专利名称：人工增雨最佳经济效益区选择及定量评估方法
技术领域：
本发明涉及一种经济效益区选择及定量评估方法，特别涉及一种人工增雨最佳经济效益区选择及定量评估方法。
背景技术：
我国目前在确定人工增雨作业区和作业时间时，没有考虑对主要农作物不同生育阶段的需水要求。人工增雨是一种立体抗旱、利用云水资源的主要手段，农业是人工增雨的主要的直接受益者。由于农作物在整个生长周期中的不同阶段对水分的需求量及对水分的敏感度不同，同时，由于地理分布的差异，不同区域的种植结构存在较大差异，同一时间内同一作物的生育期区域间亦有差异，必然导致在不同时间的每毫米增雨量对作物最终产量的贡献率不同，同一时间的毫米增雨在不同区域的经济效益不同。因此，需要在最佳时间内在最佳农业经济效益区内实施人工增雨作业和对其效益进行定量评估。
发明内容本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种可以实现效益最大化的人工增雨最佳经济效益区选择及定量评估方法。
本发明是通过如下技术方案实现的一种人工增雨最佳主要农作物经济效益区确定方法，其特殊之处在于包括如下步骤(1)首先确定宏观播云指标，以冰面饱和区、上升区和0℃层以上水汽积分量＞＝9mm的区域确定作业区的范围；在满足以上播云条件的区域内确定最佳主要农作物经济效益区为播云区；(2)作物需水指标的诊断与确定；得到主要作物各生育阶段旱、涝、正常及丰年的需水指标；(3)计算不同时段降水量对作物产量的定量贡献；对主要农作物气象产量与时段降水进行定量统计分析，分析作物生育期内不同时段降水对最终产量的影响及其变化特征；(4)对增雨农业经济效益定量评估；分别进行各县逐旬、全年增雨的单一、综合作物的农业直接经济效益的定量评估；(5)前期降水对增雨经济效益的影响；以前一旬的实际降水量与作物需水量对后一旬的贡献系数进行订正；(6)在进行人工增雨效益评估时，以不同地区主要农作物每毫米增雨的经济效益计算总增雨的经济效益。
本发明将主要农作物不同生育阶段需水指标、旬每毫米降水对其产量的定量贡献系数与人工增雨作业指标相结合；综合运用冰面饱和、水汽垂直输送、水汽积分量等云指标和主要农作物不同生育阶段的需水指标及其增雨潜在经济效益定量指标，提出了定量增雨效益指标、播云最佳经济效益作业区选择方法。在对人工增雨效益进行评估时，提出了在使用单次天气系统分层历史回归方法确定绝对增雨量后，用不同地区主要农作物每毫米增雨的经济效益计算总增雨的经济效益。
本发明可以在人工增雨业务技术系统上实现，增加了人工增雨作业的科学性和技术的先进性。
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
附图是订正后5月中旬主要农作物经济效益综合评估图。
具体实施方式
下面以山东省为例对本发明具体说明。在进行人工增雨作业指挥决策中，首先确定宏观播云指标，以冰面饱和区、上升区和0℃层以上水汽积分量＞＝9mm的区域确定作业区的水平范围；以冰面饱和区、上升区、和准饱和区确定作业区的垂直播云高度；在满足以上播云条件的区域内确定最佳主要农作物经济效益区为播云区。在确定最佳主要农作物经济效益区时采用以下步骤1作物需水指标的诊断与确定方法1采用低通滤波模拟方法对各作物产量(y)进行趋势产量(yt)和气象产量(yw)的分离，其中，趋势产量是由农业技术措施决定，包括施肥、经营管理、病虫害防治、品种改良及其它增产措施；气象产量是全生育期内每一时段气象因子对其贡献的逐步积累。其具体方法为
