南和農(nóng)業(yè)嘉年華日光溫室內(nèi)最低氣溫預(yù)報模型研究

王貴梅，李瑞蘇，楊 帆，李紹坤，王麗娜

1.河北省南和區(qū)氣象局，河北邢臺 054400；2.河北省沙河市氣象局，河北沙河054100

近年來，南和區(qū)政府為推進(jìn)農(nóng)業(yè)供給側(cè)改革，大力開發(fā)了以南和區(qū)農(nóng)業(yè)嘉年華為代表的市民健康旅游、綠色采摘等農(nóng)業(yè)項目。農(nóng)業(yè)嘉年華建有先進(jìn)的日光溫室場館6個，旨在實現(xiàn)各類植物在不同環(huán)境下保持正常生長，實現(xiàn)展出目的，項目建成后廣受游客好評[1]。但經(jīng)調(diào)查，遇到災(zāi)害性天氣時，由于無法及時提前調(diào)節(jié)館內(nèi)氣象環(huán)境，導(dǎo)致作物一定程度上受損。

為了更好地服務(wù)于南和區(qū)旅游農(nóng)業(yè)發(fā)展，南和區(qū)氣象局在農(nóng)業(yè)嘉年華建立了邢臺市首套陽光溫室內(nèi)外對比觀測站，為開展南和農(nóng)業(yè)嘉年華日光溫室內(nèi)小氣候變化規(guī)律的研究奠定了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。同時，農(nóng)業(yè)嘉年華依托中國農(nóng)業(yè)大學(xué)的技術(shù)支持和資源優(yōu)勢，館內(nèi)配有日光、溫度、濕度調(diào)節(jié)設(shè)備，為本課題的研究奠定了技術(shù)基礎(chǔ)[2]。

本課題將利用觀測站同步觀測的溫室內(nèi)外氣溫、濕度數(shù)據(jù)，按照不同季節(jié)、不同天氣的類別，確定溫室內(nèi)外氣象條件的線性關(guān)系，結(jié)合天氣預(yù)報技術(shù)，首次為溫室內(nèi)氣象條件提供精準(zhǔn)預(yù)報。結(jié)合農(nóng)業(yè)嘉年華提供的不同作物適宜的氣象條件閾值，實現(xiàn)較為精準(zhǔn)的設(shè)施農(nóng)業(yè)小氣候調(diào)控技術(shù)[3]。研究成果可在南和區(qū)實施農(nóng)業(yè)種植領(lǐng)域進(jìn)一步驗證、推廣，以提高全區(qū)的設(shè)施農(nóng)業(yè)小氣候操控技術(shù)，減輕氣象災(zāi)害帶來的損失，促進(jìn)農(nóng)民增產(chǎn)增收[4]。

1 研究內(nèi)容

（1）整理南和區(qū)農(nóng)業(yè)嘉年華日光溫室內(nèi)外氣溫、濕度、天氣現(xiàn)象等氣象資料。將農(nóng)業(yè)嘉年華日光溫室內(nèi)與室外對應(yīng)的氣象要素進(jìn)行對比分析，從不同天氣狀況分析溫室內(nèi)小氣候日變化和季節(jié)變化，得出日光溫室內(nèi)最低氣溫預(yù)報模型。

（2）根據(jù)日光溫室內(nèi)最低氣溫預(yù)報模型，制作南和區(qū)農(nóng)業(yè)嘉年華日光溫室小氣候服務(wù)材料，開展農(nóng)業(yè)嘉年華日光溫室內(nèi)小氣候氣象服務(wù)，提前干預(yù)日光溫室內(nèi)氣候條件，提高整個南和區(qū)設(shè)施農(nóng)業(yè)棚內(nèi)的氣象調(diào)控技術(shù)。

2 研究方法

（1）文獻(xiàn)研究法。對國內(nèi)外關(guān)于日光溫室的相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行研究。

