1、第九章 生态气象业务简介,一、生态气象业务需求 二、国内外生态气象业务现状 三、生态气象业务发展的原则 四、生态气象业务系统 五、生态气象业务服务 六、生态气象业务信息与技术保障 七、业务流程 八、标准体系,南京信息工程大学 环境科学学院,一、生态气象业务需求我国作为一个发展中国家，必须大力发展经济，但随之带来了资源短缺、生态恶化等问题，国家急需了解我国的生态环境质量状况。气象条件是影响生态系统的重要因子，对生态系统的稳定和演变起着非常重要的作用。开展生态气象业务服务，对于我国的生态建设、生态保护和生态安全都具有重要的意义。,南京信息工程大学 环境科学学院,生态气象业务就是通过对生态系统有关因
2、子的监测，研究气象条件与生态系统、环境之间的相互关系和作用机理，从系统的观点和角度实时监测和评估甚至预警生态系统的健康与否，为生态建设与环境保护、国家经济发展和社会主义新农村建设提供依据。另外，开展地表生态环境的气象监测和评估，也对提高天气气候预报的准确率具有非常重要的促进作用。,南京信息工程大学 环境科学学院,二、国内外生态气象业务现状,(一) 国外的业务现状 近年来，国际上开展了与生态系统有关的许多气象观测计划和研究试验，如全球气候观测系统（GCOS）、全球海洋观测系统（GOOS）、全球陆地观测系统（GTOS）、人与生物圈计划（MAB）、国际地圈-生物圈计划（IGBP）、全球能量和水循环试
3、验（GEWEX）等。许多国家相继建立了各自的生态系统监测与研究网络，通过项目及计划的实施，逐步加深了对全球及区域生态环境问题的认识和研究。,南京信息工程大学 环境科学学院,另外，通过将生态系统下垫面状况的观测结果引入气候系统模式，进一步认识下垫面状况对气候系统模式的影响，以此促进天气预报、气候预测准确率的提高。但是，多年来，很少有学者从生态气象的角度研究生态系统。2002年，Gordon Bonan从生态学与气候学的角度，论述了生态系统与气候之间的关系，提出了生态气候学的概念及其应用问题。但是，将生态气象作为一项业务进行建设和服务，目前还处于探索和逐步发展阶段，仍有许多工作要做。,南京信息工程
4、大学 环境科学学院,(二) 国内的业务现状,上世纪80年代末以来，我国开始重视生态系统的研究，许多部门相继建立了农田、森林、草地、荒漠、湿地、湖泊等生态观测站。如：中国科学院“中国生态系统研究网络”所属的36个生态试验站，水利部门“中国水文观测网”所属的水文站、水位站、雨量站、蒸发站、泥沙站、水质站、地下水观测井等，但是这些站主要承担科研和监测任务。,南京信息工程大学 环境科学学院,03年以来，气象部门逐步开展了生态环境监测评估研究，青海、内蒙古、陕西、宁夏等省气象局根据本省需求，陆续建立了省级生态环境监测站，增加了相关的生态环境监测内容，并结合卫星遥感资料，尝试制作了生态环境监测评估服务产品
5、。2005年，中国气象局下发了关于气象部门开展生态环境监测与信息服务的指导意见，组织编写了生态气象观测规范（试行）、生态气象监测指标体系等。,南京信息工程大学 环境科学学院,03年国家气象中心正式提出了生态气象的概念，开始了全国陆地植被生态气象监测评估技术、北方草地生态气象监测预测技术、森林生态气象监测评估技术等研究。通过边研究，边服务，2007年建立起国家级生态气象业务，发布了业务服务产品。北京、安徽、贵州等部分省（区、市）气象局按照中国气象局下发的指导意见，开展了省级生态质量气象评价服务。,南京信息工程大学 环境科学学院,三、生态气象业务发展的原则,生态系统涉及的气象问题很多，生态气象业务
