下面文章主要是采用交叉相關(guān)法和概念模型預(yù)報(bào)技術(shù)對(duì)降雨進(jìn)行預(yù)測(cè)，讓人們預(yù)知未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的降水情況。之后根據(jù)土壤水分以及未來(lái)時(shí)間段內(nèi)降水情況，分析出需灌溉的水量。這也是充分應(yīng)用了自然降雨資源，在農(nóng)業(yè)技術(shù)水平不變的情況下，既滿足了農(nóng)作物自身的生長(zhǎng)需求，又避免了過(guò)量灌溉等問(wèn)題。

　　關(guān)鍵詞：農(nóng)田水利,天氣雷達(dá),節(jié)水灌溉,土壤水分,傳感器

　　中國(guó)水資源嚴(yán)重不足，農(nóng)業(yè)用水卻占了很大的比例，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，水資源中的92% 用于農(nóng)田灌溉[1]。中國(guó)的農(nóng)田灌溉雖然在智能化、低成本的灌溉裝備上有了很大程度的突破，但結(jié)合天氣雷達(dá)估測(cè)降水進(jìn)行適量灌溉的技術(shù)卻處于研究的初級(jí)階段。將天氣雷達(dá)與農(nóng)田水分采集裝置結(jié)合，預(yù)報(bào)地區(qū)降水，客觀分析土壤墑情，按需給水，有效地避免了由于重復(fù)灌溉造成水資源的浪費(fèi)問(wèn)題。

　　1方案設(shè)計(jì)

　　基于天氣雷達(dá)估測(cè)降雨數(shù)據(jù)的節(jié)水灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)從土壤水分的采集以及降雨的預(yù)報(bào)兩方面進(jìn)行研究，最終通過(guò)灌溉決策分析得出灌溉的時(shí)間以及水量。數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)主要是根據(jù)土壤水分傳感器來(lái)獲取土壤水分，判斷土壤目前階段所處的干旱狀態(tài);降雨臨近預(yù)報(bào)可以對(duì)降雨信息進(jìn)行有效的把控，包括降雨的產(chǎn)生、發(fā)展和結(jié)束。

　　2天氣雷達(dá)降雨預(yù)報(bào)技術(shù)

　　天氣雷達(dá)[2]多為脈沖雷達(dá)，以一定的仰角重復(fù)頻率發(fā)射出持續(xù)時(shí)間很短的脈沖波，脈沖波經(jīng)過(guò)目標(biāo)物散射后返回雷達(dá)，得到反射率因子，將天氣雷達(dá)的反射率因子轉(zhuǎn)換成等價(jià)的垂直液態(tài)水總量[3]，判斷出降水潛力。 在天氣雷達(dá)預(yù)報(bào)中，采用由JSOE等建立的概念模型技術(shù)，模型中需輸入降雨量以及垂直累積液態(tài)水(VIL)2 個(gè)變量，即可完成降雨的臨近預(yù)報(bào)，并與交叉相關(guān)法相結(jié)合，確定降雨移動(dòng)方向。本文主要對(duì)天氣雷達(dá)法估測(cè)降雨技術(shù)、垂直累積液態(tài)水(VIL)含量獲取技術(shù)以及交叉相關(guān)法、概念模型預(yù)報(bào)技術(shù)[4]等進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

　　2.1 天氣雷達(dá)估測(cè)降雨技術(shù)

　　估測(cè)地區(qū)降雨是天氣雷達(dá)最重要的功能之一，天氣雷達(dá)利用返回電磁波的功率強(qiáng)度來(lái)判斷目標(biāo)物的回波強(qiáng)度，估計(jì)降雨量。 利用雷達(dá)回波估測(cè)降水的方法有很多，其中主要包括：Z-R 關(guān)系法[5]、標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)法、衰減法、正交偏移法、雙波長(zhǎng)法、極化法和雷達(dá)雨量計(jì)聯(lián)合估測(cè)法等。雷達(dá)定量測(cè)量降水最常用的是Z-R 關(guān)系法，即應(yīng)用雷達(dá)氣象方程由測(cè)得的回波功率算出雷達(dá)反射率因子Z值，利用Z-R 關(guān)系獲取降雨量。

　　3數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)

　　數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)是節(jié)水灌溉技術(shù)的重要組成單元，具有傳感器模塊、采集模塊等，由電源供應(yīng)模塊統(tǒng)一供電。

　　3.1 傳感器模塊

　　數(shù)據(jù)采集單元中的傳感器模塊主要采用土壤傳感器測(cè)量土壤含水量。目前測(cè)量土壤水分的方法有很多，常見(jiàn)的測(cè)量方法有時(shí)域反射法、石膏法、紅外遙感法等[13-15]。土壤水分傳感器發(fā)射一定頻率的電磁波，電磁波沿探針傳輸，到達(dá)底部后返回，檢測(cè)探頭輸出的電壓，由于土壤介電常數(shù)的變化通常取決于土壤的含水量，由輸出電壓和水分的關(guān)系計(jì)算出土壤的含水量。

