光温因子驱动的园艺作物叶龄模型模拟精度比较

为了提高光温因子驱动的园艺作物通用性叶龄模拟模型的模拟精度,以黄瓜、芹菜、菠菜、小香芹、郁金香和茶叶为供试材料,进行了7年(2016—2022年)的分期播种试验,依据作物生长发育与关键气象因子(辐射和温度)的关系,采用4类建模方法(温差法、积温法、生理发育时间法和辐热积法)构建了园艺作物叶龄模拟模型,并以6种方式(平均值、最值均值、中值、逐步回归、BP神经网络和Elman神经网络)和2种集成逻辑(直接和分步)集成模拟结果,最终优化模型模拟精度。结果表明:1)2种集成逻辑下模型模拟精度均较高,且分步集成逻辑优于直接集成逻辑,平均绝对误差(mean absolute error,MAE)差值为0.31 d,平均相对误差(mean relative error,MRE)差值为0.33%,均方根误差(root mean square error,RMSE)差值为0.40 d,归一化均方根误差(normalized root mean square error,NRMSE)差值为0.46%;2)2种集成逻辑下模型最优时间尺度为逐时尺度,最优作物类型为茶叶,最优建模方法为Elman神经网络集成模拟模型。研究结果可为园艺作物智慧生产管理和可视化提供理论依据和技术支撑。

基于改进YOLOv5的番茄成熟度检测方法

为提高番茄果实成熟度的识别精度,实现番茄种植环节成熟度在线无损自动检测,本研究提出一种基于改进YOLOv5的番茄成熟度检测方法。针对番茄果实间因藤蔓、叶片的遮挡以及光照干扰而导致的识别误差、图像中小目标番茄检测难等问题,在YOLOv5算法的骨干网络Backbone中增加ECA高效通道注意力模块,将Neck结构中PAFPN替换为具有双向加权融合能力的Bi FPN,在Head结构中添加小目标检测模块,通过消融试验获取最优改进算法YOLOv5-tomatoA。结果表明:相对于YOLOv3-Tiny、SSD300和Faster R-CNN目标检测网络,YOLOv5-tomatoA算法在遮挡和光照不均等复杂场景下,平均精度均值和F1得分分别达到97.4%和95.4%,图像识别仅需14.7ms,能同时满足高精度和快速响应的番茄果实识别需求。改进后的YOLOv5网络结构优化了内存占比和资源消耗,仅占用15.9M,模型更加轻量化,对实现番茄成熟度的在线无损检测具备一定的实用价值,该技术也可用于番茄自动采摘机器人设计中。

基于标准化胁迫积温的黄瓜采后品质模拟模型

为了量化贮藏环境对黄瓜果实采后品质的影响,收集了2018—2019年2个生长季3种动态贮藏环境条件下的气象和果实品质观测数据,以温度为环境驱动因素,建立了基于标准化胁迫积温(S tan_(SAT))的黄瓜采后品质模拟模型,并探究了果实外观品质和理化品质指标间的量化关系。结果表明,果实鲜质量(Wf)与体积(V)、色光值(CV)与色调(H)、果实含水量(FW)与可溶性固形物含量(SSC)之间呈线性关系;果形指数(SI)与果实密度(ρ)呈二次函数关系;DV(暗度值)与H之间呈对数关系。品质评价值(QE)、DV、CV、SI、H和ρ与S tan_(SAT)呈线性关系;SSC与S tan_(SAT)呈二次函数关系。F、ρ、SI、H、DV、CV、SSC和QE采后品质指标模拟值与观测值均方根误差(RMSE)分别为0.99 N、36.15 kg·m^(-3)、0.75、0.24、1.39、449、0.75%和3.63,归一化均方根误差(NRMSE)在1.58%~17.85%,表明该模型有较高的模拟精度。研究结果可为黄瓜贮藏智慧管理提供理论依据和技术支持。

