[0001] 本发明涉及气象监测预警技术领域，具体涉及一种莓茶气象灾害监测系统及方法。

[0002] 莓茶学名显齿蛇葡萄，有“黄酮之王”的美誉，主要分布在长江中下游以南地区，湖北、湖南、重庆、贵州、江西等省份的野生莓茶资源最为丰富；湖南种植莓茶已有700年历史，是湖南的特色农产品，也是国家现代农业重点项目。随着全球气候变化，灾害性天气呈频发多发之势，莓茶气象灾害发生的频率、强度以及危害程度逐渐增强。因此，根据气候变化趋势以及常发气象灾害类型，同时考虑莓茶种植分布和生产特点，针对莓茶生育期内主要灾害类型进行区域化重点监控，并指导采取适宜措施进行预防和干预，以降低生产风险，减少损失。

[0003] 目前已发表文献和专利基本是针对某一区域的某一品种，具体到某一种气象灾害类型的灾害监测及评估，灾害指标相对较粗，不能完全适用于地方特色作物；大量农业气象灾害预警技术还处在研究阶段，还很难直接业务化，基于精细化天气预报的特色农业气象灾害预警技术还不多见；特色农业的监测、预警数据源较单一；对于莓茶覆盖的区域及灾害类型不全面、不系统，没有针对性，当前需要一种覆盖全国莓茶关键生育阶段且能够覆盖常发莓茶气象灾害类型的监测方法及系统；且无法解决

[0004] 1.莓茶的农业气象观测没有标准、不规范；

[0005] 2.莓茶的农业气象预报及气象灾害预警欠缺满足不了防灾减损、提质增效需求；

[0006] 3.莓茶的气象服务产品不丰富，针对性不强等缺点；

[0007] 针对以上问题，亟需设计一种莓茶气象灾害监测系统及方法，以解决上述现有技术存在的问题。

[0089] 为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的描述。

[0090] 实施例1：参照附图1‑图3所示的一种莓茶气象灾害监测系统，包括[0091] 数据处理子系统，包括气象数据模块和GIS基础信息模块，用于进行收集气象站和卫星遥感数据，包括温度、降水量、湿度、风速等，同时整合GIS数据，进行地理定位和地图展示；

[0092] 指标构建子系统，包括气象条件模块和莓茶生育期识别模块，酶茶生育期识别模块，用于识别莓茶植株所处的生育期，包括发芽期、幼苗期、生长期、开花期、结果期等；同时基于历史数据和实验结果，建立莓茶不同生育期对气象条件的敏感性关联模型；；

[0093] 模型建立子系统，用于进行数据预处理和趋势分析，分析气象数据时间序列，识别干旱、暴雨发展趋势；

[0094] 产品制作及发布子系统，用于提供莓茶气象专题服务，数据查询、文字分析、报告制作等，并通过短信、电子邮件或移动应用程序传递预警和建议。

[0095] 作为优选的技术方案，所述的模型建立子系统包括气象条件模块、莓茶生育期识别模块和数据处理与分析模块；

[0096] 所述气象预报模块用于进行数值天气预报，利用数值模型进行短期和中期气象预报；同时进行极端事件预测，使用特定算法预测干旱、暴雨和洪水等极端气象事件；

[0097] 所述灾害预警模块用于预警信号发出，根据分析和预报结果，生成并发送气象灾害预警信息；进行预警信息定制，根据莓茶种植区域的具体需求定制预警信息；

[0098] 所述数据处理与分析模块用于进行数据预处理，清洗和标准化收集到的数据，处理缺失值和异常值；同时进行趋势分析，分析气象数据的时间序列，识别干旱、暴雨和洪水的发展趋势。

