高淑新　李軍林　孟微

摘 要：為了預(yù)報新民地區(qū)日光溫室內(nèi)最低溫度，防御寒冷月份棚內(nèi)植物冷凍害，在新民市氣象局建設(shè)日光溫室大棚，設(shè)立小氣候自動監(jiān)測系統(tǒng)，研究其棚內(nèi)溫度日變化規(guī)律，建立相關(guān)模式。結(jié)果表明：半坡式日光溫室溫度日變化呈“幾”型，隨著日照時間延長和外界氣溫的變化，棚內(nèi)日最高、最低氣溫出現(xiàn)的時間和溫度速率不同。在不同天氣條件、不同時間段，溫度變化速率及相關(guān)模式差異較大。棚內(nèi)外溫度日變化相關(guān)性顯著，棚內(nèi)外溫差日變化是隨著棚外溫度的升高而加大，隨著天氣變暖而減小。通過棚內(nèi)溫度變化速率建立日最低溫度預(yù)報模型，相對誤差在-7.9%～4.4%。最低溫度預(yù)報模型對于日光溫室生產(chǎn)防御低溫凍害提供了氣象預(yù)測手段，并可降低災(zāi)損成本。

關(guān)鍵詞：日光溫室；溫度；速率；預(yù)報模型；新民市

中圖分類號 P461 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2015）11-132-05

Abstract：In order to forecast the lowest temperature of heliogreenhouse in Xinmin City and protect plant from freezing injury in greenhouse in cold months，heliogreenhouse is built in Xinmin weather bureau. Microclimate automatic monitoring system is set to research regularity of a change in temperature in heliogreenhouse and to built related pattern. The result shows that the daily temperature changes of Banpo type heliogreenhouse likes type of “Ji”. The highest，lowest temperature and rate of temperature change in heliogreenhouse occurr at different time according to prolonged length of sunshine and outside temperature change. There is a large difference of temperature change rate and related pattern among different weather condition and time. The correlation of the daily temperature changes inside and outside of heliogreenhouse is significant. When outside temperature is high，it increase；when weather warming，it decrease. Through temperature change rate，the lowest temperature forecast model is built，and the relative error is between -7.9% and 4.4%. The lowest temperature forecast model provides weather forecast means for heliogreenhouse to protect plant from freezing injury. At the same time，it can reduce the cost of damage.

Key words：Heliogreenhouse；Temperature；Rate；Forecasting model；Xinmin City

近年來，科技人員從不同角度對日光溫室的設(shè)計[2-4]、栽培技術(shù)管理[5-7]以及棚內(nèi)小氣候變化進行了研究[8-10]，如宗英飛等[11]、吳克等[12]從日光溫室外部環(huán)境條件入手研究了設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)期光照資源變化和氣象災(zāi)害種類及發(fā)生頻率；鄒平等[13]則從日光溫室跨度變化上研究了棚內(nèi)光溫分布特征；劉可群等[14]、魏瑞江等[15]探討了日光溫室小氣候與大氣候的關(guān)系；李延林等[16]、劉軍利等[17]研究了日光溫室氣溫變化規(guī)律；趙統(tǒng)利等[18]探討了晴天、多云、雨天及雪天4種不同類型天氣條件下日光溫室內(nèi)外部溫度、光照強度等主要環(huán)境因子的日變化規(guī)律及其內(nèi)在關(guān)系；孫智輝等[19]建立了日光溫室揭簾時間農(nóng)業(yè)天氣預(yù)報指數(shù)；鐘巖等[20]對沈陽地區(qū)冬半年日光溫室草苫的揭蓋時間進行了模擬，建立了溫室草苫揭蓋時間的模型。這些研究成果對發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)起到了積極的推動作用，并產(chǎn)生了明顯的社會效益和經(jīng)濟效益[20-22]。為了進一步了解和掌握寒冷期日光溫室內(nèi)溫度變化特征，防御低溫冷凍害，筆者依據(jù)新民市氣象局棚內(nèi)實地小氣候監(jiān)測資料，分析了沈陽中部地區(qū)1～3月日光溫室溫度日變化規(guī)律、棚外氣溫對棚內(nèi)溫度的影響，并探索了棚內(nèi)最低溫度的預(yù)測方法，為設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展、防災(zāi)減災(zāi)提供氣象服務(wù)措施。