天津市保暖式钢骨架大棚越冬蔬菜生产气温适宜度及冷害风险评估

选用2021年12月至2022年3月天津市两类新型保暖式钢骨架大棚棚室内、外气象观测数据,应用随机森林法模拟棚室内气温分布,分析新型棚室不同气温年型下的热量资源变化和蔬菜种植的气温适宜度及低温风险状况评估。结果表明:两类保暖式钢骨架大棚棚室内气温的随机森林模型模拟值与实测值的决定系数R^(2)大于0.840,一致性指标D值大于0.980。加温型保暖式钢骨架大棚全年最低气温可维持在10℃以上,变化范围较小,适宜种植半耐寒蔬菜及喜温蔬菜(适宜度分别为0.86~0.97和0.73~0.90,无低温冷害风险)。常规型保暖式钢骨架大棚最低气温可维持在-3℃以上,适宜种植耐寒蔬菜及半耐寒蔬菜(适宜度分别为0.59~0.91和0.43~0.86,低温风险较低)。

基于物联网的日光温室低温灾害监测预警技术及应用

为减少冬春季由于大风强降温、连阴天造成的低温灾害对日光温室生产造成的影响,该文介绍利用物联网技术,集成开发一套包括日光温室小气候与生态环境监测网络、数据实时采集与无线传输、低温灾害监测与预警发布、远程加温控制于一体的技术方法。该方法通过构建具有统一入口的分布式信息管理系统,实现对不同传感器生产厂家设备的兼容及多个监测站的组网;以嵌入式GIS组件库作为开发平台,使数据接收软件有较强的空间显示与分析功能。基于对典型日光温室小气候观测数据与作物生长临界指标,利用逐步回归及神经网络建模,获得土围护和砖维护结构日光温室低温预警指标。利用手机短信、电子显示屏、网站等多媒体发布低温预警服务,并采用远程智能控制方式实现对温室定时加温。该项技术有效地解决了天津地区日光温室低温灾害监测和预警需要,提高设施农业园区管理水平和应对灾害能力。

基于ArcIMS的农业气象信息发布系统

农业气象信息的可视化查询分析与统计是气象业务部门急需解决的问题,研究依托自动气象站网观测数据采集平台和通信网络,借助ArcIMS软件,开发了基于WebGIS的天津市农业气象信息发布系统(以下简称发布系统)。根据ArcIMS的体系结构特点,系统设计了数据层、应用层、浏览层的三层体系结构;针对自动站数据和温室数据的不同特点,设计了空间数据的文件组织方式和非空间数据的数据结构;以数据入库、配置地图文件,发布地图服务、二次开发定制等为流程,实现了系统功能。应用本研究的模式进行基于ArcIMS的系统开发,大大降低了系统开发成本、缩短了开发时间、方便了系统部署。将自动站数据和温室数据以WebGIS的形式发布,便于数据的直观显示,也使数据的查询分析更具交互性。系统在天津市气候中心的应用结果表明:界面设计简洁、操作简单、功能较强,很好的满足了气象部门日常信息管理及发布的要求,为农业生产提供了支持。

天津市日光温室低温灾害特点及防御对策

利用近50年气候观测资料,统计分析了天津市日光温室发生低温灾害天气的变化特征,同时,通过对2011～2012年度三类典型日光温室小气候观测数据处理,获得低温灾害发生特点,并提出了防御对策。

日光温室气象监测与灾害预警系统研制

节能型日光温室是我国华北地区发展最快、所占面积比例最大的设施农业类型,针对具有较典型代表性的第2代节能日光温室,详细阐述了集温室小气候自动监测、数据远程采集、温室小气候模拟、产品制作与发布、灾害预警于一体的日光温室气象监测与灾害预警系统的构建,并对该系统的应用情况进行简单介绍。系统2007年投入业务使用,采取中期、短期、临近预警相接合,监测预报与灾后评估相结合,取得较好服务效果。

