农业气象学课件

农业气象学Agrometeorology第一章绪论主要内容§1农业生产与气象条件§2农业气象学的定义及其主要内容§3农业气象学的诞生与发展本章重点●农业与气象的关系●农业气象学的定义●农业气象学的主要内容§1农业生产与气象条件●影响农业生产的外界自然条件●气象条件对农业生产影响的主要方面●农业生产中应该重视的几个气象问题●“土壤—植物—大气”系统（SPAS）一、影响农业生产的外界自然条件主要包括：土壤：土壤性质（沙、壤、粘）、PH值土壤肥力—有机质、氮、磷、钾气候：光、热、水、气地形地势：海拔、坡度坡向、小地形、水体goback二、气象条件对农业生产影响的主要方面1、气象条件作为自然资源，直接或间接地为农业生物的生长发育及其产量形成提供必需的能量与物质。2、农业生物的生命过程既然是在外界自然环境中完成，就不可避免地会受到有利和不利气象条件的影响。即使今后农业生产技术达到了极高水平，人们还是要根据以至于控制气象条件来安排农业生产。3、气象条件还会通过其它外界环境条件如土壤、水文等的作用来影响农业生产。4、在气象条件中，光、热、水、气诸因子既不能互相代替，又互相制约，综合地影响着农业生产，其不同的组合对农业生产会有不同的影响。不利的组合将导致减产，有利的组合会使农业增产，而最优的组合才有可能使农业生产高产、优质、高效。木桶能装多少水，不取决于最长的木板，而取决于最短的木板（木桶定律）。三、农业生产中应该重视的几个气象问题1、发展农业生产必须“因地因时制宜”，所谓“时”，实际上是指气象条件，即因气象条件制宜。2、不能认为只有气象条件影响农业生产，作物特别是农业生产过程中的农业技术措施也会反过来影响气象条件。3、精细农业或精耕细作等多项农业技术措施功能的发挥，几乎无一不与天气气候条件有关。4、农业生产对象的生长发育规律与影响农业生产气象条件的变化规律相结合所形成的农业气象规律，会对农业生产产生有利或不利影响。因此，要发展农业生产，必须掌握农业气象规律。四、“土壤—植物—大气”系统（SPAS）从农业气象学科考虑，植物及其生产过程是一个作用系统，即“土壤-植物-大气”系统，或可称之为“农业气象系统”。实际上，农业气象系统的垂直尺度并不大。系统的上边界距离地面最高不过20～30米左右，下边界深入土壤中在30～50厘米以至几米上下。机制过程状态大气植物土壤湍流输送辐射输送降水辐射的吸收、热量、水汽、二氧化碳的交换辐射体系温度湿度风二氧化碳浓度生长发育形成产量量子俘获扩散转移复制酶的作用激素的作用系统的大小与形成水分状况色素、酶、激素代谢等水平热水气离子的运动水分、营养物质、微量元素的摄取温度水量和水势氧和二氧化碳浓度微生物数量与活动营养物质含量等§2农业气象学的定义及其主要内容●农业气象学的定义●农业气象学的研究对象●农业气象学的目的●农业气象学的主要内容一、农业气象学的定义农业气象学是研究农业生产与气象条件的相互关系及其规律的科学。其研究内容包括农业生物及生产过程与天气气候条件及其变化的关系和规律、受气象条件影响和制约的农业问题及其解决途径、农业生产技术和措施对周边气象环境的影响及其调节等。以谋求合理地利用气候资源，战胜不利气象因素，促进农业发展。二、农业气象学的研究对象农业气象学的研究对象是生物有机体与气象条件两者相互作用的规律及其影响。一方面要研究农业生产对气象条件的要求和气象条件对农业生产的影响；另一方面也要研究农业生产对气象条件的影响。三、农业气象学的目的农业气象学的目的是从农业生产实际出发，围绕农业现代化及加强农业基础建设，实现农林牧渔全面发展和科学种养等需要，不断地认识和解决农业生产中出现的气象问题，使农业生产能充分合理地利用气候资源，战胜不利气象因素，逐步提出促进农业生产“高产、优质、高效”和可持续发展的气象条件和气象措施。四、农业气象学的主要内容1、农业气象基本理论与方法研究a.农业气象监测及试验研究方法研究b.农业气象仪器研制c.农业生产与气象条件关系研究d.