摘要：中國是世界上唯一大面積種植苦蕎的國家，其中定西通渭縣是甘肅中部苦蕎的集中產(chǎn)區(qū)。根據(jù)近年來對苦蕎越來越多的需求、天氣對苦蕎產(chǎn)量的巨大影響，我們將采用Soikit-Learn的線性回歸模型以及Spark算法預測天氣，最后以數(shù)據(jù)可視化的方法呈現(xiàn)預測結(jié)果，從而降低天氣對定西通渭縣苦蕎產(chǎn)量的影響。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)氣象災害；Spark算法；線性回歸模型；大數(shù)據(jù)預測分析

1 定西市通渭縣農(nóng)業(yè)氣象災害的定義與特征

1.1 通渭縣蕎麥發(fā)展現(xiàn)狀

通渭縣華家?guī)X特別適宜苦蕎的生長發(fā)育，產(chǎn)量較高，品質(zhì)上乘，一直是甘肅中部苦蕎的集中產(chǎn)區(qū)。近年來通過各級政府和干部群眾的共同努力，產(chǎn)業(yè)區(qū)域特征明顯，種植面積穩(wěn)中有增，并在引進優(yōu)良品種的基礎上爭取項目支持、開發(fā)特色產(chǎn)品和拓寬銷售渠道，采取了一系列行之有效的措施，推動了苦蕎產(chǎn)業(yè)的較快發(fā)展，目前通渭縣苦蕎種植面積共計30.67km2 ，占糧食面積的3.5%，總產(chǎn)量約7360t。通渭縣蕎麥在種植技術(shù)不斷完善的過程中作物質(zhì)量也得到提升，據(jù)有關(guān)方面檢測，該地區(qū)所產(chǎn)苦蕎與四川涼山地區(qū)各類指標持平，主要成分蘆丁約占80%左右。通渭縣蕎麥發(fā)展業(yè)穩(wěn)中向好，并結(jié)合電商平臺為蕎麥的銷售提供便利，但密切被重視的仍然是蕎麥產(chǎn)量和生長問題。

1.2 通渭縣蕎麥發(fā)展優(yōu)勢

通渭縣氣候干旱、生態(tài)條件差，蕎麥是主要的復種作物，器抗旱、耐瘠性強，是一種備荒救災的優(yōu)良作物。針對本區(qū)域的地理條件，蕎麥種植可以有效緩解土壤壓力并改善并帶動本地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展，具有良好的發(fā)展價值。中國是世界上唯一大面積種植苦蕎的國家，隨著人民生活水平和質(zhì)量不斷提高，膳食結(jié)構(gòu)也隨之發(fā)生了變化，蕎麥可以起到很好的營養(yǎng)保健作用，越來越得到人們的青睞。通渭縣蕎麥發(fā)展有自己的特色，目前國內(nèi)外市場需求急劇增大，這項產(chǎn)業(yè)可以成為一個帶動區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的好方案。由于通渭縣的地區(qū)特征，貧困縣和農(nóng)村地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展成為國家經(jīng)濟發(fā)展中重點關(guān)注的問題之一。在國家和政府的大力幫助和支持下，在蕎麥種植技術(shù)引進升級和銷售模式不斷完善的背景下，本地區(qū)的蕎麥發(fā)展具有巨大的發(fā)展前景。

1.3 存在的問題

定西市通渭縣蕎麥種植業(yè)隨著科技的進步和人才的引進，種植效益穩(wěn)步提升。尤其是近年來隨著農(nóng)村電商的迅猛發(fā)展，農(nóng)村蕎麥種植業(yè)有了更好的銷路并獲得了更大的收益。在蕎麥種植業(yè)發(fā)展向好的同時，蕎麥的產(chǎn)量一直都是需要密切關(guān)注的問題。我們從近年來針對蕎麥產(chǎn)量的研究中發(fā)現(xiàn)，天氣因素的影響是最大也是最不可控的影響因素。其中最主要的天氣因素是干旱和洪澇這兩個極端災害。所以我們專門針對干旱和洪澇這兩個天氣因素對通渭縣苦蕎產(chǎn)量的影響進行詳細分析。

