Luận Văn Nghiên Cứu Dự Báo Năng Suất Ngô, Đậu Tương, Lạc Và Xây Dựng Quy Trình Giám Sát Khí Tượng Nông Nghiệp Cho 4 Cây Trồng Chính (Lúa, Ngô, Lạc, Đậu Tương) Bằng Thông Tin Mặt Đất Ở Việt Nam.pdf

BỘ TÀI NGUN VÀ MƠI TRƯỜNG
VIỆN KHOA HỌC KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ MÔI TRƯỜNG

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ

NGHIÊN CỨU DỰ BÁO NĂNG SUẤT NGÔ, ĐẬU
TƯƠNG, LẠC VÀ XÂY DỰNG QUY TRÌNH GIÁM
SÁT KHÍ TƯỢNG NƠNG NGHIỆP CHO 4 CÂY
TRỒNG CHÍNH (LÚA, NGƠ, LẠC, ĐẬU TƯƠNG)
BẰNG THƠNG TIN MẶT ĐẤT Ở VIỆT NAM
Chủ nhiệm đề tài: TS. NGUYỄN THỊ HÀ

7486
19/8/2009

HÀ NỘI – 2009


BTNMT
VKTTVMT
BỘ TÀI NGUN VÀ MƠI TRƯỜNG
VIỆN KHOA HỌC KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ MƠI TRƯỜNG
Số 23/62 Nguyễn Chí Thanh - Quận Đống Đa - Hà Nội
-----------------********--------------------

BÁO CÁO
TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ

ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU DỰ BÁO NĂNG SUẤT NGÔ, ĐẬU
TƯƠNG, LẠC VÀ XÂY DỰNG QUY TRÌNH GIÁM
SÁT KHÍ TƯỢNG NƠNG NGHIỆP CHO 4 CÂY
TRỒNG CHÍNH (LÚA, NGƠ, LẠC, ĐẬU TƯƠNG)
BẰNG THƠNG TIN MẶT ĐẤT Ở VIỆT NAM

Tên Chủ nhiệm Đề tài: TS. Nguyễn Thị Hà

HÀ NỘI, 6 - 2009


BỘ TÀI NGUN VÀ MƠI TRƯỜNG
VIỆN KHOA HỌC KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ MƠI TRƯỜNG
Số 23/62 Nguyễn Chí Thanh - Quận Đống Đa - Hà Nội
-----------------********--------------------

BÁO CÁO
TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ
ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU DỰ BÁO NĂNG SUẤT NGÔ, ĐẬU
TƯƠNG, LẠC VÀ XÂY DỰNG QUY TRÌNH GIÁM
SÁT KHÍ TƯỢNG NƠNG NGHIỆP CHO 4 CÂY
TRỒNG CHÍNH (LÚA, NGƠ, LẠC, ĐẬU TƯƠNG)
BẰNG THƠNG TIN MẶT ĐẤT Ở VIỆT NAM
Chỉ số đăng ký:
Chỉ số phân loại:
Chỉ số lưu trữ:
Cộng tác viên chính: 1. KS. Ngơ Sỹ Giai; 2. ThS. Ngô Tiền Giang; 3. CN. Nguyễn Hồng Sơn;

4. TS. Trần Hồng Thái; 5. KS. Đặng Thị Thanh Hà; 6. Võ Đình Sức
Hà Nội, ngày…tháng…năm 2009 Hà Nội, ngày…tháng…năm 2009 Hà Nội, ngày…tháng…năm 2009

CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI
(Ký và ghi rõ họ tên)

ĐƠN VỊ THỰC HIỆN
(Ký và ghi rõ họ tên)

CƠ QUAN CHỦ TRÌ
(Thủ trưởng đơn vị chủ trì
ký tên, đóng dấu)

TS. Nguyễn Thị Hà
Hà Nội, ngày…tháng…năm 2009

Hà Nội, ngày…tháng…năm 2009

HỘI ĐỒNG ĐÁNH GIÁ CHÍNH THỨC
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
(Ký và ghi rõ họ tên, học hàm, học vị)

CƠ QUAN QUẢN LÝ ĐỀ TÀI
TL. BỘ TRƯỞNG
KT. VỤ TRƯỞNG
VỤ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ
PHĨ VỤ TRƯỞNG

TS. Nguyễn Lê Tâm

Nguyễn Lê Tâm
HÀ NỘI, 6 - 2009


MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
PHẦN I. MỘT SỐ MƠ HÌNH GIÁM SÁT VÀ DỰ BÁO KHÍ TƯỢNG
NƠNG NGHIỆP TRÊN THẾ GIỚI VÀ DỰ KIẾN PHÁT
TRIỂN Ở VIỆT NAM ....................................................................... 2
Chương 1. Mơ hình giám sát và dự báo khí tượng nông nghiệp trên thế
giới .................................................................................................. 2
I.1.1. Quan điểm về mô hình giám sát và dự báo khí tượng nơng nghiệp ............ 2
I.1.2. Mơ hình giám sát và dự báo khí tượng nông nghiệp của tổ chức
Lương thực và Nông nghiệp Liên hợp quốc ............................................. 3
I.1.3. Mơ hình giám sát và dự báo khí tượng nơng nghiệp ở Liên minh châu
Âu (EU) và châu Phi ................................................................................ 9
I.1.4. Giám sát và dự báo khí tượng nơng nghiệp ở Mỹ ................................... 14
I.1.5. Giám sát và dự báo năng suất cây trồng ở Trung Quốc .......................... 18
Chương 2. Mơ hình giám sát và dự báo khí tượng nơng nghiệp ở Việt
Nam ............................................................................................ 21
I.2.1. Tình hình giám sát KTNN và dự báo năng suất ..................................... 21
I.2.2. Đề xuất sơ đồ khung về mơ hình giám sát và dự báo khí tượng nơng
nghiệp bằng thơng tin mặt đất ở Việt Nam ............................................ 22
PHẦN II. NGHIÊN CỨU DỰ BÁO NĂNG SUẤT TRUNG BÌNH THEO
TỈNH CỦA 3 CÂY TRỒNG NGÔ, LẠC, ĐẬU TƯƠNG Ở
VIỆT NAM ................................................................................... 25
Chương 1. Phương pháp nghiên cứu và số liệu sử dụng ............................. 25
II.1.1. Phương pháp hồi quy từng bước ........................................................... 25
II.1.2. Phương pháp trực giao .......................................................................... 28

II.1.3. Phương pháp kiểm nghiệm và chọn lọc mơ hình dự báo ....................... 29
II.1.4. Số liệu sử dụng ..................................................................................... 30
Chương 2. Kết quả nghiên cứu xây dựng mơ hình dự báo năng suất
ngơ, lạc, đậu tương của các tỉnh gieo trồng chính ở Việt
Nam ............................................................................................ 32
II.2.1. Kết quả áp dụng phương pháp hồi quy từng bước trong xác định các
phương án dự báo năng suất ngô, lạc, đậu tương ................................... 32
i


