福清市冬春季溫室大棚小氣候變化規律研究*

嚴 娟 吳 立 黃川容陳源高 陳 濤

福清市冬春季溫室大棚小氣候變化規律研究*

嚴 娟1吳 立2黃川容2陳源高1陳 濤1

1.福清市氣象局 2.福建省氣象服務中心

利用福清市綠豐農業發展有限公司溫室大棚基地2016年1～5月大棚內外逐小時的溫度、濕度資料和大棚外逐日的降水、日照資料，分析了溫室大棚春、冬兩季晴天、多云、陰天、陰雨天四種天氣類型下棚內外溫度、濕度的日變化規律和棚內外溫濕度定量關系。結果表明，（1）春、冬兩季不同天氣類型下，棚內平均溫度全天基本高于棚外，棚內氣溫日變化幅度大于棚外，棚內最低氣溫出現在6時左右，最高氣溫出現在14時前后；棚內濕度全天總體大于棚外，夜間大于白天，14時前后達到最小，濕度差中午前后相對較大。（2）春、冬兩季棚內平均溫度總體高于或接近棚外，4～5月棚內最低溫度低于棚外。春季棚內外各天氣型的平均溫度和最高溫度差值均以3月最大，兩季棚內外最高溫度差值和冬季平均溫度差值基本按照晴天、多云、陰天、陰雨天的順序依次降低，各天氣類型下棚內外最低溫度相差較小。（3）春、冬兩季棚內平均相對濕度總體高于棚外，4～5月棚內最低濕度多低于棚外。春季各天氣類型的平均濕度差值和陰天的最低濕度差值以3月為最大，冬季2月平均相對濕度、最低濕度的棚內外差值除陰雨天不超過5%以外，其余天氣類型差值基本都在10%以上。

溫室大棚 天氣類型 溫濕對比 日變化

1 概述

設施農業是我國現代農業中最具活力的新興產業之一，已成為高效農業新的增長點, 被認為是21 世紀農業高新技術產業。目前福建省正在大力發展以溫室大棚為主的設施農業，福清市以打造“海西設施農業第一縣（市）”為目標，截至2012年，全市共種植大棚蔬菜2000ha，年產量達12.5萬t，產值3.85億元。2012年1月至2月10日，福清市出口日本保鮮蔬菜942.30t、35.61萬美元，分別比2011年同期增長116.04%、112.98%[1]。在全球氣候變暖背景下，氣候變暖導致農業生產高溫災害加劇、低溫災害損失加重[2]，溫室大棚雖然減少了外界氣象條件的影響，但還無法避免氣象條件的影響和制約，調控能力還十分有限，低溫、陰雨寡照、臺風、高溫高濕等不同程度影響了設施作物生長發育和產量高低，因此，開展溫室大棚小氣候變化規律研究十分必要。

目前，福建對溫室大棚作物的相關研究多集中于大棚作物高產栽培技術[3-5]以及從微生物學和遺傳學的角度去研 究[6-8]，對影響溫室大棚作物生產的小氣候變化規律等研究還較少。本文從影響溫室大棚作物生長發育的氣象要素出發，通過分析福清市溫室大棚棚內氣象要素和棚外氣象要素的時間變化規律和定量關系，并進行棚內外對比，以期為摸清不同季節不同天氣類型下溫室大棚的小氣候變化規律，為科學調控棚內作物生長氣象環境及防災減災提供科學依據。

2 資料與方法

2.1 資料來源

大棚內外的氣象資料來源于福清市綠豐農業發展有限公司溫室大棚基地的觀測數據，主要包括2016年1～5月逐小時的棚內外溫度、濕度資料和逐日的棚外降水數據。福清站2016年1～5月逐日的日照時數資料來源于福清市氣象局。

2.2 天氣類型劃分

利用日照時數、日降水量等數據將2016年1～5月逐日天氣劃分為4個天氣類型，分別為晴天、多云、陰天和陰雨天，劃分標準見表1。

表1 天氣類型劃分標準

2.3 棚內小氣候變化規律分析

利用福清市綠豐大棚蔬菜基地春、冬兩季大棚內外的逐日逐小時氣象監測數據，計算不同季節不同天氣類型下，大棚內外溫度、濕度的小時平均值，以時刻序列為橫坐標軸，各氣象要素的均值序列為縱坐標軸，利用Excel軟件繪制要素日變化曲線圖，分析不同季節（春、冬）、不同天氣條件下（晴天、多云、陰天、陰雨天）大棚內外的溫度、濕度的動態變化規律；通過計算不同季節不同天氣類型下棚內、外溫濕度的平均值、最高值和最低值的棚內外平均差值，以差值的大小及變化來分析大棚內外氣象要素的定量關系。

