農業氣象學

農業氣象學是研究農業生產對象和過程與氣象條件之間的相互關係，以利用、創造有利並抗避不利氣象條件為目的，為農業的高產、優質、低消耗而服務的一門邊緣學科。農業生產對象包括農作物、深林植物、園藝植物（果樹、蔬菜、花卉）、食用菌、牧草、牲畜、家禽、魚類等大農業的各個方面；農業生產過程是係指各農業生產對象的生長與發育、產量與品質、農業技術實施、產後流程、農業氣象災害與病蟲害的發生、發展變化以及防治等。氣象條件指直接影響農業生產的光、温、水、氣等基本要素的時空分佈。農業生產對象和過程與氣象條件之間的相互關係包括兩個方面：一方面是與農業生產有關的氣象條件的發生、變化和分佈規律；另一方面是受氣象條件影響和制約的有關農業問題及其解決途徑。

農業主要是在自然條件下進行的生產活動，光、熱，水、氣的某種組合對某項生產有利，形成有效的農業自然資源；另一種不同的組合可能就會對農業生產有害，構成農業自然災害。農業氣象學的基本任務就在於研究這些農業自然資源和農業自然災害的時空分佈規律，為農業的區劃和規劃、作物的合理佈局、人工調節小氣候和農作物的栽培管理等服務；另外還要開展農業氣象預報和情報服務，對農業生產提供諮詢和建議，以合理利用氣候資源。

一方面，農業氣象學作為生態學的重要組成部分，通過定量觀測、研究植物或動物的生長髮育與環境氣象因子的關係而發展起來。如1735年著名的列氏温度表創始人列奧米爾發現，可用積温來衡量植物的生長速度，這一學説至今仍是農業氣象學的一個重要基礎理論；另一方面，農業氣象學又是作為地理氣候學的一個重要分支而發展起來。如：俄國的沃耶伊科夫、奧地利的蘇潘、德國的柯本、中國的竺可楨等人，對植被、動物、土壤與氣候的關係以及地區分佈進行了研究，為農業氣候學和農業物候學的發展開闢了道路。但是農業氣象學形成一門完整的獨立的學科，並進行系統的研究則只是20世紀30～40年代以後的事。 ^[1] 

現代農業氣象學的主要研究領域有：作物氣象、畜牧氣象、林業氣象、病蟲害氣象、農業氣候、農田小氣候和小氣候改良、農業氣象預報、農業氣象觀測和儀器等。

作物的生長、發育和產量形成，同氣象條件有密切的關係，農作物光合作用和生長髮育的全部能量來自太陽輻射。光對植物的作用有三個方面，即光合作用、光週期效應和向光性效應。不同波長的輻射對植物有不同的影響。太陽光譜中決定植物光合作用的主要是0.38～0.71微米波段的可見光，稱之為光合有效輻射，光合有效輻射一般佔總輻射的45～53%。

温度對光合作用強度的影響有兩種效應：一方面温度增高時光化學過程加快而使總光合作用強度增加，另一方面温度增高時呼吸消耗增加。因此淨光合產物在初期隨温度增加而增加，而當超過最適温度以後，淨光合產物則隨温度增加而減少。

作物氣象指標是反映作物生長髮育或受害同氣象條件關係的量值，它是評價氣象條件的農業意義、開展農業氣象預報和進行農業氣候區劃的客觀標尺，因此研究和確定作物的氣象指標是農業氣象學的基礎工作之一。作物氣象指標主要為温度指標和水分指標，對於某些感光性強的作物，還應有光照指標。

温度指標是指作物生長髮育的下限温度、最適温度、最高温度、致死温度和積温等。積温是作物生長髮育階段內逐日温度的總和，它是衡量農作物生長髮育過程的一種標尺。農作物通過某一發育階段或完成全部生長髮育過程所需的積温為一個相對固定值。

水分指標是反映農田水分狀況對作物生長髮育的影響的指標，常用土壤濕度和蒸散量來表示。一般劃分為過幹、適宜、過濕三個等級，大多數早地作物的適宜水分指標為土壤相對濕度60～80%%。水分虧缺對產量影響十分明顯，根據土壤水分的多寡影響作物生長和產量的程度，可確定作物早害或濕害的指標。

