專利名稱：人工增雨最佳經濟效益區選擇及定量評估方法
技術領域：
本發明涉及一種經濟效益區選擇及定量評估方法，特別涉及一種人工增雨最佳經濟效益區選擇及定量評估方法。
背景技術：
我國目前在確定人工增雨作業區和作業時間時，沒有考慮對主要農作物不同生育階段的需水要求。人工增雨是一種立體抗旱、利用云水資源的主要手段，農業是人工增雨的主要的直接受益者。由于農作物在整個生長周期中的不同階段對水分的需求量及對水分的敏感度不同，同時，由于地理分布的差異，不同區域的種植結構存在較大差異，同一時間內同一作物的生育期區域間亦有差異，必然導致在不同時間的每毫米增雨量對作物最終產量的貢獻率不同，同一時間的毫米增雨在不同區域的經濟效益不同。因此，需要在最佳時間內在最佳農業經濟效益區內實施人工增雨作業和對其效益進行定量評估。
發明內容本發明為了彌補現有技術的不足，提供了一種可以實現效益最大化的人工增雨最佳經濟效益區選擇及定量評估方法。
本發明是通過如下技術方案實現的一種人工增雨最佳主要農作物經濟效益區確定方法，其特殊之處在于包括如下步驟(1)首先確定宏觀播云指標，以冰面飽和區、上升區和0℃層以上水汽積分量＞＝9mm的區域確定作業區的范圍；在滿足以上播云條件的區域內確定最佳主要農作物經濟效益區為播云區；(2)作物需水指標的診斷與確定；得到主要作物各生育階段旱、澇、正常及豐年的需水指標；(3)計算不同時段降水量對作物產量的定量貢獻；對主要農作物氣象產量與時段降水進行定量統計分析，分析作物生育期內不同時段降水對最終產量的影響及其變化特征；(4)對增雨農業經濟效益定量評估；分別進行各縣逐旬、全年增雨的單一、綜合作物的農業直接經濟效益的定量評估；(5)前期降水對增雨經濟效益的影響；以前一旬的實際降水量與作物需水量對后一旬的貢獻系數進行訂正；(6)在進行人工增雨效益評估時，以不同地區主要農作物每毫米增雨的經濟效益計算總增雨的經濟效益。
本發明將主要農作物不同生育階段需水指標、旬每毫米降水對其產量的定量貢獻系數與人工增雨作業指標相結合；綜合運用冰面飽和、水汽垂直輸送、水汽積分量等云指標和主要農作物不同生育階段的需水指標及其增雨潛在經濟效益定量指標，提出了定量增雨效益指標、播云最佳經濟效益作業區選擇方法。在對人工增雨效益進行評估時，提出了在使用單次天氣系統分層歷史回歸方法確定絕對增雨量后，用不同地區主要農作物每毫米增雨的經濟效益計算總增雨的經濟效益。
本發明可以在人工增雨業務技術系統上實現，增加了人工增雨作業的科學性和技術的先進性。
下面結合附圖對本發明作進一步的說明。
附圖是訂正后5月中旬主要農作物經濟效益綜合評估圖。
具體實施方式
下面以山東省為例對本發明具體說明。在進行人工增雨作業指揮決策中，首先確定宏觀播云指標，以冰面飽和區、上升區和0℃層以上水汽積分量＞＝9mm的區域確定作業區的水平范圍；以冰面飽和區、上升區、和準飽和區確定作業區的垂直播云高度；在滿足以上播云條件的區域內確定最佳主要農作物經濟效益區為播云區。在確定最佳主要農作物經濟效益區時采用以下步驟1作物需水指標的診斷與確定方法1采用低通濾波模擬方法對各作物產量(y)進行趨勢產量(yt)和氣象產量(yw)的分離，其中，趨勢產量是由農業技術措施決定，包括施肥、經營管理、病蟲害防治、品種改良及其它增產措施；氣象產量是全生育期內每一時段氣象因子對其貢獻的逐步積累。其具體方法為
當作物產量序列為y1，y2，y3，…，yi，…yn。若采用5點低通濾波方法，則滑動平均值yti＝1/5(yi-2+yi-1+yi+yi+1+yi+2)對于n年資料的初始值yt1＝1/5(3y1+2y2+y3-y5)對于n年資料的第二個值yt2＝1/10(4y1+3y2+2y3+y4)對于n年資料的最后第二個值yn-1＝1/10(yn-3+2yn-2+3yn-1+4yn)對于n年資料的最后值yn＝1/5(-yn-4+yn-2+2yn-1+3yn)一般情況下趨勢產量占實際產量的80％左右。