6、的发展应坚持一定的原则，逐步发展，不断完善，最终建立起稳定的为国家和社会服务的业务体系。（一）坚持有所为、有所不为的原则（二）坚持开放、共享、高起点、高技术的原则（三）坚持以需求为引领的原则,南京信息工程大学 环境科学学院,四、生态气象业务系统,生态气象业务包括生态状况观测和收集、资料传输和处理、生态气象监测评估、预测预报、产品制作与发布等功能。从资料收集到传输、监测、建模、评估、预测，到最后形成业务产品，必须要有相应的业务系统和平台支持。生态气象业务系统主要由遍布全国各典型生态系统区的定位观测、卫星遥感监测、流动野外踏察、社会统计调查以及其他信息交换等组成的信息收集子系统、信息传输子系统、实
7、时与历史信息库子系统、生态气象监测评估子系统、产品制作子系统、服务与反馈子系统等部分组成。,南京信息工程大学 环境科学学院,生态气象业务系统结构,南京信息工程大学 环境科学学院,（一）信息收集子系统 该系统收集气象部门农田、草地、湿地、森林、荒漠等生态气象试验站观测的数据，农业气象观测网观测的作物、牧草、森林等植被生长状况和土壤墒情、灾害等实时数据以及卫星遥感资料，通过中国气象信息网络系统供气象业务部门实时下载调用。收集中国科学院、国家林业局等其他部门观测的生态资料，加工处理成生态气象业务系统能够接收的数据格式，建立各种生态气象信息采集子系统。,南京信息工程大学 环境科学学院,（二）信息传输子
8、系统生态气象业务所需的资料包括气象、土壤水分、灾情和作物、牧草、森林等植被生长资料。生态气象观测数据可以通过中国气象信息网络系统，上报省气象局和中国气象局，输入到业务系统实时资料库中，供业务模式运行使用；同时，国家级下发地方需要的数据和产品，形成信息上报下行以及产品发送畅通的良好机制。,南京信息工程大学 环境科学学院,1、观测资料的上行2、观测资料和产品的下行 （三）生态气象数据库子系统该数据库包括实时与历史两个数据库。实时数据库只接受当年上报的生态气象监测数据，供业务实时运行使用。历史数据库只存放经过检验和质量控制的数据。每年年终，将上一年经过检验和质量控制的数据补充到历史数据库中，完成历史
9、库的数据延续和更新。数据库信息存储与检索功能包括：,南京信息工程大学 环境科学学院,(1) 生态气象观测资料和产品经网络传送到各级局域网的数据库服务器中。(2) 各业务用户经局域网（本地用户）或广域网（远程用户）对数据库进行检索，获取各自所需的各种资料，分类建立用于业务服务的数据库。(3) 业务系统所形成的各种加工产品，需再经网络返回到数据库中，以供其它用户共享。,南京信息工程大学 环境科学学院,（四）生态气象监测评估子系统,该系统是生态气象业务的核心子系统，存放各种生态气象监测评估模型。该系统调用实时数据库和历史数据库中的各种资料，进行生态气象监测、评估、预测。具体包括：1、农田生态气象监测
10、预测与评估2、草地生态气象监测预测与评估3、森林生态气象监测预测与评估4、湿地生态气象监测预测与评估,南京信息工程大学 环境科学学院,5、湖泊生态气象监测预测与评估 6、荒漠生态气象监测预测与评估 7、城市生态气象监测预测与评估 8、自然生态系统气象综合监测预测与评估 9、重大生态环境问题气象监测预测与评估 10、典型生态脆弱区气象监测预测与评估 11、生态质量气象评价,南京信息工程大学 环境科学学院,（五）产品制作子系统,依托遥感、地理信息系统，结合生态气象业务系统功能，根据服务需求制作产品所需的各种表达模版，包括图形、图象、表格、文字等，方便业务产品制作。 （六）服务与反馈子系统调查用户需
