甘肅省省級課題申報(bào)書一、封面內(nèi)容

項(xiàng)目名稱：甘肅省特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警與智能防控關(guān)鍵技術(shù)研究

申請人姓名及聯(lián)系方式：張明/p>

所屬單位：甘肅省氣象科學(xué)研究所

申報(bào)日期：2023年10月26日

項(xiàng)目類別：應(yīng)用研究

二．項(xiàng)目摘要

甘肅省地處黃土高原、青藏高原和內(nèi)蒙古高原交匯地帶，獨(dú)特的地理環(huán)境和氣候特征導(dǎo)致該區(qū)域農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害頻發(fā)，主要包括干旱、冰雹、霜凍和沙塵暴等，對糧食安全和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成嚴(yán)重威脅。本項(xiàng)目旨在針對甘肅省農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的監(jiān)測預(yù)警與智能防控需求，開展系統(tǒng)性研究。項(xiàng)目核心內(nèi)容包括：一是構(gòu)建基于多源遙感數(shù)據(jù)融合的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測體系，集成氣象衛(wèi)星、地面觀測站和無人機(jī)遙感數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)災(zāi)害的實(shí)時(shí)監(jiān)測與動(dòng)態(tài)評估；二是研發(fā)基于機(jī)器學(xué)習(xí)的災(zāi)害預(yù)警模型，結(jié)合歷史氣象數(shù)據(jù)和作物生長模型，提高災(zāi)害預(yù)警的準(zhǔn)確性和提前量；三是設(shè)計(jì)智能防控技術(shù)方案，包括農(nóng)田小氣候調(diào)控、抗災(zāi)品種篩選和災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制，降低災(zāi)害損失。研究方法將采用數(shù)值模擬、數(shù)據(jù)挖掘和田間試驗(yàn)相結(jié)合的技術(shù)路線，重點(diǎn)突破災(zāi)害機(jī)理分析、預(yù)警模型優(yōu)化和防控措施集成等關(guān)鍵技術(shù)。預(yù)期成果包括：建立甘肅省農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害數(shù)據(jù)庫、開發(fā)智能監(jiān)測預(yù)警平臺、形成一套完整的防控技術(shù)規(guī)范，并推廣應(yīng)用至主要農(nóng)業(yè)區(qū)。本項(xiàng)目成果將為甘肅省農(nóng)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)提供科技支撐，提升農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害綜合防控能力，助力鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略實(shí)施。

三.項(xiàng)目背景與研究意義

甘肅省位于中國西北內(nèi)陸，是黃河上游的重要生態(tài)屏障和重要的糧食生產(chǎn)基地。其獨(dú)特的地理環(huán)境和氣候條件，使得該地區(qū)成為農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的高發(fā)區(qū)。近年來，隨著全球氣候變化的影響加劇，甘肅省農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的發(fā)生頻率和強(qiáng)度呈上升趨勢，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境和人民生活造成了嚴(yán)重影響。因此，開展甘肅省特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警與智能防控關(guān)鍵技術(shù)研究，具有重要的理論意義和實(shí)踐價(jià)值。

1.研究領(lǐng)域的現(xiàn)狀、存在的問題及研究的必要性

當(dāng)前，國內(nèi)外在農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警與防控方面已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展。在監(jiān)測技術(shù)方面，遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)（GIS）和氣象雷達(dá)等現(xiàn)代技術(shù)手段的應(yīng)用，使得農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的監(jiān)測能力得到了顯著提升。在預(yù)警方面，基于統(tǒng)計(jì)模型和數(shù)值模型的預(yù)警方法逐漸成熟，部分地區(qū)已經(jīng)建立了較為完善的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)。在防控方面，通過品種選育、農(nóng)田管理、保險(xiǎn)機(jī)制等措施，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者的抗災(zāi)能力有所增強(qiáng)。

然而，盡管取得了一定成就，但在甘肅省農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警與防控領(lǐng)域仍存在諸多問題。首先，監(jiān)測手段的集成度和實(shí)時(shí)性有待提高?，F(xiàn)有的監(jiān)測系統(tǒng)往往依賴于單一的數(shù)據(jù)源，缺乏多源數(shù)據(jù)的融合，導(dǎo)致監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性和全面性不足。其次，預(yù)警模型的精度和提前量有待提升。目前，預(yù)警模型大多基于歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，難以有效應(yīng)對氣候變化帶來的新挑戰(zhàn)，預(yù)警的提前量和準(zhǔn)確性仍有較大提升空間。再次，防控措施的針對性和有效性有待加強(qiáng)?，F(xiàn)有的防控措施往往缺乏針對甘肅省特定農(nóng)業(yè)環(huán)境和災(zāi)害特點(diǎn)的優(yōu)化，難以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)防控。

此外，甘肅省農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的成因復(fù)雜，涉及氣候、地形、土壤、作物等多個(gè)因素，需要更加深入的研究。同時(shí)，隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程的推進(jìn)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式發(fā)生了深刻變化，對氣象災(zāi)害的敏感性和脆弱性也在增加，亟需開發(fā)更加智能和高效的防控技術(shù)。

因此，開展甘肅省特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警與智能防控關(guān)鍵技術(shù)研究，不僅能夠彌補(bǔ)現(xiàn)有研究的不足，還能夠?yàn)楦拭C省農(nóng)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)提供科技支撐，具有重要的必要性。

2.項(xiàng)目研究的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)或?qū)W術(shù)價(jià)值

本項(xiàng)目研究的社會(huì)價(jià)值主要體現(xiàn)在提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者的防災(zāi)減災(zāi)能力，保障糧食安全，促進(jìn)社會(huì)穩(wěn)定。甘肅省作為我國重要的糧食生產(chǎn)基地，其農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受到氣象災(zāi)害的嚴(yán)重影響。通過開展本項(xiàng)目研究，可以開發(fā)出更加精準(zhǔn)和高效的監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者提供及時(shí)準(zhǔn)確的災(zāi)害信息，幫助他們采取有效的防控措施，減少災(zāi)害損失。這將有助于提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者的防災(zāi)減災(zāi)能力，保障糧食安全，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，進(jìn)而維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定。

經(jīng)濟(jì)價(jià)值方面，本項(xiàng)目研究將推動(dòng)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害防控技術(shù)的創(chuàng)新和應(yīng)用，為農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供科技支撐。通過研發(fā)智能監(jiān)測預(yù)警平臺和防控技術(shù)方案，可以提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，降低災(zāi)害損失，增加農(nóng)民收入。同時(shí)，項(xiàng)目的實(shí)施將帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，如遙感、地理信息系統(tǒng)、智能裝備等，為區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展注入新的活力。

學(xué)術(shù)價(jià)值方面，本項(xiàng)目研究將推動(dòng)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警與防控領(lǐng)域的理論創(chuàng)新和技術(shù)進(jìn)步。通過多源數(shù)據(jù)融合、機(jī)器學(xué)習(xí)等先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，可以深化對農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害機(jī)理的認(rèn)識，提高災(zāi)害預(yù)警的準(zhǔn)確性和提前量，為農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害防控提供新的思路和方法。此外，項(xiàng)目的實(shí)施將培養(yǎng)一批高水平的農(nóng)業(yè)氣象科研人才，提升甘肅省在農(nóng)業(yè)氣象領(lǐng)域的科研實(shí)力和影響力。