3 結果與分析

3.1 春季大棚內外溫濕度日變化規律及定量關系

3.1.1晴天

利用福清蔬菜大棚基地春季（3～5月）晴天氣象日數據，共有20d的樣本，計算樣本在同一時刻的平均值，繪制春季晴天狀況下大棚內外溫、濕度日變化圖，如圖1所示。

圖1 春季晴天大棚內外溫濕度日變化圖

從圖1可見，春季晴天天氣條件下，白天（7～19時）棚內平均氣溫明顯高于棚外，夜間（20～06時）棚內外平均氣溫較為接近，棚內氣溫日變化幅度大于棚外，棚內最低氣溫出現在6時左右，最高氣溫出現在10時前后，棚內外平均最大溫差達7.3℃；濕度全天棚內均大于棚外，夜間大于白天，14時達到最小，濕度差中午前后相對較大。

春季晴天天氣條件下，各月棚內平均溫度高于棚外，3月差值最大，達到2.89℃，4月、5月差值均在1℃以內。棚內最高溫度高于棚外，差值最大也是出現在3月，達到10.82℃。棚內外最低溫度較為接近，且在3月、4月出現棚內低于棚外的情況，差值均在0.5℃以內；棚內平均濕度高于棚外，3月差值最大，為7.57%，4月、5月差值均在2%以內，棚內外各月最高濕度極值均接近100%，棚內外最低濕度較接近，4月、5月棚內最低濕度低于棚外，差值均在5%以內。

3.1.2多云

利用福清蔬菜大棚基地春季（3～5月）多云天氣象日數據，共有20d的樣本，計算樣本在同一時刻的平均值，繪制春季多云狀況下大棚內外溫、濕度日變化圖，如圖2所示。

圖2 春季多云大棚內外溫濕度日變化圖

從圖2可見，春季多云天氣條件下，白天（6～19時）棚內平均氣溫高于棚外，夜間（20～06時）棚內外平均氣溫較為接近，棚內氣溫日變化幅度大于棚外，棚內最低氣溫出現6時左右，最高氣溫出現在12時，棚內外平均最大溫差達4.0℃；棚內外濕度全天較為接近，夜間大于白天，14時達到最小。

春季多云天氣條件下，各月棚內平均溫度高于棚外，差值最大出現在3月，達到2.77℃，4月、5月平均溫度差值分別為1.14℃、0.57℃，棚內最高溫度高于棚外，差值最大也是出現在3月，達到9.25℃，4月、5月差值均在5℃以內；棚內外最低溫度較為接近，差值最大出現在3月，為0.25℃；棚內平均濕度高于棚外，3月差值最大，為5.71%，4月、5月差值均在1%以內，棚內外各月最高濕度均為100%，棚內外最低濕度較接近，4月、5月棚內最低濕度低于棚外，各月差值均在5%以內。

3.1.3陰天

利用福清蔬菜大棚基地春季（3～5月）陰天氣象日數據，共有22d的樣本，計算樣本在同一時刻的平均值，繪制春季陰天狀況下大棚內外溫、濕度日變化圖（圖3）。

圖3 春季陰天大棚內外溫濕度日變化圖

從圖3可見，春季陰天天氣條件下，白天（8～19時）棚內平均氣溫高于棚外，夜間（20～06時）棚內外平均氣溫較接近，棚內氣溫日變化幅度大于棚外，棚內最低氣溫出現6時左右，最高氣溫出現在13時，棚內外平均最大溫差達3.2℃；全天棚內濕度均大于棚外，棚內外濕度夜間均大于白天，濕度差在全天各時刻差異不大。

春季陰天天氣條件下，棚內平均溫度高于棚外，差值最大出現在3月，達到2.11℃，4月、5月差值均在1℃以內。棚內最高溫度高于棚外，差值最大也是出現在3月，達到7.63℃，4月、5月差值均在2℃左右。棚內外最低溫度較為接近，均在0.5℃以內，且在5月出現棚內低于棚外的情況；棚內平均濕度均高于棚外，3月平均濕度差值達到10.36%，4月、5月差值均在0.5%以內，棚內外各月最高濕度極值均接近100%，棚內外最低濕度差值4月、5月較接近，均在2%以內，且棚內最低濕度低于棚外，3月棚內最低濕度高于棚外，差值達到14.11%。