11、求，建立用户电子和纸制发送地址、联系信息数据库，并对用户进行归类管理。每次产品制作完毕时，放入分发池中，实现业务产品的自动分发，及时归档存放。不定期调查用户满意度，根据用户的意见和建议对产品进行改进，提高产品质量。,南京信息工程大学 环境科学学院,五、生态气象业务服务,（一）生态气象监测数据服务对现有天气、气候和生态环境监测数据进行归类、整理，实现对全国生态气象信息化管理，使生态气象数据库系统成为生态气象业务服务的数据支持平台和为我国生态建设提供重要信息和决策参考的数字化平台。,南京信息工程大学 环境科学学院,生态气象监测数据服务包括地理、行政、水文、农田、森林、草原、湿地、湖泊、城镇、交通等
12、气象及环境背景信息。其中，包括大气、水文、生态等各个与气候系统有关的基本数据库、生态评价指标库、基本评价产品库、各种灾害信息数据集以及地理信息环境数据库系统。实现对各类生态气象资料及环境信息的自动存储、分类、加工、维护、检索、查询，数据容量扩充等功能。积累生态气象及其动态变化的基础数据，与相关部门实现优势互补、信息共享。,南京信息工程大学 环境科学学院,（二）生态气象业务产品,国家、省、地、县根据需求，确定适合自身服务范围的生态气象服务产品内容、制作发布时间和形式。国家级侧重于全国陆地、农田、草地、森林以及对国家生态环境和经济社会可持续发展有重大影响的生态环境问题或气象灾害，开展生态气象监测、
13、评估和预报服务；省级以下气象部门围绕影响本地区的生态环境问题或气象灾害，开展地方生态气象监测、评估和预报服务。国家、省、地、县可开展的生态气象服务产品的类别、服务的范围、主要内容、制作与发布的时间、频次等见下表。,南京信息工程大学 环境科学学院,南京信息工程大学 环境科学学院,南京信息工程大学 环境科学学院,南京信息工程大学 环境科学学院,（三）陆面参数反演与质量检验,以全国主要的生态类型为对象，针对每种生态类型，确定其在我国的分布区域，在每个区域内进行地面观测，通过地面观测数据与卫星资料的复合分析，建立该种生态类型下陆面参数的反演模型，最后形成覆盖全国的陆面参数反演系统。内容包括地表反照率、
14、植被覆盖度、叶面积指数、积雪面积和深度、地表粗糙度、土壤水分、表面温度等。,南京信息工程大学 环境科学学院,通过建立陆面参数检验平台，使得高质量的陆面参数能够通过质量控制进入数值模式的同化系统，从而改进数值模型的预报效果。建立统一的陆面参数数据库，可以同时面向天气和气候模式的需求，在地面生态系统观测与融合多源卫星资源的基础上开展陆面参数的业务化提取工作。,南京信息工程大学 环境科学学院,六、生态气象业务信息与技术保障,生态气象服务是近年来开展的一项新业务，需要不断发展和完善。目前，业务中使用的信息来源渠道多样，没有形成统一的信息管理规范；另外，业务技术方法需要深入研究和改进，因此，必须做好生态
15、气象业务的信息收集与技术保障工作，以保业务的正常运行和服务质量。,南京信息工程大学 环境科学学院,（一）信息保障,生态气象业务信息资源比较丰富，需要制定相应的数据管理政策、数据处理标准和流程等，以保证业务服务的正常运行和拓展。 1、制定适应业务拓展及共享服务需求的、完整的、可操作的数据管理政2、建立适应业务发展需要的、系统的、科学的数据处理标准3、建立适应业务发展的数据处理业务流程和规范4、加大质量控制，提高数据质量,南京信息工程大学 环境科学学院,（二）技术研发保障,1、建立良好的促进机制 （1）建立利于业务发展的研究机制 （2）建立以业务需求为主导的科研投入评价机制 （3）建立以科研项目为
