全椒稻蝦農(nóng)田小氣候及水溫預(yù)報模型研究

張維 洪程 陳經(jīng)緯 楊林四

摘要 本研究以安徽全椒赤鎮(zhèn)龍蝦經(jīng)濟合作社為例，根據(jù)2022年7—8月全椒赤鎮(zhèn)龍蝦經(jīng)濟合作社水溫資料與全椒氣象站本站的氣溫資料，利用相關(guān)分析篩選出與水溫有關(guān)的氣象要素，建立了水溫預(yù)報模型，并分析模型誤差。結(jié)果表明：蝦稻共作稻田水溫主要與氣溫有關(guān)，隨氣溫的變化而變化，但水溫年變化幅度遠低于氣溫，氣溫高于水溫；水溫日變化幅度較小，水溫日較差遠小于氣溫日較差，最高、最低水溫出現(xiàn)的時間均晚于氣溫。運用逐步回歸建立最高水溫、最低水溫、平均水溫預(yù)報模型，模型相關(guān)系數(shù)0.778～0.884，模型具有較高的精度，模擬效果較好。通過水溫與氣溫相關(guān)性的分析，為稻蝦基地可能出現(xiàn)的氣象災(zāi)害性天氣做出預(yù)報。

關(guān)鍵詞 稻蝦農(nóng)田；氣象因子；水溫預(yù)測；逐步回歸

中圖分類號 S162.4 文獻標識碼 A

文章編號 1007-7731（2023）14-0143-05

為做好安徽省滁州市“一縣一品”農(nóng)業(yè)特色氣象服務(wù)，全椒縣氣象局開展了赤鎮(zhèn)稻蝦生產(chǎn)氣象因子分析，并制定了周年服務(wù)方案。研究表明，全椒夏季易發(fā)生高溫?zé)岷Γ?—8月是高溫?zé)岷Γǜ珊担┑年P(guān)鍵時期。高溫?zé)岷Γǜ珊担┑陌l(fā)生不僅受到農(nóng)田小氣候的影響，還與天氣氣候密切相關(guān)。通過查閱文獻，現(xiàn)階段對稻蝦農(nóng)田小氣候的分析研究不多，未能形成體系。本文基于安徽省滁州市全椒縣赤鎮(zhèn)龍蝦經(jīng)濟專業(yè)合作社小氣候觀測資料和同期全椒國家基本氣象站常規(guī)觀測資料，對全椒稻蝦高溫?zé)岷﹃P(guān)鍵期農(nóng)田小氣候特征進行取樣分析，并運用逐步回歸方法建立7、8月水溫預(yù)測模型。

1 資料來源與方法

水溫資料來源于安徽全椒赤鎮(zhèn)龍蝦經(jīng)濟合作社物聯(lián)網(wǎng)氣象站，用于監(jiān)測蝦稻共作地蝦溝水面以下60 cm處水溫。水溫資料時間長度為2022年7月1日至8月31日。常規(guī)氣象資料取自全椒國家基本氣象站（以下簡稱“全椒站”），兩者相距20 km左右。通過逐步回歸方法分別建立稻蝦園7、8月最高水溫、最低水溫、平均水溫預(yù)測模型[1]。小氣候相關(guān)要素包括氣溫、日照、暴雨、二氧化碳濃度、相對濕度5個因子。

2 小氣候特征

2.1 氣溫

研究表明，20～32 ℃小龍蝦生長較好。氣溫高于32 ℃時，小龍蝦的生長速度有下降趨勢[2]；氣溫高于35 ℃時，小龍蝦攝食減少，食欲減退，體質(zhì)變?nèi)?，免疫力下降，容易發(fā)生病害。高溫天氣，較高氣溫導(dǎo)致小龍蝦翻塘，藍藻災(zāi)害產(chǎn)生，食欲不好導(dǎo)致剩余餌料沉淀至水底；水中各種病毒、細菌滋生增多，加重了小龍蝦爛尾、爛殼病的發(fā)生概率。當(dāng)高溫日數(shù)超過7 d時，小龍蝦可能會死亡。小龍蝦生性好斗，天氣炎熱時，為了占領(lǐng)水草等隱身地，爭斗打殺更甚，傷亡劇增。因此，對小龍蝦夏季水溫和氣溫的研究格外有意義[3]。

