山西中南部日光溫室氣溫變化特征及預測研究＊

許云，趙宇亮，李雯

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山西中南部日光溫室氣溫變化特征及預測研究＊

許云1，趙宇亮2，李雯3

（1.山西省氣候中心，山西 太原 030006；2.洪洞縣氣象局，山西 臨汾 041600；3.山西省預警信息發布中心，山西 太原 030002）

利用山西省5個設施小氣候觀測站資料和對應縣（市）氣象站資料，研究了不同天氣條件下日光溫室內氣溫變化規律、溫室內氣溫與外界環境大氣候的關系，并建立了不同天氣條件下日光溫室內氣溫預測模型，以期為有關部門和廣大農民減災增效提供依據。

日光溫室；氣溫變化；氣溫預測；預測模型

日光溫室作為特色農業設施，在山西省得到了很好推廣和應用。日光溫室反季節生產的影響因素除了溫室本身的結構和建造標準外[1]，還包括當地的大氣環境和人為控制等方面[2]。目前，山西設施農業基本靠天吃飯，趨利避短，而日光溫室內氣溫作為設施生產的限制因子之一，研究建立相應的預測模型意義重大。

山西省日光溫室種植茬口南北差異較大，文中研究僅針對茬口相近、在不加溫條件下大部分可安全越冬的中南部地區。文章旨在研究利用天氣預報產品及地面氣象站觀測要素等外部環境氣象因子預測溫室內氣溫，揭示晴天、多云到少云和寡照3種天氣條件下日光溫室內氣溫與外界大環境因子的相關關系。

1 數據來源

溫室小氣候數據資料來源于山西省氣候中心建立的5個日光溫室小氣候自動觀測站，分別安裝在臨汾市洪洞縣、運城市鹽湖區、晉中市榆次區、晉中市壽陽縣和長治市郊區，觀測儀器為DZN1型農田小氣候觀測儀，安裝在溫室內距出口1/3處。觀測地日光溫室均坐北朝南，在當地具有一定代表性，溫室管理按照農戶日常管理進行。

數據時間：2011—2012年設施蔬菜生長季（2011-10—2012-05）。

日光溫室內最高、最低氣溫：每日逐時觀測數據中溫度的最高值、最低值，溫室外環境數據來源于對應縣站氣象觀測數據。

2 數據處理

3 研究方法

=0+11+22+…+nn. （1）

式（1）中：0為常數；i為選入模型的建模因子；1～n為變量的相關系數。

4 研究成果與分析

4.1 冬季日光溫室內外氣溫變化特征

選取洪洞縣作為代表站點，研究分析了3種天氣條件下冬季（12月至次年2月）日光溫室內氣溫變化特征及溫室內外氣溫對比情況，如圖1、圖2所示。由圖1、圖2可知：①三種天氣條件下溫室內氣溫日變化趨勢相似，僅氣溫上升、下降的速率不同，晴天時溫室通風之后氣溫出現小幅回落，使得氣溫日變化曲線呈“雙峰型”；②溫室內氣溫在8時左右達到最低值，揭簾之后開始緩慢上升，之后隨太陽輻射的增強迅速升高并在12時（晴天）或13時（多云轉少云、寡照）達到最高值，在一段時間內基本維持穩定，14時或15時后氣溫開始下降，蓋簾后到第二天8時氣溫變化緩慢，這主要是由于草簾或其他覆蓋物的隔熱保溫作用；③溫室內外氣溫日變化趨勢基本相同，但溫室內各時段氣溫均明顯高于室外，氣溫變幅也明顯快于溫室外，且日較差相對較大，最高氣溫前者出現在12或13時、后者出現在15時左右，說明在升溫過程中，溫室內溫度變化對太陽輻射的增加反應更快。

圖1 不同天氣條件下冬季日光溫室內氣溫變化

圖2 冬季晴天日光溫室內外氣溫變化

4.2 日光溫室內氣溫預測模型建模因子選擇

文中分別分析了不同天氣條件下日光溫室內最高、最低氣溫與溫室外當天最高氣溫、最低氣溫和可照時數及前一天最高氣溫、最低氣溫和平均氣溫的相關性，結果如表1所示，各因子的相關系數均通過了0.001的雙側顯著性水平檢驗。

由表1可以看出，不論是晴天、多云到少云還是寡照天氣，溫室內最高和最低氣溫都與溫室外當天和前一天氣象要素成正相關關系，說明用溫室外當天及前一天氣象要素預測溫室內氣溫合理可行。較溫室內最高溫度而言，日光溫室內最低溫度與室外當天及前一天氣象要素有較高的相關性。本研究中，選取相關系數大于0.5的氣象要素作為預測模型建立因子。

表1 不同天氣條件下溫室內氣溫與溫室外氣象要素的相關系數

溫室外氣象要素晴天多云到少云寡照 Tmax-inTmin-inTmax-inTmin-inTmax-inTmin-in Tmax0.5770.6540.7100.8420.5460.831 Tmin0.4760.6900.6580.8530.4120.813 TA0.5420.5750.7010.7690.3870.621 0.5340.6640.6820.8360.4060.785 0.4200.6070.6210.8060.3820.778 0.4970.6500.6760.8400.4130.811