2 通渭縣農(nóng)業(yè)氣象災害對蕎麥生長具體的影響

2.1 干旱

甘肅省定西市是全國有名的干旱地區(qū)，而通渭縣更是干旱十八縣之一，也是出了名的黃土高原干旱區(qū)。定西市的干旱又分為以下幾種：春旱為4 到5 月。春末初夏旱為5 月下旬至7 月上旬。伏旱為7 月中旬至8 月中旬。秋旱為8 月下旬至10 月上旬。從春旱，春末初夏旱，伏旱，秋旱逐年發(fā)生次數(shù)看，幾乎每年都有干旱發(fā)生，故又有“十年九旱”之說。從各干旱發(fā)生頻率看，秋旱頻率最高，春旱次之，伏旱最低。其次定西市因為地理位置的原因，同時因為年降水量在300 ～600mm之間，而蒸發(fā)量又高達1400mm，所以干旱情況比較常見。每年的降雨集中在七、八、九三個月份，其他的月份月降雨量較少，但因為蒸發(fā)量過大的問題，所以會導致干旱的發(fā)生，同時因為蕎麥對水分的要求比較高，水分過多或者過少都會影響蕎麥的產(chǎn)量，在生長期和成熟期要求水分相對要多一點，蕎麥的播種期是七月中旬，是定西市降雨量較多的時候，不用擔心水分的問題，但是在成熟期，也就是來年的三月到四月，因為降雨量的減少，加上蒸發(fā)量一直很大的問題，所以更應該注意水分的補充，不要因為成熟期的水分不夠而影響蕎麥的產(chǎn)量。

2.2 洪澇

定西市通渭縣的氣候是屬于南溫帶半濕潤和中溫帶半干旱區(qū)的混合氣候，年均氣溫可達5.7 ～7.7 ℃，沒有霜降的時間大約有122 天到160 天，年平均降雨量一般在350 ～600mm，主要降雨量一般集中在7 月、8 月和9 月這三個月，并且大部分時候是以暴雨的形式出現(xiàn)，但是它的蒸發(fā)量卻在1400mm以上。以渭河為界大致分為北部黃土丘陵溝壑區(qū)和南部高寒陰濕區(qū)兩種自然類型。前者包括安定區(qū)和通渭、隴西、臨洮三縣和渭源。北部占全區(qū)總面積的60%，為中溫帶半干旱區(qū)，降水較少，日照充足溫差較大；后者包括漳縣、岷縣兩縣和渭源南部，占全市總面積的40%，為暖溫帶半濕潤區(qū)海拔高氣溫低。定西市的降水量一般都集中在每年的7 月、8 月和9 月，在這三個月中，如果出現(xiàn)每小時降雨量在20mm左右而且長時間的持續(xù)，出現(xiàn)這樣的情況就是人們口中所說的大暴雨，它所造成的影響是會導致一部分的蕎麥苗被雨水沖走，但是當雨水稍微小一點的時候，可能不會對蕎麥苗造成太大的損失。每次出現(xiàn)大暴雨并且持續(xù)時間較長就有一定概率會出現(xiàn)山洪泥石流和山體滑坡，這種情況的出現(xiàn)會導致泥石流和山體滑坡所沖下來的雨水夾雜著泥土和石頭，這些雨水會對蕎麥產(chǎn)生不可挽回的損害，蕎麥不僅會被沖走，更有甚者會被泥石所砸，對蕎麥造成大面積的破壞。定西市蕎麥的生長周期一般在7 月中旬播種，所以每年的大降雨會導致蕎麥的產(chǎn)量下降，所以我們對洪澇以及它所帶來的一些其他災害要好好預防，使蕎麥的產(chǎn)量不會因為洪澇的原因減少。