由此氣象產量yw便可獲得yw＝y-yt對主要作物產量資料進行分離處理后，再按作物的發育階段，選取相應光、溫、水氣象資料，并對其分別作有生物學意義的膨化處理，膨化處理是將各發育期中的氣象因子按作物生長的連續性順序依次累加，不作間隔和跳躍式的累加。例如作物的某生育時段為n個旬，其各旬的降水因子用Xi表示，則膨化過程是X1，X1+X2，X1+X2+X3，…，X1+X2+…+Xi+…+XnX2，X2+X3，…，X2+…+Xi+…+Xn·Xn-1，Xn-1+XnXn膨化后，可使原來的n個因子變為n(n+1)/2個連續的因子，這些因子都有其不同的農業意義。本研究中每個作物可得到150～180個因子供挑選使用，氣象因子與氣候產量有二次三項式曲線相關，當因子量值較小時，產量隨因子值上升，達到一定值后，產量下降。將氣候產量yW與全部膨化氣象因子Xi建立方程yW＝b0+b1xi+b2xi2，其中b0、b1、b2為系數。以方程的復相關系數為判據，從通過F檢驗的方程中挑取復相關系數最大的因子，發現幾乎都是各時段的降水因子。根據其對應的方程，求解得到各產量的適宜、不適宜的降水值。再推算到各生育時段的降水指標。
方法2用通徑分析將作物產量與各時段降水的相關系數分解為對產量產生直接影響的直接通徑系數和對產量產生間接影響的間接通徑系數。
直接通徑系數pi→y=biΣxi2×Σy2]]>間接通徑系數pi→j→y＝rijpj→ypj→i→y其中bi為偏回歸系數，rij為單相關系數，xj為氣象因子，y為產量。對各作物各降水時段進行通徑分析后，統計不同生育期直接、間接通徑系數和其占全生育期降水對產量影響力的百分比，依各作物豐年為標準推測各生育時段降水指標。
綜合集成以上2種方法的結果，得到山東省主要作物各生育階段旱、澇、正常及豐年的需水指標。
2計算不同時段降水量對作物產量的定量貢獻作物產量的形成為一動態過程，是作物所處外部環境條件作用于其自身生育規律的最終表現，分析趨勢產量和氣象產量的演變趨勢，趨勢產量基本為平穩上升，而氣象產量年度間則存在較大變異性，因而作物產量的波動主要是由氣象產量的變異所致。分析山東省的氣候特點，常年光、溫變化較為平穩，且均能滿足作物各生育階段的需求，氣象產量波動主要是由降水因子引起，降水變化對產量的影響可用FisherR.
A.的積分回歸模式來表示yw=c0+∫0τaj(t)Rj(t)dt]]>其中yw為氣象產量(kg/ha)；τ為作物生育時段數；RJ為降水因子，即每一生育時段的降水量(mm)；C0為常數項；αJ(t)為偏回歸系數。
利用上式對山東省主要農作物1961～2000年的產量與時段降水進行定量統計分析，為統計方便，視每一旬為作物一個生育時段，則τ為某作物全生育期內旬的個數，由α(t)便可分析作物生育期內不同時段降水對產量的影響及其變化特征。
3對增雨農業經濟效益定量評估根據全省各縣不同作物生長發育期間的增雨貢獻系數，以αi，j，k(kg·ha-1·mm-1)表示，其中i＝1～5代表作物種類(分別為1，小麥；2，玉米；3，花生；4，甘薯；5，棉花)；j＝1～36代表一年中36個旬；k代表全省的縣數。