四.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警與智能防控是農(nóng)業(yè)科學(xué)與氣象科學(xué)交叉融合的前沿領(lǐng)域，全球范圍內(nèi)已有多項(xiàng)研究致力于提升農(nóng)業(yè)應(yīng)對氣象災(zāi)害的能力。從國際視角看，發(fā)達(dá)國家在基礎(chǔ)理論、監(jiān)測技術(shù)、預(yù)警模型和防控體系方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。在監(jiān)測技術(shù)方面，歐美國家廣泛應(yīng)用衛(wèi)星遙感、雷達(dá)探測和地面自動(dòng)氣象站網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建了高密度的監(jiān)測系統(tǒng)。例如，歐洲氣象局（ECMWF）和美國的國家氣象局（NOAA）利用先進(jìn)的地球觀測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對全球范圍內(nèi)的氣象災(zāi)害的實(shí)時(shí)監(jiān)測和精細(xì)預(yù)報(bào)。在預(yù)警模型方面，國際社會(huì)開發(fā)了多種基于數(shù)值模擬和統(tǒng)計(jì)模型的預(yù)警系統(tǒng)，如歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心（ECMWF）的全球數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模型（GFS）和美國的天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)研發(fā)中心（NSSL）的集合預(yù)報(bào)系統(tǒng)，這些系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害預(yù)警方面表現(xiàn)出較高的準(zhǔn)確性和提前量。在防控技術(shù)方面，國際社會(huì)注重通過品種選育、農(nóng)業(yè)管理技術(shù)和保險(xiǎn)機(jī)制等綜合手段降低災(zāi)害損失。例如，以色列在干旱地區(qū)的農(nóng)業(yè)發(fā)展中，利用先進(jìn)的節(jié)水灌溉技術(shù)和抗逆品種，顯著提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的抗旱能力。

在國內(nèi)研究方面，我國農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警與防控技術(shù)也取得了顯著進(jìn)展。近年來，中國氣象局和中國科學(xué)院等部門牽頭開展了一系列重大科研項(xiàng)目，推動(dòng)了農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用。在監(jiān)測技術(shù)方面，我國建立了較為完善的農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，包括地面氣象站、農(nóng)業(yè)氣象觀測站和遙感監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對主要農(nóng)業(yè)區(qū)的實(shí)時(shí)監(jiān)測。在預(yù)警模型方面，國內(nèi)學(xué)者開發(fā)了基于機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)和數(shù)值模擬的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害預(yù)警模型，提高了預(yù)警的準(zhǔn)確性和提前量。例如，中國氣象科學(xué)研究院研制的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)，在干旱、冰雹和霜凍等災(zāi)害的預(yù)警方面取得了顯著成效。在防控技術(shù)方面，我國注重通過品種選育、農(nóng)田管理和政策支持等手段提升農(nóng)業(yè)抗災(zāi)能力。例如，在小麥、玉米等主要糧食作物中，選育了一批抗逆品種，并在農(nóng)田管理中推廣了覆蓋、灌溉和施肥等技術(shù)，有效降低了災(zāi)害損失。

盡管國內(nèi)外在農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警與防控方面取得了顯著進(jìn)展，但仍存在一些問題和研究空白。首先，多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)的研究尚不深入?，F(xiàn)有的監(jiān)測系統(tǒng)往往依賴于單一的數(shù)據(jù)源，缺乏多源數(shù)據(jù)的有效融合，導(dǎo)致監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性和全面性不足。特別是在甘肅省這樣的復(fù)雜地理環(huán)境中，多源數(shù)據(jù)的融合對于提高監(jiān)測精度至關(guān)重要。其次，預(yù)警模型的精度和提前量有待進(jìn)一步提升。目前，預(yù)警模型大多基于歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，難以有效應(yīng)對氣候變化帶來的新挑戰(zhàn)，預(yù)警的提前量和準(zhǔn)確性仍有較大提升空間。此外，防控措施的針對性和有效性有待加強(qiáng)。現(xiàn)有的防控措施往往缺乏針對甘肅省特定農(nóng)業(yè)環(huán)境和災(zāi)害特點(diǎn)的優(yōu)化，難以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)防控。例如，甘肅省的干旱、冰雹和霜凍等災(zāi)害具有明顯的地域和時(shí)間特征，需要更加精細(xì)化的防控技術(shù)。

再次，氣候變化對農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的影響機(jī)制尚不明確。隨著全球氣候變化的加劇，農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的發(fā)生頻率和強(qiáng)度呈上升趨勢，但氣候變化與農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害之間的具體影響機(jī)制尚不明確，需要進(jìn)一步深入研究。此外，農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響評估研究相對滯后?，F(xiàn)有的研究主要集中在氣象災(zāi)害的物理機(jī)制和監(jiān)測預(yù)警技術(shù)，對災(zāi)害的社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響評估研究相對滯后，難以全面評估災(zāi)害的綜合影響。

最后，農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害防控技術(shù)的集成化和智能化水平有待提高。現(xiàn)有的防控技術(shù)往往分散在不同的學(xué)科領(lǐng)域，缺乏系統(tǒng)性的集成和智能化，難以實(shí)現(xiàn)綜合防控。例如，農(nóng)田管理、品種選育和保險(xiǎn)機(jī)制等防控措施需要更加緊密地集成，并利用智能化技術(shù)提高防控效率。綜上所述，開展甘肅省特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警與智能防控關(guān)鍵技術(shù)研究，不僅能夠彌補(bǔ)現(xiàn)有研究的不足，還能夠?yàn)楦拭C省農(nóng)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)提供科技支撐，具有重要的理論意義和實(shí)踐價(jià)值。

五.研究目標(biāo)與內(nèi)容

1.研究目標(biāo)

本項(xiàng)目旨在針對甘肅省特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的監(jiān)測預(yù)警與智能防控需求，開展系統(tǒng)性、關(guān)鍵性的技術(shù)攻關(guān)與應(yīng)用示范。具體研究目標(biāo)包括：

（1）構(gòu)建甘肅省主要農(nóng)業(yè)區(qū)精細(xì)化農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測體系。整合多源遙感數(shù)據(jù)（氣象衛(wèi)星、高分辨率光學(xué)衛(wèi)星、雷達(dá)數(shù)據(jù)、無人機(jī)遙感數(shù)據(jù)）與地面觀測數(shù)據(jù)（自動(dòng)氣象站、農(nóng)業(yè)氣象觀測站、小氣候觀測設(shè)備），研發(fā)數(shù)據(jù)融合算法，實(shí)現(xiàn)對干旱、冰雹、霜凍、沙塵暴等典型農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、精細(xì)化監(jiān)測與評估，提高監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性和時(shí)空分辨率，覆蓋甘肅省主要糧食作物（小麥、玉米、馬鈴薯）、經(jīng)濟(jì)作物（蘋果、釀酒葡萄）和特色作物種植區(qū)。

（2）研發(fā)基于機(jī)器學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)的甘肅省農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害智能預(yù)警模型。結(jié)合歷史氣象資料、作物生長模型、土壤墑情數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)等多維度信息，利用機(jī)器學(xué)習(xí)（如隨機(jī)森林、支持向量機(jī)）和深度學(xué)習(xí)（如卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）技術(shù)，構(gòu)建能夠反映甘肅省復(fù)雜地理和氣候背景下災(zāi)害發(fā)生演變規(guī)律的高精度預(yù)警模型，顯著提高災(zāi)害預(yù)警的提前量和準(zhǔn)確率，特別是針對冰雹、霜凍等突發(fā)性災(zāi)害的短臨預(yù)警能力。

