農業氣候學

農業氣候學就是研究農業生產對象和農業生產過程與氣候條件之間相互關係及其規律的科學，也就是研究氣候與農作物栽培條件、動物飼養，特別是與整個農業作業方法之間的關係及其規律。 ^[1] 

（1）對農業具有重要意義的氣候條件；

（2）農作物(或飼養動物)在這樣的條件下生長髮育的狀況。 ^[2] 

研究農、林、牧、漁等農業生產對氣候的要求和反應，並用一定數量的氣候要素值表示出其間的定量關係(及農業氣候指標)，分析這些農業氣候指標的時空分佈規律，評價地區氣候資源，為合理利用氣候資源、防禦氣象災害、逐步實現農業生態良性循環、保證農業不斷增產提供科學依據，為農業合理規劃佈局、改進耕作方法和改革種植制度等提供戰略參考。 ^[2] 

農業氣候學的目的就是要使農業生產充分而合理地利用當地有利的氣候資源，最大限度地抗禦和避免不利的氣候條件，實現高產、穩產、優質和低耗能。因此，農業氣候學的基本任務包括：

（1）研究農業生產對氣候條件的具體要求和反應，確定農業氣候指標

（2）農業氣候資源分析和農業氣候區劃

（3）農業氣象災害發生規律與防禦措施的小氣候效應

（4）氣候變化與農業生產

（5）農業氣候資料的處理與農業氣候業務、服務體系的建設 ^[2] 

農業氣候調查是農業氣候研究的基本工作。調查方法種類很多，如利用現有的氣候資料、災情報告、農業生產年度總結等資料對一個地區農業氣候特點進行研究；利用物候現象間接推斷氣候的特點；還可以向有經驗的老農、農業技術人員等進行訪問。勞動人民在幾千年的農業生產中積累了關於氣候與農業生產的豐富經驗。通過深入調查既有利於抓住問題，又可以啓發尋求分析問題解決問題的方法。 ^[2] 

農業生產過程要受到各種外界環境條件(因子)的影響，在其生長髮育和產量形成過程中要求一定數量的光、熱、水等氣候條件，而且對這些氣候條件的要求來説是同等重要的，不可代替的，這些因子稱之為“基本因子”或“生存因子”，其數量的多少及變化對作物生育和產量產生很大的影響。只有生存因子得到充分滿足並且協調配合，生物體才能正常的生長、發育，完成各個生理環節，獲得高產、穩產。如果生存因子超過生物所能忍受的極限，比如氣温過低或過高，生物體就將受害或死亡，這些因子就會成為“災害因子”。另外，有些氣候因子如空氣濕度、風、雲等，一般情況下不會對作物產生很大的影響，只起加強或削弱基本因子的作用，稱之為“影響因子”或“環境因子”。只有它們達到一定強度或者與其他因子配合在一起時，對作物才會產生一定的影響。比如空氣濕度在小麥生育過程中只有在乳熟到蠟熟期低濕配合高温才會引起危害。當這些因子的強度達到災害程度時，必須把它們當做基本因子來考慮。各種環境因子並不是同等重要的，應該將生存因子和環境因子區別開來，並且着重考察對農業生產(產量、質量)具有決定作用的時期和因子，即關鍵期和關鍵因子。 ^[2] 

德國學者瑪依爾為使農業能夠最大限度的利用氣候資源，創立了“氣候相似學説”。按此理論，植物的移植必須首先考慮地區的氣候相似。而在生產實踐中，氣候條件差異明顯的兩地能生長同種作物，而在氣候條件十分相似的兩地卻不能生長同一種作物。例如，原產於熱帶地區亞馬遜河流域的橡膠，現在在中國台灣、海南、兩廣等地也有種植；中國華南地區與青藏高原氣候條件截然不同，但是將華南地區某些春性較強的冬小麥品種在青藏高原作春麥栽培卻獲得了成功。橡膠原產地的氣候條件(高温高濕，氣流平穩)與我國華南地區相比差異顯著，如華南地區大於10℃積温比原產地少1500～2000℃，年平均氣温低5～8℃，最冷月平均氣温低l0℃，年極端最低温度低15℃，年降雨量少500～1000 mm。若根據瑪依爾的“氣候相似學説”，華南等地是不能種植橡膠的，但因華南處於季風氣候區，夏季高温多雨，潮濕條件相當於橡膠生長的最適指標和下限指標之間。與原產地相比，温度日較差大，降水強度小，使積温和降水的有效性提高，冬季比原產地乾冷，橡膠生長緩慢，為適應當地氣候條件而休眠。可見，在典型的熱帶和中國受季風影響的熱帶地區，儘管它們的氣候條件有所差異，但都可使橡膠得到適宜的生存條件，並能獲得一定產量。對橡膠來説，這些地區是“農業氣候相似”而不是“氣候相似”。 ^[2] 

農業氣候調查既是農業氣候研究所必須遵循的原則，也是一種基本的工作方法和有效途徑。

（1）對比分析法

同地區、不同年份的農業氣候條件不同。通過對氣候要素時空分佈變化與農業生物生育狀況、產量、質量的對比分析，可以確定某種農業生物最適宜和最不適宜的氣候條件，並尋找一定條件下的最優農業技術措施。 ^[2] 

（2）統計分析法

即根據樣本資料研究隨機變量的分佈特徵、相關關係和隨機過程等問題。 ^[2] 