本研究分別選取稻蝦園晴天（2022年8月14日）、陰天（2022年8月27日）氣溫和水溫（21時到次日20時）進行分析，水溫、氣溫日變化趨勢如圖1所示。由圖1可以看出，不管是晴天還是陰天，水溫與氣溫的日變化趨勢趨于一致。氣溫日變化大于水溫，水溫升溫和降溫則在氣溫之后，其原因是水的比熱容大于空氣，所以水溫的變化幅度小，變化有延遲。水溫和氣溫在晴天的日變化幅度均比陰天明顯。水溫的小時最高值和最低值出現(xiàn)時間均晚于氣溫。陰天時水溫和氣溫最高值出現(xiàn)在16—17時，晴天時水溫最高值出現(xiàn)在17—18時（氣溫16—17時），陰天時水溫最低值在06—07時（氣溫05—06時），晴天時水溫最低值在05—06時（氣溫04—05時）。

2.2 日照

全椒日照資源較為豐富，分析2003—2022年總?cè)照諘r數(shù)，大致范圍1 500～2 100 h，日照平均值為1 858 h左右（圖2），年日照百分率為42%左右。從圖3可以看出，日照時數(shù)根據(jù)季節(jié)性變化，春季（3—5月）日照時數(shù)明顯增加，且在一年四季中日照時數(shù)最高；夏季（6—8月），6月日照時數(shù)減少，這是因為6月進入梅雨期，降水量增多，日照時數(shù)減少；7月上旬出梅后期受副高控制，晴熱高溫，日照時數(shù)遞增；秋季易出現(xiàn)連續(xù)陰雨和大霧天氣，日照時數(shù)減少；冬季易有低云天氣，霧霾天氣頻發(fā)，日照時數(shù)減少。全椒屬丘陵區(qū)，光照充足，四季差別大，3—10月的月平均日照時數(shù)均超過140 h[4]，9月略低一點，這期間光照充裕，時間節(jié)點正是稻蝦生長與繁殖旺季，有利于稻蝦的生長發(fā)育[5]。

2.3 降水

近20年來，全椒地區(qū)年平均降水量1 053 mm。由圖4可看出，全椒月均降水量分布不均，夏季降水偏多，其中7月降水量最大（230 mm），冬季降水偏少，其中12月降水量最少（20 mm）。5—9月為全椒的主汛期，降水較為集中，占全年的65%左右[3]；6—7月處于梅雨期，8月易受到臺風(fēng)影響，因此6—8月降水量高于其他月份。全椒本站每年的暴雨日數(shù)不多，平均在3.8 d左右。20年里每年都出現(xiàn)暴雨天氣，其中最多的一年出現(xiàn)7場暴雨；有40%左右的年份出現(xiàn)大暴雨，年平均日數(shù)不足1 d，最多的一年出現(xiàn)3場大暴雨[5]；特大暴雨在2003—2022年中有2年出現(xiàn)過2次，有3年出現(xiàn)過1次。全椒稻蝦養(yǎng)殖在5—9月出現(xiàn)暴雨災(zāi)害的可能性較大。研究表明，蝦一般喜歡逆水而上，特別在暴雨環(huán)境中，會出現(xiàn)逃竄至塘邊的現(xiàn)象，對稻蝦養(yǎng)殖產(chǎn)生不利的影響。特別在暴雨天氣集中時，稻蝦會隨著水流逃走，需要排澇來緩解災(zāi)情。當(dāng)降水頻繁且降水強度較大時，易造成稻田漬澇害發(fā)生，水稻病蟲害發(fā)展，稻田與蝦溝串水，導(dǎo)致殘留肥料和農(nóng)藥進入蝦溝，引發(fā)小龍蝦死亡[6]。

2.4 二氧化碳濃度

稻蝦田二氧化碳濃度日變化如圖5所示。總體上看，稻蝦田二氧化碳濃度的日變幅不大。晴天二氧化碳濃度整體變化幅度大于陰天，呈波浪變化，陰天幾乎無變化。研究表明，高濃度的二氧化碳會引起稻蝦產(chǎn)生缺氧反應(yīng)，出現(xiàn)浮頭、抽筋甚至死亡的現(xiàn)象[7]，因此二氧化碳濃度的監(jiān)測格外重要，通過對二氧化碳濃度的監(jiān)測調(diào)節(jié)水中二氧化碳的濃度。