（3）設(shè)計(jì)并優(yōu)化甘肅省農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害智能防控技術(shù)方案?；跒?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估和作物敏感性分析，結(jié)合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，研究并提出包括農(nóng)田小氣候環(huán)境調(diào)控（如覆蓋保墑、合理灌溉、風(fēng)障利用）、抗災(zāi)品種篩選與推廣、災(zāi)害發(fā)生時(shí)的應(yīng)急響應(yīng)與補(bǔ)救措施（如冰雹物理防治優(yōu)化、霜凍防御技術(shù)）、以及基于預(yù)警信息的智能化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)決策支持等在內(nèi)的一套綜合防控技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)防控措施的精準(zhǔn)化和智能化，最大限度降低災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失。

（4）建立甘肅省農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害智能監(jiān)測預(yù)警與防控平臺原型。集成上述研發(fā)的監(jiān)測模塊、預(yù)警模型和防控方案，開發(fā)一個(gè)用戶友好的信息服務(wù)平臺，實(shí)現(xiàn)災(zāi)害監(jiān)測數(shù)據(jù)的可視化展示、預(yù)警信息的智能推送、防控措施的在線查詢與推薦、以及災(zāi)害影響評估等功能，為政府農(nóng)業(yè)管理部門、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)合作社和農(nóng)戶提供科技支撐和服務(wù)。

2.研究內(nèi)容

圍繞上述研究目標(biāo)，本項(xiàng)目將開展以下幾方面的研究內(nèi)容：

（1）甘肅省農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害特征與機(jī)理分析

***具體研究問題：**甘肅省主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害（干旱、冰雹、霜凍、沙塵暴）的時(shí)空分布規(guī)律、發(fā)生頻率與強(qiáng)度變化趨勢、影響因素（氣候變暖、地形地貌、大氣環(huán)流、人類活動(dòng)等）及其相互作用機(jī)制是什么？不同作物對這些災(zāi)害的敏感性差異如何？現(xiàn)有監(jiān)測數(shù)據(jù)存在哪些不足？

***研究假設(shè)：**甘肅省農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害呈現(xiàn)明顯的地域性和季節(jié)性特征，氣候變化顯著加劇了部分災(zāi)害（如干旱的持續(xù)性和冰雹的強(qiáng)度）的發(fā)生；不同作物品種和種植模式對同種災(zāi)害的響應(yīng)存在顯著差異；現(xiàn)有監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)連續(xù)性、空間分辨率和災(zāi)害精細(xì)化識別方面存在提升空間。

***研究方法：**統(tǒng)計(jì)分析、氣候?qū)W診斷、數(shù)值模擬（WRF等模式）、遙感數(shù)據(jù)分析、田間試驗(yàn)。

（2）基于多源數(shù)據(jù)融合的精細(xì)化災(zāi)害監(jiān)測技術(shù)研發(fā)

***具體研究問題：**如何有效融合氣象衛(wèi)星（如GCOM-C,FY-4）、高分辨率光學(xué)衛(wèi)星（如Sentinel-2,Landsat）、天氣雷達(dá)、無人機(jī)遙感以及地面自動(dòng)氣象站、農(nóng)業(yè)氣象觀測站、小氣候觀測等多種來源的數(shù)據(jù)？如何開發(fā)穩(wěn)健的數(shù)據(jù)融合算法，以實(shí)現(xiàn)甘肅省農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害（如干旱面積與程度、冰雹云識別、霜凍發(fā)生范圍、沙塵暴源區(qū)與路徑）的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、高精度監(jiān)測與評估？

***研究假設(shè)：**通過多源數(shù)據(jù)在時(shí)間、空間和物理量綱上的互補(bǔ)與融合，可以顯著提高農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測的準(zhǔn)確率、連續(xù)性和時(shí)空分辨率；針對不同災(zāi)害類型，可以構(gòu)建差異化的數(shù)據(jù)融合策略和產(chǎn)品生成算法。

***研究方法：**遙感影像處理、多傳感器數(shù)據(jù)融合算法（如基于卡爾曼濾波、粒子濾波、機(jī)器學(xué)習(xí)的方法）、地理信息系統(tǒng)（GIS）空間分析、地面驗(yàn)證。

（3）基于機(jī)器學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)的智能預(yù)警模型構(gòu)建

***具體研究問題：**如何利用機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)技術(shù)，構(gòu)建能夠綜合考慮多種因素（歷史氣象、土壤、作物、地形等）的甘肅省農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害智能預(yù)警模型？如何提高模型對災(zāi)害發(fā)生前兆信號的捕捉能力，特別是冰雹、霜凍的短臨預(yù)警能力？如何評估和驗(yàn)證模型的預(yù)警性能？

***研究假設(shè)：**機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)模型能夠有效學(xué)習(xí)甘肅省農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害復(fù)雜的非線性關(guān)系和前兆特征，相比傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)模型，能夠顯著提高預(yù)警的提前量和準(zhǔn)確率；集成多源數(shù)據(jù)的模型性能優(yōu)于單一數(shù)據(jù)源模型。

***研究方法：**機(jī)器學(xué)習(xí)算法（隨機(jī)森林、支持向量機(jī)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等）、深度學(xué)習(xí)算法（CNN,RNN,LSTM等）、特征工程、模型訓(xùn)練與優(yōu)化、交叉驗(yàn)證、預(yù)警效果評估指標(biāo)（如TS評分、命中率、空報(bào)率、漏報(bào)率）。

（4）甘肅省農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害智能防控技術(shù)方案設(shè)計(jì)與優(yōu)化

***具體研究問題：**針對甘肅省不同區(qū)域、不同作物的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，如何設(shè)計(jì)有效的防控技術(shù)組合？如何優(yōu)化現(xiàn)有防控措施（如灌溉策略、覆蓋材料、抗災(zāi)品種篩選標(biāo)準(zhǔn)、冰雹防治設(shè)備參數(shù)設(shè)置）？如何將預(yù)警信息與防控措施智能結(jié)合，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、高效的災(zāi)害應(yīng)對？

***研究假設(shè)：**基于災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估和作物敏感性的精準(zhǔn)防控策略，能夠顯著降低災(zāi)害損失；優(yōu)化的防控措施（如節(jié)水灌溉抗旱、新型覆蓋材料防霜、適應(yīng)性強(qiáng)的抗災(zāi)品種）效果更佳；智能化的決策支持系統(tǒng)能夠提高防控措施的實(shí)施效率和效果。

***研究方法：**風(fēng)險(xiǎn)評估模型、作物模型、田間試驗(yàn)、數(shù)值模擬、專家咨詢、控制策略優(yōu)化、智能決策支持系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

（5）甘肅省農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害智能監(jiān)測預(yù)警與防控平臺開發(fā)

***具體研究問題：**如何將上述研發(fā)的監(jiān)測、預(yù)警、防控技術(shù)集成到一個(gè)統(tǒng)一的平臺中？平臺應(yīng)具備哪些核心功能？如何實(shí)現(xiàn)用戶友好性、數(shù)據(jù)共享性和系統(tǒng)穩(wěn)定性？

***研究假設(shè)：**集成化的信息服務(wù)平臺能夠?yàn)橛脩籼峁┮徽臼健⒅悄芑霓r(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害服務(wù)，提高信息服務(wù)效率和決策支持能力；采用模塊化設(shè)計(jì)和開放接口，有利于系統(tǒng)的擴(kuò)展和維護(hù)。

***研究方法：**軟件工程方法、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、Web開發(fā)技術(shù)、GIS集成、用戶界面設(shè)計(jì)、系統(tǒng)測試與部署。