农业气象指标研究e.农业气象模式研究2、农业气候资源分析及其合理开发利用研究与服务3、农业气象情报、预报方法研究与服务4、农业气象灾害规律及防御措施研究与服务5、农业微气象学研究与服务另外，从农业生产对象的角度出发，农业气象学主要包括：●作物气象●林业气象●畜牧气象●渔业气象………§3农业气象学的诞生与发展●中国古代的农业气象成就●中国近代农业气象学的发展●中国现代农业气象学的发展●国外农业气象学的主要进展●未来农业气象学研究的重大问题和学科发展任务●农业气象学科发展迫切需要解决的问题一、中国古代的农业气象成就1、记载中国古代丰富的农业气象经验与知识的古籍主要有：《吕氏春秋》（战国）《氾胜之书》（西汉）《齐民要术》（北魏）《农书》（宋、元）《农政全书》（明）《二十四节气》••••••2、具体例子：●农时、节令、授时、农候占验“顺天时，量地力，则用力少而成功多，任情返道，劳而无获。”——《齐民要术》（北魏）“伎儿鸟春来则种禾，秋去则种麦。”——《宋本太平寰宇记》（宋）●农田小气候利用与改良技术“冬雨雪止，辄以蔺之，掩地雪，勿使从风飞去，后雪复蔺之；则立春保泽，冻虫死，来年宜稼。”——《氾胜之书》（西汉）●农业气象灾害防御技术“凡五果花盛时，遭霜则无子，…。天雨新晴，北风寒切，是夜必霜；此时放火作煴，少得烟气，则免于霜矣。”煴音yún，意思是没有火焰的暗火。——《齐民要术》（北魏）二、中国近代农业气象学的发展中国的近代气象观测于19世纪中叶开始由西方国家在沿海陆续兴建，辛亥革命以后才开始兴办气象站。1912年直隶农事试验总场设立了农业测候所。1922年竺可桢发表“气象与农业之关系”一文，成为中国农业气象学的奠基人。30年代40年代蒋丙然、涂长望等我国气象学家陆续发表了一批农业气象论文，编写出版了《农业气象学》教材。但总的看，由于长期战乱，中国农业气象事业基本处于停顿状态。三、中国现代农业气象学的发展1、初创探索时期（1953～1958年）农业气象成为体系完整的一门学科是新中国成立以后的事情。经中国科学院副院长竺可桢的倡导，中国科学院与农业部协商，由中国科学院地球物理研究所与华北农业科学研究所合作，于1953年3月在华北农业科学研究所成立了农业气象组，并在1957年中国农业科学院成立后扩大为农业气象研究室，人员由中国农业科学院、中国科学院地理研究所和中央气象局三方派人组成。1958年中央气象局为适应全国农业气象业务工作开展的需要成立农业气象研究室。1953年起各大区和部分省相继成立农业气象研究机构，1957年起在全国建立了一批农业气象试验站。1953年北京农业大学招收了我国第一批农业气象研究生，同年农业部委托军委气象局举办首届农业气象训练班。1956年北京农业大学创办了农业气象专业。1954年中央气象局成立了农业气象组，同年改为农业气象科，1956年改为农业气象处，形成了系统的农业气象业务管理体系。1955年开始在全国布置一些台站开展农业气象观测，1954年开始陆续编制农业气象观测方法的有关规定。2、发展—调整—稳步发展时期（1958～1965年）1960年南京气象学院成立农业气象系。其他一些农业院校和气象大中专院校也先后设立过农业气象专业，全国绝大多数农业院校都开设了农业气象课。1963年在《全国农业发展纲要》中增加了加强农业气候和农业气象以及农业区划的内容。1964年，竺可桢发表论文“论我国气候的几个特点及其与粮食生产的关系”。1965年，黄秉维发表论文“发展农业生产的途径与农业自然条件的研究”。另外，该时期农业气象灾害指标和农田小气候等研究取得了较大的进展。3、停滞时期（1966～1976年）1969年中央气象局的农业气象工作被取消。1971年中国农业科学研究院农业气象研究室下放到地方，各地的农业气象机构也多被下放、合并或撤消。农业气象高等教育停止招生。4、重建发展时期（1977年以后）1977年农业气象高等教育恢复。