江苏兴化千垛气象数据及油菜生长动态智慧化分析与预测

工作背景：“兴化菜花节”已举办多年，位于兴化千垛，享有“中国第三大油菜花海”和“最美江南花海”等美誉，是将油菜种植与旅游业相结合的成功范例。由于品种、栽培及天气等原因，每年的初花、盛花及终花日期都有变化，精确预测花期对宣传、引导及合理布局旅游资源具有重要意义。自2011年以来，江苏省农业科学院农业模型创新团队与兴化市农业技术推广中心合作开展油菜智慧化生产技术应用，针对将油菜种植与旅游业相结合这一特色，根据兴化市农业技术推广中心千垛油菜生长，特别是花期精确预测需求，开展了兴化千垛气象数据及油菜生长动态智慧化分析与预测。

一、油菜生长期实况气象数据与常年气象数据对比

根据兴化千垛实况气象大数据(图 1.1)与兴化常年气象数据对比分析，自2020年9月20日至2021年3月4日，实况日平均气温(图 1.2)、日最高气温(图1.4)、日最低气温(图 1.4)除12月中旬、下旬及1月上旬、2月底至3月初短时段（4-10天）较常年明显偏低外，其余大部时段仍明显高于当地常年值（30年平均值），值得一提的是，在12月中旬、下旬及1月上旬，日最低气温出现-5℃—-10℃时段，形成较严重冻害；日照时数(图 1.5)除个别时间点外均明显多于当地常年值，日雨量(图 1.6)及降雨日数明显或略少于当地常年值，属伴随低温时段的偏暧型气候，且较常年降水偏少、日照充足，会加快油菜生长发育进程，因冻害生长量较常年偏低，也减弱了病虫危害条件。

图1.1  兴化千垛实况气象大数据系统界面

图1.2  日平均气温与当地常年值(30年平均)比较（兴化2020.9.20-2021.3.4）

图1.3  日最高气温与当地常年值(30年平均)比较（兴化2020.9.20-2021.3.4）

图1.4  日最低气温与当地常年值比较（兴化2020.9.20-2021.3.4）

图1.5  日照时数与当地常年值比较（兴化2020.9.20-2021.3.4）

图1.6  日雨量与当地常年值比较（兴化2020.9.20-2021.3.4）

二、2020-2021年油菜生长期实况气象数据与2019-2020年对比

根据兴化千垛实况气象大数据(图 1.1)与兴化常年气象数据对比分析，与去年相比，2020-2021年日平均气温(图 2.1)除12月下旬、1月上旬短时段（4-10天）低于去年和常年外，其余均高于或接近去年，高于去年时段占2/3（9月中旬至11月中旬、1月中旬至2月中旬），接近去年时段占1/3 （11月中旬至1月上旬）；日最高气温(图 2.2)除11月中旬、2月中旬短时段（4-10天）接近去年外，普遍低于去年，在12月中旬、下旬及1月上旬以来时段则明显低于去年和常年；日最低气温(图 2.3)除12月中下旬、1月上中旬短时段（4-10天）明显偏低去年和常年外，基本接近去年而略高于常年；日照时数(图 2.4)普遍高于去年和常年，日雨量(图 2.5)及降雨日数在11月中旬前及2月下旬略多于去年，仍少于当地常年值。总体上，温度虽有高于去年时段，但受到低温时段平衡，花期较常年提前4-5天，但较去年推迟7-10天左右。

图2.1 日平均气温与去年和当地常年值(30年平均)比较（兴化2020.9.20-2021.3.4）

图2.2 日最高气温与去年和当地常年值(30年平均)比较（兴化2020.9.20-2021.3.4）

图2.3  日最低气温与去年和当地常年值(30年平均)比较（兴化2020.9.20-2021.3.4）

图2.4  日照时数与去年和当地常年值(30年平均)比较（兴化2020.9.20-2021.3.4）

图2.5  日雨量与去年和当地常年值(30年平均)比较（兴化2020.9.20-2021.3.4）

三、油菜生长动态实时智慧化分析与预测

利用油菜智慧栽培模拟优化决策系统（Rape-CSODS）和上述实时气象数据（2020.9.1-2021.3.4）结合未来15天预报数据(2021.3.5-2021.3.15)再结合未来15天趋势预报结果(接近常年)对兴化宁杂1818生长动态及初花期(25%主轴开始开花)进行了预测，结果如下：

注：初花期为25%主轴开花；模型误差1-3天；天气预报存在一定不确定性。

预测结果显示, 该品种抽苔期较当地常年值提前2天，初花期较当地常年值提前4天，3月初经光谱估测叶氮含量10.9%(图3.1)，正常略高。另外，成熟期提前2-3天，初花最适叶面积指数和最适茎枝数较常年略低；主茎总叶龄较常年减小一张。主要病虫气象灾害以预防油菜菌核病为主。

图3.1 多旋翼无人机搭载高光谱成像仪在兴化千垛测定现场（2021.3.4）

观测显示，兴化千垛宁杂1818实际初花期为3月15日， 与预测值仅有1天误差，基本相符。

图3.2  3月15日兴化千垛宁杂1818实际初花期场景

供  稿：曹宏鑫  研究员

江苏省农业科学院农业模型创新团队

数据支持与协作：江苏省农业科学院农业信息研究所农业模型研究室、江苏兴化市农业技术推广中心

友情协助：江苏省气候中心 徐敏

2021．3．9

作者简介

曹宏鑫，博士，研究员，江苏省农业科学院学术委员会委员、农业信息研究所原副所长、CIMMYT与澳大利亚Queensland大学访问学者，江苏省首批中青年科学技术带头人、兼职硕士、博士及博士后导师。主要研究方向：信息农业关键技术研究与应用。近5年主持国家、部省级课题16项。共获省级科技进步奖二等奖3项、三等奖3项、江苏省农业科学院科学技术奖一等奖1项、知识产权21项，主編著作3部，其中，《互联网+现代农业：给农业插上梦想的翅膀》获2018年华东地区科技出版社优秀科技图书一等奖，发表研究论文140余篇，SCI/EI收录30篇、出版专著3部。《智慧农业（中英文）》等期刊编委、全国农业物联网产业技术创新战略联盟常务理事、中国农学会农业气象分会副理事长、中国农学会计算机农业应用分会副主任委员、中国仿真学会农业建模与仿真专业委员会副主任、中国自动化学会智慧农业专业委员会委员、国际先进农业信息处理专委会委员。