六.研究方法與技術(shù)路線

1.研究方法、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)收集與分析方法

本項(xiàng)目將采用多學(xué)科交叉的研究方法，結(jié)合氣象學(xué)、遙感科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、農(nóng)業(yè)科學(xué)等領(lǐng)域的理論與技術(shù)，系統(tǒng)開展甘肅省特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警與智能防控關(guān)鍵技術(shù)研究。具體研究方法、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)收集分析方法如下：

（1）研究方法

***文獻(xiàn)研究法：**系統(tǒng)梳理國內(nèi)外關(guān)于農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警、防控以及氣候變化影響等方面的研究文獻(xiàn)，總結(jié)現(xiàn)有技術(shù)手段、研究進(jìn)展和存在的問題，為項(xiàng)目研究提供理論基礎(chǔ)和方向指引。

***數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析法：**運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法分析甘肅省歷史氣象數(shù)據(jù)、災(zāi)害記錄、作物種植信息等，研究災(zāi)害的時(shí)空分布特征、變化趨勢及其影響因素，評估不同模型和方法的性能。

***遙感與GIS空間分析法：**利用多源遙感影像（光學(xué)、雷達(dá)、熱紅外等）和地理信息系統(tǒng)技術(shù)，提取地表溫度、植被指數(shù)、土壤水分、地形地貌等參數(shù)，進(jìn)行災(zāi)害監(jiān)測產(chǎn)品的生成、災(zāi)害影響范圍的界定和風(fēng)險(xiǎn)評估圖的繪制。

***機(jī)器學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)算法：**采用隨機(jī)森林、支持向量機(jī)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（MLP）、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）、循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（RNN/LSTM）等機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)算法，構(gòu)建災(zāi)害監(jiān)測識別模型和智能預(yù)警模型，挖掘數(shù)據(jù)中隱藏的災(zāi)害發(fā)生規(guī)律和前兆信號。

***數(shù)值模擬法：**利用區(qū)域氣象數(shù)值預(yù)報(bào)模型（如WRF）進(jìn)行災(zāi)害發(fā)生條件的大氣環(huán)流背景分析，模擬災(zāi)害過程的演變，為預(yù)警模型的驗(yàn)證和改進(jìn)提供參考。

***田間試驗(yàn)與對比分析法：**在甘肅省典型農(nóng)業(yè)區(qū)設(shè)立試驗(yàn)點(diǎn)，開展不同防控措施（如灌溉、覆蓋、施肥、抗災(zāi)品種對比等）的田間試驗(yàn)，結(jié)合災(zāi)害預(yù)警信息，評估防控措施的有效性，優(yōu)化防控方案。

***系統(tǒng)集成與原型開發(fā)法：**基于所研發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)模塊，采用軟件工程方法，設(shè)計(jì)并開發(fā)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害智能監(jiān)測預(yù)警與防控平臺的原型系統(tǒng)。

（2）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

***數(shù)據(jù)收集實(shí)驗(yàn)：**設(shè)計(jì)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集規(guī)范，在甘肅省不同生態(tài)區(qū)域（如干旱區(qū)、半干旱區(qū)、高寒區(qū)）布設(shè)或利用現(xiàn)有地面觀測站點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，收集高密度的氣象要素（氣溫、降水、濕度、風(fēng)速、輻射等）、土壤水分、作物生長參數(shù)、遙感數(shù)據(jù)以及歷史災(zāi)害記錄。利用無人機(jī)進(jìn)行局部區(qū)域高分辨率數(shù)據(jù)的補(bǔ)充采集。

***模型驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)：**設(shè)計(jì)針對不同災(zāi)害類型（干旱、冰雹、霜凍、沙塵暴）的模型驗(yàn)證方案。利用獨(dú)立于模型訓(xùn)練的數(shù)據(jù)集，對監(jiān)測模型和預(yù)警模型的性能進(jìn)行客觀評估。開展控制變量實(shí)驗(yàn)，分析不同輸入因子對模型預(yù)測結(jié)果的影響。

***防控措施效果實(shí)驗(yàn)：**在代表性試驗(yàn)田，針對特定災(zāi)害類型（如干旱、霜凍），設(shè)計(jì)對比實(shí)驗(yàn)，包括不同灌溉量、不同覆蓋材料、不同抗災(zāi)品種、不同施肥策略等處理組與對照組，結(jié)合災(zāi)害預(yù)警信息進(jìn)行管理決策，量化評估各防控措施對災(zāi)害損失降低的效果。

***平臺功能測試實(shí)驗(yàn)：**對開發(fā)好的平臺原型系統(tǒng)，設(shè)計(jì)用戶場景和測試用例，進(jìn)行功能測試、性能測試和用戶接受度測試，收集用戶反饋，進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化。

（3）數(shù)據(jù)收集與分析方法

***數(shù)據(jù)收集：**數(shù)據(jù)來源包括甘肅省氣象局、農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳等部門的官方記錄，衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)（如GCOM-C,FY-4,Sentinel,Landsat等），商業(yè)衛(wèi)星數(shù)據(jù)，地面自動(dòng)氣象站網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，農(nóng)業(yè)氣象觀測站數(shù)據(jù)，無人機(jī)遙感數(shù)據(jù)，數(shù)字高程模型（DEM），土地利用/覆蓋數(shù)據(jù)，作物種植結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，以及歷史文獻(xiàn)和報(bào)告等。采用標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和格式轉(zhuǎn)換，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)倉庫。

***數(shù)據(jù)分析：**

***預(yù)處理：**對收集到的多源數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制（剔除異常值、插補(bǔ)缺失值）、時(shí)空配準(zhǔn)、尺度轉(zhuǎn)換、輻射定標(biāo)等預(yù)處理操作。

***特征提?。?*利用遙感反演算法提取地表溫度、土壤水分、植被指數(shù)、葉面積指數(shù)等關(guān)鍵農(nóng)業(yè)氣象參數(shù)；利用氣象數(shù)據(jù)處理方法計(jì)算累積降水量、累積氣溫、生長天數(shù)等；利用GIS技術(shù)提取地形因子（坡度、坡向）、水系分布等。

***模型訓(xùn)練與驗(yàn)證：**將預(yù)處理后的數(shù)據(jù)集劃分為訓(xùn)練集、驗(yàn)證集和測試集。利用機(jī)器學(xué)習(xí)/深度學(xué)習(xí)算法進(jìn)行模型訓(xùn)練，通過交叉驗(yàn)證等方法調(diào)整模型參數(shù)。利用測試集評估模型性能，進(jìn)行模型選擇和優(yōu)化。

***結(jié)果分析：**對監(jiān)測結(jié)果和預(yù)警結(jié)果進(jìn)行時(shí)空分布分析、統(tǒng)計(jì)特征分析；對防控措施效果進(jìn)行方差分析、回歸分析等；對平臺運(yùn)行效果進(jìn)行用戶滿意度和性能評估。

2.技術(shù)路線

本項(xiàng)目的技術(shù)路線遵循“基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集->災(zāi)害特征分析->監(jiān)測技術(shù)攻關(guān)->預(yù)警模型研發(fā)->防控方案設(shè)計(jì)->平臺集成與應(yīng)用”的邏輯順序，具體研究流程和關(guān)鍵步驟如下：

（1）**第一階段：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集與災(zāi)害特征分析（預(yù)計(jì)1年）**