II.2.2. Kết quả áp dụng phương pháp trực giao trong xây dựng các mơ hình
dự báo năng suất ngơ, lạc, đậu tương ..................................................... 58
II.2.3. Đánh giá và chọn lọc các mơ hình sử dụng trong xây dựng quy trình
dự báo năng suất ngô, lạc, đậu tương ở Việt Nam .......................................... 76
Chương 3. Xây dựng phần mềm và quy trình dự báo năng suất cho
ngô, lạc, đậu tương ở Việt Nam ................................................ 83
II.3.1. Xây dựng phần mềm dự báo năng suất cho ngô, lạc, đậu tương ở
Việt Nam .............................................................................................. 83
II.3.2. Quy trình dự báo năng suất cho 3 cây trồng ngơ, lạc, đậu tương ở Việt
Nam ................................................................................................................... 84
PHẦN III. NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH GIÁM SÁT KTNN
CHO 4 CÂY TRỒNG CHÍNH (LÚA, NGƠ, LẠC, ĐẬU
TƯƠNG) BẰNG THƠNG TIN MẶT ĐẤT Ở VIỆT NAM ........... 95
Chương 1. Nghiên cứu xây dựng các kịch bản tổng hợp mức độ thuận
lợi và không thuận lợi của điều kiện thời tiết đối với 4 cây
trồng (lúa, ngô, lạc, đậu tương) theo phương pháp nhận
dạng ............................................................................................. 95
III.1.1. Khả năng áp dụng lý thuyết nhận dạng trong xây dựng các kịch bản
về điều kiện khí tượng nông nghiệp đối với cây trồng ......................... 95
III.1.2. Nghiên cứu xây dựng các kịch bản về mức độ thuận lợi của các điều

kiện thời tiết đối với sự sinh trưởng, phát triển và hình thành năng
suất cây trồng ở Việt Nam bằng phương pháp nhận dạng .................... 99
III.1.3. Kịch bản nhận dạng mức độ thuận lợi thực tế của thời tiết đối với
cây lúa ............................................................................................... 103
III.1.4. Kịch bản nhận dạng mức độ thuận lợi thực tế của thời tiết đối với 3
cây trồng cạn (ngô, lạc và đậu tương) ................................................ 129
III.1.5. Lập bản tin Thơng báo và cảnh báo Khí tượng nơng nghiệp .............. 147
Chương 2. Xây dựng quy trình và phần mềm giám sát khí tượng nơng
nghiệp cho 4 cây trồng (lúa nước, ngô, lạc, đậu tương)
bằng thông tin mặt đất ở Việt Nam ........................................ 148
III.2.1. Cơ sở khoa học được sử dụng trong xây dựng quy trình .................... 148
III.2.2. Nội dung quy trình giám sát điều kiện khí tượng nông nghiệp trong
một vụ đối với 4 cây trồng lúa, ngô, lạc, đậu tương ........................... 149
III.2.3. Giới thiệu phần mềm giám sát khí tượng nơng nghiệp cho 4 cây
trồng lúa, ngô, lạc, đậu tương bằng thông tin mặt đất ở Việt Nam ..... 153

ii


Chương 3. Xây dựng thử nghiệm 4 bản tin về giám sát khí tượng nơng
nghiệp ....................................................................................... 157
III.3.1. Bản tin thơng báo KTNN ................................................................... 157
III.3.2. Bản tin dự báo năng suất lúa và năng suất ngô, lạc, đậu tương ........... 158
III.3.3. Bản tin tổng kết điều kiện khí tượng nơng nghiệp vụ ......................... 158
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................... 159
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................... 161
PHỤ LỤC ......................................................................................................... P

iii

MỤC LỤC BẢNG
Trang
Bảng I.1. Đánh giá năng suất cây trồng dựa theo chỉ số thoả mãn về nước
(WSI) ..................................................................................................... 13
Bảng I.2. Các nhu cầu về số liệu thời tiết cụ thể đối với các hoạt động sản xuất
nông nghiệp .................................................................................................... 15

Bảng II.2.1. Kết quả xây dựng phương trình dự báo và xác định sai số dự
báo của 1 trong các phương án (phép thử) dự báo năng suất ngô đối
với tỉnh Phú Thọ ..................................................................................... 36
Bảng II.2.2. Tổng hợp kết quả kiểm chứng các phương án (phép thử - PT)
dự báo năng suất ngô tỉnh Phú Thọ ......................................................... 38
Bảng II.2.3. Kết quả xây dựng phương trình dự báo và xác định sai số dự
báo của 1 trong các phương án dự báo năng suất lạc (phép thử 1) đối
với tỉnh Thừa Thiên Huế ........................................................................ 39
Bảng II.2.4. Tổng hợp kết quả kiểm chứng các phương án dự báo năng suất
lạc tỉnh Thừa Thiên Huế ......................................................................... 40
Bảng II.2.5. Kết quả xây dựng phương trình dự báo và xác định sai số dự
báo của 1 trong các phương án dự báo năng suất đậu tương
(phép thử 1) đối với tỉnh Hà Giang ......................................................... 41
Bảng II.2.6. Tổng hợp kết quả kiểm chứng các phương án (phép thử - PT)
dự báo năng suất đậu tương tỉnh Hà Giang ............................................. 42
Bảng II.2.7. Các phương trình dự báo năng suất ngơ ở các tỉnh gieo trồng
chính theo phương pháp hồi quy từng bước ............................................ 43
Bảng II.2.8. Các phương trình dự báo năng suất lạc bằng phương pháp hồi quy
từng bước ở các tỉnh gieo trồng chính của Việt Nam ...................................... 45
Bảng II.2.9. Các phương trình dự báo năng suất đậu tương ở các tỉnh gieo
trồng chính theo phương pháp hồi quy từng bước .................................. 46
Bảng II.2.10. Khoảng hoạt động của các phương trình tương quan trong

bảng II.2.7 .............................................................................................. 47
Bảng II.2.11. Khoảng hoạt động của các phương trình tương quan trong
bảng II.2.8 .............................................................................................. 48
Bảng II.2.12. Khoảng hoạt động của các phương trình tương quan trong
bảng II.2.9 .............................................................................................. 49
Bảng II.2.13. Kết quả kiểm chứng mơ hình dự báo năng suất ngô của các
tỉnh trên cơ sở số liệu phụ thuộc theo phương pháp hồi quy từng bước ... 50
Bảng II.2.14. Kết quả kiểm chứng mơ hình dự báo năng suất ngô của các
tỉnh theo phương pháp hồi quy từng bước trên cơ sở số liệu độc lập ...... 51
iv


Bảng II.2.15. Kết quả kiểm chứng chất lượng dự báo năng suất lạc của các
tỉnh trên cơ sở số liệu phụ thuộc theo phương pháp hồi quy từng bước ... 54
Bảng II.2.16. Kết quả kiểm chứng chất lượng dự báo năng suất lạc của các
tỉnh trên cơ sở số liệu độc lập theo phương pháp hồi quy từng bước ....... 54
Bảng II.2.17. Kết quả kiểm chứng chất lượng dự báo năng suất đậu tương
của các tỉnh trên cơ sở số liệu phụ thuộc theo phương pháp hồi quy
từng bước ............................................................................................... 56
Bảng II.2.18. Kết quả kiểm chứng chất lượng dự báo năng suất đậu tương
của các tỉnh theo phương pháp hồi quy từng bước trên cơ sở số liệu
độc lập .................................................................................................... 57
Bảng II.2.19. Sai số của phương trình tính năng suất lạc bằng phương pháp
trực giao đối với tỉnh Thừa Thiên Huế .................................................... 59
Bảng II.2.20. Sai số của phương án dự tính năng suất đậu tương bằng
phương pháp trực giao đối với tỉnh Hà Giang ......................................... 60
Bảng II.2.21. Các phương trình dự báo năng suất đậu tương ở các tỉnh gieo
trồng chính theo phương pháp trực giao ................................................. 61
Bảng II.2.22. Các phương trình dự báo năng suất lạc ở các tỉnh gieo trồng
chính theo phương pháp trực giao ........................................................... 62