4.3 不同天氣條件下日光溫室內最低氣溫預測模型建立

建立的不同天氣條件下日光溫室內最低氣溫預測模型如表2所示，晴天時模型相關系數為0.709，多云到少云及寡照天氣下模型相關系數均在0.8以上，標準誤差在1.887～2.223 ℃之間，模擬預測效果較好。眾所周知，日光溫室在生產過程中，棚內氣溫的高低受外界溫度和人為管理共同影響。溫室內最低氣溫模擬較好的原因可能是日最低氣溫通常在早晨揭簾之前到達，由地面的輻射冷卻造成，而降溫過程穩定，主要受外界環境和夜間覆蓋物所影響。

4.4 日光溫室內最高氣溫預測模型建立

生產管理方面，當溫室內溫度較高時就會采取通風降溫措施，溫度太低時也會采取人工增溫，實際測得的最高溫度是人為干預下的溫度。三種天氣條件下溫室內最高氣溫預測模型如表3所示，晴天時模型相關系數為0.586，寡照時模型相關系數為0.546，而多云到少云天氣時模型相關系數為0.731，標準誤差在3.044～4.697 ℃之間。與最低氣溫模擬相比，對最高氣溫的模擬效果要差一些，尤其是晴天和寡照天氣時，分析原因可能是日最高氣溫通常出現在11時到15時，晴天和寡照天氣時溫室內最高溫度受人為活動如揭簾通風、灌溉、增溫等影響更大，而多云到少云天氣時，為了保證溫室內溫度，會縮短通風時間或者不通風，因此模擬效果相對較好。

表2 日光溫室內最低氣溫預測模型

天氣條件預測方程RRMSE 晴天Tmax-in=7.240 5+0.017Tmax+0.329 2Tmin+0.095 7TA+0.245 2+0.087 1－0.451 80.7092.223 多云到少云Tmax-in=7.650 7+0.047 3Tmax+0.213 1Tmin+0.109 1TA+0.046 2－0.030 7+0.048 70.8621.887 寡照Tmax-in=7.335 4+0.262 5Tmax+0.132 9Tmin+0.010 9TA+0.075 3+0.034 9－0.099 90.8372.037

表3 日光溫室內最高氣溫預測模型

天氣條件預測方程RRMSE 晴天Tmax-in=22.149 7+0.262 4Tmax+0.398TA－0.111 20.5863.044 多云到少云Tmax-in=11.370 3+0.360 5Tmax－0.072 8Tmin+1.011 1TA－0.071 9－0.060 9+0.045 10.7313.125 寡照Tmax-in=16.433+0.409 6Tmax0.5464.697

5 結論與討論

本文通過研究不同天氣條件下日光溫室內氣溫變化規律、溫室內氣溫與外界環境大氣候的關系，建立起不同天氣條件下日光溫室內氣溫預測模型，得出如下結論：①日光溫室內氣溫具有明顯的日變化特征，3種天氣條件下氣溫日變化趨勢相似，僅氣溫上升、下降的速率不同。溫室內氣溫日變化規律與溫室外氣溫變化趨勢基本相同，但溫室內各時段氣溫均明顯高于室外，氣溫變幅也明顯快于溫室外，且日較差相對較大。②不同天氣狀況下，日光溫室內最低氣溫與所選6個環境氣象因子均成正相關，環境氣象因子與溫室內最低氣溫的相關性好于與溫室內最高氣溫的相關性。③文中采用多元線性回歸法建立了日光溫室內最高、最低氣溫預測模型，結果顯示，對日光溫室內最低氣溫的預測好于最高氣溫，且在3種天氣狀況下，多云到少云天氣溫度預測模型好于晴天和寡照天氣。

［1］陳端生.中國節能型日光溫室建筑與環境研究進展［J］.農業工程學報，1994，10（1）：123-127.

［2］聶和民.三折式溫室的結構特點及性能分析［J］.中國蔬菜，1987（3）：19-22.

［3］魏瑞江，王春乙，范增祿.石家莊地區日光溫室冬季小氣候特征及其與大氣候的關系［J］.氣象，2010，36（1）：97-103.

［4］孫智輝，蔣小莉，曹雪梅，等.延安日光溫室內溫度預測方法與指標的確立［J］.中國農學通報，2010，26（15）：372-377.

［5］崔建云，董晨娥，左迎之，等.外部環境氣象條件對日光溫室氣象條件的影響［J］.氣象，2006，32（3）：102-106.

［6］劉可群，黎明鋒，楊文剛.大棚小氣候特征以及與大氣候的關系［J］.氣象，2008，34（7）：101-107.

許云（1983—），女，主要研究方向為設施與特色農業。

山西省煤基重點科技攻關項目（FT201402-10）

2095－6835（2018）21－0120－02

P463

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.21.120

〔編輯：嚴麗琴〕