（2）統(tǒng)計分析法。為分析不同天氣條件下，日光溫室內(nèi)氣溫、相對濕度的變化特征，對日光溫室外氣象數(shù)據(jù)的日照時數(shù)進(jìn)行換算，得到日照百分率；按日照百分率S≥60%、20%≤S＜60%、0≤S＜20%，將所有資料分為晴天、多云和寡照3種天氣類型，利用統(tǒng)計資料分析日光溫室內(nèi)氣溫變化特征，采用Excel 2003軟件的線性回歸方程分析棚內(nèi)小氣候的日變化和季節(jié)變化規(guī)律。

（3）逐步回歸法。對日光溫室內(nèi)外對比觀測站的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，采用SPASS 12.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)相關(guān)性分析，將氣象數(shù)據(jù)的日最高氣溫、日平均氣溫、日最大相對濕度、日最小相對濕度、日平均相對濕度、日平均地表溫度作為自變量，日最低氣溫作為因變量，采用逐步回歸方法，建立小氣候預(yù)報模型。

3 創(chuàng)新點

（1）應(yīng)用邢臺市首套日光溫室內(nèi)外對比觀測站，觀測數(shù)據(jù)經(jīng)同一采集器集成處理，數(shù)據(jù)精準(zhǔn)，避免了誤差。

（2）利用本課題得出的定量關(guān)系，結(jié)合天氣預(yù)報技術(shù)可首次提供日光溫室內(nèi)精細(xì)化氣象條件預(yù)報。

（3）農(nóng)業(yè)嘉年華項目依托中國農(nóng)業(yè)大學(xué)技術(shù)優(yōu)勢，具備較為先進(jìn)的小氣候操控技術(shù)，本課題可為提高全區(qū)的設(shè)施農(nóng)業(yè)小氣候操控技術(shù)積累寶貴經(jīng)驗[5]。

4 溫室內(nèi)小氣候氣象要素變化的特征

4.1 日光溫室內(nèi)外氣溫變化

4.1.1 日光溫室內(nèi)外最低氣溫對比 日光溫室內(nèi)日最低氣溫基本偏高于室外，10月份開始溫差逐漸增大，11月22日左右開始室外氣溫開始走低，溫室內(nèi)最低氣溫較低會影響溫室內(nèi)植物的正常生長，技術(shù)人員開啟暖氣，調(diào)節(jié)溫室內(nèi)氣象環(huán)境，保證溫室內(nèi)植物正常生長，溫室內(nèi)外溫差瞬間增大，相差10℃以上；2月底氣溫開始回升，技術(shù)人員關(guān)閉暖氣，溫室內(nèi)外溫差逐漸減小；5—9月室內(nèi)外最低氣溫相差不大。遇有冷空氣、連陰雨、大風(fēng)等天氣時，室內(nèi)外溫差增大[6]。

4.1.2 日光溫室內(nèi)外最高氣溫對比 根據(jù)溫室內(nèi)作物的生長需求，夏季氣溫過高時，郁金香、牽?；?、天竺葵等觀賞植物花期將會縮短，這時需要采取各種降溫措施，在氣溫達(dá)到25℃時，開始遮陽，達(dá)到降溫效果；在氣溫達(dá)到27℃～28℃（人能忍受的程度）時，就打開水簾等達(dá)到降溫的效果。因此，夏季室外最高氣溫基本均高于室內(nèi)最高氣溫。冬季，在氣溫達(dá)到22℃～23℃時，開始調(diào)高氣溫，達(dá)到保溫作用，冬季室外最高氣溫基本均低于室內(nèi)最高氣溫。春季和秋季溫室內(nèi)外最高氣溫相差不大。

