摘要：根據(jù)武漢市2009-2011年的水體溫度數(shù)據(jù)和臺(tái)站氣溫要素，通過Matlab進(jìn)行多元逐步回歸分析構(gòu)建0.2～1.0 hm2池塘的水體溫度預(yù)報(bào)預(yù)測模型，并在武漢和荊州兩地進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明，不同深度和不同天氣條件下水溫變化幅度不同，在水體較深處和陰天時(shí)水溫變化較??；水溫隨氣溫變化而變化，但明顯有滯后。水體溫度預(yù)報(bào)預(yù)測模型的R2均在0.8以上，擬合效果好。經(jīng)驗(yàn)證，各模型預(yù)測精度較高，具有較好的可靠性和普適性，可用于池塘水溫的預(yù)報(bào)。

關(guān)鍵詞：水溫；池塘；多元逐步回歸；預(yù)測模型

中圖分類號(hào)：Q178 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：0439-8114（2013）11-2539-04

湖北省被稱為“千湖之省”，2010年水產(chǎn)品產(chǎn)量達(dá)到353萬t，連續(xù)14年全國排名第一，水產(chǎn)品產(chǎn)量占全國的1/5，全省農(nóng)民增收的1/3來自水產(chǎn)，是名副其實(shí)的水產(chǎn)大省。水產(chǎn)養(yǎng)殖作為一項(xiàng)對(duì)水資源、水環(huán)境有特殊要求的產(chǎn)業(yè)形式，其與水環(huán)境的關(guān)系成為近期國內(nèi)外研究的重點(diǎn)。水產(chǎn)養(yǎng)殖基本上是露天作業(yè)，在很大程度上受氣象因素制約，氣象條件與水產(chǎn)養(yǎng)殖關(guān)系密切，及時(shí)掌握氣象信息，有效應(yīng)對(duì)天氣變化給養(yǎng)殖帶來的問題，可為水產(chǎn)養(yǎng)殖提供保障，有利于提高水產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)能力，促進(jìn)其健康發(fā)展；若不能正確并及時(shí)應(yīng)對(duì)不利氣象條件，就可能導(dǎo)致養(yǎng)殖生產(chǎn)的巨大損失。因此，如何加強(qiáng)水產(chǎn)養(yǎng)殖氣象保障關(guān)鍵技術(shù)研究，提高水產(chǎn)養(yǎng)殖氣象服務(wù)水平，提升水產(chǎn)養(yǎng)殖減災(zāi)防災(zāi)能力，保障水產(chǎn)養(yǎng)殖安全生產(chǎn)已經(jīng)成為湖北農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵內(nèi)容。

水溫是水產(chǎn)養(yǎng)殖最重要的生態(tài)因子之一，不僅各水質(zhì)要素均與水溫有關(guān)，水體中的魚類及其他水生生物對(duì)水溫都非常敏感。為了預(yù)測水體溫度的變化，許多學(xué)者進(jìn)行了大量研究。葉守澤等[1]、雒文生等[2]進(jìn)行了水庫的二維水溫計(jì)算；鄧云等[3]進(jìn)行了水庫水溫、水質(zhì)預(yù)測研究；張?jiān)萚4]對(duì)煙威春季漁場的水溫均值進(jìn)行了預(yù)報(bào)研究；許桂水等[5]運(yùn)用MAPT模型全年預(yù)測水產(chǎn)養(yǎng)殖池塘水溫；錢小蓉[6]建立了溫室池塘系統(tǒng)熱力學(xué)特征模型，應(yīng)用于池塘水溫預(yù)測及調(diào)控；杜堯東[7]利用熱平衡方程分析了熱傳遞、對(duì)流及熱輻射效應(yīng)，建立了水溫預(yù)測模型。

目前對(duì)水體溫度的研究多集中在湖泊、水庫等大型水體或流動(dòng)水體，對(duì)養(yǎng)殖池塘水體的研究較少。而對(duì)池塘水溫預(yù)測的研究多數(shù)基于熱力學(xué)特征模型研究，變量因子較多，實(shí)際應(yīng)用受到一定限制。本研究擬從武漢市實(shí)際資料出發(fā)，以面積在0.2～1.0 hm2的池塘為研究對(duì)象，監(jiān)測池塘中水體溫度的氣象變化規(guī)律，并基于自回歸分析構(gòu)建預(yù)測模型，為湖北省池塘水溫預(yù)報(bào)提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)資料