　　3.2 采集模塊

　　采集模塊主要是通過(guò)內(nèi)部的處理器讀取傳感器的數(shù)據(jù)，通過(guò)傳感器傳送來(lái)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采樣，并送入轉(zhuǎn)換器中轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào) 并將該信號(hào)送到存儲(chǔ)器中，當(dāng)存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)到達(dá)一定數(shù)目時(shí)，由處理器將數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器中讀取，通過(guò) GPRS 將數(shù)據(jù)傳送到灌溉決策分析中心，其中處理器采用的是STM32F103C8T6 型號(hào)單片機(jī)[16-20]。

　　4 數(shù)據(jù)決策分析

　　數(shù)據(jù)決策分析主要采用土壤濕度法，即根據(jù)作物的需求量以及土壤供水之間的關(guān)系，在作物各生育階段制定出幾個(gè)不同水平的土壤濕度下限，當(dāng)土壤濕度接近下限時(shí)，結(jié)合天氣雷達(dá)預(yù)報(bào)降雨數(shù)據(jù)，根據(jù)土壤水分墑情，合理灌溉，保證作物產(chǎn)量。在實(shí)驗(yàn)中，土壤水分含量達(dá)到作物需水下限時(shí)，根據(jù)估測(cè)降水的時(shí)間、降水量等要素，需對(duì)作物在這段時(shí)間內(nèi)蒸騰量損失進(jìn)行灌溉補(bǔ)充，在保證適度干旱未影響作物生長(zhǎng)的情況下，采用預(yù)報(bào)降水量對(duì)土壤水分的缺失部分進(jìn)行合理補(bǔ)充。 以小麥作為研究對(duì)象，土壤水分下限如表1所示。

　　5灌溉系統(tǒng)監(jiān)控中心

　　遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)主要是向用戶展示檢測(cè)區(qū)域、土壤水分、雷達(dá)回波估測(cè)降水、農(nóng)田需灌溉水量、是否開(kāi)啟灌溉等多項(xiàng)信息。 是否開(kāi)啟灌溉一列中，當(dāng)用戶選擇開(kāi)啟灌溉時(shí)，則可以實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)地區(qū)定量的進(jìn)行灌溉。該系統(tǒng)目前在石家莊行唐地區(qū)試運(yùn)行，運(yùn)行效果較為良好，大體上滿足系統(tǒng)的建設(shè)需求。

　　6 結(jié) 語(yǔ)

　　采用天氣雷達(dá)估測(cè)降雨技術(shù)，根據(jù)土壤水分墑情，適量地進(jìn)行補(bǔ)充灌溉，能夠在一定程度上節(jié)約降水資源。但是，由于估測(cè)降雨本身對(duì)準(zhǔn)確性有較高要求，據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本方法還存在以下不足: 1)應(yīng)用交叉相關(guān)法和概念模型預(yù)報(bào)技術(shù)短時(shí)間內(nèi)可以得到很好的預(yù)測(cè)結(jié)果，但隨著預(yù)報(bào)時(shí)間的增長(zhǎng)，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性逐漸下降，目前最長(zhǎng)的預(yù)報(bào)時(shí)間為 30min;2)應(yīng)用最優(yōu)化方法對(duì)天氣雷達(dá)估測(cè)降雨的Z-R關(guān)系進(jìn)行優(yōu)化，可以得到適合石家莊行唐地區(qū)的 Z-R 關(guān)系參數(shù)取值范圍，從對(duì)流云降水分析得出，A的取值為150~200，b的取值保持在1.5 左右，采用最優(yōu)化方法可以有效地從總體上降低估測(cè)誤差，但是對(duì)于單個(gè)的極值點(diǎn)效果不夠明顯。后續(xù)工作可以在更多地域樣本情況下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)優(yōu)，以提高準(zhǔn)確率。

　　相關(guān)閱讀：比較好投氣象類(lèi)二級(jí)刊物有哪些?

　　氣象方向從業(yè)者評(píng)定副高職稱(chēng)需要在二級(jí)刊物發(fā)表論文，氣象類(lèi)二級(jí)刊物也就是中國(guó)***集團(tuán)，中國(guó)***學(xué)會(huì)主管的刊物，而作者發(fā)表氣象論文時(shí)對(duì)二級(jí)刊物并不了解，下面小編就給大家介紹幾本氣象方向的二級(jí)刊物，大家可以作為投稿選擇。