当作物产量序列为y1，y2，y3，…，yi，…yn。若采用5点低通滤波方法，则滑动平均值yti＝1/5(yi-2+yi-1+yi+yi+1+yi+2)对于n年资料的初始值yt1＝1/5(3y1+2y2+y3-y5)对于n年资料的第二个值yt2＝1/10(4y1+3y2+2y3+y4)对于n年资料的最后第二个值yn-1＝1/10(yn-3+2yn-2+3yn-1+4yn)对于n年资料的最后值yn＝1/5(-yn-4+yn-2+2yn-1+3yn)一般情况下趋势产量占实际产量的80％左右。
由此气象产量yw便可获得yw＝y-yt对主要作物产量资料进行分离处理后，再按作物的发育阶段，选取相应光、温、水气象资料，并对其分别作有生物学意义的膨化处理，膨化处理是将各发育期中的气象因子按作物生长的连续性顺序依次累加，不作间隔和跳跃式的累加。例如作物的某生育时段为n个旬，其各旬的降水因子用Xi表示，则膨化过程是X1，X1+X2，X1+X2+X3，…，X1+X2+…+Xi+…+XnX2，X2+X3，…，X2+…+Xi+…+Xn·Xn-1，Xn-1+XnXn膨化后，可使原来的n个因子变为n(n+1)/2个连续的因子，这些因子都有其不同的农业意义。本研究中每个作物可得到150～180个因子供挑选使用，气象因子与气候产量有二次三项式曲线相关，当因子量值较小时，产量随因子值上升，达到一定值后，产量下降。将气候产量yW与全部膨化气象因子Xi建立方程yW＝b0+b1xi+b2xi2，其中b0、b1、b2为系数。以方程的复相关系数为判据，从通过F检验的方程中挑取复相关系数最大的因子，发现几乎都是各时段的降水因子。根据其对应的方程，求解得到各产量的适宜、不适宜的降水值。再推算到各生育时段的降水指标。
方法2用通径分析将作物产量与各时段降水的相关系数分解为对产量产生直接影响的直接通径系数和对产量产生间接影响的间接通径系数。
直接通径系数pi→y=biΣxi2×Σy2]]>间接通径系数pi→j→y＝rijpj→ypj→i→y其中bi为偏回归系数，rij为单相关系数，xj为气象因子，y为产量。对各作物各降水时段进行通径分析后，统计不同生育期直接、间接通径系数和其占全生育期降水对产量影响力的百分比，依各作物丰年为标准推测各生育时段降水指标。
综合集成以上2种方法的结果，得到山东省主要作物各生育阶段旱、涝、正常及丰年的需水指标。
2计算不同时段降水量对作物产量的定量贡献作物产量的形成为一动态过程，是作物所处外部环境条件作用于其自身生育规律的最终表现，分析趋势产量和气象产量的演变趋势，趋势产量基本为平稳上升，而气象产量年度间则存在较大变异性，因而作物产量的波动主要是由气象产量的变异所致。分析山东省的气候特点，常年光、温变化较为平稳，且均能满足作物各生育阶段的需求，气象产量波动主要是由降水因子引起，降水变化对产量的影响可用FisherR.
A.的积分回归模式来表示yw=c0+∫0τaj(t)Rj(t)dt]]>其中yw为气象产量(kg/ha)；τ为作物生育时段数；RJ为降水因子，即每一生育时段的降水量(mm)；C0为常数项；αJ(t)为偏回归系数。
利用上式对山东省主要农作物1961～2000年的产量与时段降水进行定量统计分析，为统计方便，视每一旬为作物一个生育时段，则τ为某作物全生育期内旬的个数，由α(t)便可分析作物生育期内不同时段降水对产量的影响及其变化特征。
3对增雨农业经济效益定量评估根据全省各县不同作物生长发育期间的增雨贡献系数，以αi，j，k(kg·ha-1·mm-1)表示，其中i＝1～5代表作物种类(分别为1，小麦；2，玉米；3，花生；4，甘薯；5，棉花)；j＝1～36代表一年中36个旬；k代表全省的县数。