1 資料與方法

1.1 材料來源與實驗設(shè)計 2011、2012年10月至翌年4月在沈陽市新民市氣象局日光溫室設(shè)立小氣候監(jiān)測試驗。日光溫室墻體為磚土結(jié)構(gòu)，鋼筋骨架，淺棚為混凝土蓋板。日光溫室面向朝南偏東5°，半坡式拋物面采光，棚內(nèi)南北寬7m、東西長45m，高3.5m，大棚作業(yè)門位于西側(cè)。防老化PVC塑料無滴膜覆蓋，保溫材料為草簾。自動氣象站設(shè)在棚內(nèi)的中央位置，溫度感應(yīng)體距地面1.5m。自動氣象站5min間隔取值。棚外氣象資料來源于新民市氣象局，大棚與地面氣象觀測場距離80m。

1.2 分析方法 在Excel程序的支持下[23]，應(yīng)用氣候統(tǒng)計診斷分析技術(shù)對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行整理。運用線性趨勢變化及相關(guān)統(tǒng)計分析方法[24]研究大棚內(nèi)溫度變化規(guī)律以及與外界氣溫變化的相關(guān)性，分別建立了不同月份、不同天氣類型、不同時間段下的日光溫室溫度變化模式。按照日照時數(shù)將天氣分為晴天（≥3h）和陰天（<3h）2種天氣類型分別進行研究。

2 結(jié)果與分析

2.1 日光溫室溫度日變化 規(guī)定0：00～23：00為日周期。圖1、圖2顯示出1～3月份日光溫室溫度呈“幾”字型變化，在日光照射的時間內(nèi)，白天與夜間溫度變化存在較大的差異，晴天與陰天溫度變化不同，溫度變化幅度晴天大于陰天。日光溫室溫度日周期變化出現(xiàn)3個拐點，基本遵從“一升二降”變化過程，這與張國林[25]分析的結(jié)果相一致。

2.1.1 1月份日光溫室溫度日變化 表1所示，1月份晴天、陰天狀況下，不同時段溫度隨時間變化模型及相關(guān)顯著性。在晴天狀態(tài)下，日光溫室最低溫度出現(xiàn)在08：00，從起簾子開始升溫，最高溫度出現(xiàn)在13：40，升溫過程5h40min，速率為1.623℃/20min，每小時升高4.87℃。降溫階段從13：40起，止于翌日08：00，降溫過程18h20min；其中，第一次降溫稱為急速降溫階段在13：40～16：40，用3h，速率為-1.513℃/20min，每小時下降4.54℃；第二次降溫稱為緩慢降溫階段在16：40～翌日08：00，用15h20min，速率為-0.165℃/20min，每小時下降0.50℃。在陰天狀態(tài)下，起簾子較晴天晚，日光溫室最低溫度出現(xiàn)在09：00，之后開始升溫，最高溫度出現(xiàn)在14：00，升溫過程5h，升溫速率為0.875℃/20min，每小時升高1.92℃。降溫階段從14：00起，止于翌日09：00，降溫過程19h；其中，急速降溫階段在14：00～16：40，用2h40min，降溫速率為-0.773℃/20min，每小時下降2.63℃；緩慢降溫階段在16：40～翌日09：00，用16h20min，速率為-0.047℃/20min，每小時下降0.14℃。

2.1.2 2月份日光溫室溫度日變化 表2所示，2月份晴天、陰天狀況下，不同時段溫度隨時間變化模型及相關(guān)顯著性。隨著日照時間的延長，2月份日光溫室溫度變化的拐點相對1月份有所不同，升溫、降溫的速率也存在著較大的差異。在晴天狀態(tài)下，上午07：40起開始升溫，13：20溫度達到最高，升溫過程5h40min，速率為1.297℃/20min，每小時升高3.89℃。降溫階段從13：20起，止于翌日07：40，降溫過程18h20min；其中，急速降溫階段在13：20～17：20，用4h，速率為-0.927℃/20min，每小時下降2.78℃；緩慢降溫階段在17：20～翌日07：40，用14h20min，速率為

-0.182/20min，每小時下降0.55℃。在陰天狀態(tài)下，上午08：20時起開始升溫，13：20溫度達到最高，升溫過程5h，速率為0.67℃/20min，每小時升高2.01℃。降溫階段從13：20起，止于翌日08：20，降溫過程19h；其中，急速降溫階段在13：20～17：20，用4h，速率為-0.638℃/20min，每小時下降1.91℃；緩慢降溫階段在17：20～翌日08：20，用15h，速率為-0.067℃/20min，每小時下降0.20℃。