蒸散量是由作物葉面蒸騰和土壤表面蒸發造成的農田水分損失量。它是決定農田水分狀況，作物光合作用和生長狀況的重要因素。土面完全被植物覆蓋和土壤充分濕潤時的蒸散量稱為可能蒸散。實際蒸散量是可能蒸散、土壤含水量和植被覆蓋狀況的函數。

研究同一個農業氣候區域內，由於地形不同而形成局地的氣候差異以及對農業的影響，也是農業氣候的一個重要內容，這稱為農業地形氣候學。其研究方法一般是對典型的地形進行短時間的氣象觀測，並用物理模型進行計算或數理統計分析，確定地形影響氣候條件的規律及其農業意義。

此外應用生態學的方法，根據自然景觀、指示植物、自然物候等的差異推斷不同地形的農業氣候條件，也是農業地形氣候學的一種常用的研究方法。

小氣候是指由於地形、下墊面特徵或其他因子引起的小範圍的氣象過程或氣候特徵。由於耕作措施和農作物羣體動態變化的影響，改變了農田活動面狀況和物理特性，導致輻射平衡和熱量平衡各分量的變化，從而形成不同類型的獨特的農田小氣候。而農田小氣候又反過來影響農作物的生長髮育進程和產量形成。

小氣候改良包括温室、陽畦、塑料大棚、塑料薄膜地面覆蓋、風障、農田防護林、蒸發抑制和土面增温劑等。

温室氣候是温室內的微氣象過程和微氣候特徵，它是一種人工調節的小氣候。由於玻璃對於入射的短波輻射的透過率大於向外的長波輻射的透過率，使得温室具有白天高温的特徵。此外温室的結構、方位、屋面坡度、屋脊高跨比，以及使用的透光材料均對温室內的光照度和温度的分佈及其變化有顯著影響。

除了上述人工調節小氣候的措施外，由於自動化技術的發展，完全由人工控制光、温等氣象條件的人工氣候室或植物生長箱已在農業研究中使用。在蔬菜和珍貴植物栽培方面，也已出現了人工調節氣温濕度和二氧化碳濃度，並採用無土栽培技術的自動化的植物生產工廠。

農業氣象的一個重要方面。主要研究氣象條件與畜牧業生產之間的關係及其變化規律，包括氣象條件對畜禽生育、引種、疾病防治、放牧和舍飼、牧草生長以及畜禽產品的儲藏、運輸、保鮮的影響等。畜牧氣象的研究還可為制訂畜牧氣候區劃提供依據。

農業氣象學的一個分支。研究森林與氣象條件間的相互關係。温度、水分、風等氣象因子對森林的組成和分佈有重要的影響：熱帶植被主要是熱帶雨林,寒温帶植被主要是落葉松；在中國,年降水量大於400毫米的地區才有森林；風力直接制約着森林的蒸騰。反之,森林對大氣也具有多重影響。它能調節氣温、涵養水源、淨化空氣、改善局地小氣候等

從本質上説氣象、氣候條件是影響到防治的。例如天氣條件特別適合病蟲害發生，病蟲害嚴重了，需要的不僅是預防性防治，甚至需要認真防治，可能防治幾次；如果天氣、氣候條件不太有利於病蟲害的發生，可能防治一次或者兩次，也許還不採取人為措施防治也沒有問題。從這個意義上來説，天氣、氣候條件影響到病蟲害防治的次數、時間和方法。

農業氣候是指與農業生產和農作物生長髮育密切有關的氣候條件。包括光、熱、水分等作物生長髮育不可缺少的因子；也包括旱、澇、霜凍、大風等不利氣候條件。這些條件不僅影響農業生產的地理分佈，也影響農作物產量的高低和質量的優劣。 ^[1] 

