湖北省池塘水溫預報技術研究

摘要：根據武漢市2009-2011年的水體溫度數據和臺站氣溫要素，通過Matlab進行多元逐步回歸分析構建0.2～1.0 hm2池塘的水體溫度預報預測模型，并在武漢和荊州兩地進行了驗證。結果表明，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水溫變化較小；水溫隨氣溫變化而變化，但明顯有滯后。水體溫度預報預測模型的R2均在0.8以上，擬合效果好。經驗證，各模型預測精度較高，具有較好的可靠性和普適性，可用于池塘水溫的預報。

關鍵詞：水溫；池塘；多元逐步回歸；預測模型

中圖分類號：Q178 文獻標識碼： A 文章編號：0439-8114（2013）11-2539-04

湖北省被稱為“千湖之省”，2010年水產品產量達到353萬t，連續14年全國排名第一，水產品產量占全國的1/5，全省農民增收的1/3來自水產，是名副其實的水產大省。水產養殖作為一項對水資源、水環境有特殊要求的產業形式，其與水環境的關系成為近期國內外研究的重點。水產養殖基本上是露天作業，在很大程度上受氣象因素制約，氣象條件與水產養殖關系密切，及時掌握氣象信息，有效應對天氣變化給養殖帶來的問題，可為水產養殖提供保障，有利于提高水產業生產能力，促進其健康發展；若不能正確并及時應對不利氣象條件，就可能導致養殖生產的巨大損失。因此，如何加強水產養殖氣象保障關鍵技術研究，提高水產養殖氣象服務水平，提升水產養殖減災防災能力，保障水產養殖安全生產已經成為湖北農業生產的關鍵內容。

水溫是水產養殖最重要的生態因子之一，不僅各水質要素均與水溫有關，水體中的魚類及其他水生生物對水溫都非常敏感。為了預測水體溫度的變化，許多學者進行了大量研究。葉守澤等[1]、雒文生等[2]進行了水庫的二維水溫計算；鄧云等[3]進行了水庫水溫、水質預測研究；張元奎等[4]對煙威春季漁場的水溫均值進行了預報研究；許桂水等[5]運用MAPT模型全年預測水產養殖池塘水溫；錢小蓉[6]建立了溫室池塘系統熱力學特征模型，應用于池塘水溫預測及調控；杜堯東[7]利用熱平衡方程分析了熱傳遞、對流及熱輻射效應，建立了水溫預測模型。

目前對水體溫度的研究多集中在湖泊、水庫等大型水體或流動水體，對養殖池塘水體的研究較少。而對池塘水溫預測的研究多數基于熱力學特征模型研究，變量因子較多，實際應用受到一定限制。本研究擬從武漢市實際資料出發，以面積在0.2～1.0 hm2的池塘為研究對象，監測池塘中水體溫度的氣象變化規律，并基于自回歸分析構建預測模型，為湖北省池塘水溫預報提供一定的科學依據。

1 材料與方法

1.1 數據資料

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

1.1.2 自動站數據 來自武漢區域自動站2009年1月至2011年12月的氣溫要素的日數據，包括日平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫。

1.2 方法

以武漢精養魚池觀測所得3年逐小時水溫作為研究數據，分析不同層次水溫與氣象要素之間的相關關系，得出水溫的變化規律；采用逐步回歸的數理統計方法分析氣象要素與水溫之間的關系，研究分層水溫預報模型，并用武漢和荊州數據對模型進行驗證。

2 溫度預報預測模型

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行正常的發育和繁殖。對漁業來說，水溫過高或過低都可能導致嚴重后果[6，7]。

2.1 水溫分布特點

由于水溫各個月份的分布狀況區別不大，以2010年5月水溫觀測數據為例，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系，研究池塘水溫的分布規律。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，其最低值均出現在上午6時左右，最高值出現在下午16時以后，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存大量熱量，而在夜間冷卻期間將儲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律。30 cm水層最低溫度出現在上午7時，為22.5 ℃；最高溫度出現在下午17時，為24.5 ℃。氣溫最低值為上午6時，為18.2 ℃；最高值為中午14時，為25.0 ℃。表明30 cm水層水溫隨氣溫變化而變化，但明顯有滯后發生，其池深度水層也有類似的現象。這主要是由于水體的熱容量大、水面的蒸發以及熱量在水中傳導需要時間造成的。

3 結論

本研究通過水質在線儀觀測的分層水溫和氣象資料，運用統計分析的方法，分析了面積在0.2～1.0 hm2池塘的分層水溫變化規律，建立了不同層次的水溫預報模型，結果如下：

1）確定了水溫三大特點：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報預測模型并通過了模型檢驗，水體溫度的預報預測模型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；相同預報內容和水深條件下，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：

[1] 葉守澤，夏 軍，郭生練，等.水庫水環境模擬與評價[M].北京：中國水利水電出版社，1994.

[2] 雒文生，宋星原.水環境分析及預測[M].武漢：武漢水利電力大學出版社，2000.

[3] 鄧 云，李 嘉，李克鋒，等.紫平鋪水庫水溫預測研究[J].水利水電技術，2003，34（9）：50-52.

[4] 張元奎，耿孝同.春季煙威漁場水溫均值預報[J].海洋預報，1996（2）：77-80.

[5] 許桂水，王東方，陳鐵帥.水溫及其預報方法初探[J].工科數學，2002（1）：17-22.

[6] 錢小蓉.水庫水溫預測模型研究[J].重慶大學學報（自然科學版），1997，20（3）：134-140.

[7] 杜堯東.廣州地區冬季魚塘水溫特征及其預測預報[J].生態學雜志，2004，23（4）：52-56.