寧夏地區日光溫室氣象服務現狀分析與思考

魏月娥宋慧萍喇楠

(1.中國氣象局旱區特色農業氣象災害監測預警與風險管理重點實驗室，寧夏 銀川 750002；2.寧夏回族自治區吳忠市氣象局，寧夏 吳忠 751100)

引言

設施農業是采用人工技術手段，改變自然光、溫條件，創造優化動植物生長的環境因子，使之能夠全天候生長的設施工程。設施農業是個新的生產技術體系，關鍵技術是能夠最大限度利用太陽能的覆蓋材料，具有寒冷季節高透明、高保溫，夏季降溫、防苔，將太陽光無用光波轉變為適應光合作用需要的光波等功能。其根據不同的種養品種需要，設計成不同設施類型。日光溫室是設施農業的重要組成部分，日光溫室生產與氣象條件有著密切的關系，日光溫室從設計建造到生產管理等一系列環節都離不開氣象服務。準確、及時、專業的氣象服務對提高溫室生產的安全性、高效性有著十分重要的意義。寧夏回族自治區設施農業建設起步于20世紀80年代中期[1]，近年來，寧夏利用豐富的光照、引黃入灌水資源等優勢，合理規避氣溫低、無霜期短的現象，大力發展設施農業，日光溫室產業已然成為寧夏地區一部分農民增加收入的主要來源。

1 日光溫室氣象服務研究進展

雖然日光溫室內的作物不直接受外界氣象因素的影響，但棚內小氣候與外界氣象因子有著重要的聯系，當室內溫度不適時可通過外界環境進行調節。氣象部門應利用部門優勢著力研究出大氣候與設施小氣候之間的對應關系，制作出有針對性的設施農業氣象預報，科學指導種植戶趨利避害發展農業生產，并有效調節室內小氣候，以提高設施園藝農業生產效益。陳友根、許彥平、趙子征等利用模糊數學方法、相似方法等對日光溫室進行了氣候區劃研究[2-4]。魏瑞江、王鑫等在對不同結構的日光溫室內外氣象要素隨時間變化的連續記錄和分析研究的基礎上，總結出了不同結構的日光溫室內溫度的變化規律，建立了不同結構日光溫室內外氣溫與天空狀況、室外環境溫度相關性的擬合關系[5-8]。天津市氣象局、陜西省氣象局的研究人員在溫室內氣象條件模擬的基礎上將數值預報產品帶入模擬模型中，開發了日光溫室氣象環境監測系統、日光溫室氣象服務專家系統，建立了集分布式多點實時監測采集、無線遠程傳輸、數據分析與處理以及預警預報為一體的業務化運行系統，實現了氣象實時監測顯示和產品發布，最終通過手機短信、網站等媒體發布專業服務產品，為我國北方大部分地區的日光溫室氣象服務提供技術支持和業務參考；通過發布即時的專業天氣預報和災害性天氣預警信息，為設施農業生產各環節提供生產決策建議，達到了為設施農業生產減少氣象災害損失和提高日光溫室防災減災的能力[9-11]。南京信息工程大學聯合山東省氣候中心、浙江省氣候中心、成都市氣象局、河海大學、臺州市氣象局系統地開展了設施農業氣象保障技術研究，制定了設施小氣候觀測規范行業標準、創建和發展了設施農業精細化服務氣象災害指標體系，集成設施小氣候預報模型，提出了設施農業環境的優化調控技術，研發了設施農業氣象災害監測預警與氣象保障業務系統[12,13]。

日光溫室所處的地理環境不同，室外氣候狀況各異，其對氣象服務的需求也就各不相同。寧夏地區目前在日光溫室集中區都安裝了溫室小氣候自動站，但對本區域日光溫室氣象服務方面的研究多限于對溫室小氣候的監測，而對于溫室小氣候條件預報預測方面的研究較少較淺。寧夏氣象局科研所張磊分別對寧夏山區和灌區的二代節能型日光溫室內最低氣溫和最高氣溫變化規律做了分析；并在一系列觀測數據的基礎上，分別建立了山區和灌區二代節能型日光溫室在陰天、非陰天兩種情況下最低氣溫的預報模型，是目前寧夏日光溫室氣象服務的重要依據[14,15]。寧夏氣象局科研所朱永寧對寧夏賀蘭縣二代節能型日光溫室、提高型二代節能日光溫室、塑料拱棚3類不同類型的溫室內溫度進行了試驗觀測，分析得到了不同類型溫室內溫度的時空變化規律[16]。

2 寧夏日光溫室氣象災害

目前，寧夏日光溫室建設以NXW-4、NXW-5型寧夏節能二代日光溫室為主。新建日光溫室采用全鋼架結構，以高建設質量，保障冬季安全生產[17]。只有充分掌握了日光溫室氣象災害發生的機理、發生時間、持續時間和災害的強度及致損情況，才能為日光溫室生產者提供及時、準確、有針對性的氣象預報、預警信息。經過多次調研和實地考察，總結出在寧夏地區日光溫室遭受的氣象災害主要有以下幾類。