1.1.1 水溫?cái)?shù)據(jù) 江蘇省無線電科學(xué)研究所有限公司ZQZ水溫觀測設(shè)備觀測的2009年1月至2011年8月東西湖區(qū)有代表性地點(diǎn)面積在0.2～1.0 hm2的池塘水溫分層觀測數(shù)據(jù)（30、60、100、150 cm），數(shù)據(jù)記錄頻率1 h/次，精度0.1 ℃。

1.1.2 自動(dòng)站數(shù)據(jù) 來自武漢區(qū)域自動(dòng)站2009年1月至2011年12月的氣溫要素的日數(shù)據(jù)，包括日平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫。

1.2 方法

以武漢精養(yǎng)魚池觀測所得3年逐小時(shí)水溫作為研究數(shù)據(jù)，分析不同層次水溫與氣象要素之間的相關(guān)關(guān)系，得出水溫的變化規(guī)律；采用逐步回歸的數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法分析氣象要素與水溫之間的關(guān)系，研究分層水溫預(yù)報(bào)模型，并用武漢和荊州數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證。

2 溫度預(yù)報(bào)預(yù)測模型

水溫是淡水魚正常生長所需要的重要條件，大部分魚類都需要一定的水溫來進(jìn)行正常的發(fā)育和繁殖。對(duì)漁業(yè)來說，水溫過高或過低都可能導(dǎo)致嚴(yán)重后果[6，7]。

2.1 水溫分布特點(diǎn)

由于水溫各個(gè)月份的分布狀況區(qū)別不大，以2010年5月水溫觀測數(shù)據(jù)為例，分析30、60、100、150 cm深度水溫與天氣條件、氣溫以及深度間的關(guān)系，研究池塘水溫的分布規(guī)律。圖1是月平均氣溫與不同層次的月平均水溫的比較，由圖1可知，不同層次的月平均水溫分布曲線具有一定的一致性，其最低值均出現(xiàn)在上午6時(shí)左右，最高值出現(xiàn)在下午16時(shí)以后，月平均水溫最高值為30 cm水層，為24.5 ℃；月平均水溫最低值為150 cm水層，為22.3 ℃。從變化幅度上看，30、60、100、150 cm水層月平均水溫及氣溫的日變化幅度分別為2.2、1.6、0.9、0.2和6.9 ℃。表明氣溫變化幅度比水溫變化幅度大，水溫變化幅度隨層次加深而減小，30 cm水層的水溫受氣溫影響較大。這主要是由于水的容積熱容量較大，水體在白天受熱期間可吸收并儲(chǔ)存大量熱量，而在夜間冷卻期間將儲(chǔ)存的熱量釋放出來所造成的。

由于30 cm深度水溫受氣溫影響比較明顯，分析了2010年5月30 cm水層月平均水溫與月平均氣溫變化規(guī)律。30 cm水層最低溫度出現(xiàn)在上午7時(shí)，為22.5 ℃；最高溫度出現(xiàn)在下午17時(shí)，為24.5 ℃。氣溫最低值為上午6時(shí)，為18.2 ℃；最高值為中午14時(shí)，為25.0 ℃。表明30 cm水層水溫隨氣溫變化而變化，但明顯有滯后發(fā)生，其池深度水層也有類似的現(xiàn)象。這主要是由于水體的熱容量大、水面的蒸發(fā)以及熱量在水中傳導(dǎo)需要時(shí)間造成的。

3 結(jié)論

本研究通過水質(zhì)在線儀觀測的分層水溫和氣象資料，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析的方法，分析了面積在0.2～1.0 hm2池塘的分層水溫變化規(guī)律，建立了不同層次的水溫預(yù)報(bào)模型，結(jié)果如下：

1）確定了水溫三大特點(diǎn)：①水溫層次越深，日變化越小，30 cm水層的水溫較易受到氣溫影響；②水溫隨氣溫變化而變化，但明顯有滯后；③不同天氣條件下水溫變化幅度不同，陰天變化較小。

2）建立了不同層次水體溫度的預(yù)報(bào)預(yù)測模型并通過了模型檢驗(yàn)，水體溫度的預(yù)報(bào)預(yù)測模型R2均在0.8以上，擬合效果良好。相同天氣和水深條件下，最高水溫的模擬效果普遍要差于最低水溫和平均水溫；相同預(yù)報(bào)內(nèi)容和水深條件下，陰天水溫的模擬效果普遍要差于晴天水溫和多云水溫。

參考文獻(xiàn)：

[1] 葉守澤，夏 軍，郭生練，等.水庫水環(huán)境模擬與評(píng)價(jià)[M].北京：中國水利水電出版社，1994.

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