Bảng II.2.23. Kết quả kiểm tra chất lượng dự báo năng suất lạc của các tỉnh
trên cơ sở số liệu phụ thuộc theo phương pháp trực giao ........................ 64
Bảng II.2.24. Kết quả kiểm tra chất lượng dự báo năng suất lạc của các tỉnh
trên cơ sở số liệu độc lập theo phương pháp trực giao ............................ 64
Bảng II.2.25. Kết quả kiểm tra chất lượng dự tính năng suất đậu tương của
các tỉnh trên cơ sở số liệu phụ thuộc theo phương pháp trực giao ........... 66
Bảng II.2.26. Kết quả kiểm nghiệm chất lượng dự báo năng suất đậu tương
của các tỉnh bằng phương pháp trực giao trên cơ sở số liệu độc lập ........ 66
Bảng II.2.27. Sai số của phương trình dự báo năng suất ngô bằng phương
pháp TGKH đối với tỉnh Phú Thọ ........................................................... 69
Bảng II.2.28. Các phương trình dự báo năng suất ngô cho các tỉnh theo
phương pháp TGKH ............................................................................... 70
Bảng II.2.29. Kết quả kiểm tra chất lượng dự báo năng suất ngô của các
tỉnh trên cơ sở số liệu phụ thuộc theo phương pháp TGKH .................... 72
Bảng II.2.30. Kết quả kiểm tra chất lượng dự báo năng suất ngô của các
tỉnh theo phương pháp TBKH trên cơ sở số liệu độc lập ........................ 73
Bảng II.2.31. Một số chỉ tiêu đánh giá kết quả dự báo năng suất ngô cho 49
tỉnh trồng ngơ chính theo 2 phương pháp: HQTB và TGKH .................. 76
Bảng II.2.32. Một số chỉ tiêu đánh giá kết quả dự báo năng suất lạc cho 24
tỉnh trồng lạc chính theo 2 phương pháp HQTB và phương pháp TG ..... 78
v


Bảng II.2.33. Một số chỉ tiêu đánh giá kết quả tính năng suất đậu tương cho
16 tỉnh trồng đậu tương chính theo 2 phương pháp (HQTB và TG) ........ 80
Bảng III.1.1. Các ngưỡng nhiệt độ (thấp, cao và tối ưu) đối với cây lúa
trong các giai đoạn sinh trưởng và phát triển chính .............................. 103
Bảng III.1.2. Các giá trị trung bình của bốc thốt hơi tiềm năng
(ETo/mm/ngày) ở các vùng khí hậu nơng nghiệp khác nhau ................ 104
Bảng III.1.3. Hệ số cây trồng đối với cây lúa tính từ sau ngày gieo, trồng ..... 104

Bảng III.1.4. Số giờ nắng tối ưu ngày đối với cây lúa trong 4 giai đoạn phát
triển chính ............................................................................................ 105
Bảng III.1.5. Mức giảm năng suất trung bình tuần (%) của lúa do nhiệt độ
chênh lệch lớn so với nhiệt độ tối ưu trong 4 giai đoạn sinh trưởng ...... 108
Bảng III.1.6. Mức giảm năng suất trung bình ngày (%) của lúa do thời tiết khơ
nóng trong các giai đoạn sinh trưởng và phát triển ..................................... 109
Bảng III.1.7. Chỉ tiêu phân hạng mức độ khắc nghiệt của hạn nơng nghiệp tính
theo phương pháp Prescot đã được hiệu chỉnh theo hệ số Xelianinốp ............ 110
Bảng III.1.8. Mức giảm năng suất trung bình tuần (%) của lúa do hạn nông
nghiệp (NN) trong các giai đoạn sinh trưởng và phát triển .......................... 110
Bảng III.1.9. Mức giảm năng suất trung bình của lúa do 1 đợt gió mạnh (%/đợt)
trong các giai đoạn sinh trưởng và phát triển ............................................ 111
Bảng III.1.10. Mức giảm năng suất trung bình (%) của lúa do ngập úng trong
các giai đoạn sinh trưởng và phát triển ...................................................... 111
Bảng III.1.11. Mức giảm năng suất so với năng suất trung bình của lúa do ngập
úng trong các giai đoạn sinh trưởng và phát triển ....................................... 111
Bảng III.1.12. Chỉ tiêu phân loại mức độ thuận lợi của thời tiết đối với cây
trồng ..................................................................................................... 116
Bảng III.1.13. Độ dài của 4 giai đoạn đối với các nhóm giống lúa ................. 119
Bảng III.1.14. Phân loại vụ ñược mùa hoặc mất mùa dựa vào mức ñộ
thuận lợi của thời tiết (K favt) ñến thời ñiểm ñánh giá .......................... 123
Bảng III.1.15. Phân cấp mức độ thuận lợi thực tế tích luỹ của thời tiết theo
trạng thái sinh trưởng và phát triển của cây trồng ................................. 124
Bảng III.1.16. Kết quả kiểm chứng mức độ phù hợp của chỉ số thuận lợi
tích luỹ của điều kiện KTNN đối với giống lúa 150 ngày trong 5 vụ
lúa Đông xn ở Trạm Thực nghiệm Khí tượng nơng nghiệp Đồng
bằng Bắc Bộ ......................................................................................... 125
Bảng III.1.17. Kết quả kiểm nghiệm mức độ phù hợp của chỉ số thuận lợi
tích hợp tích luỹ của điều kiện KTNN đối với giống lúa 140 ngày
trong 7 vụ lúa mùa ở Trạm Thực nghiệm Khí tượng nông nghiệp

Đồng bằng Bắc Bộ ............................................................................... 126
vi


Bảng III.1.18. Kiểm chứng kết quả giám sát năng suất có thể đối với cây
lúa vụ đơng xn giai đoạn 1998 – 2007 .............................................. 128
Bảng III.1.19. Kiểm chứng kết quả giám sát năng suất có thể đối với cây lúa
vụ mùa giai đoạn 1998 – 2007 ............................................................... 129
Bảng III.1.20. Các ngưỡng nhiệt độ (thấp, cao và tối ưu) đối với cây ngơ
trong các giai sinh trưởng và phát triển chính ....................................... 130
Bảng III.1.21. Các ngưỡng nhiệt độ (thấp, cao và tối ưu) đối với cây lạc
trong các giai đoạn sinh trưởng và phát triển chính ............................... 130
Bảng III.1.22. Các ngưỡng nhiệt độ (thấp, cao và tối ưu) đối với cây đậu
tương trong các giai đoạn sinh trưởng và phát triển chính .................... 130
Bảng III.1.23. Hệ số cây trồng đối với một số cây trồng cạn, tính từ sau
ngày gieo, trồng ..................................................................................... 131
Bảng III.1.24. Số giờ nắng tối ưu ngày đối với 3 cây ngô, lạc và đậu tương
trong 4 giai đoạn phát triển chính ......................................................... 132
Bảng III.1.25. Tốc độ gió trung bình ngày tối ưu đối với cây 3 cây ngơ, lạc,
đậu tương trong 4 giai đoạn phát triển chính ......................................... 132
Bảng III.1.26. Mức giảm năng suất trung bình tuần (%) của 3 cây trồng cạn
do nhiệt độ chênh lệch lớn so với nhiệt độ tối ưu trong 4 giai đoạn
sinh trưởng ........................................................................................... 135
Bảng III.1.27. Mức giảm năng suất trung bình ngày (%) của ngơ do thời
tiết khơ nóng trong các giai đoạn sinh trưởng và phát triển ................... 136
Bảng III.1.28. Mức giảm năng suất trung bình ngày (%) của lạc do thời tiết
khơ nóng trong các giai đoạn sinh trưởng và phát triển ......................... 136
Bảng III.1.29. Mức giảm năng suất trung bình ngày (%) của đậu tương do
thời tiết khơ nóng trong các giai đoạn sinh trưởng và phát triển chỉnh .. 137
Bảng III.1.30. Mức giảm năng suất trung bình tuần (%) của ngơ do hạn