***關(guān)鍵步驟：**梳理并整合甘肅省現(xiàn)有氣象、農(nóng)業(yè)、遙感、地理等數(shù)據(jù)資源；設(shè)計(jì)并實(shí)施補(bǔ)充數(shù)據(jù)采集方案（地面站點(diǎn)優(yōu)化、無人機(jī)航測）；利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)和GIS方法，分析甘肅省主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的歷史分布、發(fā)生規(guī)律、影響因素及變化趨勢；識別現(xiàn)有數(shù)據(jù)與技術(shù)的不足，明確技術(shù)攻關(guān)方向。

（2）**第二階段：精細(xì)化災(zāi)害監(jiān)測技術(shù)研發(fā)（預(yù)計(jì)2年）**

***關(guān)鍵步驟：**研究多源遙感數(shù)據(jù)融合算法，開發(fā)干旱、冰雹、霜凍、沙塵暴等災(zāi)害的精細(xì)化監(jiān)測產(chǎn)品（如災(zāi)害面積、強(qiáng)度指數(shù)、影響范圍）；利用地面驗(yàn)證數(shù)據(jù)評估監(jiān)測產(chǎn)品的精度和可靠性；構(gòu)建基于GIS的災(zāi)害監(jiān)測信息可視化系統(tǒng)。

（3）**第三階段：智能預(yù)警模型研發(fā)（預(yù)計(jì)2年）**

***關(guān)鍵步驟：**篩選并處理與災(zāi)害發(fā)生相關(guān)的多源數(shù)據(jù)（氣象、土壤、作物、地形等）；利用機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)技術(shù)，分別構(gòu)建針對不同災(zāi)害類型的智能預(yù)警模型；通過歷史數(shù)據(jù)回測和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，評估并優(yōu)化模型的預(yù)警精度、提前量和穩(wěn)定性；研究災(zāi)害的短臨預(yù)警技術(shù)。

（4）**第四階段：智能防控技術(shù)方案設(shè)計(jì)（預(yù)計(jì)1.5年）**

***關(guān)鍵步驟：**基于災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估和作物敏感性分析，結(jié)合田間試驗(yàn)結(jié)果，設(shè)計(jì)針對不同區(qū)域、不同作物的綜合防控策略；優(yōu)化現(xiàn)有防控措施的技術(shù)參數(shù)和實(shí)施時(shí)機(jī)；研究基于預(yù)警信息的智能化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)決策支持方法。

（5）**第五階段：平臺集成與應(yīng)用示范（預(yù)計(jì)1年）**

***關(guān)鍵步驟：**將研發(fā)的監(jiān)測模塊、預(yù)警模型、防控方案集成到一個(gè)統(tǒng)一的軟件平臺中；開發(fā)用戶友好的操作界面和信息服務(wù)功能；在甘肅省主要農(nóng)業(yè)區(qū)進(jìn)行平臺應(yīng)用示范，收集用戶反饋；完成平臺優(yōu)化和成果推廣準(zhǔn)備。

整個(gè)技術(shù)路線強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、模型支撐、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和系統(tǒng)集成，確保研究工作的科學(xué)性、系統(tǒng)性和實(shí)用性，最終形成一套適用于甘肅省的、先進(jìn)可靠的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害智能監(jiān)測預(yù)警與防控技術(shù)體系。

七．創(chuàng)新點(diǎn)

本項(xiàng)目針對甘肅省農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警與智能防控的迫切需求，在理論、方法及應(yīng)用層面均力求取得創(chuàng)新性突破，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）多源異構(gòu)數(shù)據(jù)深度融合理論與方法的創(chuàng)新

傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測往往依賴于單一數(shù)據(jù)源或簡單疊加，難以全面、精確地反映災(zāi)害的復(fù)雜狀況。本項(xiàng)目提出的創(chuàng)新點(diǎn)在于，構(gòu)建一套面向甘肅省復(fù)雜地理環(huán)境的、多源異構(gòu)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測數(shù)據(jù)深度融合理論與方法體系。這包括：研發(fā)基于物理約束的數(shù)據(jù)融合算法，有效融合不同分辨率、不同時(shí)間尺度、不同物理性質(zhì)的遙感數(shù)據(jù)（氣象衛(wèi)星、高分辨率光學(xué)衛(wèi)星、雷達(dá)、無人機(jī)）與地面觀測數(shù)據(jù)（自動(dòng)氣象站、農(nóng)業(yè)氣象站、小氣候站、水文氣象站），實(shí)現(xiàn)對地表參數(shù)（溫度、濕度、水分、植被指數(shù)等）以及災(zāi)害現(xiàn)象（如冰雹云識別、霜凍發(fā)生層結(jié)、沙塵暴路徑追蹤）的精細(xì)化反演與時(shí)空動(dòng)態(tài)監(jiān)測。該方法不僅考慮數(shù)據(jù)的時(shí)空匹配，更注重不同數(shù)據(jù)在物理意義上的互補(bǔ)與校正，旨在克服單一數(shù)據(jù)源的局限性，顯著提升監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性、連續(xù)性和信息豐富度，為后續(xù)的災(zāi)害預(yù)警和防控提供更可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。這種深度融合理論的創(chuàng)新，是對傳統(tǒng)單一來源監(jiān)測思路的突破，能夠更全面地刻畫災(zāi)害發(fā)生發(fā)展的物理過程。

（2）基于深度學(xué)習(xí)的甘肅省特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害智能預(yù)警模型創(chuàng)新

現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害預(yù)警模型多采用傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)方法或早期機(jī)器學(xué)習(xí)算法，在處理復(fù)雜非線性關(guān)系、捕捉多源數(shù)據(jù)交互信息以及實(shí)現(xiàn)短臨預(yù)警方面存在局限。本項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)在于，應(yīng)用先進(jìn)的深度學(xué)習(xí)技術(shù)（如CNN、RNN/LSTM、Transformer等）來構(gòu)建甘肅省特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害智能預(yù)警模型。針對甘肅省干旱、冰雹、霜凍等災(zāi)害的復(fù)雜成因和演變特征，將設(shè)計(jì)能夠有效處理多尺度空間信息（利用CNN從遙感影像中提取特征）和時(shí)間序列信息（利用RNN/LSTM捕捉歷史氣象序列的時(shí)序依賴性）的深度學(xué)習(xí)模型。特別地，將探索融合氣象因子、土壤濕度、作物生長狀態(tài)、地形因子等多維信息的混合模型，以挖掘更深層次的災(zāi)害發(fā)生前兆信號。此外，將重點(diǎn)研究基于注意力機(jī)制、圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等前沿深度學(xué)習(xí)方法的預(yù)警模型，以增強(qiáng)模型對關(guān)鍵影響因素的識別能力和對災(zāi)害演變關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的預(yù)測精度，致力于實(shí)現(xiàn)小時(shí)級至天級的短臨預(yù)警，這是對傳統(tǒng)預(yù)警方法在精度和時(shí)效性上的一次重要?jiǎng)?chuàng)新，能更有效地服務(wù)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者的應(yīng)急響應(yīng)。

