠的数据。观测气温时，采取金属铂电阻测温方式，或者红外测温、热电偶测温技术；测量气压时，利用石英振梁和振筒气压仪；空气湿度测量时，运用吸湿法、热力学测湿法，主要利用露点仪；观察风速和风向时，采取机械转动式方法和压力测风技术；降水测量时，利用翻斗式测雨技术。不仅如此，还可利用地基遥感气象观测技术进行观察，此种方式包含被动式遥感和主动式遥感。

5.3 推动农业领域健康发展

玉米等农作物在种植过程中，生长发育期间都会受到气象因素的影响，不仅影响种子的发芽率，还关系到农作物的生长速度和品质，与农业领域未来发展关系密切。通过进行地面气象观测，借助于现代化技术和设备，能够为农民提供准确的气象预报，科学确定播种时间、灌溉量等，不断提高农产品的质量，在为农户带来更多效益的同时，推动农业领域健康发展。近年来，地面气象观测逐渐向技术化、智能化方向发展，融入了先进的气象观测仪器，操作更加简单快捷。其中地面气象传感器属于主要设备，分成风向、降水、温度等多种类型的传感器，温度传感器又分为半导体电阻、金属电阻、流动温度传感器等。通过灵活运用不同类型的地面气象观测设备，可以快速收集气象信息数据，为农业健康生产提供有利条件。

由于气象条件对农业生产影响重大，不断提高地面气象观测水平，引进新型观测设备，可大幅度提升气象预测的准确性和时效性，做到趋利避害。并且及时预报气象灾害，可以帮助农户调整农作物种植方案，防止产生较高的经济损失。若经地面气象检测发现，未来一段时间内当地温度明显下降，并出现冻害天气，农民应根据不同的玉米品种和热量资源，采取有效的预防方案，并时刻关注气候变化特点，选择不同类型的品种。如低温年，选用早熟玉米品种；高温年，选用晚熟品种，降低不良气候带来的影响。不仅如此，玉米种植期间，农户应注重田间管理工作，为玉米植株提供充足的生长条件，低温天气多铲蹚，调整水热气候条件。

5.4 精准检测并分析气候条件

地面气象观测过程中，利用气候检测、可视化技术，可以实现全面观测，获得精准的气象信息，便于农民及时掌握当地气候变化特点，调整玉米种植方法，提高种植的科学性，获得更高的种植效益。玉米田间管理期间，种植户应根据近阶段降雨量情况，灵活调整灌溉量和灌溉次数，以此保障灌溉的科学性，满足玉米生长发育需求。科学化进行地面气象观测，能够为种植户提供准确的气象信息和图片。

现阶段，地面气象观测数据呈现方式为文本格式，而为了便于人们观看和分析，更加直观地分析气象变化特点，为玉米种植提供更多可靠数据，相关人员应对观测数据展开预处理，以计算机图形方式展现，其中可视化技术发挥着至关重要的作用。工作流程为：利用图像处理技术，将地面气象观测数据转变成图形或图像，之后呈现于屏幕，数据格式转变成栅格结构空间数据，如图1 所示。当前可视化技术主要运用于气象观测领域，通过将气象数据转变成图像，了解数据的变化规律。

图1 栅格结构

此外，为了做到综合或地理显示不同的气象要素，提高玉米种植的科学性，需要在地面气象观测数据可视化处理期间，采取数据分层的方法，分成温度层、降水量层、地图层等，可以单独读取和计算每层数据，农户能够通过操作界面，快速了解天气情况，同时增设通明度调节功能，实现对不同组合数据的分析。地图层处于最底层，与纹理映射原理相似度高，根据地图网格轮廓边缘坐标，精准计算数据差值，确保预处理数据与网格数据相一致。温度层主要根据土壤温度绘制，随着温度的逐渐升高，温度层颜色由紫色转变成红色，便于展开系统化分析。降水量和相对湿度层，利用颜色编码方式绘制，降水量最小值为0mm，相对湿度范围0%～100%。

6 结语

总而言之，在时代快速发展背景下，农作物生长发育期间，常常受到气象因素的影响，并且随着近年来气象灾害频繁，给农民造成了较高的经济损失，制约农业发展脚步。鉴于此，需要重视地面气象观测工作，灵活运用各种观测技术和设备，保障气象观测结果的准确性。以玉米种植为例，地面气象观测期间，应重点观测温度、降雨量、温湿度等气象，为农民提供可靠的气象信息。