16、纽带的业务与科研合作互动机制 （4）增设以业务服务发展为目标的应用研究项目 （5）加大应用基础研究，为业务服务的长远发展奠定基础,南京信息工程大学 环境科学学院,2、加强生态气象重点业务任务研究 （1）典型生态系统气象监测预测与评估技术研究 （2）自然生态系统综合监测预测与评估技术研究 （3）重大生态环境问题气象监测预测与评估技术研究 （4）典型生态脆弱区气象监测预测与评估技术研究 （5）陆面参数的地面监测与卫星资料反演 （6）气候变化对自然生态系统的影响评估研究,南京信息工程大学 环境科学学院,七、业务流程,（一）技术路线综合利用遥感资料、地面观测资料，联合中国科学院、高校、国家环保、林业、
17、农业、水利等部门的相关科研院所，结合3S技术和各种生态气象模型、NPP估算模型、不同生态系统的碳、氮收支模型等，分析研究天气气候与生态系统的相互关系，逐步建立生态气象综合分析与评估业务系统，开展生态气象监测、评估业务服务。,南京信息工程大学 环境科学学院,通过分析典型生态系统、生态脆弱区、主要生态功能区、重大生态环境问题的历史气候和生态环境演变规律及其相互关系，结合生态气象的模拟模型和未来气候情景，建立典型生态系统、生态脆弱区、主要生态功能区、重大生态环境问题的生态气象监测评价、预测预估业务系统，开展陆面参数反演和生态气象预测预警业务服务。,南京信息工程大学 环境科学学院,（二）数据流程,生态
18、气象业务涉及数据种类繁多、结构复杂，有常规的气象数据、生态环境监测数据、卫星遥感数据、GIS空间数据、文本格式的灾情数据及二进制图像数据等等。生态气象业务数据流程包括台站、省级、国家级业务单位提供技术、资料和产品信息支撑的信息流程和数据库、平台节点。数据流程如下图所示。,南京信息工程大学 环境科学学院,数据流程图,南京信息工程大学 环境科学学院,体系内，下级向上级提供观测数据和业务产品，供上级部门参考和研发业务产品；上级指导下级，下级细化、订正上级指导预报产品并向上级反馈预报订正产品。国家级业务单位向各级地方台站提供指导产品；省级在国家指导产品的基础上制作并向地、县两级台站提供指导产品，向国家
19、级反馈其制作的预报产品；生态与农业气象试验站向各级业务单位提供试验研究成果、技术档案和指标，指导所在单位的业务技术服务；地、县级重点对省级的指导产品进行补充订正或解释应用，并向省级反馈订正后的预报产品，如下图所示。,南京信息工程大学 环境科学学院,生态气象业务指导产品流程图,南京信息工程大学 环境科学学院,（三）产品定义及流程,1、农田生态气象业务产品根据农田生态系统中作物和土壤通过气象因子、气候变化、人为干扰等因素驱动的生理、生化、物理过程而发生的生理、形态、理化特性、系统生态功能的变化以及该系统与外界环境的物质、能量交换所进行的监测、评估、预测结果研制的产品。2、草地生态气象业务产品根据草
20、地生态系统中牧草、牲畜、土地在气象或气候因子驱动下各种生物、理化过程引发的形态变化、生物累积与循环、理化特性变化、生态功能的变化以及系统对环境变化的反馈作用的监测、评估、预测、预估结果研制的产品。,南京信息工程大学 环境科学学院,3、森林生态气象业务产品根据森林生态系统中林木在不同气候条件下生物累积、与外界环境的物质和能量交换、生态功能及其对整个生态系统调节功能变化的监测、评估、预测、预估结果研制的产品。4、湖泊生态气象业务产品根据湖泊生态系统中水体在气象因子驱动的水循环过程中发生的形态、体积、质量、生态功能的变化及其对整个生态系统反馈作用的监测、评估、预测、预估结果研制的产品。,南京信息工程