2.1 低溫寡照

日光溫室熱能主要來自太陽輻射，光照是日光溫室內植物制造養分和生命活動不可缺少的能源條件，是影響日光溫室蔬菜產量和品質的主要因素。每年12月中下旬—次年2月上旬，是寧夏一年中氣溫最低的時候，也是寧夏地區日光溫室越冬茬作物生產管理關鍵時期。持續低溫會導致地溫下降，進而出現寒根，致使地上部分遭受低溫冷害。如果遇到連陰天，沒有光照或者光照時間少，日光溫室內作物光合作用減弱，溫度也持續走低，這種情況會抑制植物生長從而造成低溫寡照危害。如，2020年1月2—16日，寧夏全區陰天或多云天數近14d，此時正是越冬茬番茄果實成熟的關鍵時期，受低溫寡照的影響，減產近50%，造成農戶嚴重損失。由于加熱和補光的成本高，寧夏地區日光溫室都不具備加熱設備，補光設備也是相對簡易，低溫寡照災害是寧夏地區日光溫室生產面臨最嚴重的災害性天氣之一。

2.2 大風災害

大風是指10min平均風速≥12m·s-1(6級以上)或瞬間風速≥17.2m·s-1(8級以上)的風。在寧夏，每年初春和11月份的時候，全區系統性大風天氣頻發，如果在起風前放氈不及時，大風直接刮壞棚膜，造成損失。另外，還有塵卷風形式的大風災害。塵卷風是地表加熱不均時，在近地面氣層中產生的一種尺度很小的旋風，可以把塵土和一些細小的物體卷揚到空中。每年3—4月氣溫回升，塵卷風頻發，刮破棚膜，造成農戶損失。相對于系統性大風災害來說，塵卷風造成災害的范圍較小，但塵卷風突發性強，瞬時風力更大，局地性強，難預測、難防御。如，2020年3—4月，吳忠市利通區金積鎮、上橋鎮、郭家橋鄉等地就出現了5例塵卷風造成日光溫室塑料膜損毀的災情。

2.3 雪災

大到暴雪一般指連續12h降雪量4.5mm以上，或者連續24h降雪量7.5mm以上的降雪。寧夏地區大到暴雪多發生在2月份和11月份。2月份偏南暖濕氣流發展，此時雪的含水量大，稱為濕雪。濕雪會導致日光溫室保溫氈增濕增重，加上雪本身重量，超過日光溫室鋼架的承載負荷時，會壓垮日光溫室；另外，伴隨降雪過程外界氣溫降低，棚內氣溫也隨之下降，影響作物生長發育。如，2017年2月20日下午—21日08∶00，吳忠全市普降暴雪，局地大暴雪；其中利通區、青銅峽、鹽池累計降雪量均超過10mm，同心累計降雪量為7.3mm，最大累計降雪量出現在鹽池，達21.1mm；這次暴雪過程造成吳忠市利通區郭家橋鄉數座日光溫室一夜之間被壓垮。

2.4 暴雨

暴雨是降水強度很大的雨，一般指降雨量達16mm·h-1以上，或連續12h降雨量30mm以上，或連續24h降雨量50mm以上的降水。寧夏地區暴雨天氣主要集中在每年的7—8月，素有強度強、雨勢急、并伴有雷暴大風等強對流天氣的特點。寧夏地區二代節能型日光溫室大部分后墻是土墻，部分日光溫室后墻堆有秸稈。強度大、持續時間長的降水過程，對墻體會造成沖刷，另外降水從秸稈滲透之后會壓塌后墻；在寧夏地區，夏季日光溫室處于生產空閑期，這一段時間日光溫室一直處于揭氈、通風的狀態，這時候強短時暴雨伴隨雷雨大風，會損壞棚膜，造成損失。

2.5 雹災

冰雹是一種直徑大于5mm的固體降水物，是以雹胚為核心，在冰雹云中碰凍過冷水滴長大而形成的[18]。寧夏地區冰雹天氣集中在4—9月，其中以6、7、8這3個月最多；這一時段日光溫室基本處于空閑期，不蓋氈，突發的冰雹天氣會砸壞棚膜，造成損失。

2.6 霜凍

農業上把霜凍定義為在植物生長季節內，由于土壤表面、植物表面及近地氣層的溫度降到0℃以下，引起植物體凍害的現象。寧夏地區天氣預報業務規定，4月15日(灌區4月10日)—10月15日期間，最低氣溫降至3℃以下、0℃以上為輕霜凍；最低氣溫降至0℃及其以下為霜凍。由溫暖季節向寒冷季節過渡的時期發生的霜凍為早霜凍，由寒冷季節向溫暖季節過渡的時期發生的霜凍為晚霜凍。每年4月10日—5月20日這段時間，寧夏地區往往會出現晚霜凍災害，日光溫室在通風后沒有及時關閉通風口的情況下遇到嚴重霜凍時，棚內氣溫驟降，會造成日光溫室內設施作物凍害。