80年代以后许多院校建立了农业气象的硕士点，2005年以来中国农业科学院、南京信息工程大学（前南京气象学院）、中国农业大学（前北京农业大学）先后设立了以农业气象为主要内容的博士点，标志着中国的农业气象教育事业已形成完整的体系。1978年中国气象学会农业气象专业委员会成立。1981年中国农学会农业气象研究会成立（1992年改为农业气象分会）。1979年中国农科院创办了《农业气象》，1988年改为《中国农业气象》，是我国目前唯一公开发行的农业气象专门学术刊物。20世纪70年代末至80年代初开展全国农业气候区划工作，并在90年代进一步深化细化，为我国农业生产的合理布局提供了基本依据。20世纪80年代中期以后我国农业气象科研和业务进入稳定发展的新时期，建设了居世界先进水平的全国农业气象观测和业务网络，开展了一批有影响的农业气象科研项目，如作物产量气象预报、作物生长数值模拟、亚热带山区气候资源开发利用、重大农业气象灾害防御技术等。国际学术交流日益活跃，从1979年起中国开始参加世界气象组织农业气象委员会的各项活动，除派出大量人员出国参加学术交流与考察、进修外，在中国也召开过多次农业气象国际学术会议。世界气象组织还在南京建立了农业气象培训基地。出版了多部农业气象专著：1986年中国农业出版社出版了由中国农业气象界共同编撰的《中国农业百科全书·农业气象卷》。1999年出版了《中国农业气象学》和《中国农业气候学》，2001年出版《中国林业气象学》。1991年中国气象局组织编写出版了《中国的气候与农业》中英文版。三十年来，我国的农业气象科学技术水平得到了迅速提高，成为当今世界农业气象事业较为发达的国家之一，为我国农业的发展作出了积极贡献。四、国外农业气象学的主要进展1、近代农业气象学进展1735年，法国DeRéaumur提出热量常数的概念，指出各种作物完成每个发育期都需要相应的温度总和。1854年，L.Blodge在美国政府的农业报告中发表了一篇农业气象报告。1854年，俄国Д..Рутович出版了世界第一本《农业气象学》，标志着农业气象学科理论体系的初步形成。1854年，L.Blodge首次提出农业气候相似理论。1872年起，美国国家天气局开始发布每周天气和作物公报，这是最早的规范化农业气象业务工作。1875~1878年，F.Haberlandt给出了大多数作物的积温指标。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R.Assmann发起成立了农业气象协会，并根据250个观测站的资料编印《农业气象月报》。1885年，俄国建立了世界上第一批12个农业气象站，И.Броунов于1897年成立了俄国的农业气象机构，组建了农业气象站网，按照平行观测原则制定了农业气象观测方法。从1922年起编制农业气象旬报。1913年，国际气象组织（IMO）设立了农业气象委员会（CAgM）。1919年，美国W.W.Garner和H.A.Alard发现了光周期现象并逐步形成了光周期理论。1927年，德国R.Geiger出版了《近地面气层气候》。1937年，苏联Г.Т.Селянинов出版了《世界农业气候手册》。1939年，G.Azzi将农业气象学与农业生态学联系起来，划分了意大利小麦自然地理区，开创了农业气候区划的先河。1945年，日本大后美保发表了《日本作物气象的研究》。1948年，英国H.L.Penman综合辐射平衡和空气动力学方程得出了蒸发量计算公式。2、现代农业气象学的进展20世纪50年代以后农业气象学家对作物与气象关系进行了更加深入的研究，热量平衡和空气动力学方法开始应用于农田水分平衡与灌溉管理，英国的J.L.Monteith在Penman公式的基础上进一步提出了可用于植被蒸散量估算的Penman—Monteith公式。60年代以后各国开展了土壤—植被—大气连续体SPAC和人工气候室模拟实验研究。70年代以来，随着计算机技术、卫星探测技术、地理信息系统、全球定位系统及电子测试技术的发展和广泛应用，农业气象学研究在观测方法、实验手段、数据