2.1.3 3月份日光溫室溫度日變化 表3所示，3月份晴天、陰天狀況下，不同時段溫度隨時間變化模型及相關(guān)顯著性。3月份溫變的3個拐點與1月、2月存在時間位移和速率的不同。在晴天狀態(tài)下，上午07：00起開始升溫，13：00溫度達到最高，升溫過程6h，速率為1.130℃/20min，每小時升高3.39℃。降溫階段從13：00時起，止于翌日07：00，降溫過程18h；其中，急速降溫階段在13：00～17：40，用4h40min，速率為-0.677℃/20min，每小時下降2.03℃；緩慢降溫階段在17：40～翌日07：00，用13h20min，速率為-0.168℃/20min，每小時下降0.50℃。在陰天狀態(tài)下，上午07：40起開始升溫，13：00溫度達到最高，升溫過程5h20min，速率為0.531℃/20min，每小時升高1.59℃。降溫階段從13：00起，止于翌日07：40，降溫過程18h40min；其中，急速降溫階段在13：00～17：40，用4h40min，速率為-0.493℃/20min，每小時下降1.48℃；緩慢降溫階段在17：40～翌日07：40，用14h，速率為-0.039℃/20min，每小時下降0.12℃。

2.2 日光溫室內(nèi)外溫度的關(guān)系 大棚內(nèi)、外同一時間平均溫度相關(guān)系數(shù)達到極顯著水平，在晴天狀況下1～3月棚內(nèi)、外溫度相關(guān)系數(shù)分別為0.958 2、0.964 7、0.961 5（P<0.01），在陰天狀況下1～3月棚內(nèi)、外溫度相關(guān)系數(shù)分別為0.876 0、0.829 6、0.932 8（P<0.01），說明棚內(nèi)溫度隨著大氣溫度的變化而變化，并受大氣溫度變化所控制。棚內(nèi)、外日平均、日最高、日最低特征溫度的相關(guān)系數(shù)并不顯著，這與張索鐵[26]研究的結(jié)果相悖。從圖3、圖4可以看出，日光溫室內(nèi)、外溫度差的日變化隨著溫度的升高而增大，晴天與陰天有著相同的變化趨勢。在晴天狀況下18：00～翌日07：00沒有光照的情況下日光溫室內(nèi)、外溫差變化幅度較小，1月份在20.0～21.7℃，2月份在19.2～21.1℃，3月份在15.0～16.2℃，在有光照情況下07：00～18：00溫差變化呈拋物線型分布。寒冷的1月份日光溫室內(nèi)、外溫差大于2月和3月。1～3月份室內(nèi)、外溫差最小值出現(xiàn)在08：00左右，分別為17.6℃，17.5℃和12.8℃。

2.3 最冷1月份日光溫室最低溫度預(yù)報模式初探 通過日光溫室內(nèi)溫度變化速率預(yù)測翌日08：00棚內(nèi)最低溫度。根據(jù)以上分析1月份20：00～翌日08：00棚內(nèi)溫度變化趨勢穩(wěn)定，可建立棚內(nèi)溫度多項式擬合模型（19）：

擬合模型復(fù)相關(guān)系數(shù)為0.997 6（P<0.01）達到極顯著水平，模型中時間（h）節(jié)點為20min間隔，取值范圍為1≤h≤38；T為時間節(jié)點棚內(nèi)溫度。通過（19）式計算得出20：00～翌日08：00棚內(nèi)溫度變化模擬預(yù)測值（Ti）及20：00預(yù)測值（T1）至每個節(jié)點（Ti）的溫變速率（ai）（見表4）。模擬值與實測值通過F0.01值檢驗，相關(guān)系數(shù)達到0.997 8（P<0.01）極顯著，絕對誤差在-0.26～0.12℃，平均相對誤差為-0.6%。通過h1至hi+1各個時間點間的模擬溫度變化速率（ai），建立棚內(nèi)20：00至翌日08：00各個時間節(jié)點溫度預(yù)報模式（20）：

式中：Ti為棚內(nèi)節(jié)點溫度，T1為棚內(nèi)19：40（起點）溫度，ai為棚內(nèi)模擬溫度速率，hi+1為時間節(jié)點序列2，3……38。

應(yīng)用式（20）對2012年1月26日至31日進行回代檢驗，絕對誤差在-0.2～0.3℃，相對誤差在-7.9%～4.4%。

例如：2012年1月30日T1=9.0℃，hi=38時，ai=-0.112℃/20min，通過（20）式預(yù)報得到翌日08：00T38=4.7℃，比實測值4.5℃偏高0.2℃，相對誤差為4.4%。2012年1月31日T1=7.8℃，hi=38時，ai=-0.112℃/20min，通過（20）式預(yù)報得到翌日08：00T38=3.5℃，比實測值3.8℃偏低0.3℃，相對誤差為-7.9%。