2.5 相對濕度

分別挑選晴天（2022年8月14日）、陰天（2022年8月27日）稻蝦園相對濕度和全椒站進行對比，變化趨勢如圖6所示。從圖6可以看出，稻蝦園晴天的相對濕度日變化幅度較大，陰天相對濕度日變化幅度小，陰天的相對濕度變化幅度較晴天平緩；晴天最高相對濕度出現(xiàn)在5—6時，陰天最高相對濕度出現(xiàn)時間比晴天稍推遲；晴天最低相對濕度均出現(xiàn)在15時，陰天最低相對濕度均出現(xiàn)在18時，滯后于晴天。與全椒站對比，相對濕度日變化走勢兩者總體一致。無論晴天、陰天，稻蝦田相對濕度高于全椒站，這是因為稻蝦田水體蒸發(fā)導(dǎo)致濕度增加[8]。

3 水溫變化規(guī)律

3.1 7—8月水溫變化

研究表明，水溫的變化與氣溫有較大的聯(lián)系，雖然水溫與氣溫傳播介質(zhì)的比熱容不同，但水溫與氣溫存在線性相關(guān)性[5]。全椒縣2022年7—8月最高水溫、最低水溫、平均水溫變化趨勢基本一致（圖7）。水溫最高值為40.2 ℃，水溫≥35 ℃的日數(shù)為21 d，特別是7—8月全椒梅雨期過后受到副高控制，持續(xù)高溫天氣易引發(fā)干旱災(zāi)害天氣的發(fā)生，而這個時間正是龍蝦捕撈的季節(jié)，因此對7—8月水溫進行預(yù)報很有必要[6]。

3.2 7—8月水溫和氣溫月變化

全椒縣2022年7月1日至2022年8月31日水溫、氣溫變化如圖8所示，從圖8可以看出，水溫與氣溫日變化趨于一致，稻蝦水溝水溫隨氣溫的變化而變化，但水溫變化幅度比氣溫小，且略滯后于氣溫，這是因為水的比熱容大。最高水溫、最低水溫、平均水溫均低于氣溫，其中最高水溫與最高氣溫的差異最明顯。水溫最高為40.2 ℃，水溫≥35 ℃的日數(shù)為21 d；平均水溫變化略滯后于平均氣溫[1]。

4 水溫預(yù)報模型與驗證

4.1 相關(guān)分析

蝦稻共作地蝦溝水溫與氣溫有很好的一致性[9]，月、日變化規(guī)律較一致，但有一定的差異，水溫變化與氣溫對比有延遲，需要多挑選氣象因子進行分析。

研究表明，水溫不僅與當(dāng)日的氣溫有關(guān)[10]，將全椒縣2022年7—8月逐日最高水溫、最低水溫、平均水溫與最高氣溫、平均氣溫、最低氣溫、前1日的最高水溫、前1日的平均水溫、前1日的最低水溫、前1日的最高氣溫、前1日的平均氣溫、前1日的最低氣溫進行相關(guān)分析，挑選出與水溫相關(guān)性較強的氣象要素。結(jié)果表明，最低水溫與前1日平均氣溫、前1日最低氣溫、前1日最低水溫相關(guān)性較大，最高水溫與前1日平均氣溫、前1日最高水溫、當(dāng)天最高氣溫、當(dāng)天平均氣溫相關(guān)性較大；平均水溫與前1日平均氣溫、當(dāng)前平均水溫相關(guān)性較大。因此，可以選取相關(guān)的氣象要素作為預(yù)報因子，預(yù)測平均水溫、最高水溫、最低水溫[1]。

4.2 水溫預(yù)報模型

采用逐步線性回歸法，建立日平均水溫、日最高水溫、日最低水溫預(yù)報模型（S為水溫，T為氣溫），Tmax、Tavg、Tmin分別為最高氣溫、平均氣溫、最低氣溫，S1max、S1avg、S1min分別為前1日最高水溫、前1日平均水溫、前1日最低水溫，T1max、T1avg、T1min分別為前1日最高氣溫、前1日平均氣溫、前1日最低氣溫，Smax、Savg、Smin分別為、平均水溫、最低水溫，公式如下：