[0099] 作为优选的技术方案，所述的气象预报模块在进行雨量监测与评估的过程包括[0100] 1.暴雨评估

[0101] (1)降水量监测：使用茶园气象监测站、区域自动气象站连续监测降雨量；(2)雷达数据分析：利用气象雷达数据识别强降雨区域；

[0102] 2.干旱评估

[0103] (1)标准降水蒸散指数：计算SPEI来评估干旱程度和持续时间；(2)土壤湿度监测：通过地面观测或遥感技术监测土壤湿度变化；(3)植被指数分析：使用NDVI等遥感指数评估干旱对植被的影响；

[0104] 其中，所述的计算SPEI来评估干旱程度和持续时间的过程包括(流程图如图3)[0105] 步骤1.数据收集：通过气象站、气象卫星监或模型模拟，收集每月或每季的降水和蒸发蒸腾数据；

[0106] 步骤2.计算降水蒸发蒸腾差异：计算每月或每季的降水和蒸发蒸腾之间的差异；通过减去蒸发蒸腾值(ET，Evapotranspiration)从降水值中得到；公式为：

[0107] P―ET＝降水―蒸发蒸腾

[0108] 步骤3.计算SPEI值：

[0109] 公式为：SPEI(t)＝(P―ET―μ)/σ

[0110] 其中：P是降水蒸发蒸腾差异，ET是蒸发蒸腾值；μ是历史时期(通常为30年)相同月份的平均降水蒸发蒸腾差异；σ是历史时期相同月份的降水蒸发蒸腾差异的标准差；

[0111] 步骤4.计算SPEI的累积值，例如3个月、6个月或12个月的累积值，以更全面地评估干旱状况；

[0112] 步骤5.干旱等级划分：根据SPEI值的范围，将干旱分为不同等级，通常划分为正常、轻度干旱、中度干旱、重度干旱和极重度干旱等；

[0113] 步骤6.绘制SPEI时间序列图：将计算得到的SPEI时间序列数据绘制成图表，以便直观查看干旱的趋势和周期；

[0114] 步骤7.模型验证：使用历史观测数据验证模型的准确性，比较模型计算的SPEI值与实际观测的干旱情况；

[0115] 使用NDVI等遥感指数评估干旱对植被的影响的过程包括

[0116] 步骤1.获取遥感数据：通过卫星数据(如MODIS、Landsat)获取包含NDVI信息的遥感影像数据，观察植被状况的变化；

[0117] 步骤2.数据预处理：对获取的遥感数据进行预处理，包括去除云影响、大气校正和镜头几何校正，确保分析的准确性和可靠性；

[0118] 步骤3.计算NDVI：

[0119] NDVI＝(NIR–Red)/(NIR+Red)

[0120] 其中，NIR代表近红外波段的反射值，Red代表红色波段的反射值，NDVI的范围通常在‑1到1之间，值越高表示植被越繁茂；

[0121] 步骤4.时间序列分析：对NDVI数据进行时间序列分析，观察植被指数的变化趋势，特别关注可能表明干旱影响的降低的NDVI数值；

[0122] 步骤5.制定阈值：根据研究区域和植被类型，确定表示干旱影响的NDVI阈值；当NDVI值低于该阈值时，可能表明植被受到干旱的影响；

[0123] 步骤6.生成干旱指数：可以根据NDVI的变化创建干旱指数，例如基于阈值的二元干旱指数(Binary Drought Index)；通过将NDVI与阈值进行比较，可以将地区分类为正常、轻度干旱、中度干旱等级；