3.1.4陰雨天

利用福清蔬菜大棚基地春季（3～5月）陰雨天氣象日數據，共有25d的樣本，計算樣本在同一時刻的平均值，繪制春季陰雨天狀況下大棚內外溫、濕度日變化圖（圖4）。

圖4 春季陰雨天大棚內外溫濕度日變化圖

從圖4可見，春季陰雨天天氣條件下，白天（7～19時）棚內平均氣溫高于棚外，夜間（20～06時）棚內平均氣溫略高于棚外，棚內氣溫日變化幅度大于棚外，棚內最低氣溫出現6時左右，最高氣溫出現在14時，棚內外平均最大溫差達3.3℃；棚內平均濕度大于棚外（除中午個別時刻外），棚內、外平均濕度在全天的變化幅度小，棚內外均呈現高濕狀態。

春季陰雨天天氣條件下，棚內平均溫度高于棚外，差值最大出現在3月，達到1.83℃，4月、5月差值分別為1.05℃、0.39℃。棚內最高氣溫高于棚外，差值最大也是出現在3月，達到5.82℃。棚內最低氣溫高于棚外，差值均在1℃以內；平均濕度棚內大于棚外，棚內外均呈現高濕狀態，各月差值均在3%以內，各月最高濕度極值均為100%，棚內外最低濕度較接近，4月、5月棚內最低濕度低于棚外，各月差值均在7%以內。

3.2 冬季大棚內外溫濕度日變化規律及定量關系

3.2.1晴天

利用福清蔬菜大棚基地春季（2月）晴天氣象日數據，共有7d的樣本，計算樣本在同一時刻的平均值，繪制冬季晴天狀況下大棚內外溫、濕度日變化圖（圖5）。

圖5 冬季晴天大棚內外溫濕度日變化圖

從圖5可見，冬季晴天天氣條件下，白天（9～19時）棚內平均氣溫高于棚外，夜間（20～08時）棚內外平均氣溫較為接近，棚內氣溫日變化幅度大于棚外，棚內最低氣溫出現7時左右，最高氣溫出現在16時前后，棚內外平均最大溫差達13.7℃；白天棚內濕度大于棚外，夜間棚內外濕度較為接近，夜間大于白天，濕度差在中午前后相對較大。

冬季晴天天氣條件下，2月棚內平均溫度、最高溫度高于棚外，差值分別為4.03℃、14.69℃，棚內最低溫度出現略低于棚外的情況，差值為0.16℃；棚內平均濕度、最低濕度高于棚外，差值分別為11.4%、20.06%，最高濕度極值均為100%。

3.2.2多云

利用福清蔬菜大棚基地冬季（1～2月）多云天氣象日數據，共有８d的樣本，計算樣本在同一時刻的平均值，繪制冬季多云狀況下大棚內外溫、濕度日變化圖（圖６）。

圖6 冬季多云大棚內外溫濕度日變化圖

從圖6可見，冬季多云天氣條件下，白天（8～19時）棚內平均氣溫高于棚外，夜間（20～07時）棚內外平均氣溫較為接近，棚內氣溫日變化幅度大于棚外，棚內最低氣溫出現在6時左右，最高氣溫出現在13時前后，棚內外平均最大溫差達10.2℃；全天棚內濕度均大于棚外，夜間大于白天，濕度在中午前后相對較小。

冬季多云天氣條件下，棚內平均溫度高于棚外，1月、2月差值分別為3.79℃、2.89℃，棚內最高氣溫也是均高于棚外，1月、2月差值分別為16.15℃、12.23℃，棚內外最低氣溫較為接近，且在2月出現棚內最低氣溫低于棚外的情況，差值均在1℃以內；棚內外1月平均濕度、最高濕度、最低濕度差值均為0，2月棚內外最高濕度較接近，差值僅為1.65%，2月平均濕度和最低濕度棚內外差值較大，均在13%左右。