若旬增雨量、各縣作物種植面積分別以R和M表示，則旬增雨對某一縣的某作物的效益Ei，j，k(kg)為Ei，j，k＝αi，j，k*Rj，k*Mi，k作物產量市場價格以C(元·kg-1)表示，單一作物的年直接經濟效益(元)模型為Ei,k=Ci*Σj=136αi,j,k*Rj,k*Mi,k]]>各縣每旬總效益Ej，k、年的總的效益Ek計算模型為EJ,K=Σi=15Ci*αi,j,k*Rj,k*Mi,k]]>Ek=Σj=136Σi=15Ci*αi,j,k*Rj,k*Mi,k]]>由以上評估模型便可分別進行山東省各縣逐旬、全年增雨的單一、綜合作物的農業直接經濟效益的定量評估。
4前期降水對增雨經濟效益的影響降水貢獻系數是在常年平均條件下的貢獻值，實際上每年的降水變率不同，前期降水的多或少均將對后期降水的貢獻系數有一定的影響，為此在實時增雨作業時需對其貢獻系數加以修正，由于山東省春季升溫快，且多大風日，蒸發量大，農田失墑較快，故本文以前一旬的實際降水量與作物需水量對后一旬的貢獻系數進行訂正。若某旬的實際降水量及小麥、玉米、棉花、花生和甘薯在該旬的需水量分別用PRj，k和RRi，j表示，則修正后的系數為αi，j+1，k′，其具體算法如下
當Δδi，j，k＜-50時，αi，j+1，k′＝αi，j，k+0.5×αi，j，k-50≤Δδ＜0時，+αi，j+1，k′＝αi，j，k+0.25×αi，j，kΔδ＝0時，αi，j+1，k′＝αi，j，k0＜Δδ≤50時，αi，j+1，k′＝αi，j，k-0.25×αi，j，kΔδ＞50時，αi，j+1，k′，＝αi，j，k-0.5×αi，j，k在實施人工增雨作業前以αi，j+1，k′代替αi，j，k由上述評估模型可以計算出各縣逐旬、全年每毫米增雨對作物的單一和綜合影響效益。
附圖是訂正后5月中旬主要農作物經濟效益綜合評估圖(萬元·縣-1·mm-1)。
在進行人工增雨效益評估中，采用活動對比區和影響區方法，以單次天氣系統分層歷史回歸方法計算絕對增雨量，以上面確定的不同地區主要農作物每毫米增雨的經濟效益計算總增雨的經濟效益。
權利要求
1.一種人工增雨最佳經濟效益區選擇及定量評估方法，其特征在于包括如下步驟(1)首先確定宏觀播云指標，以冰面飽和區、上升區和0℃層以上水汽積分量＞＝9mm的區域確定作業區范圍；在滿足播云條件的區域內確定最佳主要農作物經濟效益區為播云區；(2)作物需水指標的診斷與確定；得到主要作物各生育階段旱、澇、正常及豐年的需水指標；(3)計算不同時段降水量對作物產量的定量貢獻；對主要農作物氣象產量與時段降水進行定量統計分析，分析作物生育期內不同時段降水對產量的影響及其變化特征；(4)對人工增雨農業經濟效益定量評估；分別進行各縣逐旬、全年增雨的單一、綜合作物的農業直接經濟效益的定量評估；(5)前期降水對增雨經濟效益的影響；以前一旬的實際降水量與作物需水量對后一旬的貢獻系數進行訂正；(6)在進行人工增雨效益評估時，以不同地區主要農作物每毫米增雨的經濟效益計算總增雨的經濟效益。
全文摘要
本發明公開了一種人工增雨最佳經濟效益區選擇及定量評估方法。該方法其特殊之處在于包括如下步驟(1)首先確定宏觀播云指標，以冰面飽和區、上升區和0℃層以上水汽積分量＞＝9mm的區域確定作業區范圍；在滿足播云條件的區域內確定最佳主要農作物經濟效益區為播云區。(2)作物需水指標的診斷與確定；(3)計算不同時段降水量對作物產量的定量貢獻；(4)對增雨農業經濟效益定量評估；(5)前期降水對增雨經濟效益的影響。(6)以不同地區主要農作物每毫米增雨的經濟效益計算總增雨的經濟效益。本發明可以在人工增雨業務技術系統上實現，增加了人工增雨作業的科學性和技術的先進性。
文檔編號G06Q50/00GK1811806SQ20061004241
公開日2006年8月2日 申請日期2006年2月23日 優先權日2006年2月23日
發明者王以琳, 薛曉萍 申請人:山東省氣象科學研究所