（3）面向甘肅省需求的、集成智能監(jiān)測預(yù)警與防控策略的綜合性技術(shù)方案創(chuàng)新

現(xiàn)有的防控技術(shù)往往孤立于監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，缺乏針對性和時(shí)效性。本項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)在于，提出一套面向甘肅省具體農(nóng)業(yè)環(huán)境和災(zāi)害特點(diǎn)的、集成智能監(jiān)測預(yù)警與精準(zhǔn)防控策略的綜合性技術(shù)方案。首先，基于甘肅省不同生態(tài)區(qū)域（干旱區(qū)、綠洲、高寒區(qū)）的災(zāi)害特征和主要作物種類（小麥、玉米、馬鈴薯、蘋果、葡萄等），進(jìn)行精細(xì)化災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估，識別關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域和時(shí)段。其次，將智能預(yù)警模型輸出的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)信息（類型、時(shí)間、地點(diǎn)、強(qiáng)度）與不同作物的敏感性分析結(jié)果相結(jié)合，動(dòng)態(tài)生成差異化的、精準(zhǔn)的防控建議（如針對干旱區(qū)域的智能灌溉方案、針對霜凍風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的覆蓋與熏煙方案、針對冰雹風(fēng)險(xiǎn)的優(yōu)化防治策略選擇等）。再次，將現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)（如節(jié)水灌溉、抗逆品種應(yīng)用、保護(hù)性耕作、無人機(jī)植保等）與智能化決策支持相結(jié)合，開發(fā)能夠根據(jù)預(yù)警信息自動(dòng)推薦或調(diào)整防控措施的系統(tǒng)功能。這種將監(jiān)測預(yù)警與防控策略進(jìn)行深度融合、實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化、智能化的技術(shù)方案創(chuàng)新，旨在最大限度地發(fā)揮預(yù)警信息價(jià)值，提升防控措施的針對性和有效性，降低災(zāi)害損失，填補(bǔ)了當(dāng)前研究在“監(jiān)測-預(yù)警-防控”一體化集成應(yīng)用方面的空白。

（4）甘肅省農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害智能監(jiān)測預(yù)警與防控云平臺的原型開發(fā)與應(yīng)用示范創(chuàng)新

將上述研發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)模塊化、系統(tǒng)化，集成開發(fā)一個(gè)用戶友好、功能完善、可擴(kuò)展的云平臺原型系統(tǒng)，是本項(xiàng)目的又一重要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)。該平臺不僅集成實(shí)時(shí)災(zāi)害監(jiān)測展示、智能預(yù)警信息推送、歷史數(shù)據(jù)查詢與分析、防控方案庫及智能推薦等功能，還將引入知識圖譜技術(shù)，構(gòu)建農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害相關(guān)的知識庫，實(shí)現(xiàn)專家知識的結(jié)構(gòu)化表示和智能化推理。平臺將采用云計(jì)算架構(gòu)，確保數(shù)據(jù)處理能力和服務(wù)可用性。更創(chuàng)新的是，將在甘肅省典型農(nóng)業(yè)區(qū)（如河西走廊綠洲農(nóng)業(yè)區(qū)、中部灌區(qū)、東部高原農(nóng)牧區(qū)）開展平臺的應(yīng)用示范，與地方政府、農(nóng)業(yè)合作社、大型農(nóng)場等合作，收集用戶反饋，驗(yàn)證平臺在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用效果和價(jià)值，并根據(jù)反饋進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化。這種從技術(shù)研發(fā)到平臺開發(fā)，再到區(qū)域應(yīng)用示范的完整創(chuàng)新鏈條，旨在推動(dòng)科技成果的轉(zhuǎn)化應(yīng)用，為甘肅省乃至相似氣候區(qū)的農(nóng)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)提供一套先進(jìn)、實(shí)用的智能化解決方案，具有顯著的應(yīng)用創(chuàng)新價(jià)值。

綜上所述，本項(xiàng)目在數(shù)據(jù)融合理論方法、深度學(xué)習(xí)預(yù)警模型、智能防控策略集成以及云平臺開發(fā)應(yīng)用等方面均具有明顯的創(chuàng)新性，有望為甘肅省農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害防治提供全新的技術(shù)路徑和解決方案，具有重要的科學(xué)意義和廣闊的應(yīng)用前景。

八．預(yù)期成果

本項(xiàng)目系統(tǒng)研究甘肅省特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警與智能防控關(guān)鍵技術(shù)，預(yù)期在理論、技術(shù)、平臺和應(yīng)用等多個(gè)層面取得系列成果，具體如下：

（1）理論成果

***甘肅省農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害特征數(shù)據(jù)庫與機(jī)理認(rèn)知深化：**構(gòu)建一個(gè)包含多源數(shù)據(jù)、覆蓋甘肅省主要農(nóng)業(yè)區(qū)的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害特征數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)積累干旱、冰雹、霜凍、沙塵暴等災(zāi)害的時(shí)空分布、強(qiáng)度等級、影響范圍等數(shù)據(jù)?；诖髷?shù)據(jù)分析和數(shù)值模擬，深化對甘肅省復(fù)雜地理氣候背景下農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害形成機(jī)理、演變規(guī)律及其對氣候變化響應(yīng)特征的科學(xué)認(rèn)識，為災(zāi)害預(yù)測預(yù)報(bào)和防控提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

***多源數(shù)據(jù)深度融合理論與方法體系：**形成一套適用于甘肅省的、基于物理約束和機(jī)器學(xué)習(xí)/深度學(xué)習(xí)的多源遙感與地面觀測數(shù)據(jù)融合理論與算法集。明確不同數(shù)據(jù)源在災(zāi)害監(jiān)測中的優(yōu)勢與互補(bǔ)性，提出有效的數(shù)據(jù)融合策略和誤差修正方法，為生產(chǎn)高質(zhì)量、高精度的災(zāi)害監(jiān)測產(chǎn)品提供理論指導(dǎo)和技術(shù)支撐。

***智能預(yù)警模型理論與模型結(jié)構(gòu)創(chuàng)新：**闡明深度學(xué)習(xí)模型（CNN、RNN/LSTM等）在農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害預(yù)警中的應(yīng)用機(jī)制和關(guān)鍵要素，探索適用于復(fù)雜災(zāi)害系統(tǒng)的模型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和訓(xùn)練優(yōu)化策略。為提高農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害預(yù)警的準(zhǔn)確率、提前量和智能化水平提供新的理論視角和技術(shù)路徑。

（2）技術(shù)成果

***精細(xì)化災(zāi)害監(jiān)測技術(shù)：**開發(fā)出一套能夠?qū)崟r(shí)、動(dòng)態(tài)、高精度監(jiān)測甘肅省主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害（干旱、冰雹、霜凍、沙塵暴）的技術(shù)流程和產(chǎn)品體系。包括不同分辨率、不同時(shí)間尺度的災(zāi)害監(jiān)測指數(shù)產(chǎn)品（如干旱嚴(yán)重程度指數(shù)、冰雹云識別概率圖、霜凍風(fēng)險(xiǎn)累積指數(shù)、沙塵暴路徑與強(qiáng)度預(yù)測圖等）及其制作方法。

***智能災(zāi)害預(yù)警技術(shù)：**研發(fā)出基于機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)的、針對甘肅省主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的智能預(yù)警模型及其集成系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)對災(zāi)害發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的早期識別、臨近預(yù)報(bào)和短臨預(yù)警，提供具有高概率和較好時(shí)效性的預(yù)警信息，顯著提升預(yù)警服務(wù)能力。

***智能防控技術(shù)方案與參數(shù)優(yōu)化：**形成一套針對甘肅省不同區(qū)域、不同作物、不同災(zāi)害類型的一體化智能防控技術(shù)方案庫。包括優(yōu)化的農(nóng)田管理措施（如節(jié)水灌溉制度、覆蓋材料選擇與時(shí)機(jī)、施肥策略調(diào)整）、抗災(zāi)品種篩選推薦依據(jù)、災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)流程等，并提供基于預(yù)警信息的智能化防控決策支持技術(shù)。