[0124] 步骤7.GIS分析：将NDVI和干旱指数集成到地理信息系统(GIS)中，进行空间分布分析；

[0125] 步骤8.验证和地面观测：使用地面观测数据验证NDVI和干旱指数的准确性；地面观测数据包括植被指数、土壤湿度等；

[0126] 步骤9.制定应对策略：基于分析结果，制定适当的应对策略，包括灌溉调整、作物选择、水资源管理等，以减缓或缓解干旱对莓茶的不利影响。

[0127] 3.高温评估

[0128] (1)温度记录分析：利用气象站数据分析高温发生的频率和持续时间；(2)植物生理影响分析：监测高温对莓茶生长状态的影响，如叶片温度和水分胁迫。

[0129] 作为优选的技术方案，所述的产品制作及发布子系统包括决策支持模块、用户交互和信息传递模块、数据存储与备份模块和系统维护与更新模块；其中

[0130] 所述决策支持模块用于生成管理建议，提供基于气象情况的农业管理建议，如灌溉、施肥和病虫害防控；同时进行风险评估，评估气象灾害对莓茶生育的影响，提出风险管理方案；且根据实际气象数据和生育期识别，使用关联模型计算莓茶在不同阶段的气象灾害风险指数；

[0131] 所述用户交互和信息传递模块用于提供易于使用的用户界面，供农民和决策者查看数据和预警；同时通过短信、电子邮件或移动应用程序传递预警和建议；

[0132] 所述数据存储与备份模块用于进行数据库管理，存储收集和处理的数据，确保数据安全和完整性；同时进行数据备份，定期备份数据，以防数据丢失或损坏；

[0133] 所述系统维护与更新模块永不进行系统维护，定期检查和维护系统的运行状态，确保其稳定性；进行更新与升级，根据技术发展和用户需求更新系统功能和算法；同时根据气象灾害风险指数，提供相应的气象灾害预警，建议种植者采取适当的抗灾措施，如覆盖植株、灌溉管理、收获时间调整等。

[0134] 作为优选的技术方案，在进行莓茶生长情况的监测时，使用卫星遥感数据监测莓茶的生长情况，如通过分析植被指数(如NDVI)来评估其生长阶段；主要步骤为：

[0135] (1)从卫星遥感平台(如MODIS、Landsat或Sentinel)获取覆盖莓茶种植区域的NDVI数据；选择一个长时间序列的NDVI数据，以监测莓茶生长周期内的变化；

[0136] (2)将NDVI数据裁剪到莓茶种植区域的范围，并进行适当的空间重采样以匹配实际地块大小；对NDVI时间序列数据进行滤波处理，去除噪声和异常值；

[0137] (3)分析NDVI随时间的变化趋势，识别莓茶生长的关键阶段；将当前和历史同期的NDVI数据进行比较，评估莓茶生长状况的变化；

[0138] (4)利用NDVI数据监测莓茶的整体健康状况和生长进度；

[0139] (5)结合无人机航拍：利用无人机进行高分辨率的航拍，观察莓茶植株的生长情况，特别适用于大规模种植区域。

[0140] 作为优选的技术方案，所述的气象预报模块在进行极端事件预测，使用特定算法预测干旱、暴雨和洪水等极端气象事件的雨量监测和评估的具体过程包括

[0141] 1.暴雨评估

[0142] (1)降水量监测：使用茶园气象监测站、区域自动气象站连续监测降雨量；(2)雷达数据分析：利用气象雷达数据识别强降雨区域；(3)洪水模型：运用洪水预测模型，评估强降雨引发的洪水风险；

[0143] 2.干旱评估

[0144] (1)标准降水蒸散指数：计算SPEI来评估干旱程度和持续时间；(2)土壤湿度监测：通过地面观测或遥感技术监测土壤湿度变化；(3)植被指数分析：使用NDVI等遥感指数评估干旱对植被的影响；

[0145] 3.高温评估

[0146] (1)温度记录分析：利用气象站数据分析高温发生的频率和持续时间；(2)热浪预测模型：运用热浪预测模型评估未来高温事件的可能性；(3)植物生理影响分析：监测高温对莓茶生长状态的影响，如叶片温度和水分胁迫。

[0147] 作为优选的技术方案，酶茶生育期识别模块在进行莓茶植株所处的生育期的判别过程包括使用度日模型(Degree‑DayModel)，预测莓茶的生育期，主要判识步骤为：