農業生產過程主要是在自然條件下進行的，氣候和土壤條件是最基本、最重要的自然環境I資源因素。而土壤的形成、水熱狀況和微生物活動等，在很大程度上又受氣候條件的制約。可以説，農業是對環境氣象條件最為敏感和依賴性最強的產業。不僅氣象災害給農業造成巨大損失，全球氣候變化對未來農業可持續發展也帶來巨大的威脅。

農業生產的對象是植物、動物、微生物等生命有機體，其生長髮育和一切生命活動都離不開温度、水分、光照、氣體成分、氣流等氣象要素。特別是綠色植物光合作用的基本原料和能源，主要來自大氣環境，農業動物和農用微生物的物質能量轉換過程又都建立在消費和分解綠色植物的基礎上。

農業生物順利完成生長髮育或完成預定農事活動鬱需要一定的物質基礎、能量積累或有利多境，其中有利的氣象條件可稱為農業氣候資源。嚴重不利的大氣環境條件往往形成農業氣象危害，是導致農業生產波動的最主要原因。

氣象條件對温室、畜舍、倉庫等農業設施的小氣候及生產性能產生影響，對農機作業、化肥和農藥等生產資料的使用和效率、農產品加工、運輸、貯藏等產後活動有很大影響。

土壤、植被、水體等其他環境系統的形成演變很大程度上受到大氣環境的影響和制約，土地、水資源、生物等其他自然資源的數量、質量及其與氣候資源的相互配置關係到農業生產類型分佈和經濟效益，特別是人類活動產生的温室效應導致的全球氣候變化及其應對措施直接關係到人類社會、經濟的可持續發展。 ^[2] 

世界古代文明發源地積累了農業生產與氣象相互關係的知識和經驗。古埃及根據雨季時間型安排尼羅河流域作物播種與收穫。中國商代甲骨文有天氣與災害影響收成的記載，西漢已形成完整的二十四節氣並廣泛應用於農業生產。公元前1世紀的《汜勝之書》記載了區田法和耕作保墒技術。清代大型農書《授時通考》標誌着根據農時與氣象安排生產的知識已係統化。

1854年，L.Blodge在美國政府農業報告中發表一篇農業氣象報告，同年俄國首次出版《農業氣象學》。1872年起美國國家天氣局開始發佈每週天氣與作物公報。1880年在奧地利舉行了首次國際農業和森林氣象學會議。1881年德國R.Assmann發起成立了農業氣象協會。1897年俄國BpoyHoB組建了農業氣象機構和站網。1913年國際氣象組織IMO設立。隨着業務體系的日趨完備和觀測資料大量積累，農業氣象基礎理論研取得了重大進展。1854年L.Blodge提出農業氣候相似理論。1919年美國W.W.Garner和HA.Alard發現光週期現象並逐步形成光週期理論。1927年德國R.Geiger出版了《近地面氣層氣候》。1937年蘇聯出版了《世界農業氣候手冊》。1939年G.Azzi劃分意大小麥自然地理區，開創了農業氣候區劃的先河。1945年日本大後美保發表了《日本作物氣象研究》。

19世紀中葉起西方在中國沿海陸續開展氣象觀測。1912年直隸農事試驗總場設立農業測侯所。1922年竺可楨發表"氣象與農業之關係“一文，我國氣象學家陸續發表一批農業氣象論文和教材，但長期戰亂使中國農業氣象事業基本停頓。

戰後隨着世界經濟的恢復發展，特別是20世紀70年代以來的新科技革命，農業氣象科學理論與技術迅速發展。50年代以後熱量平衡與空氣動力學方法開始應用於農田水分平衡與灌溉管理，60年代英國J.L Monteith改進了1948年Penman自由水面蒸發量公式，提出可用於植被蒸散量估算的PenmanMonteith公式。60年代以後各國開展土壤一植被一大氣連續體和人工氣候室模擬實驗研究。70年代以來，隨着現代信息技術的發展和應用，農業氣象學在觀測方法、實驗手段、數據分析和理論模式研究方面都提高到一個新的水平。80年代以來，以荷蘭Wit學派的WOFOST和美國CERES為代表，作物模型研製取得了長足進展並已廣泛應用於生產。