***關(guān)鍵技術(shù)專利與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范：**針對項(xiàng)目中提出的創(chuàng)新性理論、方法和技術(shù)，申請相關(guān)發(fā)明專利、實(shí)用新型專利或軟件著作權(quán)。研究制定甘肅省農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測、預(yù)警、防控相關(guān)的技術(shù)規(guī)范或地方標(biāo)準(zhǔn)草案，推動(dòng)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化和推廣應(yīng)用的規(guī)范化。

（3）平臺與應(yīng)用示范成果

***農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害智能監(jiān)測預(yù)警與防控云平臺原型：**開發(fā)并部署一個(gè)集數(shù)據(jù)管理、監(jiān)測分析、預(yù)警發(fā)布、防控決策、信息服務(wù)等功能于一體的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害智能監(jiān)測預(yù)警與防控云平臺原型系統(tǒng)。平臺應(yīng)具備良好的用戶交互界面、數(shù)據(jù)處理能力和服務(wù)擴(kuò)展性。

***平臺應(yīng)用示范與效果評估：**在甘肅省內(nèi)選擇具有代表性的農(nóng)業(yè)區(qū)域（如不同生態(tài)類型區(qū)、主要糧食/經(jīng)濟(jì)作物產(chǎn)區(qū)）開展平臺應(yīng)用示范，與當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)管理部門、合作社、農(nóng)戶等進(jìn)行合作應(yīng)用。通過實(shí)際應(yīng)用效果評估，驗(yàn)證平臺的技術(shù)性能、用戶友好性和經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益，為平臺的推廣應(yīng)用提供實(shí)踐依據(jù)。

***示范區(qū)域服務(wù)能力提升：**通過平臺的應(yīng)用示范，顯著提升示范區(qū)域內(nèi)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的監(jiān)測預(yù)警水平和防控能力，幫助農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者有效規(guī)避或減輕災(zāi)害損失，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益和抗風(fēng)險(xiǎn)能力。探索可持續(xù)的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害信息服務(wù)模式。

***人才培養(yǎng)與知識傳播：**在項(xiàng)目執(zhí)行過程中，培養(yǎng)一批掌握先進(jìn)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警與防控技術(shù)的專業(yè)人才。通過技術(shù)培訓(xùn)、成果發(fā)布、科普宣傳等方式，向政府部門、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者等推廣項(xiàng)目成果，提升全社會(huì)農(nóng)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)意識和能力。

綜上，本項(xiàng)目預(yù)期取得的成果將包括具有理論創(chuàng)新性的研究報(bào)告、高水平學(xué)術(shù)論文、關(guān)鍵技術(shù)專利，以及一套先進(jìn)實(shí)用的技術(shù)體系和云平臺原型，并在區(qū)域應(yīng)用中展現(xiàn)出顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益，為保障甘肅省糧食安全、促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供強(qiáng)有力的科技支撐。

九.項(xiàng)目實(shí)施計(jì)劃

（1）項(xiàng)目時(shí)間規(guī)劃

本項(xiàng)目研究周期為五年，計(jì)劃分五個(gè)階段實(shí)施，具體時(shí)間規(guī)劃及任務(wù)安排如下：

***第一階段：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備與現(xiàn)狀分析（第1年）**

***任務(wù)分配：**組建項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，明確分工；全面收集和整理甘肅省現(xiàn)有氣象、農(nóng)業(yè)、遙感、地理等數(shù)據(jù)資料；設(shè)計(jì)并實(shí)施補(bǔ)充數(shù)據(jù)采集方案（地面站點(diǎn)優(yōu)化、無人機(jī)航測）；開展甘肅省農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害歷史特征分析、變化趨勢研究及影響因素分析；完成文獻(xiàn)綜述和項(xiàng)目總體方案設(shè)計(jì)。

***進(jìn)度安排：**第1-3個(gè)月：團(tuán)隊(duì)組建、任務(wù)分解、文獻(xiàn)調(diào)研、初步方案設(shè)計(jì)；第4-9個(gè)月：現(xiàn)有數(shù)據(jù)收集、整理與初步分析，補(bǔ)充數(shù)據(jù)采集方案設(shè)計(jì)；第10-12個(gè)月：補(bǔ)充數(shù)據(jù)采集實(shí)施，完成災(zāi)害現(xiàn)狀分析報(bào)告，修訂項(xiàng)目實(shí)施方案，啟動(dòng)數(shù)據(jù)庫建設(shè)。

***第二階段：精細(xì)化災(zāi)害監(jiān)測技術(shù)研發(fā)（第2年）**

***任務(wù)分配：**研究并開發(fā)多源遙感數(shù)據(jù)融合算法；構(gòu)建干旱、冰雹、霜凍、沙塵暴等災(zāi)害的精細(xì)化監(jiān)測模型；利用地面驗(yàn)證數(shù)據(jù)評估監(jiān)測產(chǎn)品的精度和可靠性；構(gòu)建基于GIS的災(zāi)害監(jiān)測信息可視化系統(tǒng)原型。

***進(jìn)度安排：**第13-15個(gè)月：多源數(shù)據(jù)融合算法研究與小范圍試驗(yàn)；第16-20個(gè)月：災(zāi)害監(jiān)測模型開發(fā)與初步驗(yàn)證；第21-24個(gè)月：監(jiān)測產(chǎn)品精度評估與優(yōu)化，GIS可視化系統(tǒng)開發(fā)與集成，完成階段性報(bào)告。

***第三階段：智能預(yù)警模型研發(fā)（第3年）**

***任務(wù)分配：**篩選并處理多源預(yù)警相關(guān)數(shù)據(jù)；構(gòu)建基于機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)的智能預(yù)警模型（針對不同災(zāi)害類型）；進(jìn)行模型訓(xùn)練、優(yōu)化與驗(yàn)證；研究災(zāi)害的短臨預(yù)警技術(shù)。

***進(jìn)度安排：**第25-27個(gè)月：預(yù)警數(shù)據(jù)集構(gòu)建與預(yù)處理，模型框架設(shè)計(jì)；第28-32個(gè)月：預(yù)警模型訓(xùn)練、調(diào)優(yōu)與初步驗(yàn)證；第33-36個(gè)月：短臨預(yù)警技術(shù)研究，模型性能全面評估，完成階段性報(bào)告。

***第四階段：智能防控技術(shù)方案設(shè)計(jì)（第4年）**

***任務(wù)分配：**開展甘肅省不同區(qū)域、不同作物的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估與作物敏感性分析；設(shè)計(jì)針對不同災(zāi)害類型和區(qū)域的綜合防控策略；開展關(guān)鍵防控措施（如灌溉、覆蓋、抗災(zāi)品種）的優(yōu)化試驗(yàn)；集成監(jiān)測預(yù)警信息，設(shè)計(jì)智能化防控決策支持方法。

***進(jìn)度安排：**第37-39個(gè)月：風(fēng)險(xiǎn)評估與敏感性分析；第40-42個(gè)月：防控策略初步設(shè)計(jì)，關(guān)鍵防控措施優(yōu)化試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)與實(shí)施；第43-48個(gè)月：防控方案集成優(yōu)化，智能化決策支持方法開發(fā)，完成階段性報(bào)告。

***第五階段：平臺集成與應(yīng)用示范（第5年）**

***任務(wù)分配：**將研發(fā)的監(jiān)測模塊、預(yù)警模型、防控方案集成到云平臺中；開發(fā)用戶界面和信息服務(wù)功能；在甘肅省典型農(nóng)業(yè)區(qū)進(jìn)行平臺應(yīng)用示范；收集用戶反饋，進(jìn)行平臺優(yōu)化；完成項(xiàng)目總結(jié)報(bào)告，撰寫研究論文，進(jìn)行成果推廣。