2.3 霜凍

霜凍的發(fā)生概率不是很穩(wěn)定，每年發(fā)生的時間也不太確定，一般在2 月份到3 月份之間，但是霜凍對蕎麥的影響是最大的，因為蕎麥最畏懼的就是霜凍，霜凍會使蕎麥的產(chǎn)量急速下降，再加上霜凍的隨機性，使得它成為最不可控的因素，霜凍的發(fā)生會使得蕎麥停止生長，慢慢枯萎，所以我們應該好好預防霜凍。

3 大數(shù)據(jù)技術(shù)對氣象災害的預測方案

做好蕎麥的預防工作，應盡可能減少定西市通渭縣地區(qū)的不可估量的損失。能做的就是加快5G網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)中心等新型基礎設施建設。要注重調(diào)動對這些先進技術(shù)與方式的學習與應用的積極性。加快5G網(wǎng)絡的建設，需要基于OFDM優(yōu)化的波形和多址接入，然后實現(xiàn)可擴展的OFDM間隔參數(shù)配置，可支持多種部署模式的不同信道寬度，適應統(tǒng)一部署下不同的參數(shù)配置，在同一框架下提高多路傳輸效率。OFDM加窗可以提高多路傳輸效率，并且需要靈活的框架設計。需要的新型無線技術(shù)有：① 大規(guī)模MIMO。通過天線的二位排布，可以實現(xiàn)3D波束成型，提高信道容量和覆蓋；② 毫米波。將頻率大于24GHz以上的頻段應用于移動寬帶通信，大量可用的高頻段頻譜可提供極致數(shù)據(jù)傳輸速度和容量。③ 邊緣計算。5G要實現(xiàn)低延時，就需要用到邊緣計算，要在基站上建立計算和存儲能力，在靠近物或數(shù)據(jù)源頭的一側(cè)，采用網(wǎng)絡、計算、存儲、應用核心能力為一體的開放平臺，就近提供最近短服務，在最短的時間完成計算，發(fā)出指令。這樣，在預測分析后，可以用最快的速度發(fā)送給每一位種地的人，并且在發(fā)送的同時會像人工智能一樣將問題返回云端并且搜索數(shù)據(jù)庫中的解決方法，一并發(fā)給需要的人。所以為此，首當其沖就是建好5G基站，先建立完整的5G環(huán)境體系。然后通過宣傳和下鄉(xiāng)教學，讓所有人都能突破現(xiàn)有的條件束縛。使用SciKit-Learn的線性回歸模塊預測天氣。現(xiàn)在我們已經(jīng)完成了選擇具有統(tǒng)計意義的預測指標（特征）的步驟，我們可以使用SciKit-Learn創(chuàng)建預測模型并測試其預測平均溫度的能力。SciKit-Learn是一個非常完善的機器學習庫，在工業(yè)界和學術(shù)界廣泛使用。關(guān)于SciKit-Learn的一件事非常令人印象深刻的是，它在許多數(shù)值技術(shù)和算法中保持了一個非常一致的“適應”，“預測”和“測試”API，使得使用它非常簡單。除了這個一致的API設計，SciKit-Learn還提供了一些有用的工具來處理許多機器學習項目中常見的數(shù)據(jù)。我們將通過SciKit-Learnsklearn.model_selection模塊中導入train_test_split（）函數(shù)來開始將我們的數(shù)據(jù)集分割成測試和訓練集。我將把訓練和測試數(shù)據(jù)集分成80 ％的訓練和20 ％的測試，并且分配一個12 的random_state，以確保得到隨機選擇數(shù)據(jù)。