世界氣象組織(WMO)農業氣象委員會1982年編輯出版了《農業氣象業務指南》，1964年起《農業氣象學》(現《農林氣象學》)和《生物氣象學》國際期刊開始在荷蘭發行。20世紀80年代以來遙感和地理信息系統、全球定位系統等3S技術在農業氣象業務中廣泛應用，普遍建立了基於現代信息技術的農業氣象業務系統，農業氣候區劃已能對複雜地形和羣體內部氣象環境要素分佈和變化規律進行精確描述。人工氣候箱(室)等環境要素模擬實驗手段不斷改進和普及。80年代以來開展了氣候變化對農業影響與適應對策的研究，農業氣象減災研究重點由災害機理與分佈規律研究擴展到風險評估與管理及減災新技術的研究。

在竺可楨倡導下，1953年3月在華北農業科學研究所成立了農業氣象組，1957年擴大為中國農業科學院農業氣象研究室，1990年改為研究所。1958年中央氣象局成立農業氣象研究室，1983年改為研究所。1953年起各地相繼成立農業氣象研究機構，1957年起在全國建立了一批農業氣象試驗站。

1953年北京農業大學招收第一批農業氣象研究生，1956年北京農業大學創辦農業氣象專業，1960年南京氣象學院成立農業氣象系。全國絕大多數農業院校都開設了農業氣象課，20世紀80年代以後建立了一批碩士點，21世紀初中國農業科學院、南京信息工程大學、中國農業大學先後設立以農業氣象為主要內容的博士點。

1954年中央氣象局成立農業氣象業務管理機構，1963年發佈《農業氣象觀測暫行規範》，1990年修訂為《農業氣象觀測方法》。1954年起組織全國範圍的農業氣象預報情報等業務工作。1978年中國氣象學會成立農業氣象專業委員會，1981年中國農學會成立農業氣象研究會，1992年改為農業氣象分會，20多年來組織了一系列全國性和國際學術活動。1979年中國農業科學院創辦《農業氣象》(現《中國農業氣象矜。1986年出版《中國農業百科全書·農業氣象卷》。1999年出版《中國農業氣象學》和《中國農業氣候學》。2001年出版《中國林業氣象學》。1991年中國氣象局組織編寫出版《中國的氣候與農業》中英文版。1979年中國開始參加世界氣象組織農業氣象委員會各項活動，國際學術交流日益活躍。

近代中國農業氣象學科發展的起點較低。20世紀50年代初期初步建立了比較齊全的農業氣象科研、教學與業務體系。60年代因經濟困難和°文化大革命"內亂一度嚴重萎縮，改革開放以來迅速恢復發展，逐漸融入國際農業學術界的主流。總的來看，中國農業氣象學在理論研究和儀器設備方面與發達國家尚有相當差距，但近年來已明顯縮小在農業氣象業務系統建設和為農業生產服務的效果方面居世界較先進水平和發展中國家領先水平。 ^[2] 

農業氣象的研究過程通常分為資料的獲取、處理和分析三個階段。資料獲取方法包括調查考察、田間試驗、人工模擬農業氣象條件等，通常要進行農業生物或設施狀況和環境氣象要素二者的平行觀測。資料處理包括審核、訂正和數學加工處理。資料分析包括統計學方法、數值模擬法、系統分析法、模糊聚類法等。在實際研究過程中，特別是重大農業氣象問題，還要吸收農學、生物學、生態學及其他相關學科的試驗、研究方法綜合運用，開展多學科的協同攻關。隨着現代科學與高新技術的發展，農業氣象學也要不斷吸收最新的科技成果來豐富自身的內容和完善研究與服務手段。 ^[2] 

按照研究的理論和技術領域可將農業氣象學分為基礎農業氣象學、農用天氣學、農業氣候學、農業氣象統計、農業氣象預報、農業小氣候、農業氣象探測技術等。按所研究的農業產業部門或農業生物對象可分為作物氣象、林業氣象、牧業氣象、漁業氣象、園藝氣象、微生物氣象等。 ^[1]