3 結(jié)論與討論

（1）新民地區(qū)日光溫室內(nèi)最高、最低溫度出現(xiàn)時間各月不同，在晴天狀況下，1月份日最高溫度出現(xiàn)在13：40，日最低溫度出現(xiàn)在08：00，2月份最高在13：20，最低在07：40，3月份最高在13：00，最低在07：00。在陰天狀況下，1月份日最高溫度在14：00，最低溫度出現(xiàn)在09：00，2月份最高在13：20，最低在08：20，3月份最高在13：00，最低在07：40。棚內(nèi)最低溫度出現(xiàn)時間與日出時間的早晚有直接關(guān)系。1月日出時間和起簾子時間較2～3月晚，所以最低溫度出現(xiàn)時間相對滯后。

（2）日光溫室內(nèi)的溫度日變化，為“一升二降”變化過程。晴天狀況下，1月份升溫用5h40min，棚內(nèi)溫度可升高27.6℃，降溫用18h20min，棚內(nèi)溫度可下降21.3℃；2月升溫用5h40min，棚內(nèi)溫度可升高22.1℃，降溫用18h20min，棚內(nèi)溫度可下降19.0℃；3月升溫用6h，棚內(nèi)溫度可升高20.3℃，降溫用18h，棚內(nèi)溫度可下降16.1℃。陰天狀況下，1月份升溫用5h，棚內(nèi)溫度可升高9.6℃，降溫用19h，棚內(nèi)溫度可下降9.5℃；2月升溫用5h，棚內(nèi)溫度可升高10.1℃，降溫用19h，棚內(nèi)溫度可下降10.4℃；3月升溫用5h20min，棚內(nèi)溫度可升高8.5℃，降溫用18h40min，棚內(nèi)溫度可下降9.2℃。在不同天氣條件、不同時間段溫度變化速率及相關(guān)模式差異較大。寒冷一月份大棚內(nèi)溫度升高迅速，而較暖的2～3月份升溫則較慢，這是因為在大棚管理過程中，為了蔬菜正常生長限制棚內(nèi)高溫傷害，進行降溫排濕處理所致，并非棚內(nèi)最高溫度的真實反映；隨著天氣逐漸變暖，棚內(nèi)溫度上升、下降逐漸減緩這是正常反響。

（3）日光溫室內(nèi)溫度受外界氣溫變化的制約，溫度日變化具有顯著地相關(guān)性。在有光照（08：00～18：00）情況下，棚內(nèi)、外溫差日變化隨著外界氣溫的升高而加大，在無光照（18：00～翌日07：00）情況下，棚內(nèi)、外溫差日變化較穩(wěn)定，日出起簾子時（07：00～09：00）棚內(nèi)、外溫差最小。同一時間棚內(nèi)、外溫度相關(guān)性顯著，棚內(nèi)、外溫差日變化是隨著棚外溫度的升高而加大，隨著天氣變暖而減小。

（4）在日光溫室生產(chǎn)過程中，棚內(nèi)最低溫度是生產(chǎn)上的限制因子，因此最低溫度預(yù)測預(yù)報對生產(chǎn)管理具有實際意義。張索鐵[26]運用棚內(nèi)外溫度相關(guān)性建立了最低溫度預(yù)報模式，而袁靜[27]則通過篩選相關(guān)因子建立了棚內(nèi)最低溫度預(yù)報模型，均有一定的實用價值。本研究是通過分析棚內(nèi)溫度日變化速率建立了最冷月（1月）最低溫度預(yù)報模型，絕對誤差在-0.2～0.3℃，相對誤差在-7.9%～4.4%。預(yù)報模型是建立在棚內(nèi)溫度觀測基礎(chǔ)上，運用溫度變化速率來完成的，所以此最低溫度預(yù)報模型適用于大棚專業(yè)戶使用，如果作為氣象預(yù)報服務(wù)手段還應(yīng)考慮環(huán)境氣候因子，如棚內(nèi)外溫差、風速、天氣狀況等，還需進一步對模型訂正與研究。為了防御日光溫室生產(chǎn)中低溫凍害的發(fā)生，開展棚內(nèi)最低溫度監(jiān)測與診斷預(yù)報研究非常必要。建立最冷月（旬）棚內(nèi)最低溫度預(yù)測預(yù)報模式，以便于專業(yè)戶在生產(chǎn)管理上應(yīng)用，可在減少災(zāi)損方面體現(xiàn)出一定的經(jīng)濟價值。

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（責編：張宏民）