這個random_state參數(shù)對結(jié)果的可重復性非常有用。我將從sklearn.linear_model模塊導入并使用LinearRegression類。正如前面提到的，scikit-learn分數(shù)通過通用的fit()和predict()這兩個函數(shù)計算得到。為了獲得關(guān)于模型有效性的解釋性理解，我使用了回歸模型的score（）函數(shù)來確定該模型能夠解釋在結(jié)果變量（平均溫度）中觀察到的約90 ％的方差。此外，我使用sklearn.metrics模塊的mean_absolute_error（）和median_absolute_error（）來確定平均預測值約為3 ℃關(guān)閉，一半時間關(guān)閉約2 ℃。數(shù)據(jù)獲取分析主要使用SparkSQL相關(guān)知識與技術(shù)，對定西市過去24 小時累積降雨量和當日平均氣溫進行了計算和排序。特別說明：由于獲取數(shù)據(jù)所需時間較長，天氣數(shù)據(jù)的時間跨度可能略有不一致。相關(guān)步驟如下：（1 ）創(chuàng)建SparkSession對象spark。（2 ）使用spark.read.csv(filename)讀取passed_weather_ALL.csv數(shù)據(jù)生成Dateframedf。（3 ）對df進行操作：使用Dateframe的select方法選擇province，city_name，city_code，rain1h字段，并使用Column對象的cast(dateType)方法將rain1h轉(zhuǎn)成數(shù)值型，再使用Dateframe的filter方法篩選出rain1h小于1000 的記錄（大于1000 是異常數(shù)據(jù)），得到新的Dateframedf_rain。（4 ）對df_rain進行操作：使用Dateframe的groupBy操作按照province，city_name，city_code的字段分組，使用agg方法對rain1h字段進行分組求和得到新的字段rain24h（過去24 小時累積雨量），使用sort方法按照rain24h降序排列，經(jīng)過上述操作得到新的Dateframedf_rain_sum。（5 ）對df_rain_sum調(diào)用cache()方法將此前的轉(zhuǎn)換關(guān)系進行緩存，提高性能。（6 ）對df_rain_sum調(diào)用coalesce()將數(shù)據(jù)分區(qū)數(shù)目減為1 ，并使用write.csv（filename）方法將得到的數(shù)據(jù)持久化到本地文件。（7 ）對df_rain_sum調(diào)用head()方法取前若干條數(shù)據(jù)（即24 小時累積降水量Top-N的列表）供數(shù)據(jù)可視化使用。數(shù)據(jù)預測結(jié)果主要依靠數(shù)據(jù)可視化方式呈現(xiàn)，基于spark獲取和分析的數(shù)據(jù)，我們針對以1971-2016 年該區(qū)域的日均氣溫、最高溫、最低溫、降水量做出一個回歸模型，再以2017-2020 年該區(qū)域的日均氣溫、降水量為參數(shù)進行氣象預測工作并通過3D立體效果可視化到界面。通過這些方法針對定西市影響蕎麥生長的干旱和洪澇因素作預測，使農(nóng)民有效的預防并制定具體措施。