若旬增雨量、各县作物种植面积分别以R和M表示，则旬增雨对某一县的某作物的效益Ei，j，k(kg)为Ei，j，k＝αi，j，k*Rj，k*Mi，k作物产量市场价格以C(元·kg-1)表示，单一作物的年直接经济效益(元)模型为Ei,k=Ci*Σj=136αi,j,k*Rj,k*Mi,k]]>各县每旬总效益Ej，k、年的总的效益Ek计算模型为EJ,K=Σi=15Ci*αi,j,k*Rj,k*Mi,k]]>Ek=Σj=136Σi=15Ci*αi,j,k*Rj,k*Mi,k]]>由以上评估模型便可分别进行山东省各县逐旬、全年增雨的单一、综合作物的农业直接经济效益的定量评估。
4前期降水对增雨经济效益的影响降水贡献系数是在常年平均条件下的贡献值，实际上每年的降水变率不同，前期降水的多或少均将对后期降水的贡献系数有一定的影响，为此在实时增雨作业时需对其贡献系数加以修正，由于山东省春季升温快，且多大风日，蒸发量大，农田失墒较快，故本文以前一旬的实际降水量与作物需水量对后一旬的贡献系数进行订正。若某旬的实际降水量及小麦、玉米、棉花、花生和甘薯在该旬的需水量分别用PRj，k和RRi，j表示，则修正后的系数为αi，j+1，k′，其具体算法如下
当Δδi，j，k＜-50时，αi，j+1，k′＝αi，j，k+0.5×αi，j，k-50≤Δδ＜0时，+αi，j+1，k′＝αi，j，k+0.25×αi，j，kΔδ＝0时，αi，j+1，k′＝αi，j，k0＜Δδ≤50时，αi，j+1，k′＝αi，j，k-0.25×αi，j，kΔδ＞50时，αi，j+1，k′，＝αi，j，k-0.5×αi，j，k在实施人工增雨作业前以αi，j+1，k′代替αi，j，k由上述评估模型可以计算出各县逐旬、全年每毫米增雨对作物的单一和综合影响效益。
附图是订正后5月中旬主要农作物经济效益综合评估图(万元·县-1·mm-1)。
在进行人工增雨效益评估中，采用活动对比区和影响区方法，以单次天气系统分层历史回归方法计算绝对增雨量，以上面确定的不同地区主要农作物每毫米增雨的经济效益计算总增雨的经济效益。
权利要求
1.一种人工增雨最佳经济效益区选择及定量评估方法，其特征在于包括如下步骤(1)首先确定宏观播云指标，以冰面饱和区、上升区和0℃层以上水汽积分量＞＝9mm的区域确定作业区范围；在满足播云条件的区域内确定最佳主要农作物经济效益区为播云区；(2)作物需水指标的诊断与确定；得到主要作物各生育阶段旱、涝、正常及丰年的需水指标；(3)计算不同时段降水量对作物产量的定量贡献；对主要农作物气象产量与时段降水进行定量统计分析，分析作物生育期内不同时段降水对产量的影响及其变化特征；(4)对人工增雨农业经济效益定量评估；分别进行各县逐旬、全年增雨的单一、综合作物的农业直接经济效益的定量评估；(5)前期降水对增雨经济效益的影响；以前一旬的实际降水量与作物需水量对后一旬的贡献系数进行订正；(6)在进行人工增雨效益评估时，以不同地区主要农作物每毫米增雨的经济效益计算总增雨的经济效益。
全文摘要
本发明公开了一种人工增雨最佳经济效益区选择及定量评估方法。该方法其特殊之处在于包括如下步骤(1)首先确定宏观播云指标，以冰面饱和区、上升区和0℃层以上水汽积分量＞＝9mm的区域确定作业区范围；在满足播云条件的区域内确定最佳主要农作物经济效益区为播云区。(2)作物需水指标的诊断与确定；(3)计算不同时段降水量对作物产量的定量贡献；(4)对增雨农业经济效益定量评估；(5)前期降水对增雨经济效益的影响。(6)以不同地区主要农作物每毫米增雨的经济效益计算总增雨的经济效益。本发明可以在人工增雨业务技术系统上实现，增加了人工增雨作业的科学性和技术的先进性。
文档编号G06Q50/00GK1811806SQ20061004241
公开日2006年8月2日 申请日期2006年2月23日 优先权日2006年2月23日
发明者王以琳, 薛晓萍 申请人:山东省气象科学研究所