日光温室气象服务技术发展现状与展望

分析了我国日光温室建设和生产管理过程中对气象服务的需求,总结了近年来日光温室气象服务技术现状,并结合相关技术的发展趋势展望了未来日光温室气象服务技术的发展方向。

基于夜间室内外温差计算方法的日光温室气候分类

为了解决日光温室园艺作物越冬栽培茬口合理安排问题,同时减少低温灾害风险,开展温室保温性评价并进行科学分类。该研究选取天津市3种典型日光温室设置室内外小气候观测试验,结合不同温室构型及建筑材料,基于热传导原理形成日光温室夜间室内外温差计算方法,并以此为基础评价不同类型温室保温能力,进而对天津地区主要日光温室类型进行划分,提出不同类别温室适宜种植蔬菜建议。结果表明:1)温室保温常数能较好地反映日光温室保温性能差异,3种典型日光温室保温常数分别为20.34、15.84、13.21。2)温差计算方法可以较好模拟不同类型日光温室室内气温变化,温差模拟值与实测值决定系数(R^(2))在0.70以上,均方根误差RMSE范围为1.97%~3.86%。3)利用1960—2020年气候观测资料按气候保证率80%计算其最低气温、最小湿度及最小风速值,模拟得到当地不同保温能力日光温室的极端最低温度值为3~14℃,按照果蔬生长发育指标需求,提出日光温室分类标准,可分为耐寒叶菜型、叶菜适宜型、果叶混合型、果菜适宜型及喜温果菜型,并在2016—2020年温室改造与评估实际应用中得到验证。该研究可为解决中国日光温室类型多且构型复杂,难以量化评价其保温性能及合理安排种植茬口的难题提供方案参考。

The Actuality and Prospect of Meteorological Service Technology for Solar Greenhouse

The solar greenhouse's construction and its demand on meteorological service in the process of production management in China were analyzed,and the current situation of meteorological service on it was summarized.Combined with the trend of related technology,the future development of solar greenhouse meteorological service was prospected.

持续低温及低温连阴天气下几种典型日光温室保温性能评价

为准确评价天津地区新建的几种典型日光温室在冬季持续低温及低温连阴天2种灾害性天气条件下的保温性能,在冬季对土墙、二代砖墙、高标准砖墙3种结构类型日光温室内夜间的平均温度、最高温度、最低温度、温度低于10℃的持续时间、夜间最低温度偏离度等指标进行观测与统计分析。结果表明,土墙日光温室在2种灾害性天气条件下保温性能均最佳,高标准砖墙温室在连阴天条件下,保温性能差于土墙,但与二代砖墙温室保温性相差不大,而在低温条件下,高标准砖墙温室保温性明显好于二代砖墙温室,二代砖墙温室保温性能最差,并获得了定量化的指标。该结果对防御日光温室冬季低温灾害影响有较好的指导意义。

基于土壤水分动态平衡方程的天津冬小麦干旱变化特征分析

利用天津宝坻区1959～2009年气象资料,应用土壤水分动态平衡方程,对无灌溉条件下1m深土层非胁迫水分累积亏缺量进行计算,根据干旱指标,分析该地区干旱变化特征。结果表明,在自然条件下,该地区冬小麦生长季97%年份出现不同程度的干旱,春旱极易发生。

天津市农业气象信息网站的开发与信息服务

分析了建立农业气象特色网站的必要性和作用,阐述了该网站的信息资源构成、开发技术与方法、信息服务形式,并对下一步的发展进行展望。

天津市设施种植业气象灾害风险分析及对策

文章在对天津市设施种植业主要生产季历史气候资料统计和典型温室进行实地调查的基础上,结合近几年来温室小气候观测数据,分析了设施种植生产季主要气象灾害、发生特点与风险,并从设施温室设计、标准制定及灾害预警服务等方面提出对策与建议。

两种干旱指数在天津农业干旱评估中的应用

从天津市农业生产特点出发,根据农业的需水和耗水规律,分别介绍降水指数和积分湿度指数等两种方法的算法及对天津农业评估结果。结果表明,评估结果与实况有较好的一致性,说明这两种指数评估方法有较好的农业指导意义。

设施农业气象信息网站的设计与实现

分析了天津市建立设施农业气象专业网站的必要性和作用,阐述了该网站的内容设计与信息资源构成、特点及开发技术与方法,并对下一步的发展进行展望。

气象卫星及其遥感应用产品

介绍了气象卫星及其遥感应用产品在环境及灾害监测、农业遥感等方面的广泛使用及其发展前景。

赴欧洲参加欧盟合作项目学术交流总结

1项目背景及出访任务 根据天津市气候中心参与的欧盟人才项目合作协议之国际科研人才交流计划（FP7-PEOPLE-2013-IRSES）的有关工作安排，天津市气象局气候中心黎贞发、王铁、李春、薛庆禹4人于2017年3月7日至4月21日赴西班牙、意大利和德国进行了为期46天的学术交流。

地理信息系统在农业气候资料分析处理中的应用

介绍了地理信息系统及其作用,利用地理信息系统对与农业生产密切相关的光、温、水等气候资料进行处理的技术方法,以及在资料分析中的应用。