4 針對通渭縣氣象災害的綜合對策

4.1 增強環(huán)境保護意識，降低氣候惡化程度

在全世界發(fā)展的同時，地球的環(huán)境也發(fā)生著巨大的變化。從最開始的全球變暖到現(xiàn)在的自然災害愈加頻繁，嚴重影響農(nóng)作物的生產(chǎn)。其一是旱災，很常見的一種自然災害，在近幾年，我省通渭縣因旱災導致農(nóng)作物受災面積將近170km2 ，造成直接經(jīng)濟損失1 億元。其二就是洪澇，一般在六七月份比較嚴重，因短期強降雨造成了我省農(nóng)作物受災面積達到500km2 ，直接經(jīng)濟損失4.79 億元。其三是低溫冷凍和雪災，在2-5 月份的時候，降雪引發(fā)的低溫冷凍災害是最為嚴重的，造成我省11 個市農(nóng)作物受災面積將近7000km2 。其四災害天氣為風雹，我省多市出現(xiàn)冰雹強風天氣，導致農(nóng)作物不同程度受到影響，農(nóng)作物受災面積達到367.9km2 。最后一種為火災，火災一旦發(fā)生，造成的危害是巨大的，不僅僅使得農(nóng)作物受災嚴重，使得經(jīng)濟上有所損失，更加難以修復的危害則是造成了環(huán)境污染。火災發(fā)生，一氧化碳與二氧化碳的大量釋放，導致全球變暖更為嚴重。而在這些原因中，在我們所調(diào)查的地區(qū)――定西通渭縣，最常見的是洪澇與干旱。環(huán)境惡化造成自然災害，災害又導致經(jīng)濟受損與環(huán)境污染。往復循環(huán)，造成難以挽救的傷害。因此，應該如何提高環(huán)境保護意識。第一，在現(xiàn)實生活中，可以借助媒體來宣傳環(huán)境保護的意義，提高人們保護環(huán)境的意識，呼吁人們保護環(huán)境的決心。我國人民的文化素質(zhì)在改革開放以來不斷提高，但是道德素質(zhì)還有待改進，尤其在邊緣城市，表現(xiàn)的格外明顯，我們應提高人民的道德素質(zhì)，從而更好地灌輸環(huán)境保護意識，在這方面還有很大的提升空間。第二，就是決定國家未來走向的教育事業(yè)，青少年強，則國家富有強大。環(huán)境保護意識從教育中入手，他們是祖國未來的希望，這樣做也是為了以后環(huán)境的發(fā)展作考慮。第三，要結(jié)合理論與實踐。實踐是檢驗真理的唯一標準，只有進行實踐，我們做的每一個項目才有意義，才能起到它應該有的作用。當然環(huán)境保護也是如此，我們不能一味的呼吁，教育，更重要的是人們能夠自覺地維護我們的家園。

4.2 建立氣象災害防治工作長期預測

在保護環(huán)境之后，只是起到了一個減少災害發(fā)生概率的作用。而要做到更大程度的保護農(nóng)作物，還需要科技的支持，現(xiàn)如今，在物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)三大巨頭風靡的這個時代，我們應更好地利用它。為我們所研究的作物支持更好的生存環(huán)境，為當?shù)厝嗣裰\取更大的福利。我們所研究的方向主要為蕎麥所受氣象災害的影響。農(nóng)業(yè)預測數(shù)據(jù)的技術(shù)是一個龐大的數(shù)據(jù)，異構(gòu)數(shù)據(jù)的復雜度高，結(jié)果是數(shù)據(jù)的分析效率低下，因此我們采用k最近鄰組織算法和分布式并行處理方法。大數(shù)據(jù)融于氣象災害預測是一個不二的選擇，大數(shù)據(jù)的預測結(jié)果有更強的確定性和可操作性，讓非常規(guī)的氣象災害在發(fā)生之前有一定的預兆，讓人們有時間去準備充足的防御措施。而利用大數(shù)去預測氣象，就好比建立了一個非常巨大的數(shù)據(jù)庫，在這個數(shù)據(jù)庫中存儲著利用遙感以及其他技術(shù)所收集的一些樣本數(shù)據(jù)，從中可以得到海量數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)清洗以及數(shù)據(jù)集成得到有價值的數(shù)據(jù)，也就是說可以幫我們預測氣象災害的數(shù)據(jù)。氣象部門是防災減災的核心部門，在建立好數(shù)據(jù)分析體系以后，在現(xiàn)在看來只靠技術(shù)是不行的，如何防護才是減少損失的關(guān)鍵。首先，需要建立一個風險的預警體系，我們可建立預警所用的紅外線，當大數(shù)據(jù)分析利用所提供的樣本數(shù)據(jù)分析出結(jié)果，它就可對這一結(jié)果做出實時反應，從而縮短了氣象災害治理中的時間差，讓風險發(fā)生的概率降低或者讓災害所造成的損失降到最低。蕎麥的經(jīng)濟價值很高，它已經(jīng)成為了很流行的保健品之一。它的生長周期大概在九個月左右，一般在立秋的時候播種，在次年的五月份左右收割。而在這期間，我們要利用大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計算、人工智能等對它進行實時監(jiān)控與保護。蕎麥怕霜凍，因此我們要知道蕎麥播種前后的氣象變化，不能出現(xiàn)急劇的降溫天氣，也不能出現(xiàn)冰雹等氣象災害。還有防旱，通過氣象預測平臺了解蕎麥在生長周期期間是否會出現(xiàn)旱災的情況，從而制定相應的應對方案。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)分析出風險因素，從而制定出合理的預防方案。