2.7 霧霾

霧霾，顧名思義是霧和霾。空氣中的灰塵、硫酸、硝酸等顆粒物組成的氣溶膠系統造成的視覺障礙的為霾。霧是有大量懸浮在近地面空氣中的微小水滴或冰晶組成的氣溶膠系統。

冬季正是日光溫室作物生長發育的關鍵時刻，在寧夏地區，冬季是霧霾天氣的高發期。受霧霾的影響，光照不足，氣溫持續走低，大棚內植株坐果率下降，往往造成減產，進而影響農民收入。

3 寧夏日光溫室氣象服務面臨的問題

從寧夏地區日光溫室遭受的氣象災害和寧夏地區的氣象服務現狀分析，寧夏地區日光溫室的氣象服務主要面臨的問題有如下幾點。

3.1 針對性不強，精細化不夠

目前氣象部門發布的預報產品有常規的天氣預報和災害性天氣預警信號。常規天氣預報包括晴雨、空氣溫度和風3個要素；災害性天氣預警信號包括暴雨、暴雪、寒潮、大風、沙塵暴、高溫、雷電、冰雹、霜凍、大霧、霾、道路積冰、干旱等13類；涉及到日光溫室的氣象服務產品有農用天氣預報。但這些預報產品和服務產品都不是專門針對日光溫室的，并不能滿足日光溫室生產者的個性化需求。

3.2 服務手段相對落后

由于各方面的原因，系統性信息服務產品的操作、加工、集成、分發等綜合性工作服務效率低，目前日光溫室生產者主要依靠電子顯示屏、大喇叭、電視游動字幕和農村氣象信息員接收天氣預報、預警信息。但災害性天氣預警信號時效性強，轉播、轉發方式都會耗費一定的時間。由于氣象服務手段落后，農戶不能及時收到災害性天氣預報、預警信息，因而不能采取有效應對措施。

3.3 天氣預報的準確率還不夠高

雖然隨著科技的發展，天氣監測手段越來越先進，數值預報的準確率較以前明顯提高，但對冰雹、雷雨大風、塵卷風等局地性和突發性較強的災害性天氣的落區和時間預報預警技術還不是很完善，預報預警的準確率和時間提前量都還不能滿足日光溫室種植戶的需求。

3.4 氣象服務指標沒能發揮很好的作用

目前氣象部門已有一部分人員從事研究設施農業氣象服務指標工作，雖已制定出針對某種設施農業指標，但真正指導種植戶生產的較少，只是停留在理論層面上，缺乏實際應用。

3.5 設施農業種植戶對本地天氣預報、預警重視程度不夠

通過調研發現，農戶日常會通過手機上自帶的天氣預報相關的軟件了解天氣情況，未能關注本地的官方天氣預報、預警發布平臺，對于突發性的災害性天氣做不到提前防御。

4 思考和建議

氣象服務離不開天氣預報，預報準確率是日光溫室氣象服務的關鍵，寧夏地區氣象部門應該依靠科技進步和科技創新，加強訂正預報技術研究，加強局地天氣氣候規律研究，提高中長期預報的準確率。提供冬季最低氣溫和天空狀況的中長期預報預測，為日光溫室農戶提供可靠的預報預測信息，讓農戶有充足時間應對極端災害性天氣，減少氣象災害對日光溫室生產造成的影響。

夯實氣象服務能力，提高日光溫室氣象服務的針對性和精細化水平。制作針對日光溫室生產的災害性天氣和轉折性天氣的專題氣象服務產品和預報、預警服務，實時滾動溫度、降水、日照、風速、風向等專項預報。增加日光溫室建設前氣候資源評估和氣象災害風險評估。

疏通日光溫室生產者和氣象部門之間的信息傳播，讓直通式氣象預報、預警信息服務發揮重要的作用。對現有電子顯示屏、大喇叭等設備進行更新和及時維修，增強災害性天氣預報、預警的準確性和及時性；充分利用微信公眾號、微信群組、微博、抖音、快手等新媒體手段作為高效快捷的服務渠道，提高信息服務效率。同時拓寬服務對象，將轄區內的日光溫室農業生產大戶全部納入鄉鎮氣象信息員，建立信息庫，充分利用其影響力，及時發布、傳遞氣象信息，最大程度上減少災害造成的影響和損失。

加強與種植戶的溝通。在不同時期實地了解設施農業種植戶對氣象服務的需求，制作出針對性強的服務產品，將研究出的氣象服務指標用在實際生產中，充分發揮指標的效應，為種植戶日光溫室生產趨利避害，發揮重要作用。同時加強對日光溫室種植戶的培訓，增強其對天氣預報、預警的認識，提高利用氣象信息助力生產和防災、減災的能力。

加強氣象與農業部門的合作，學習積累日光溫室主栽果蔬品種的生長發育特性，開展極端氣候條件下不同作物耐受性和病理研究，增強日光溫室氣象服務的專業性和時效性。