3.2.3陰天

利用福清蔬菜大棚基地冬季（1～2月）陰天氣象日數據，共有14d的樣本，計算樣本在同一時刻的平均值，繪制冬季陰天狀況下大棚內外溫、濕度日變化圖（圖7）。

圖7 冬季陰天大棚內外溫濕度日變化圖

從圖7可見，冬季陰天天氣條件下，棚內全天平均氣溫均高于棚外，棚內氣溫日變化幅度大于棚外，棚內最低氣溫出現在6時左右，最高氣溫出現在13時前后，棚內外平均最大溫差達5.8℃；全天棚內濕度均大于棚外，濕度日變化小，且棚內濕度全天維持在95%以上。

冬季陰天天氣條件下，棚內平均溫度、最高溫度、最低溫度均高于棚外，平均溫度差值均在2℃左右，最高溫度差值1月、2月分別為5.56℃、9.08℃，最低溫度差值均在1℃以內；棚內外1月平均濕度、最高濕度、最低濕度的差值均為0，2月最高濕度棚內外較接近，差值為5.32%，2月平均濕度和最低濕度棚內外差值較大，分別為12.88%、21.12%。

3.2.4陰雨天

利用福清蔬菜大棚基地冬季（1～2月）陰雨天氣象日數據，共有11d的樣本，計算樣本在同一時刻的平均值，繪制冬季陰雨天狀況下大棚內外溫、濕度日變化圖（圖8）。

圖8 冬季陰雨天大棚內外溫濕度日變化圖

從圖8可見，冬季陰雨天天氣條件下，棚內全天平均氣溫均高于棚外，棚內氣溫日變化幅度大于棚外，棚內外平均最大溫差達4.6℃，棚內最低氣溫出現在8時左右，最高氣溫出現在14時前后；濕度白天（10～20時）棚內大于棚外，夜間（21～09時）棚內外濕度較為接近，且濕度日變化小，棚內濕度全天維持在98%以上。

冬季陰雨天天氣條件下，棚內平均溫度、最高溫度、最低溫度均高于棚外，且各月差值較接近，1月、2月平均溫度差值分別為1.52℃、2.12℃，最高溫度差值均在5℃左右，最低溫度差值均在1℃以內；棚內外1月平均濕度、最高濕度、最低濕度的差值均為0，2月棚內外最高濕度極值均為100%，2月平均濕度和最低濕度棚內外差值均在5%以內。

4 結論與討論

（1）福清市春冬兩季不同天氣類型下溫室大棚內平均溫度高于棚外，棚內氣溫日變化幅度大于棚外，棚內最低氣溫出現在6時左右，最高氣溫出現在14時前后；平均相對濕度棚內總體大于棚外，夜間大于白天，14時前后達到最小，濕度差中午前后相對較大。

（2）春冬兩季棚內溫度總體高于或接近棚外，4～5月棚內最低溫度出現低于棚外的情況。其中，春季棚內外各天氣型的平均溫度和最高溫度差值均以3月最大，最低溫度各天氣型下棚內外差值較接近，最高溫度差值按照晴天、多云、陰天、陰雨天的順序依次降低；冬季棚內外平均溫度、最高溫度差值基本按照晴天、多云、陰天、陰雨天的順序降低，各天氣型下最低溫度差值相差較小，均在1℃以內。

（3）春冬兩季棚內平均相對濕度高于棚外，冬季2月濕度差值較大，春季濕度差值較小，4～5月棚內最低濕度多低于棚外。其中，春季各天氣類型的平均濕度差值基本以3月為最大，棚內外各月各天氣類型最高濕度極值為100%，最低濕度差值以3月陰天為最大，達到14.11%，其余各月各天氣類型下差值基本在5%以內；冬季1月各天氣類型下平均濕度、最高濕度、最低濕度由于數據較少的原因，棚內外差值均為0，2月平均濕度、最低濕度的棚內外差值除陰雨天差值不超過5%以外，其余天氣類型下差值基本在10%以上，最高濕度極值棚內外均接近或等于100%。

（4）在分析不同季節不同天氣類型下棚內外溫濕度定量關系時，可能存在基地用戶對大棚進行不同程度的通風降濕等處理，導致由于大棚開閉形態差異而存在一定的棚內外氣象要素量化關系分析誤差，今后在研究過程中，可通過對大棚的密閉程度進行統一標準控制，以提高棚內外氣象因子量化關系的準確性。

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福清市中央現代農業示范區建設項目；福建省科技廳社會發展引導性重點項目（2016Y0007）。