物候學方法就是以物候現象出現日期為指標研究歷史時期氣候的變化。中國在公元前11世紀便開始了物候觀測，最早見於《詩經·豳風·七月》“四月秀荽，五月鳴啁”。幾千年來，豐富的物候記載典籍為我們瞭解中國歷史時期物候的變遷提供了依據。 ^[2] 

數學模擬法是通過建立數學模式，用數學函數關係描述氣候條件對農業生產過程的影響。

隨着人類科學技術的高度發展，電子計算機、航空航天技術、信息技術、空間科學技術、生物技術、新能源技術、海洋開發等新技術；系統論、控制論、耗散結構論、協調論、突變論等理論得到了廣泛應用。

此外，農業氣候研究還應考慮農田小氣候與植物氣候的差異性，作物、牧草和牲畜生長髮育與氣候週期性變化的複雜性等問題。 ^[2] 

在人類的農業生產過程中，氣候的影響最為直接也最為密切，所以農業氣候學是一門十分古老的科學。縱觀3 000年的研究發展可以分為3個時期。

萌芽時期主要是指16世紀中葉以前這一段漫長時期，其顯著的特點是由於人類生活和生產的需要，進行一些零星的局部觀測，積累了一些感性認識和經驗，對某些天象作出一定的解釋，尚未形成一門完整的學科。

氣候一詞原出於希臘文，原意為傾斜。古希臘人認為，地球上由於受到不同傾斜角度的太陽光線的照射，於是產生了氣候，並且建立了關於熱帶、温帶和寒帶的概念。直到15世紀中期地球大探險時期，人們才認識到氣候的形成不僅受太陽光線傾斜角度的影響，還與大氣環流、海陸分佈狀況等有關。 ^[2] 

中國在這一時期的成就處於世界領先地位。早在春秋時期就已有了二十四節氣和七十二候的完整記載。秦漢時期的《呂氏春秋》、《淮南子》等涉及物候的書籍是世界上最早的關於物候學的文獻。北魏賈思勰《齊民要術》一書，更將物候現象與農業生產系統地結合起來，根據自然物候季節變化安排農事活動。《詩經》中有“上天同雲，雨雪紛紛”的記載；《道德經》裏則有“飄風不終朝，驟雨不終日”的記載；《汜勝之書》有“冬雨雪止，輒以藺之，掩地雪，勿使從風飛去，後雪復藺之，則立春保澤，凍蟲死，來年宜稼”。這種增熵、防旱、防病蟲害的措施沿用至今。 ^[2] 

初建時期包括從16世紀中葉到19世紀末這一時期。科技水平的迅速提高，物理學、流體力學的快速發展，地理學的蓬勃興起，同時氣象觀測儀器紛紛發明，使氣候學逐漸成為一門獨立的科學。西方各國普遍發展較快，而中國由於封建統治的壓抑，生產力水平低下，處於長期停頓狀態。 ^[2] 

19世紀中葉以後，各國氣候學者相繼將氣候學與農業生產結合起來，如A．N．沃耶依柯夫、J．漢恩、A．蘇潘、W．柯本等，聯繫植被、土壤等，先後進行了全球或地區的氣候分析與分類。19世紀末期，俄國學者A．N．沃耶依柯夫提出農業氣候學基本原理，運用農業氣候相似原則，成功地研究了俄羅斯棉花、茶樹、柑橘、煙草等的適宜栽培地區，他所制定的原則為現代農業氣候研究奠定了基礎，之後，原蘇聯學者T．T．謝良尼諾夫、Φ.Φ達維塔雅、卡拉斯柯夫等人繼承並發展了這一思想體系，建立了原蘇聯農業氣候學研究方案，創立了新型的農業氣候區劃方法。C.A.薩鮑日尼柯娃用“氣候肥力”概念評定氣候的農業生產潛力，比較不同地區的農業氣候條件。原蘇聯學者創立的農業氣候體系亦為世界上許多國家農業氣候學者採用。 ^[2] 

中國現代農業氣候研究的奠基人是竺可楨，他在1927年創立了氣象研究所，次年在南京北極閣建立氣象台。他在1916年指出，中國多熟制的形成是各地温度、雨量不同的結果；根據氣候與農業的關係，提出適於中國氣候的分區標準並作出分區。建國後，中國農業氣候科學得到高度重視與發展。20世紀60年代以來，對中國主要作物的農業氣候指標、地區農業氣候資源、農業氣候災害發生規律作了大量研究。近年來，為配合農業自然資源調查與農業區劃，廣泛開展了光資源、水分資源、熱量資源和氣候生產潛力的研究。全國絕大多數的省(自治區)、市、縣完成了農業氣候資源調查與區劃；中我國的牧區進行了畜牧氣候區劃。 ^[2] 

近二三十年來，隨着生理學、生態學、數學、氣象學、經濟學等學科的迅速發展，以及遙感、航天技術、電子計算機的廣泛應用，農業氣候的研究逐漸由定性分析轉向定量分析，由單因子分析轉向多因子的綜合農業氣候指標分析，並從系統的觀點致力於作物一大氣一土壤、作物一天氣一措施的統計物理模式研究，提出了作物產量與土地、氣候資源分析與分區的方法。 ^[2] 

20世紀70年代以來世界性的氣候異常變化給農業生產造成嚴重的損失，引起各國和有關國際組織對氣候變遷與糧食生產關係的重視，並制定了世界氣候計劃(WCP)，以加強對作物產量預測方法的研究。美國和澳大利亞都出版了關於氣候變化與糧食生產關係的專著，日本於1978年出版了《氣候變遷與糧食生產》。這些研究對農業氣候學的發展起到了促進作用。 ^[2]