nơng nghiệp trong các giai đoạn sinh trưởng và phát triển .................... 137
Bảng III.1.31. Mức giảm năng suất trung bình tuần (%) của lạc do hạn
nông nghiệp trong các giai đoạn sinh trưởng và phát triển .................... 137
Bảng III.1.32. Mức giảm năng suất trung bình tuần (%) của đậu tương do
hạn nơng nghiệp trong các giai đoạn sinh trưởng và phát triển ............... 138
Bảng III.1.33. Mức giảm năng suất trung bình của ngơ do 1 đợt gió mạnh
(%/đợt) trong các giai đoạn sinh trưởng và phát triển ........................... 138
Bảng III.1.34. Mức giảm năng suất trung bình của lạc do 1 đợt gió mạnh
(%/đợt) trong các giai đoạn sinh trưởng và phát triển ........................... 138
Bảng III.1.35. Mức giảm năng suất trung bình của đậu tương do 1 đợt gió
mạnh (%/đợt) trong các giai đoạn sinh trưởng và phát triển .................. 139
vii


Bảng III.1.36. Mức giảm năng suất trung bình của ngơ do ngập úng trong
các giai đoạn sinh trưởng và phát triển trên 2 nền bón đạm .................. 139
Bảng III.1.37. Mức giảm năng suất trung bình của ngơ do ngập úng trong
các giai đoạn sinh trưởng và phát triển theo mức bón đạm trung bình .. 139
Bảng III.1.38. Mức giảm năng suất trung bình của cây lạc do ngập úng
trong các giai đoạn sinh trưởng và phát triển ........................................ 140
Bảng III.1.39. Mức giảm năng suất trung bình của đậu tương do ngập úng
trong các giai đoạn sinh trưởng và phát triển ........................................ 140
Bảng III.1.40. Phân loại vụ được mùa hoặc mất mùa dựa vào mức ñộ thuận
lợi của thời tiết (K favt) ñến thời ñiểm ñánh giá ................................... 144
Bảng III.1.41. Kết quả kiểm chứng mức độ phù hợp của chỉ số thuận lợi
tích hợp tích luỹ của điều kiện KTNN đối với vụ ngơ Đơng xn ở
Trạm Thực nghiệm Khí tượng nông nghiệp Đồng bằng Bắc Bộ ........... 146
Bảng III.1.42. Kiểm chứng kết quả giám sát năng suất có thể đối với cây
ngô vụ Đông xuân giai đoạn 1998 – 2006 ............................................ 147
Bảng III.2.1. Tỷ lệ độ dài của 4 giai đoạn sinh trưởng và phát triển chủ yếu

so với độ dài của toàn bộ thời gian sinh trưởng của cây lúa .................. 151

viii


MỤC LỤC HÌNH
Trang
Hình I.1. Sơ đồ khái niệm của hệ thống thông tin an ninh lương thực
(FSIEWS) của FAO ........................................................................... 4
Hình I.2. Sơ đồ đánh giá năng suất cây trồng của FAO ..................................... 5
Hình I.3. Cấu trúc của trang web chủ về hệ thống thơng tin khí tượng nơng
nghiệp hoặc hệ thống thơng tin khí tượng nơng nghiệp phục vụ an
ninh lương thực .................................................................................. 7
Hình I.4. Sơ đồ phương pháp giám sát và dự báo năng suất cây trồng ở các
nước châu Âu, một số nước châu Á và các nước vùng phía Đơng
của châu Phi ..................................................................................... 11
Hình I.5. Sơ đồ phương pháp giám sát cây trồng ở Trung Quốc ...................... 19
Hình I.6. Sơ đồ phương pháp dự báo năng suất cây trồng theo huyện, tỉnh ở
Trung Quốc ...................................................................................... 20
Hình I.7. Sơ đồ khung về hệ thống giám sát và dự báo năng suất cây trồng
bằng thông tin mặt đất ở Việt Nam .................................................. 23
Hình I.8. Sơ đồ khối giám sát và dự báo năng suất cây trồng bằng thông tin
mặt đất ở Việt Nam ......................................................................... 24

ix


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Những chữ viết tắt

Viết đầy đủ

CCPI

Chỉ số tiến độ phát triển của cây trồng

CSWB

Cán cân nước cây trồng

EU

Liên minh châu Âu

FAO

Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên hợp quốc

FSIEWS

Thông tin an ninh lương thực và hệ thống cảnh báo sớm
của FAO

KTNN

Khí tượng nơng nghiệp

KH KTTV & MT

Khoa học Khí tượng Thủy văn và Mơi trường

PET

Bốc thoát hơi tiềm năng

PP HQTB

Phương pháp hồi quy từng bước

PP TG

Phương pháp trực giao

PP TGKH

Phương pháp trực giao kết hợp

Viện
KHKTTV&MT

Viện Khoa học Khí tượng Thuỷ văn và Mơi trường

WMO

Tổ chức Khí tượng Thế giới

WRSI

Chỉ số thõa mãn nhu cầu nước của cây trồng

WWCB

Tuần báo Thời tiết và Cây trồng của Mỹ

x


MỞ ĐẦU
Đánh giá điều kiện sinh trưởng, phát triển, tạo thành năng suất và dự báo
năng suất là vấn đề rất quan trọng trong công tác điều chỉnh kỹ thuật canh tác để
nâng cao năng suất cây trồng. Sự ảnh hưởng mạnh mẽ của thời tiết và khí hậu
đến quá trình sinh trưởng, phát triển và tạo thành năng suất, sản lượng lương
thực của thế giới đã dẫn đến sự quan tâm đặc biệt trong vấn đề theo dõi, đánh
giá định kỳ (giám sát điều kiện khí tượng nơng nghiệp) đối với sự sinh trưởng,
phát triển và dự báo năng suất, sản lượng có thể đạt được của các loại cây lương
thực ở các quốc gia trên thế giới. Bên cạnh đó, vấn đề an ninh lương thực đã và
đang trở thành một vấn đề rất quan trọng mang tính tồn cầu trong những thập
kỷ gần đây. Để góp phần giải quyết vấn đề này thì bên cạnh việc áp dụng các
biện pháp liên quan đến kỷ thuật trong nông nghiệp như giống mới, áp dụng kỷ
thuật tiên tiến, sử dụng hợp lý các loại phân bón... việc giám sát điều kiện khí
tượng nơng nghiệp và dự báo năng suất mùa màng chính xác để có kế hoạch
xuất nhập khẩu hợp lý của mỗi quốc gia là rất cần thiết.
Với tầm quan trọng của công tác giám sát và dự báo năng suất cây trồng, đã từ
lâu ở các nước phát triển và một số nước khác (Mỹ, các nước thuộc EU, Liên Xô
cũ, Trung Quốc...) đã tiến hành công việc giám sát khí tượng nơng nghiệp (KTNN)
đối với các loại cây trồng và từ những năm 1974 - 1980 đến nay đã tiến hành xây
dựng các phương pháp dự báo và dự báo năng suất cây trồng với những thời hạn
khác nhau: dự báo vào đầu thời vụ gieo trồng, dự báo với thời hạn từ 3 đến 2 hoặc
1 tháng trước khi thu hoạch.
Ở Việt Nam, việc giám sát KTNN (thông qua bản tin Thông báo KTNN