21、大学 环境科学学院,5、荒漠生态气象业务产品 根据荒漠生态系统中绿洲和沙化土地在气候因子驱动下发生的面积变化、位置迁移、生态功能变化的监测、评估、预测、预估结果研制的产品。6、湿地生态气象业务产品根据湿地生态系统中湿地和生物在气象环境影响下发生面积、形态、种群、生态功能变化的监测、评估、预测、预估结果研制的产品。,南京信息工程大学 环境科学学院,7、城市生态气象业务产品根据城市生态系统中城市面积扩大、设施改变所导致的生存环境的变化、生态功能退化等的监测、评估、预测、预估结果研制的产品。8、自然生态系统气象综合业务产品根据各典型生态系统在气象因子驱动下经过一系列生理、生化、物理对我国和地球生态系
22、统功能产生的综合影响所进行的监测、评估、预测结果研制的产品。9、重大生态环境问题气象业务产品根据各典型生态系统在气象因子或人类活动驱动下导致的生态系统功能退化、环境恶化所进行的监测、评估、预测结果研制的产品。,南京信息工程大学 环境科学学院,10、典型生态脆弱区气象业务产品根据典型生态系统中易发生功能退化的区域因气候条件发生变化而发生的形态、面积、功能变化所进行的监测、评估、预测结果研制的产品。11、陆面参数反演业务产品通过科学方法对生态系统在进行物质和能量交换过程中，主要生态类型的部分形态特征、理化特性变化程度的模拟结果，经质量检验，可作为其它生态气象业务产品制作过程中模型输入参数的数据集。
23、,南京信息工程大学 环境科学学院,（四）业务管理流程,建立健全与业务技术体制相配套、相适应的业务规范体系，做到业务规范化，管理科学化、制度化。修改完善并建立相应的观测规范、业务规范、业务流程和相应的质量考核办法等。1、国家级管理职责2、省级管理职责3、地市级管理职责,南京信息工程大学 环境科学学院,（五）业务分工,国家级生态气象业务实体为“龙头”，省级生态气象实体为重点，地级气象部门为补充，县级气象部门为基础的生态气象业务服务工作体制，开展覆盖全国范围的生态气象服务工作。国家级、区域级、省级、地市级以及县级气象部门明确生态气象业务管理职责和任务分工，加强生态气象业务管理和服务。,南京信息工程大
24、学 环境科学学院,1、国家级国家气象中心集农业气象与生态气象业务与科研于一体，承担国家级农业气象、生态气象的业务任务，相应的业务服务适用技术开发以及科研成果转化。 （1）业务分工1）负责建设国家级生态与农业气象业务系统（AEMOS），承担对下级生态与农业气象业务系统的技术指导。2）承担国家级主要生态气象监测、评价工作。,南京信息工程大学 环境科学学院,3）承担国家级主要生态气象预测、预估与预警业务服务产品的制作、包装与服务4）重大生态问题专题监测、预估、预警5）重大工程生态影响评估6）气候系统陆面参数遥感监测与反演7）全国农业产量气象预报 8）国家级农业气象情报业务9）全国主要农业病虫害和其它
25、农业气象预报10）农业气象卫星遥感监测与应用11）气候变化影响研究,南京信息工程大学 环境科学学院,（2）国家级业务指导产品,生态气象综合监测评价 草地生态气象监测评估 森林生态气象监测评估 陆面参数反演 农业产量气象预报 农业气象情报 全国作物主要病虫害气象预测预报 农业气象专题分析 土壤水分监测公报 农业干旱监测预报,南京信息工程大学 环境科学学院,2、省级在各省（区、市）气象局建立集生态气象、农业气象业务服务与科研于一体的业务实体。其主要职责是承担省级生态与农业气象业务服务，开展省级生态与农业气象科研技术开发，业务建设、科研成果转化工作，以及省以下的技术指导。（1）业务分工1）负责建设省