[0148] (1)确定基础和上限温度：基础温度(Tbase)是莓茶生长开始所需的最低温度；上限温度(Tupper)：超过此温度，莓茶的生长不再加快；

[0149] (2)收集莓茶种植区域的日平均气温数据；

[0150] (3)计算累计度日：对每一天的平均气温(Tavg)与基础温度(Tbase)之差进行累积，计算得到累积度日(GDD)；GDD＝∑(Tavg‑Tbase)。如果Tavg超过Tupper，使用Tupper代替Tavg进行计算；

[0151] (4)确定生育期阶段，阶段判定：根据不同生育阶段所需的累积度日值，判断莓茶当前处于哪个生育阶段；比如，发芽、叶片发展、开花和成熟等阶段都有其对应的度日阈值；

[0152] (5)模型验证与调整，实地验证：将模型预测的生育期与实际观察进行对比，验证模型准确性；模型调整：根据实地数据调整Tbase、Tupper或生育期阈值，以提高模型精确度。

[0153] 作为优选的技术方案，所述的莓茶生育期与气象条件的关联模型为：

[0154] (1)3‑11月平均气温：

[0155] 分析方法：计算莓茶主要生长期(3‑11月)的月均气温，确定适宜温度范围；

[0156] 结果表达：该时间段适宜莓茶生长需求的温度范围为20～25℃；

[0157] (2)7月平均气温(生长期最高气温)：

[0158] 分析方法：确定生长期最高气温，评估高温对莓茶的影响；

[0159] 结果表达：7月平均气温30℃的连续日数影响莓茶生长；

[0160] (3)1月平均气温(最冷月平均气温)：

[0161] 分析方法：检测最冷月份的平均气温，评估越冬和存活条件；

[0162] 结果表达：气温低于0℃的地区不适合莓茶种植；

[0163] (4)≥10℃积温：

[0164] 分析方法：计算积温(累积温度)，确定生长所需的温度条件；

[0165] 结果表达：≥10℃积温在5200～5600℃·d有助于莓茶生长；

[0166] (5)日均气温≥30℃连续日数：

[0167] 分析方法：计算日均气温≥30℃的连续日数，判断高温对莓茶的影响；

[0168] 结果表达：日平均气温≥30℃连续7天且无降水，莓茶采摘将不再具备经济价值，即不再适合采摘；

[0169] (6)3‑11月降水量分析：

[0170] 分析方法：莓茶主要生长期的降水量，评估水分供应；

[0171] 结果表达：降水量1000～1300mm利于莓茶生长，同时湿度为72～82％；

[0172] (7)3‑11月日照时数分析：

[0173] 分析方法：测定该时段内日照时数，评估光照条件对莓茶的影响；

[0174] 结果表达：日照时数为900～1100h，对莓茶的光合作用和生长有积极作用。

[0175] 一种基于上述莓茶气象灾害监测系统的莓茶气象灾害的评估方法，包括[0176] 步骤1.气象数据采集

[0177] 采集莓茶采摘期前10日平均气温日较差、采摘前10天累计日照时数、采摘前10天累计降水量、采摘前10天平均相对湿度、采摘前10天雨日数

[0178] 步骤2.建立莓茶气候品质评价模型

[0179]

[0180] 式中：IH‑莓茶气候品质评价指数；ai‑第i个气候品质指标的权重系数，a1‑a5分别为采摘前10天平均气温日较差、采摘前10天累计日照时数、采摘前10天累计降水量、采摘前10天平均相对湿度、采摘前10天雨日数，权重系数分别取0.20、0.20、0.24、0.18、0.18；Mi‑第i个气候品质指标的分级赋值。

[0181] 步骤3.进行莓茶气候品质等级划分

[0182] 根据莓茶气候品质评价指数，将气候品质划分为特优、优、良、一般4个等级。等级划分与评价指数见下表；

[0183] 表1：莓茶气候品质等级划分与评价指数

[0184]等级 气候品质评价指数(IH)
特优 IH≥2.5
优 1.8≤IH＜2.5
良 1.1≤IH＜1.8
一般 IH＜1.1

[0185] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。