hàng tháng) và dự báo năng suất cây trồng đã được đưa vào cơng tác nghiệp vụ
ở Trung tâm Nghiên cứu Khí tượng nơng nghiệp - Viện Khoa học Khí tượng
Thuỷ văn và Môi trường (KTTV&MT) - Bộ Tài nguyên và Môi trường. Tuy
nhiên, cho đến nay, trong giám sát KTNN chưa có đánh giá hoặc nhận định khả
năng năng suất có thể đạt đạt được từ những thời điểm đánh giá cần thiết; trong
dự báo năng suất chỉ mới có quy trình dự báo và dự báo năng suất lúa trung bình
theo tỉnh cho lúa vụ đơng xn và vụ mùa vùng Đồng bằng Bắc Bộ, Bắc Trung
Bộ và Đồng bằng sông Cửu Long.
Để mở rộng phạm vi phục vụ của cơng tác giám sát và dự báo khí tượng
nơng nghiệp, đề tài "Nghiên cứu dự báo năng suất ngô, đậu tương, lạc và xây
dựng quy trình giám sát khí tượng nơng nghiệp đối với 4 cây trồng chính (lúa,
ngơ, lạc, đậu tương) bằng thông tin mặt đất" đã được phê duyệt thực hiện.
Đề tài được hoàn thành là nhờ sự quan tâm giúp đỡ của Lãnh đạo Bộ Tài
nguyên và Môi trường, các Vụ chức năng thuộc Bộ, lãnh đạo Viện Khoa học Khí
tượng Thuỷ văn và Mơi trường, các Phòng quản lý của Viện, Lãnh đạo và các
cộng tác viên, các cán bộ thuộc Trung tâm Nghiên cứu Khí tượng Nơng nghiệp.
Chúng tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc của mình.
1


PHẦN I
MỘT SỐ MƠ HÌNH GIÁM SÁT VÀ DỰ BÁO KHÍ TƯỢNG NƠNG
NGHIỆP TRÊN THẾ GIỚI VÀ DỰ KIẾN PHÁT TRIỂN Ở VIỆT NAM
Chương 1
MƠ HÌNH GIÁM SÁT VÀ DỰ BÁO KHÍ TƯỢNG NƠNG NGHIỆP
TRÊN THẾ GIỚI
I.1.1. Quan điểm về mơ hình giám sát và dự báo khí tượng nơng nghiệp
Nói chung, giám sát KTNN sẽ bao gồm các cơng việc chính sau đây:
1) Theo dõi và đánh giá diễn biến các điều kiện KTNN hiện tại so với trung
bình nhiều năm và những thời đoạn trước thời gian đang đánh giá;

2) Đánh giá trạng thái sinh trưởng, phát triển và hình thành năng suất cây
trồng, vật ni tại thời điểm được đánh giá;
3) Đánh giá tác động của các điều kiện KTNN đến sự sinh trưởng, phát
triển và hình thành năng suất cây trồng, vật nuôi tại thời điểm được đánh giá;
4) Dự báo sinh trưởng và hình thành năng suất cây trồng, vật nuôi kể từ
thời điểm được đánh giá;
Mơ hình giám sát và dự báo khí tượng nông nghiệp ở các nước trên thế giới
[4] thường bao gồm hai hợp phần:
1) Mạng lưới quan trắc, thu thập, xử lý, lưu trữ và chuyển giao số liệu
KTNN;
2) Mạng lưới dự báo và cảnh báo sớm KTNN.
Theo quy định của Tổ chức Khí tượng Thế giới [43, 48 - 51, 65, 87], việc
thực hiện các hoạt động của hệ thống cảnh báo sớm thường phải trải qua 10 bước
sau đây:
1) Kết nối các nghĩa vụ nghiệp vụ ở cấp độ quốc gia và địa phương;
2) Chỉ đạo một cơ quan có nghĩa vụ phát hành các bản tin cảnh báo;
3) Ra quyết định hoạt động cảnh báo ở một cấp độ chính trị;
4) Làm cho cảnh báo trở thành dễ hiểu và phù hơp;
5) Tạo nền tảng cho các cảnh báo trên cơ sở phân tích rủi ro và thơng tin
cho các nhóm bị ảnh hưởng và tổn thương;
6) Liên kết các loại thiên tai thịnh hành và có khả năng xảy ra với các hoạt
động giảm thiểu rủi ro;
7) Giám sát và dự báo những thay đổi của các dạng tổn thương ở các cấp
2


địa phương;
8) Tạo ra những thông tin chi tiết và cụ thể về những rủi ro ở các cấp địa
phương;
9) Đưa ra các chiến lược đa ngành cho các hệ thống cảnh báo thích hợp với

các địa phương;
10) Cung cấp, thẩm tra các thông tin và chọn các phương tiện truyền thông,
các chiến lược phổ biến về những rủi ro đã nhận biết được.
I.1.2. Mơ hình giám sát và dự báo khí tượng nơng nghiệp của tổ chức
Lương thực và Nông nghiệp Liên hợp quốc (FAO)
I.1.2.1. Cấu trúc của thông tin an ninh lương thực và hệ thống cảnh báo sớm
(FSIEWS) của FAO
Đa số các hệ thống giám sát an ninh lương thực được tổ chức và hình thành
xung quanh 4 trụ cột (pillar) sau đây [87]:
- Giám sát sản xuất nông nghiệp, thường kết hợp với việc giám sát chăn
nuôi;
- Hệ thống các thông tin thị trường để giám sát thường xuyên thương mại
nội địa và đôi khi thương mại quốc tế (nhập khẩu/xuất khẩu);
- Giám sát xã hội về những dân cư dễ bị ảnh hưởng hoặc giám sát các
nhóm bị rủi ro, thường tập trung vào sự nghèo đói, và
- Hệ thống giám sát lương thực và dinh dưỡng là hệ thống thường phụ
thuộc vào tình huống, giám sát sức khoẻ và trạng thái dinh dưỡng của dân cư.
Hình I.1 dưới đây cho thấy sơ đồ quan điểm của hệ thống thông tin an ninh
lương thực và cảnh báo sớm của FAO [87]. Trong hệ thống này gồm có các khối
thơng tin sau đây:
1) Khối sản phẩm (sử dụng các thông tin của hệ thống an ninh lương thực)
bao gồm 2 khối thành phần. Khối thành phần 1 bao gồm: Các hoạt động ngăn
ngừa ngắn hạn; Các hoạt động ứng cứu và giảm thiểu; Lập kế hoạch ngắn hạn
cho các nhóm nơng nghiệp. Khối thành phần 2 bao gồm: Chương trình hố an
ninh lương thực; Lập kế hoạch triển khai; và Lập kế hoạch trung hạn và dài hạn
cho các nhóm nơng nghiệp.
2) Khối các hàm số dùng để tính tốn trong hệ thống FSIEWS. Khối này
bao gồm 3 khối thành phần. Khối thành phần 1 bao gồm cảnh báo sớm và hiện
tại. Khối thành phần 2 bao gồm thị trường và phân tích thương mại. Khối thành
phần 3 bao gồm đánh giá cơ cấu tổn thương và đánh giá bất an ninh lương thực

trong thời gian dài (kinh niên).
3


• Tác động ngăn ngừa ngắn
Các sản phẩm
đầu ra (Sử
dụng thơng tin
FSIEWS

hạn
• Các hoạt động khẩn cấp và
giảm nhẹ

của FSIEWS

Các họat động
chỉ thị/ các hoạt
động FSIEWS

Các nhân tố an
ninh lương thực

nghiệp (hạn vừa/hạn dài)

• Kế hoạch lĩnh vực nơng

Hạn ngắn

Các chức năng

• Chương trình an ninh
lương thực
• Kế hoạch phát triển
• Kế hoạch lĩnh vực nơng

Cảnh báo
sớm
và Hiện tại

Giám sát và dự
báo mùa màng
của nông
nghiệp (giám
sát các cây
trồng, vật nuôi
và khí hậu nơng
nghiệp)