26、级生态与农业气象业务系统(AEMOS)。2）根据本省生态与农业气象业务服务工作的需要，作好专项业务技术的引进与吸收、应用与开发；加工制作对地市、县的指导产品，对下级进行技术指导。,南京信息工程大学 环境科学学院,3）根据当地生态建设与保护工作的需求，更加深入和广泛地开展生态气象业务服务。4）利用多源遥感资料，以较高时间和空间分辨率细化反演区域天气和气候模式所需的陆面参数。5）开展区域、省级生态与农业气象重大科研项目攻关，提高生态与农业气象服务产品的技术水平。6）负责生态与农业气象实验室的相关业务。7）农业产量气象预报和农业气象情报。8）主要农业气象灾害（含病虫害）和其它农业气象预报。9）卫星遥
27、感监测应用。10）农业气象适用技术开发推广。,南京信息工程大学 环境科学学院,（2）业务指导产品,主要生态环境问题或典型生态系统生态气象监测评价 草地生态气象监测评估 农业产量气象预报 农业气象情报 重大农业气象灾害监测评估与预警 农业气象专题分析 现代农业、特色农业气象保障服务 土壤水分监测公报 农业干旱监测预报,南京信息工程大学 环境科学学院,3、地市级业务分工,在地（市、州）气象局建立集农业气象、生态气象业务服务实体。承担地级生态与农业气象业务服务、技术开发并对下级业务进行技术指导。（1）利用上级下传信息、资料、产品的调用与解释服务，结合本地区的生态与农业气象监测资料，服务地方政府和公众
28、。（2）参与全省生态与农业气象科技领域重大科研攻关。,南京信息工程大学 环境科学学院,（3）开展本地范围内的主要农作物产量（包括单产、总产）气象预报，开展地市级农业气象情报业务，制作农业气象旬报，开展春播期、夏收夏种、秋收秋种农业气象服务以及其他专题服务。（4）开展地市级主要农业气象灾害（含病虫害）预报，主要作物生长发育期预报，主要作物病虫害发生发展气象条件预报，农用天气预报，主要农事期气象条件预报，土壤水分及灌溉量预报。（5）农业气象适用技术开发推广。,南京信息工程大学 环境科学学院,4、县级业务分工,县级气象局不成立生态与农业气象业务实体，主要承担当地生态与农业气象观测任务，为生态与农业气
29、象业务提供实时观测资料，同时为当地环境保护、生态建设、农业生产开展服务。（1）开展本县范围内的生态与农业气象（含经济作物、经济果木等）观测任务，并将观测信息及时准确地上传。（2）利用上级下传信息、资料、产品的调用与解释服务，结合本地区的监测资料，服务地方政府和公众。,南京信息工程大学 环境科学学院,（3）配合省级进行不定期野外调查。（4）结合本县农业生产情况，解释性地制作农业产量 气象预报，包括主要农作物产量（包括单产、总产）预报。（5）农业气象情报业务。（6）农业气象适用技术开发推广。,南京信息工程大学 环境科学学院,八、标准体系,为了规范生态气象业务工作，保证生态气象业务的正常、高效、有序
30、发展，必须制订相应工作的法规标准。生态气象标准体系是规范生态气象观测、生态气象指标、生态环境质量评价等的标准。我国目前还没有建立起真正的生态气象业务。就生态监测与科研工作而言，也处于刚刚起步阶段，因此存在的问题比较多，需要大力发展和逐步完善。,南京信息工程大学 环境科学学院,生态气象标准体系架构,南京信息工程大学 环境科学学院,本章小结,本章概述了国家对生态气象服务的需求、国内外开展生态气象业务的现状和我国逐步开展生态气象业务的情况。简述了近几年来气象部门在“生态气象”理念指导下探索的部分成果，给出了生态气象业务建设应采取的原则、产品模式、应建设的业务系统、技术研发重点和应遵循的业务流程等，指出了国家、省、地、县生态气象业务应采取协作分工的形式，加快发展，进一步提高生态气象业务服务的能力。,南京信息工程大学 环境科学学院,
