天氣雷達如何監測空中生物-中國氣象局政府門戶網站

亚洲国产精品久久久久久

當前位置:首頁 > 科技創新

天氣雷達如何監測空中生物

發布時間:2022年09月20日 來源:中國氣象報社

專家顧問:

中國氣象局氣象探測中心正研級高級工程師吳東麗 

國家氣象中心生態和農業氣象中心正研級高級工程師 郭安紅

中國氣象局氣象探測中心天氣雷達空中生態監測課題組組長 馬舒慶

■?利用全國組網天氣雷達可有效“追蹤”空中遷飛生物軌跡

■ 氣象部門正組織專家團隊攻關多種空中生物識別技術

■ 利用天氣雷達來監測空中生物應用前景廣闊,將提升糧食安全和生態安全保障能力

天氣“雜波”的巧妙利用

眼下正值晚稻產量形成關鍵期,糧食產量不到手,“蟲口奪糧”不放松。根據農業農村部發布的“今年草地貪夜蛾在云南、湖南、安徽等7省發展程度重于去年”這一消息,中國氣象局氣象探測中心及時發布生態監測數據,為監測草地貪夜蛾遷飛路徑、落點等農業遷飛害蟲預報及精準防治提供支撐。

一直以來,農業病蟲害的監測和防治是糧食生產中的重要環節,而農業病蟲害發生發展與天氣氣候條件密不可分。郭安紅介紹,氣象部門采用基于數值天氣預報的遷飛模擬模式開展農業害蟲遷飛預報,為農業農村等相關部門提供服務。但是,上述模擬預報中由于缺乏對空中遷飛生物(農業和林業害蟲、鳥類)的直接觀測數據,難以精細化描述遷飛生物的起飛點、飛行高度、蟲群密度以及起飛和中途落地區域,給農業遷飛害蟲預報準確率和精準防治能力提升等帶來影響。

“利用現有天氣雷達來追蹤這些空中遷飛生物,可謂一舉兩得。”馬舒慶介紹,在國家生態安全與動物遷飛重大科學研究項目中,中國氣象局氣象探測中心課題組承擔天氣雷達空中生態監測研究,與北京理工大學、中國農業科學院、中國科學院動物研究所、農業農村部等機構專家合作,利用原本被天氣監測中“剔除”的非氣象“雜波”追蹤空中遷飛生物的行蹤,建立天氣雷達空中生態監測預警系統,開展全國范圍內的空中生態目標監測,拓展天氣雷達應用范圍,增強全國范圍內生態活動的監測能力。

郭安紅說,遷飛模式模擬與天氣雷達實時觀測數據有機結合,不僅可清晰、動態地描述空中遷飛鳥類和昆蟲起落區域、飛行高度、種群數量及運動軌跡等遷飛全過程,而且對改進遷飛模擬模式具有重要意義。相關區域和部門可以根據預報結論,提前做好捕殺遷飛害蟲等準備,即實現落地前精準捕殺,避免其危害作物,保障生態和糧食安全。

雷達“眼中”的空中生物

實際上,雷達最初在軍事中用于探測空中飛機,此時云等成為其“雜波”。隨著技術發展,“云雜波”被越來越多地應用于天氣預報領域,天氣雷達應運而生。

如今,地物“雜波”和空中“雜波”被用于監測空中遷飛生物,應用于農業、林業、草原病蟲害預報和防治。實際上,歐美等國也有利用天氣雷達來追蹤空中遷飛生物的研究和實踐。其中,對鳥類的探測及相關算法相對成熟。

吳東麗介紹,空中生物遷飛高度一般在500米至2000米,屬于天氣雷達的有效探測范圍。與天氣探測原理一樣,都是利用雷達發射的電磁波,遇到目標后產生散射,其后向散射被雷達接收,形成雷達回波。簡單來說,電磁波對空中目標的含水量進行探測后產生回波,根據回波高度、形狀等判別是天氣回波還是生物回波。

如何區分這兩種回波?“從雷達回波圖上看,天氣回波和生物回波‘長’得明顯不一樣。”吳東麗介紹,根據雷達回波形狀特點、反射率因子和速度譜寬,結合空中生物飛行速度特征可以區分。

團隊研究發現,不同生物目標的反射率因子、徑向速度差值、大氣晴空回波差異明顯,并利用這個差異,經過機器學習方法判斷回波類型。例如,團隊利用不同生物與其他回波散射差異,研究甘薯天蛾、棉鈴蟲、黏蟲等重要農業害蟲遷飛參數。

組網雷達顯示出的優勢

盡管單部天氣雷達可以探測其有效范圍內的空中生物,但是空中生物具有遷飛屬性,因此無法完整描述其遷飛軌跡。

我國目前有236部組網天氣雷達,覆蓋大部分國土,利用組網雷達回波即可完整描述空中生物的遷飛過程,這也是我國天氣雷達空中遷飛生物追蹤技術可行的重要依據。尤其是“十四五”規劃和補短板工程實施后,全國新一代天氣雷達完成雙偏振升級,同時增加部分X波段天氣雷達,擴大雷達探測覆蓋面,可更好地描述昆蟲遷飛軌跡。

此外,利用識音器、衛星光譜特征等手段,結合人工智能技術,與組網天氣雷達結合,可以更精準地捕捉空中生物軌跡。

“利用天氣雷達監測空中遷飛生物,對于農業氣象服務而言無疑是一個重大突破,其應用前景非常廣闊。”郭安紅說,這對于確保我國糧食安全、端穩“中國飯碗”具有重大意義。

下一步,氣象部門將加強部門之間的合作,針對不同種類的昆蟲和鳥類參數進行開發和研究,改進識別算法,增強生物量分析能力;結合土壤水分數據、作物發育期數據,開發蟲類鳥類遷飛影響等模型和算法。同時,在亞洲最大鳥類棲息地鄱陽湖、東營黃河三角洲、遼寧營口雷達站開展昆蟲吊飛試驗,分析雷達回波與昆蟲密度相關因子。

(作者:簡菊芳?責任編輯:張林)

掃一掃分享至朋友圈