不同天氣條件下山西日光溫室內(nèi)溫度特征分析

李海濤　王志偉

摘 要：選取2013年冬季12月至翌年2月時(shí)段，運(yùn)用WatchDog B102紐扣式溫度記錄儀，連續(xù)觀測(cè)、記錄天鎮(zhèn)、榆次和運(yùn)城的6座日光溫室內(nèi)部不同空間（北、中、南）、不同層次（0.5 m、1 m和1.5 m）下的氣溫，在統(tǒng)計(jì)、分析氣溫?cái)?shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，深入分析、研究了溫室內(nèi)外氣溫變化的相關(guān)性、溫室內(nèi)氣溫在時(shí)間和空間尺度上的變化。研究結(jié)果表明，在不同的天氣條件下，溫室內(nèi)外的溫度日變化趨勢(shì)比較一致。晴天時(shí)，溫室內(nèi)外溫度的差異最大，曇天次之，陰天最小。運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法分析可知，在不同的天氣條件下，溫室內(nèi)部、外部的日平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫都具有顯著的相關(guān)性，相關(guān)性都通過了0.01的顯著性檢驗(yàn)。另外，溫室內(nèi)氣溫從北到南依次遞減，從上到下依次遞減。這個(gè)結(jié)果為農(nóng)戶合理安排蔬菜種植提供了參考。

關(guān)鍵詞：溫度；天氣類型；日光溫室；大棚

中圖分類號(hào)：S625 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.18.017

目前，關(guān)于日光溫室的研究多集中在溫室結(jié)構(gòu)性能、建筑材料、采光、保暖、供熱、通風(fēng)、平衡施肥、節(jié)水灌溉和病蟲害防治等方面。對(duì)日光溫室內(nèi)溫度環(huán)境的研究也時(shí)有報(bào)道，孫治強(qiáng)等曾研究過黃淮改良型日光溫室內(nèi)不同部位氣溫的日變化情況；劉克長(zhǎng)等曾研究了日光溫室溫度分布及其變化；魏瑞江等曾研究對(duì)連陰天氣塑料日光溫室內(nèi)外溫度的關(guān)系和調(diào)控；周緒元等曾研究過晴轉(zhuǎn)陰天氣日光溫室內(nèi)氣溫的日變化；鄒志榮等曾分析日光溫室的溫度變化和熱量狀態(tài)；李志偉等以溫度為主控參數(shù)對(duì)日光溫室綜合環(huán)境控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究。但是，對(duì)日光溫室內(nèi)氣溫特點(diǎn)及其隨時(shí)間而變化的規(guī)律和空間變化規(guī)律的統(tǒng)計(jì)、研究報(bào)道則相對(duì)比較少。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)和研究方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

調(diào)研了山西主要設(shè)施農(nóng)業(yè)種植區(qū)域，考慮到氣候、種植分布等因素，將運(yùn)城（鹽湖區(qū)）、晉中（榆次區(qū)）和大同（天鎮(zhèn)）3個(gè)地點(diǎn)作為主觀測(cè)點(diǎn)，它們分別代表了我省北部、中部和南部的氣候特征，選擇了當(dāng)?shù)鼐哂写硇曰蚴痉缎缘臏厥掖笈铮ㄍ翂痛u墻各一座）作為不同類型日光溫室小氣候資源的普查點(diǎn)。總體來看，所選擇的觀測(cè)地點(diǎn)代表性強(qiáng)，可以反映山西設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況。6座大棚的基本情況如表1所示。

在日光溫室中央剖面處，在1.5 m和0.5 m處安裝6臺(tái)WatchDog B102紐扣式溫度記錄儀（儀器型號(hào)：3621WD，測(cè)量范圍：-20～70 ℃，精確度：0.1 ℃，產(chǎn)地：美國(guó)）來測(cè)量大棚內(nèi)的溫度變化，數(shù)據(jù)采集時(shí)間間隔10 min。本試驗(yàn)的時(shí)間范圍為2013-12-01—2014-02-28，溫室內(nèi)通風(fēng)、灌水、施肥和噴藥等生產(chǎn)管理要嚴(yán)格按照?qǐng)@藝場(chǎng)的操作方法和程序進(jìn)行。

天氣類型分為晴天（日照時(shí)數(shù)大于8 h）、 曇天（日照時(shí)數(shù)大于3 h，小于等于8 h）和陰雨天（日照時(shí)數(shù)小于3 h）。

1.2 研究方法

觀測(cè)資料是用Microsoft Excel 2000軟件集成的，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，分析溫室內(nèi)外平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫和平均相對(duì)濕度的相關(guān)性，采用回歸分析法建立相應(yīng)的回歸方程。