Hạn vừa

Sự phân tích
thị trường và
thương mại

Các điều kiện
khinh tế xã hội và
thị trường (Giám
sát sự cân bằng
giữa cung cấp/nhu

cầu, thông tin giá
cả, lợi nhuận)

Độ ổn định lương
thực và cơ hội
lương thực

Tính sẵn có của
lương thực

Hạn dài

Đánh giá cấu trúc dễ
bị tổn thương
Đánh giá tính khơng
an tồn lương thực
kinh niên

Giám sát dinh
dưỡng sức khỏe
(Các sự đánh giá
về sức khỏe và
dinh dưỡng, giám
sát an ninh lương
thực theo hộ gia
đình)

Tính hữu dụng
của lương thực

Hình I.1. Sơ đồ khái niệm của hệ thống thông tin an ninh lương thực (FSIEWS)
của FAO [87]

3) Khối các chỉ số về những hoạt động của hệ thống FSIEWS. Khối này
cũng bao gồm 3 khối thành phần. Khối thành phần 1 bao gồm giám sát và dự
4


báo mùa cho nông nghiệp (cây trồng, vật nuôi và giám sát khí hậu nơng nghiệp).
Khối thành phần 2 bao gồm các điều kiện kinh tế xã hội (giám sát cán cân
cung/cầu lương thực, phí thơng tin và khả năng chi trả). Khối thành phần 3 bao
gồm giám sát tình trạng dinh dưỡng (đánh giá sức khoẻ và dinh dưỡng, giám sát
an ninh lương thực của các hộ).
4) Khối các yếu tố an ninh lương thực. Khối này cũng bao gồm 3 khối
thành phần. Khối thành phần 1 bao gồm sự sẵn có và khả năng sử dụng lương
thực. Khối thành phần 2 bao gồm sự ổn định lương thực và quyền được sử dụng.
Khối thành phần 3 bao gồm sự sử dụng lương thực.
Mơ hình khung của hệ thống đánh giá sản lượng cây trồng (mùa màng)

Mạng lưới
khí tượng

Thời tiết

Các giai
đoạn của
cây trồng

Vệ tinh

Đánh giá sản
lượng mùa
màng
Các mơ hình
khí tượng nơng
nghiệp

Chỉ số thực
vật
Quan trắc
đồng ruộng

Hàm năng suất
Đầu tư của
nơng
nghiệp

Tính trung
bình diện
tích gieo
trồng

Sản lượng

Bản đồ và cơ sở
dữ liệu

Thống kê
nơng nghiệp

Số liệu
tham chiếu

Năng suất
tại trạm

Số liệu nơng
nghiệp tại
thời điểm

Năng
suất của
huyện

Hình I.2. Sơ đồ đánh giá năng suất cây trồng của FAO [87]

5

Diện tích
gieo trồng


phục vụ an ninh lương thực của FAO [43, 48-50, 87], hình I.2, gồm có các khối
sau đây:
1) Khối mạng lưới trạm khí tượng để giám sát các điều kiện khí tượng.
Khối này cũng kết nối với các mơ hình tính tốn KTNN và các hàm tính tốn
năng suất cây trồng.
2) Khối mạng lưới vệ tinh để giám sát các điều kiện khí tượng, các giai đoạn
phát triển của cây trồng và chỉ số thực vật. Khối này cũng kết nối với các mơ hình
tính tốn KTNN và các hàm tính tốn năng suất cây trồng, năng suất tại trạm,

năng suất trung bình huyện và sản lượng cây trồng trong vụ.
3) Khối những người theo dõi và quan trắc đồng ruộng bao gồm giám sát
các giai đoạn phát triển của cây trồng và những đầu tư cho nông nghiệp. Khối
này cũng liên quan đến việc xác định diện tích gieo trồng. ở các vùng giám sát.
4) Khối bản đồ và cơ sở dữ liệu giám sát các loại số liệu tham chiếu. Các số
liệu tham chiếu được kết nối với các hàm tính tốn năng suất cây trồng.
5) Khối thống kê nông nghiệp giám sát các số liệu tham chiếu, số liệu nơng
nghiệp hiện tại và diện tích gieo trồng.
Trang web chủ về hệ thống thơng tin khí tượng nơng nghiệp kết nối với 4
khối: 1) Khối số liệu khí tượng; 2) Khối số liệu nông nghiệp; 3) Khối số liệu khí
hậu; 4) Khối các thơng tin khác. Cấu trúc trang chủ của hệ thống được đưa trên
hình I.3 từ đó nhận thấy:
1) Khối số liệu khí tượng bao gồm 3 khối phân tích, mơ hình hố và dự
báo. Khối phân tích bao gồm đánh giá các yếu tố khí tượng, độ ẩm đất và các
loại số liệu khác. Khối mơ hình hố sử dụng các sản phẩm của mơ hình số trị và
các thơng tin viễn thám;
2) Khối số liệu nông nghiệp bao gồm: 1) Khối số liệu vật hậu; 2) Khối sâu
bệnh; 3) Khối công việc đồng ruộng; 4) Khối công việc tưới tiêu và 5) Khối bảo
vệ thực vật. Trong đó khối số liệu vật hậu bao gồm dự báo các giai đoạn vật hậu
hình thành năng suất cây trồng (vật nuôi); Khối sâu bệnh bao gồm giám sát các
loại côn trùng và vius...; Khối công việc đồng rng liên quan đến phân tích khả
năng làm ruộng và vận chuyển; Khối công việc tưới tiêu liên quan đến cán cân
nước và lịch tưới, tiêu; và Khối bảo vệ thực vật liên quan đến việc lập kế hoạch
sử dụng thuốc trừ sâu vầ diệt cỏ.
3) Khối số liệu khí hậu (kết nối với các khối: khối các xu thế khí hậu, phân
tích xu thế năng suất; khối các bản đồ chuyên đề bao gồm các bản đồ khí hậu và
các vùng sử dụng đất);

6

Trang chủ

Số liệu khí
tượng

Số liệu
nơng
nghiệp

Phân tích

Đánh giá số liệu khí
tượng, độ ẩm đất, v.v..

Mơ hình
hóa

Sử dụng các sản phẩm
thơng tin mơ hình số
trị và viễn thám

Dự báo

Dự báo các tham số
khí tượng, thủy văn
v.v….

Vật hậu

Dự báo các giai đoạn
phát triển và năng suất

Sâu bệnh

Giám sát côn trùng, vi
khuẩn, v.v..