最高水溫公式：Smax=0.446S1max+0.427Tmax-0.717Tavg + 1.007T1avg-1.317 9

最低水溫公式：Smin=0.217T1avg+0.512Tmin-0.027T1min+3.292

平均水溫公式：Savg=0.662T1avg+0.221S1avg+0.451

逐步線性回歸模型能較好地預(yù)測水溫。水溫實測值與預(yù)測值的線性方程關(guān)系見圖9。實測最高水溫與預(yù)測最高水溫、實測最低水溫與預(yù)測最低水溫、實測平均水溫與預(yù)報平均水溫相關(guān)系數(shù)R2分別為0.778 2、0.884 7、0.820 9，水溫預(yù)報模型精度較高。

5 結(jié)論與討論

稻蝦共作模式蝦溝7—8月水溫的變化主要隨氣溫的變化而變化，水溫（60 mm）總體低于氣溫，水溫變化幅度比氣溫小，且晚于氣溫。陰天水溫和氣溫最高值出現(xiàn)在16—17時，晴天水溫最高值出現(xiàn)在17—18時（氣溫16—17時），陰天水溫最低值在6—7時（氣溫5—6時），晴天時水溫最低值在5—6時（氣溫4—5時）。

水溫與氣溫之間的相關(guān)性分析表明，最低水溫與前1日平均氣溫、前1日最低氣溫、前1日最低水溫相關(guān)性較大；最高水溫與前1日平均氣溫、前1日最高水溫、當(dāng)天最高氣溫、當(dāng)天平均氣溫相關(guān)性較大；平均水溫與前1日平均氣溫、當(dāng)前平均水溫相關(guān)性較大。運用逐步回歸分析法建立稻蝦平均水溫、最高水溫、最低水溫預(yù)報預(yù)測模型，模型預(yù)報值與實測值相關(guān)系數(shù)在0.778～0.884，具有較高的精度。

赤鎮(zhèn)稻蝦合作社建站1年多，時間較短，離全椒站有一定的距離，存在設(shè)備維護不及時等情況，導(dǎo)致部分時段水溫數(shù)據(jù)缺失或者異常，且資料時間長度不長，數(shù)據(jù)樣本有限，后期將進一步收集水溫資料，建立更加精細的水溫預(yù)測模型。

參考文獻

[1] 楊青青，曾月，鄧艷君，等.稻蝦共作模式蝦溝水溫預(yù)報模型研究[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2021，49（5）：194-199.

[2] 倪玉紅，孫擎，王學(xué)林，等.盱眙龍蝦池塘夏季水溫與溶解氧變化特征及預(yù)報模型研究[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2015，31（32）：33-39.

[3] 徐瓊芳，王權(quán)民，陶忠虎，等.蝦稻共作地蝦溝水溫與氣溫的關(guān)系及其預(yù)報研究[J].江西農(nóng)業(yè)學(xué)報，2020，32（2）：98-104.

[4] 黃凡，袁良，趙羽佳.襄陽市近55年日照變化規(guī)律及影響因素[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2016（2）：241-242.

[5] 劉襄河，孔江紅.湖北襄陽地區(qū)蝦蟹養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)與氣象因子關(guān)系研究[J]. 農(nóng)學(xué)學(xué)報，2020，12（7）：74-80.

[6] 鄧愛娟，劉敏，劉志雄，等.洪湖地區(qū)養(yǎng)殖魚塘春夏季水溫變化及預(yù)報研究[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2013，29（29）：61-68.

[7] 王永紅，陳秀成，趙秋榮，等.“盱眙龍蝦”養(yǎng)殖氣象條件分析及農(nóng)事建議[C]//第27屆中國氣象學(xué)會年會現(xiàn)代農(nóng)業(yè)氣象防災(zāi)減災(zāi)與糧食安全分會場論文集.北京，2010：411-413.

[8] 陳翔，徐建春，王明珠，等.洪澤湖地區(qū)“一稻三蝦”模式氣象致災(zāi)因子分析[J]. 水產(chǎn)養(yǎng)殖，2020，41（5）：4-8.

[9] 劉非，李金枝.黃河三角洲地區(qū)氣象條件對南美白對蝦生長的綜合分析[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，57（14）：102-104.

[10] 張德林，李軍，薛正平，等.設(shè)施魚塘冬春季水溫日變化特點及其與外界氣溫的統(tǒng)計模式[J].上海農(nóng)業(yè)學(xué)報，2010，26（1）：60-64.

（責(zé)編：何 艷）