2 結(jié)果與分析

2.1 室內(nèi)氣溫變化及其與外界氣溫的關(guān)系

2.1.1 溫室內(nèi)氣溫變化

山西天鎮(zhèn)、榆次和運(yùn)城6座大棚內(nèi)的最高氣溫和最低氣溫會(huì)隨著外界氣溫的變化而變化。2013-12—2014-02，整體上呈逐漸下降的趨勢(shì)，2月中旬后有回升的趨勢(shì)。天鎮(zhèn)、榆次和運(yùn)城的土墻的最高氣溫分別介于7.6～39.6 ℃、15.8～41.5 ℃、17.2～47.5 ℃之間，而天鎮(zhèn)、榆次和運(yùn)城的磚墻的最高氣溫分別介于7.1～33.9 ℃、8.1～39.4 ℃、10.0～42.8 ℃之間。可以看出，這三個(gè)地區(qū)的土墻最高氣溫要高于磚墻。榆次大棚的最高氣溫高于天鎮(zhèn)，天鎮(zhèn)高于運(yùn)城。

天鎮(zhèn)、榆次和運(yùn)城土墻的最低氣溫分別介于7.9～13.5 ℃、5.0～13.6 ℃、4.6～13.7 ℃之間，而天鎮(zhèn)、榆次和運(yùn)城磚墻的最低氣溫分別介于3.4～9.9 ℃、-1.5～13.8 ℃、2.4～14.1 ℃之間。由此可以看出，這三個(gè)地區(qū)土墻的最低氣溫要高于磚墻。同時(shí)，運(yùn)城土墻高于榆次，榆次高于天鎮(zhèn)；運(yùn)城磚墻高于榆次，榆次高于天鎮(zhèn)。另外，榆次磚墻大棚在1月中下旬出現(xiàn)0 ℃以下的氣溫，且持續(xù)5 d以上，直接導(dǎo)致溫室內(nèi)蔬菜受凍死亡。這說明，該溫室是不能保證大棚蔬菜正常越冬的。

天鎮(zhèn)、榆次和運(yùn)城土墻的平均氣溫分別介于6.3～20.6 ℃、9.4～22.5 ℃、9.9～23.8 ℃之間，而天鎮(zhèn)、榆次和運(yùn)城磚墻的平均氣溫分別介于4.7～22.7 ℃、-1.2～22.2 ℃、6.0～20.3 ℃之間。由此可以看出，這三個(gè)地區(qū)土墻的平均溫度要高于磚墻。統(tǒng)計(jì)這六座溫室2013-12—2014-02的積溫，得到天鎮(zhèn)、榆次和運(yùn)城土墻，天鎮(zhèn)、榆次和運(yùn)城磚墻的積溫分別為1 285.6 ℃、1 249.5 ℃、1 045.7 ℃、998.9 ℃、918.7 ℃、858.9 ℃。溫度資源從大到小依次為，運(yùn)城土、運(yùn)城磚、榆次土、榆次磚、天鎮(zhèn)土和天鎮(zhèn)磚。天鎮(zhèn)、榆次和運(yùn)城的土墻、磚墻大棚內(nèi)最高氣溫和最低氣溫變化如圖1所示。

內(nèi)最高氣溫（左）和最低氣溫（右）變化

2.1.2 溫室內(nèi)外氣溫的相關(guān)性分析

運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法分析冬季的晴天、曇天和陰天溫室內(nèi)外的日平均氣溫、日平均最高氣溫、平均最低氣溫的相關(guān)性。結(jié)果表明，它們都通過了信度為0.01的顯著性相關(guān)檢驗(yàn)。這說明，溫室內(nèi)外氣溫的關(guān)系顯著，同時(shí)，還建立了相應(yīng)的一元回歸方程，具體如表2所示。

2.1.3 溫室的增溫效果比較

對(duì)于增溫效果來說，不論是土墻，還是磚墻，天鎮(zhèn)好于榆次，榆次好于運(yùn)城。天鎮(zhèn)土墻的溫度比榆次高4 ℃多，比運(yùn)城高8 ℃。對(duì)于磚墻來說，天鎮(zhèn)磚墻的溫度比榆次高近1 ℃，比運(yùn)城高5 ℃。總體來說，土墻增溫效果好于磚墻，增溫幅度差值在5～8 ℃之間。6座日光溫室增溫效果如表3所示。