Số liệu khí
hậu

Các thơng
tin khác

Cơng việc Phân tích cơng việc và
đồng ruộng khả năng vận chuyển
Các xu thế

Bản đồ
chuyên đề
Tưới tiêu

Phân tích xu
thế năng suất,
khí hậu

Khí hậu và các
vùng sử dụng
đất đai

Cán cân nước và lịch
tưới tiêu

Bảo vệ thực Lập kế hoạch sử dụng
vật
thuốc trừ sâu, bệnh

Hình I.3. Cấu trúc của trang web chủ về hệ thống thơng tin khí tượng nơng
nghiệp hoặc hệ thống thơng tin khí tượng nơng nghiệp phục vụ an ninh lương
thực [87]

7


I.1.2.2. Hợp phần khí tượng nơng nghiệp của FSIEWS
Hợp phần KTNN của FSIEWS được tích hợp thành sự giám sát sản xuất
nơng nghiệp, đặc biệt là nó liên quan đến các cây lương thực và chăn nuôi. Cho
đến nay hầu hết việc giám sát mùa màng và các phương pháp dự báo được phát
triển xung quanh cán cân nước được đánh giá trong mùa sinh trưởng và có chú ý
đến sự phát triển của cây trồng. Việc giám sát các cây trồng dựa vào mưa dựa
vào các công cụ cơ bản sau đây:
• Sử dụng số liệu khí tượng thời gian thực;
• Sử dụng các mơ hình cán cân nước cho các cây trồng cụ thể;
• Xử lý ảnh vệ tinh thời gian thực;
• Sử dụng các cơng cụ nội suy khơng gian;
• Sử dụng lưới bề mặt của các tham số tính tốn được liên quan đến cây
trồng, hoặc khơng, từ các ảnh vệ tinh (ví dụ, sức chứa ẩm tối đa đồng ruộng, các
loạ đất, lớp phủ đất, sử dụng đất, các mẫu diện tích cây trồng, v.v);
• Sử dụng các dự báo mùa;
• Các mẫu khảo sát đồng ruộng, chủ yếu là để ước tính mùa màng thu

hoạch;
Những cơng cụ này có thể sử dụng để đánh giá nhanh trạng thái cây trồng
(sự phát triển, các giai đoạn trong chu trình sinh trưởng, các điều kiện, v.v), là
những công cụ dùng để đánh giá định lượng và chúng phụ thuộc vào sự sẵn có
các thơng tin bổ sung (các số liệu nông nghiệp, các số liệu thống kê năng suất,
các chuỗi số liệu nhiều năm...) và cung cấp những thơng tin có hiệu lực.
I.1.2.3. Nhóm khí tượng nơng nghiệp của FAO
Nhóm KTNN là một phần của Ban Môi trường và Tài nguyên thiên nhiên
(Environment and Natural Resources Service-SDRN) thuộc Cục Phát triển Bền
vững (SDRN-là đầu mối về số liệu mơi trường). Nhóm KTNN tập hợp các số
liệu khí tượng thời gian cận thực (chủ yếu là giáng thuỷ) từ các nguồn khác nhau
của các trạm trên toàn thế giới để sử dụng trong giám sát KTNN về cây trồng và
dự báo năng suất. Các số liệu tham chiếu bao gồm 30.000 trạm khí tượng trên
tồn thế giới, kể cả số liệu trung bình chuẩn (trung bình của 30 năm) cũng như
chuỗi số liệu theo thời gian từ các nguồn số liệu được xuất bản và chưa xuất bản,
chủ yếu là từ các cơ quan khí tượng của các quốc gia và các trung tâm nghiên
cứu quốc tế.
Bắt đầu từ năm 1974, Nhóm KTNN đã phát triển và liên tục cải tiến
phương pháp dự báo mùa màng với mục đích cung cấp các thơng tin được cập
nhật về các điều kiện mùa màng ở các nước cận Xahara từ Hệ thống Thông tin
8


toàn cầu của FAO và Hệ thống cảnh báo sớm (FAO’s Global Information and
Early Warning System (GIEWS), và cũng cung cấp các công cụ với các hợp
phần KTNN cho các Hệ thống thông tin An ninh lương thực và Cảnh báo sớm.
Từ những ngày đầu tiên, phương pháp (hướng dẫn) đánh giá định lượng đã được
cụ thể hoá, dựa trên cơ sở các mối quan hệ giữa chỉ số thoả mãn nhu cầu nước
của cây trồng (Water Requirements Satisfaction Index -WRSI), được tạo ra từ
mơ hình cán cân nước của cây trồng cụ thể và các điều kiện cây trồng (Frère and

Popov, 1986) [49]. Ngày nay, mục tiêu của phương pháp là dự báo năng suất
cây trồng (tấn/ha) và sản lượng trước thu hoạch từ một số tháng.
I.1.2.4. Hệ thống thông tin cảnh báo sớm an ninh lương thực và những yêu
cầu của người sử dụng về hợp phần KTNN
Nghĩa vụ của cán bộ KTNN là áp dụng tất cả các kỹ năng khí tượng có liên
quan để giúp nhà nơng sử dụng có hiệu quả nhất mơi trường vật lý, với mục đích
cao nhất là nâng cao sản lượng nông nghiệp, kể cả số lượng và chất lượng. Các
cán bộ KTNN cần phải giúp đỡ nhà nông tổ chức và kích hoạt các nguồn sở hữu
để sinh lợi bằng những tư vấn kỹ thuật.
Hợp phần KTNN có trách nhiệm chủ yếu trước, trong vụ gieo trồng vì nhân
tố chủ yếu có ảnh hưởng đến năng suất và sản lượng cây trồng ở các nước phát
triển là sự dao động của thời tiết giữa các năm. Điều ngày càng trở nên quan trọng
là cung cấp các dự báo khí hậu mùa, cụ thể là trước khi bắt đầu vụ gieo trồng để
thích ứng hệ thống nơng nghiệp với sự dao động thời tiết đã tăng lên.
Điều cần nhấn mạnh là sản xuất nông nghiệp và sự an ninh lương thực ở các
nước phát triển có thể được cải thiện bằng những tư vấn KTNN ngày càng hiệu
quả hơn đối với nhà nông để ổn định năng suất của họ thông qua việc quản lý và
khai thác tài nguyên khí hậu nông nghiệp cũng như những nguồn đầu tư khác,
như phân bón và thuốc trừ sâu (Gommes, 1993) [51].
I.1.3. Mơ hình giám sát và dự báo khí tượng nơng nghiệp ở Liên minh châu
Âu (EU) và châu Phi
Đã có hệ thống giám sát và dự báo KTNN cho cả Liên minh EU [65, 81,
87]. Hệ thống này có tên tiếng Anh là Agrometeorological Monitoring
Agriculture with remote sensing, trong đó gồm các sản phẩm sau đây: (1) Điều
kiện thuận lợi đối với các cây trồng; (2) Những điều kiện KTNN nổi bật (đáng
chú ý) ở các vùng trọng điểm; (3) Bản đồ cây trồng (bao gồm các giai đoạn sinh
trưởng và phát triển của cây trồng); (4) Bản đồ nhiệt độ, lượng mưa tuần (10
ngày); (5) Bản đồ cán cân nước tính theo các điều kiện khí hậu tuần; (6) Nhu
cầu nước của cây trồng, trong đó trình bày kết quả đánh giá hệ số thoả mãn nhu
9