4.3 幫助農(nóng)民樹立正確的防災觀念

從古至今，農(nóng)民的觀念里都是靠天吃飯。那么如何正確防災，是需要向農(nóng)民普及的。首先，我們應該使得這次防災減災知識講座范圍大，場次多。我們應該多次舉行防災講座活動，并且要盡量動員大家都參加。為了是大家都知道，可由村干部下達命令，讓每戶人至少有一位參加。再者，我們灌輸思想的途徑要多，力度要大，可舉辦知識競賽，而且優(yōu)秀者有相應獎勵。可以在每天的24 小時之中，分時間段，在廣播中講解、傳輸防災減災的知識。講述當自然災害發(fā)生后如何應對，以及可用的應急措施。最后，可通過掛橫幅的方式，讓農(nóng)民耳濡目染這些東西，從而可以從容應對災害。如今，在短視頻爆火的時候，可借助短視頻APP傳播防災減災知識，它幾乎可以全面覆蓋我國地區(qū)，傳播范圍廣，且人們?nèi)菀捉邮堋６桃曨l優(yōu)點有：可以提高品牌的知名度、節(jié)省人員的時間成本與經(jīng)濟成本、圖畫代替文字，更容易深入人心。所以在幫助農(nóng)名樹立正確的防災觀念這一方面，它也是一個很好的選擇。當大數(shù)據(jù)進入人們的生活，根據(jù)您的一切行為，推算出你所需產(chǎn)品，而農(nóng)民就是后臺推送如何才能讓莊稼大豐收的對象。總而言之，農(nóng)民依靠農(nóng)作物，國家需要農(nóng)作物保持經(jīng)濟平衡。好的防災意識是一個良好的習慣，使得損失降到最低。

5 結(jié)論

綜上所述，我們可以通過Spark算法，線性回歸模型，大數(shù)據(jù)預測可視化等方法去預測農(nóng)業(yè)氣象災害的發(fā)生情況，更好地保障農(nóng)民的財產(chǎn)安全，有效地促進我國農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

[1]楊子梅.通渭縣苦蕎產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及對策[J].甘肅農(nóng)業(yè)，2010(2):72-73.

[2]項立剛.5G的基本特點與關(guān)鍵技術(shù)[J].中國工業(yè)和信息化，2018，1(5):36-43.

[3]陳豐偉.5G的速度與激情[J].互聯(lián)網(wǎng)天地，2018(6):41-44.

[4]張?zhí)N.MassiveMIMO基于鏡像法的室內(nèi)信道建模[D].南京郵電大學，2018.

[5]張啟.通渭縣甜蕎麥高產(chǎn)栽培技術(shù)[J].甘肅農(nóng)業(yè)，2005(10):182.

[6]張平軍.甘肅定西生態(tài)建設與畜牧經(jīng)濟發(fā)展――甘肅草原生態(tài)建設與畜牧業(yè)發(fā)展調(diào)查的分類研究[J].甘肅畜牧獸醫(yī)，2016(19):40-42.

[7]徐文.淺談環(huán)境保護與如何提高公民環(huán)保意識[J].建筑工程技術(shù)與設計，2015(25):1790.

[8]孟宣辰.黃土高原旱作區(qū)種植結(jié)構(gòu)分析和紫花苜蓿覆膜施肥效應研究[D].蘭州大學，2016.

[9]田俊杰.紋理圖案主結(jié)構(gòu)的快速提取方法研究[D].湖北:華中科技大學，2018.