2.2 室內(nèi)氣溫時(shí)間尺度變化

圖2表明，在不同天氣條件下，6個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)日光溫室內(nèi)逐日氣溫變化規(guī)律基本一致，即不論是晴天、陰天，還是曇天，6個(gè)溫室內(nèi)的氣溫都是在凌晨8點(diǎn)左右出現(xiàn)最低值。在清晨揭開不透明覆蓋物后，日光溫室氣溫迅速升高，到下午13：00—14：00之間出現(xiàn)最高值，之后緩慢下降，15：00以后下降速度加快，蓋不明覆蓋物后氣溫下降速度又變換，直至次日揭開不透明覆蓋物之前降到最低。夜間氣溫下降的數(shù)值不僅取決于天氣條件，還取決于保溫措施。晴天下，A（土）、B（土）、C（土）、A（磚）、B（磚）和C（磚）的最高氣溫分別在14：00達(dá)到最大，氣溫分別為29.6 ℃、26.1 ℃、31.6 ℃、30.1 ℃、40.1 ℃和36.7 ℃。由此可以看出，土墻的最高氣溫高于磚墻，同時(shí)，運(yùn)城的增高幅度大于榆次，榆次大于天鎮(zhèn)。曇天的情況與晴天類似，但是，最高氣溫值小于晴天。陰天的情況有所不同。陰天下，溫室內(nèi)的最高氣溫一般在11：00—12：00之間出現(xiàn)，最高值遠(yuǎn)低于晴天。統(tǒng)計(jì)2013-12—2014-02不同天氣條件下的氣溫變化規(guī)律時(shí)發(fā)現(xiàn)，逐日氣溫變化規(guī)律與圖3所示內(nèi)容相同。

2.3 室內(nèi)氣溫空間尺度變化

圖3表明，日光溫室內(nèi)氣溫在水平方向上分布不均勻，且與天氣和時(shí)間有關(guān)。在東西方向上，受山墻和太陽角度的影響，晴天，上午西部氣溫略高于東部，下午東部氣溫略高于西部；陰天，東西部氣溫差不明顯。對(duì)于土墻而言，在南北方向上，晴天，在1.5 m的高度處，北部氣溫高于中部，中部高于南部；0.5 m處的氣溫空間規(guī)律與1.5 m處相同。對(duì)于1.5 m處的氣溫，不論北、中、南，都高于0.5 m處。曇天，在1.5 m的高度處，北部和中部的氣溫比較接近，都高于南部；在0.5 m的高度處，中部大于北部，北部大于南部。同樣，1.5 m高度處的氣溫高于0.5 m處。陰天，北、中、南的氣溫非常接近，且依然是1.5 m高度處氣溫高于0.5 m處。這說明，在同一高度，氣溫從北到南依次遞減，上層氣溫要高于下層。對(duì)于磚墻而言，在垂直方向上，上層的氣溫要高于下層。但是，在南北方向上，氣溫由北向南逐漸升高。

3 結(jié)論和討論

關(guān)于溫室內(nèi)部和外部的氣溫變化相關(guān)性分析，相關(guān)人員都是從內(nèi)部和外部溫度的相關(guān)性分析入手，建立回歸方程研究，而本文的研究則區(qū)分了天氣條件，即分為晴天、曇天和陰天來對(duì)應(yīng)研究。這樣，研究對(duì)象更加細(xì)化，研究結(jié)果更加準(zhǔn)確。得到了不同天氣條件下內(nèi)部和外部關(guān)系情況，結(jié)果顯示關(guān)系非常顯著，都通過了0.01的顯著性檢驗(yàn)。

對(duì)室內(nèi)時(shí)間逐日變化規(guī)律的研究，不僅印證了學(xué)者們對(duì)溫室內(nèi)逐日變化的認(rèn)識(shí)，還初步分析了溫室內(nèi)氣溫的最高、最低值及其與日照時(shí)數(shù)的關(guān)系。經(jīng)過研究認(rèn)為，日照時(shí)數(shù)決定了溫室內(nèi)部氣溫的高低。該研究結(jié)果與學(xué)者們之前的研究結(jié)果一致。

在研究室內(nèi)空間逐日變化的規(guī)律時(shí)，分析了土墻和磚墻2種類型的墻體在日光溫室下的氣溫空間變化特征。結(jié)果顯

示，土墻和磚墻的空間特征正好相反。這是因?yàn)橥翂Φ谋匦阅芎茫虼耍辈靠客翂Φ牟糠謿鉁刈罡撸欢u墻保溫性能差，南面能夠曬著太陽的部分氣溫最高，這與之前別人的研究不一樣。

關(guān)于不同類型日光溫室的研究，選擇了山西北部、中部和南部3個(gè)地區(qū)6座溫室進(jìn)行比較，不僅進(jìn)行了空間上的比較，還進(jìn)行了不同日光溫室類型的比較，結(jié)果更加全面和定量化。

根據(jù)本文的研究認(rèn)為，土墻溫室比磚墻的增溫效果好，保溫性能也好。因此，特提出2點(diǎn)建議：①山西應(yīng)該大力推廣土墻日光溫室的建造，而不應(yīng)該推廣磚墻。②從氣溫的空間分布來說，土墻的溫度資源分布為北高南低，所以，應(yīng)該最大限度地利用日光溫室內(nèi)部北部的空間，將人行道路留在溫室南面，而不是北面。這樣，可以極大地利用北面的日光資源，從而提高資源的利用率。

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〔編輯：白潔〕