cầu nước (WRSI) bằng mơ hình cán cân nước của từng cây trồng (FAO crop
specific Water Balance - CSWB) do FAO xây dựng; (7) Đánh giá khả năng
được mùa và mất mùa dựa vào kết quả đánh giá các hệ số thoả mãn nhu cầu
nước (WRSI) thực tế và dự báo đến cuối vụ có sử dụng các thơng tin khí hậu và
dự báo khí hậu; (8) Kết quả phân tích ảnh viễn thám so với các tuần (tháng)
trước, trong đó cho thấy mức độ phát triển của cây trồng, ảnh hưởng của các
điều kiện thời tiết bất lợi (hạn hán, ngập úng, rét hại,...) và thiên tai, sâu bệnh đối
với cây trồng; (9) Dự báo năng suất cây trồng phục vụ an ninh lương thực các
nước trong Liên minh châu Âu và các nước châu Phi. Các kết quả này có thể
truy cập từ Internet: />I.1.3.1. Mơ hình giám sát năng suất cây trồng bằng số liệu khí tượng nông
nghiệp thời gian thực ở Châu Âu và châu Phi
Phương pháp giám sát và dự báo năng suất cây trồng của Liên minh châu
Âu đã được xây dựng với sự hợp tác giữa FAO và Liên minh châu Âu, Trung
tâm nghiên cứu liên hợp (JRC) thuộc Viện An ninh và An tồn cơng dân [65, 81,
87]. Sơ đồ phương pháp giám sát và dự báo cây trồng được trình bày ở hình I.4
với 3 khối và các nội dung như sau:
Khối thứ 1 gồm 3 khối thành phần: 1) Khối các thông tin về chỉ số NDVI dựa
vào vệ tinh SPOT-4 là khối số liệu đầu vào; 2) Khối lấy trung bình khơng gian của
chỉ số NDVI theo đơn vị vùng trồng cây nơng nghiệp (CPSZ) có sử dụng Windisp
4 là khối xử lý và các cơng cụ tính tốn; 3) Mô tả các file NDVI của CPSZ, là khối
trung gian và các sản phẩm số liệu cuối cùng.
Khối thứ 2 gồm 6 khối thành phần: 1) Khối các thông tin về lượng mưa và
bốc thoát hơi tiềm năng (PET) là khối số liệu đầu vào (lấy từ dự báo thời tiết hạn
vừa của Trung tâm Dự báo châu Âu theo mơ hình ECMWF); 2) Khối khơng gian
hố số liệu theo lưới có sử dụng Surfer 3.2 và Windisp4 là khối xử lý và các cơng
cụ tính tốn; 3) Khối số liệu lượng mưa và các ảnh PET, là khối trung gian và các
sản phẩm số liệu cuối cùng; 4) Khối mơ hình tính tốn và ước lượng ngày gieo
trồng, là khối xử lý và các cơng cụ tính tốn; 5) Khối chạy mơ hình cán cân nước

của cây trồng cụ thể có sử dụng mơ hình AgroMetShell ở cấp độ vùng trồng cây
nông nghiệp [40]; 6) Khối ngày gieo trồng cây, các chỉ số tiến độ phát triển của
cây trồng (CCPI), là khối trung gian và các sản phẩm số liệu cuối cùng.
Khối thứ 3 cũng gồm 6 khối thành phần: 1) Khối về cơ sở dữ liệu các vùng
trồng cây nông nghiệp, bao gồm các thông tin về: thổ nhưỡng và sức chứa ẩm, số
liệu lịch sử về lượng mưa và PET, số liệu độ dài thời kỳ sinh trưởng để xác định
mức sử dụng nước của cây trồng (hoặc thực vật) là khối số liệu đầu vào); 2) Khối
số liệu KTNN đã được trung bình hố cho các nhóm vùng trồng cây nơng nghiệp
10


(CPSZ), là khối xử lý và các cơng cụ tính tốn; 3) Khối chạy mơ hình cán cân nước
của cây trồng cụ thể có sử dụng mơ hình AgroMetShell ở cấp độ vùng trồng cây
nông nghiệp [40]; 4) Khối về số liệu bốc thoát hơi thực tế, là khối trung gian và các
sản phẩm số liệu cuối cùng; 5) Khối về các hàm năng suất cây trồng ([1-Ya/Ymax =
Ky * (1-ETa/ETmax)], do Doorenbos và Kassam, 1979 đề xuất, là khối xử lý và các
công cụ; và 6) Khối về số liệu năng suất (tấn/ha), là khối xử lý và các cơng cụ.
Dữ liệu CPSZ
NDVI
(vệ tinh SPOT-4)

Lượng mưa và PET
(mơ hình ECMWF)

•
•
•

Khơng gian hố sơ liệu
theo lưới sử dụng

Surfer 3.2 và Windisp4

Số liệu lượng mưa và
các ảnh PET

Thông tin về đất và sức
chứa ẩm
Lượng mưa quá khứ và
PET
Số liệu độ dài thời kì sinh
trưởng để xác định mức sử
dụng nước của cây trồng

Số liệu KTNN đã được
trung bình hố cho các nhóm
vùng trồng cây nơng nghiệp
(CPSZ)

Mơ hình tính tốn và
ước lượng ngày gieo
trồng
Khối lấy trung bình
khơng gian của chỉ số
NDVI theo đơn vị
vùng trồng cây cơng
nghiệp (CPSZ)
sử dụng Windisp4

Chạy mơ hình cán cân nước của cây trồng cụ thể sử dụng
AgrometShell ở cấp độ vùng trồng cây nông nghiệp

ETa
Các hàm năng suất
cây trồng

Mặt nạ các cây trồng cụ thể từ dữ liệu CPSZ dùngArcView GIS 3.2

Mô tả các file
NDVI và CPSZ

- Ngày gieo trồng cây
- Chỉ số tiến triển của
cây trồng(CCPI)

Chỉ số thoả mãn
nhu cầu nước
(WSI)

Năng suất
(t/ha)

Hình I.4. Sơ đồ phương pháp giám sát và dự báo năng suất cây trồng ở các nước
châu Âu, một số nước châu Á và các nước vùng phía Đơng của châu Phi [81]

11


I.1.3.2. Mơ hình cán cân nước cây trồng (CSWB) sử dụng trong hệ thống
giám sát và dự báo KTNN của EU
Đây là một mơ hình rất đơn giản của FAO nhưng về mặt vật lý nó là một

mơ hình báo hiệu cán cân nước trong đất và được dùng để đánh giá tác động của
điều kiện thời tiết đối với các cây trồng [81]. Mơ hình được tính theo tuần 10
ngày.
Phương trình cán cân nước có dạng:
Wt = Wt–1 + R – ETm – (r + i)

(I.1)

Trong đó,
Wt: Lượng nước giữ được trong đất ở thời điểm t;
Wt–1: Lượng nước giữ được trong đất ở thời điểm cuối của thời kỳ trước
(t–1)
R:

Lượng mưa tích luỹ trong tuần hoặc trong thời điểm t;

ETm: Bốc thoát hơi cực đại trong thời kỳ t;
r:
Lượng nước mất đi do dòng chảy trong thời kỳ t;
i:
Lượng nước mất đi do thẩm thấu trong thời kỳ t;
Đã có nhiều cơng trình nghiên cứu về từng phần tử trong phương trình (I.1)
và có thể sử dụng nhiều phương pháp để đo hoặc tính tốn các giá trị của những
phần tử đó. Cho đến nay chưa có kết quả tính tốn hoặc sự giải thích đầy đủ và
điển hình nào về lượng mưa hữu hiệu trong mơ hình này vì sự thẩm thấu và
dịng chảy mặt ngay từ khi bắt đầu vụ đã được thừa nhận là bằng 0. Tuy nhiên,
sau khi độ ẩm đất ở vùng rễ cây đạt đến giá trị bằng sức chứa ẩm tối đa đồng
ruộng thì lượng mưa cịn lại được coi như lượng dịng chảy và thẩm thấu. Vì
vậy, lượng mưa hữu hiệu được coi là 100% của lượng mưa thực tế và khi đó
phương trình (I.1) có thể viết lại như sau:

Wt = Wt–1 + R – ETm
(I.2)
Đại lượng bốc thoát hơi cực đại (ETm) trong phương trình (I.1) và (I.2) là
nhu cầu nước đối với cây trồng và được xác định như sau:
ETm = Kc x PET
Trong đó:

(I.3)

Kc: Hệ số cây trồng (crop coefficient)
PET: Bốc thoát hơi tiềm năng (được tính theo [30]), mm/tuần
Sử dụng phương trình (I.2), cán cân nước được tính bằng cách thơng thường
bắt đầu với 10 tuần trước gieo trồng. Từ tuần gieo trồng trở đi các hệ số cây trồng
Kc được sử dụng. Nếu Wt lớn hơn lượng nước của sức chứa ẩm tối đa đồng ruộng
của đất thì đất có thêm nước bổ sung. Nếu Wt < 0 thì đất thiếu nước (D).
12