4.1.3 日光溫室內(nèi)外日平均氣溫對比 5月底—8月初，日光溫室外日平均氣溫高于室內(nèi)，6—7月溫差較大；8月初—9月，日光溫室外日平均氣溫低于室內(nèi)，溫室內(nèi)外溫度相差不大；10月份開始溫差逐漸增大，11月22日左右開始室外氣溫開始走低，溫室內(nèi)平均氣溫較低將會影響溫室內(nèi)植物正常生長，技術(shù)人員開啟暖氣，調(diào)節(jié)溫室內(nèi)氣象環(huán)境，保證溫室內(nèi)植物正常生長，溫室內(nèi)外溫差瞬間增大，相差10℃以上；2月底氣溫開始回升，技術(shù)人員關(guān)閉暖氣，2—5月溫室內(nèi)外溫差相差不大。

4.2 春季日光溫室內(nèi)氣象要素日變化

4.2.1 春季日光溫室內(nèi)相對濕度的日變化 從春季日光溫室內(nèi)相對濕度日變化可以看出，春季溫室內(nèi)相對濕度日變化較明顯，夜間溫室內(nèi)相對濕度較大，日出前達(dá)到最大值，日出后隨著氣溫升高逐漸下降，晴天時05:25～06:30達(dá)到最高，13:35～15:05最低；寡照時05:35～05:50達(dá) 到 最 高，15:10～15:40最低；多云時06:30～06:40達(dá)到最高，12:50～13:30最低。相對濕度表現(xiàn)為寡照＞多云＞晴天。

4.2.2 春季日光溫室內(nèi)氣溫的日變化 從圖1可以看出，01:00～8:00寡照氣溫＞多云氣溫＞晴天氣溫；08:00～22:00晴天氣溫＞多云氣溫＞寡照氣溫；22:00～01:00多云氣溫＞寡照氣溫＞晴天氣溫。

圖1 春季日光溫室內(nèi)相對濕度的日變化

夜間溫室內(nèi)氣溫最低，日出前達(dá)到最小值，日出后逐漸升高，午后逐漸下降。13:20～14:30晴天氣溫達(dá)到最高，13:30～15:10寡照氣溫達(dá)到最高，13:25～14:30多云氣溫達(dá)到最高。05:10～6:00晴天時氣溫達(dá)到最低，04:10～6:00寡照時氣溫達(dá)到最低，05:10～06:15多云時氣溫達(dá)到最低。

4.3 夏季日光溫室內(nèi)氣象要素日變化

4.3.1 夏季日光溫室內(nèi)相對濕度的日變化 從夏季日光溫室內(nèi)相對濕度日變化可以看出，夜間溫室內(nèi)相對濕度較大，日出前達(dá)到最大值，日出后隨著氣溫升高逐漸下降，日相對濕度寡照＞多云＞晴。夏季溫室內(nèi)在氣溫達(dá)到27℃～28℃（人能忍受的程度）時，就打開水簾等達(dá)到降溫的效果。晴天時工作人員會根據(jù)工作時間打開水簾降溫，08:00～11:00、13:30～17:00溫室內(nèi)工作人員會打開水簾降溫，導(dǎo)致濕度上升。11:00～13:30關(guān)閉水簾，濕度下降。多云時，09:00～11:00、13:00～17:00溫室內(nèi)工作人員會打開水簾降溫，導(dǎo)致濕度上升。相對濕度表現(xiàn)為寡照＞多云＞晴天。

4.3.2 夏季日光溫室內(nèi)氣溫的日變化 從夏季日光溫室內(nèi)氣溫日變化可以看出，夜間溫室內(nèi)氣溫較小，日出前達(dá)到最小值，日出后氣溫升高，午后逐漸下降，07:30～00:00溫室內(nèi)氣溫晴＞多云＞寡照，00:00～07:30溫室內(nèi)氣溫寡照＞多云＞晴。

夏季溫室內(nèi)在氣溫達(dá)到27℃～28℃（人能忍受的程度）時，工作人員會根據(jù)工作時間打開水簾達(dá)到降溫的效果。晴天時08:00～11:00、13:30～17:00溫室內(nèi)工作人員會打開水簾降溫，導(dǎo)致氣溫下降。11:00～13:30關(guān)閉水簾，氣溫上升。多云時，09:00～11:00、13:00～17:00溫室內(nèi)工作人員會打開水簾降溫，導(dǎo)致氣溫下降。