***進(jìn)度安排：**第49-51個(gè)月：平臺總體設(shè)計(jì)，模塊集成開發(fā)；第52-54個(gè)月：用戶界面開發(fā)與系統(tǒng)測試；第55-57個(gè)月：平臺在示范區(qū)的部署與應(yīng)用，用戶培訓(xùn)與反饋收集；第58-60個(gè)月：平臺優(yōu)化，項(xiàng)目總結(jié)報(bào)告撰寫，論文發(fā)表，成果宣傳與推廣，項(xiàng)目驗(yàn)收準(zhǔn)備。

（2）風(fēng)險(xiǎn)管理策略

項(xiàng)目實(shí)施過程中可能面臨以下風(fēng)險(xiǎn)，并制定相應(yīng)管理策略：

***數(shù)據(jù)獲取風(fēng)險(xiǎn)：**部分關(guān)鍵數(shù)據(jù)（如高分辨率遙感數(shù)據(jù)、特定地面觀測數(shù)據(jù)）可能存在獲取困難、質(zhì)量不高或獲取成本較高等問題。

***應(yīng)對策略：**提前進(jìn)行數(shù)據(jù)源調(diào)研，建立多元化的數(shù)據(jù)獲取渠道；加強(qiáng)與數(shù)據(jù)提供部門（氣象局、農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳、遙感數(shù)據(jù)商等）的溝通協(xié)調(diào)；制定數(shù)據(jù)質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)和預(yù)處理流程；對于難以獲取的數(shù)據(jù)，考慮采用替代數(shù)據(jù)或增強(qiáng)模擬方法。

***技術(shù)實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)：**深度學(xué)習(xí)等先進(jìn)模型技術(shù)的研發(fā)可能遇到技術(shù)瓶頸，模型性能未達(dá)預(yù)期；多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)復(fù)雜度高，難以實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定運(yùn)行。

***應(yīng)對策略：**加強(qiáng)技術(shù)預(yù)研，選擇成熟穩(wěn)定的技術(shù)路線；采用模塊化設(shè)計(jì)，分階段實(shí)現(xiàn)技術(shù)目標(biāo)；建立模型驗(yàn)證與評估體系，及時(shí)調(diào)整技術(shù)方案；技術(shù)交流，邀請專家咨詢指導(dǎo)；預(yù)留技術(shù)攻關(guān)時(shí)間。

***模型泛化風(fēng)險(xiǎn)：**在特定區(qū)域或條件下開發(fā)的模型，在推廣到其他區(qū)域或變化條件下時(shí)，性能可能下降。

***應(yīng)對策略：**在模型開發(fā)中，注重考慮模型的泛化能力，引入更多樣化的訓(xùn)練數(shù)據(jù)；進(jìn)行跨區(qū)域、跨條件的模型驗(yàn)證與測試；研究遷移學(xué)習(xí)等模型泛化技術(shù)。

***應(yīng)用示范風(fēng)險(xiǎn)：**平臺在實(shí)際應(yīng)用中可能遇到用戶接受度不高、操作使用不便、與現(xiàn)有工作流程銜接不暢等問題，導(dǎo)致應(yīng)用效果不佳。

***應(yīng)對策略：**在平臺設(shè)計(jì)和開發(fā)初期即引入用戶需求調(diào)研；進(jìn)行用戶界面和操作流程優(yōu)化設(shè)計(jì)；開展針對性的用戶培訓(xùn)；與應(yīng)用示范區(qū)建立緊密合作關(guān)系，收集并快速響應(yīng)用戶反饋；制定靈活的應(yīng)用推廣策略。

***進(jìn)度延誤風(fēng)險(xiǎn)：**由于研究復(fù)雜性、實(shí)驗(yàn)不確定性或外部因素（如疫情影響）等可能導(dǎo)致項(xiàng)目進(jìn)度延誤。

***應(yīng)對策略：**制定詳細(xì)的項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃，明確關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和里程碑；建立動(dòng)態(tài)監(jiān)控機(jī)制，定期評估項(xiàng)目進(jìn)展；預(yù)留一定的緩沖時(shí)間；對于可能影響進(jìn)度的風(fēng)險(xiǎn)因素，制定應(yīng)急預(yù)案。

***團(tuán)隊(duì)協(xié)作風(fēng)險(xiǎn)：**項(xiàng)目涉及多學(xué)科交叉和團(tuán)隊(duì)協(xié)作，可能存在溝通不暢、協(xié)作效率不高的問題。

***應(yīng)對策略：**建立高效的團(tuán)隊(duì)溝通機(jī)制（定期會(huì)議、項(xiàng)目管理系統(tǒng)等）；明確團(tuán)隊(duì)成員的角色與職責(zé)；加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)建設(shè)，增進(jìn)成員間的了解與信任；鼓勵(lì)知識共享和技術(shù)交流。

十.項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)

（1）項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員的專業(yè)背景與研究經(jīng)驗(yàn)

本項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)由來自甘肅省氣象科學(xué)研究所、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所等科研機(jī)構(gòu)和高校的資深專家和青年骨干組成，涵蓋了氣象學(xué)、遙感科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、農(nóng)業(yè)科學(xué)、地理信息系統(tǒng)等多個(gè)相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域，專業(yè)結(jié)構(gòu)合理，研究經(jīng)驗(yàn)豐富，能夠滿足項(xiàng)目研究所需的多學(xué)科交叉融合的技術(shù)力量要求。

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人張明研究員，長期從事農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警與防控研究，在甘肅省工作十余年，對當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害特征有深刻理解。他曾主持完成多項(xiàng)國家級和省部級科研項(xiàng)目，在干旱監(jiān)測預(yù)警、氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估等方面取得突出成果，發(fā)表高水平論文30余篇，出版專著1部，擁有相關(guān)專利5項(xiàng)。

團(tuán)隊(duì)核心成員李強(qiáng)教授，專注于遙感與地理信息系統(tǒng)在資源環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用研究，尤其在多源遙感數(shù)據(jù)融合與時(shí)空分析方面有深厚造詣。他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開發(fā)了多個(gè)基于遙感技術(shù)的監(jiān)測系統(tǒng)，發(fā)表SCI論文20余篇，曾參與多項(xiàng)國家級重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目。

團(tuán)隊(duì)核心成員王偉博士，是機(jī)器學(xué)習(xí)與領(lǐng)域的專家，在氣象預(yù)測和農(nóng)業(yè)智能決策支持系統(tǒng)研發(fā)方面積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。他擅長深度學(xué)習(xí)算法應(yīng)用，曾參與開發(fā)多個(gè)智能氣象服務(wù)系統(tǒng)，在相關(guān)國際頂級會(huì)議和期刊發(fā)表論文10余篇，擁有軟件著作權(quán)3項(xiàng)。

團(tuán)隊(duì)核心成員劉芳研究員，是農(nóng)業(yè)氣象與作物生理學(xué)專家，長期從事旱作農(nóng)業(yè)和氣候變化對農(nóng)業(yè)影響研究，對甘肅省主要作物（小麥、玉米、馬鈴薯等）的生長規(guī)律和氣象災(zāi)害敏感性有深入研究。她主持完成多項(xiàng)農(nóng)業(yè)氣象科研項(xiàng)目，發(fā)表核心期刊論文15篇