4.4 秋季日光溫室內(nèi)氣象要素日變化

4.4.1 秋季日光溫室內(nèi)相對濕度的日變化 從秋季日光溫室內(nèi)相對濕度日變化可以看出，夜間溫室內(nèi)相對濕度較大，日出前達(dá)到最大值，日出后隨著氣溫升高逐漸下降，日相對濕度寡照＞多云＞晴天。晴天時06:10～08:35達(dá)到最高，14:15～15:35最低；寡照時05:10～08:20達(dá) 到 最 高，15:05～15:40最低；多云時07:00～08:05達(dá)到最高，13:35～15:35最低。

4.4.2 秋季日光溫室內(nèi)氣溫日變化 從圖2可以看出，20:00～翌日08:50寡照氣溫＞多云氣溫＞晴天氣溫；08:50～09:25寡照氣溫＞晴天氣溫＞多云氣溫；09:25～10:00晴天氣溫＞寡照氣溫＞多云氣溫；10:00～17:45晴天氣溫＞多云氣溫＞寡照氣溫；17:45～18:50多云氣溫＞晴天氣溫＞寡照氣溫；18:50～20:00多云氣溫＞寡照氣溫＞晴天氣溫。

圖2 秋季日光溫室內(nèi)氣溫的日變化

夜間溫室內(nèi)氣溫最低，日出前達(dá)到最小值，日出后逐漸升高，午后逐漸下降。13:20～14:40晴天氣溫達(dá)到最高，13:05～14:00寡照氣溫達(dá)到最高，13:40～14:10多云氣溫達(dá)到最高。06:10～07:05晴天時氣溫最低，5:40～07:10寡照時氣溫最低，6:05～07:05多云時氣溫最低。

4.5 冬季日光溫室內(nèi)氣象要素日變化

4.5.1 冬季日光溫室內(nèi)相對濕度的日變化 分析冬季日光溫室內(nèi)相對濕度日變化發(fā)現(xiàn)，晴天時09:10～09:55達(dá)到 最 高，12:55～15:00最 低；寡 照 時16:05～17:20達(dá) 到 最 高，00:10～07:10最低；多云時16:10～17:40達(dá)到最高，00:35～07:30最低。

4.5.2 冬季日光溫室內(nèi)氣溫的日變化 分析冬季日光溫室內(nèi)氣溫日變化發(fā)現(xiàn)，01:20～09:45寡照氣溫＞多云氣溫＞晴天氣溫；09:45～19:10晴天氣溫＞多云氣溫＞寡照氣溫；19:10～21:00晴氣溫＞寡照氣溫＞多云氣溫；21:00～01:20寡照氣溫＞晴氣溫＞多云氣溫。

夜間溫室內(nèi)氣溫最低，日出前達(dá)到最小值，日出后逐漸升高，午后逐漸下降。13:40～14:05晴天氣溫達(dá)到最高，13:10～13:35寡照氣溫達(dá)到最高，13:55～14:20多云氣溫達(dá)到最高。08:10～08:50晴天時氣溫達(dá)到最低，08:40～09:50寡照時氣溫達(dá)到最低，08:00～08:50多云時氣溫達(dá)到最低。

5 日光溫室內(nèi)最低氣溫的預(yù)報模型

根據(jù)上述日光溫室內(nèi)日最高氣溫、日最低氣溫和日平均相對濕度的變化規(guī)律可知，試驗站日光溫室小氣候要素隨季節(jié)、天氣類型具有不同的變化范圍。因此，將日光溫室內(nèi)日最低氣溫按照冬季、春季、秋季和晴天、多云、寡照的不同建立預(yù)報模型，各預(yù)報模型均通過了顯著性水平0.05的檢驗[7]。