南和農業嘉年華日光溫室內最低氣溫預報模型研究

王貴梅，李瑞蘇，楊 帆，李紹坤，王麗娜

1.河北省南和區氣象局，河北邢臺 054400；2.河北省沙河市氣象局，河北沙河054100

近年來，南和區政府為推進農業供給側改革，大力開發了以南和區農業嘉年華為代表的市民健康旅游、綠色采摘等農業項目。農業嘉年華建有先進的日光溫室場館6個，旨在實現各類植物在不同環境下保持正常生長，實現展出目的，項目建成后廣受游客好評[1]。但經調查，遇到災害性天氣時，由于無法及時提前調節館內氣象環境，導致作物一定程度上受損。

為了更好地服務于南和區旅游農業發展，南和區氣象局在農業嘉年華建立了邢臺市首套陽光溫室內外對比觀測站，為開展南和農業嘉年華日光溫室內小氣候變化規律的研究奠定了數據基礎。同時，農業嘉年華依托中國農業大學的技術支持和資源優勢，館內配有日光、溫度、濕度調節設備，為本課題的研究奠定了技術基礎[2]。

本課題將利用觀測站同步觀測的溫室內外氣溫、濕度數據，按照不同季節、不同天氣的類別，確定溫室內外氣象條件的線性關系，結合天氣預報技術，首次為溫室內氣象條件提供精準預報。結合農業嘉年華提供的不同作物適宜的氣象條件閾值，實現較為精準的設施農業小氣候調控技術[3]。研究成果可在南和區實施農業種植領域進一步驗證、推廣，以提高全區的設施農業小氣候操控技術，減輕氣象災害帶來的損失，促進農民增產增收[4]。

1 研究內容

（1）整理南和區農業嘉年華日光溫室內外氣溫、濕度、天氣現象等氣象資料。將農業嘉年華日光溫室內與室外對應的氣象要素進行對比分析，從不同天氣狀況分析溫室內小氣候日變化和季節變化，得出日光溫室內最低氣溫預報模型。

（2）根據日光溫室內最低氣溫預報模型，制作南和區農業嘉年華日光溫室小氣候服務材料，開展農業嘉年華日光溫室內小氣候氣象服務，提前干預日光溫室內氣候條件，提高整個南和區設施農業棚內的氣象調控技術。

2 研究方法

（1）文獻研究法。對國內外關于日光溫室的相關文獻進行研究。

（2）統計分析法。為分析不同天氣條件下，日光溫室內氣溫、相對濕度的變化特征，對日光溫室外氣象數據的日照時數進行換算，得到日照百分率；按日照百分率S≥60%、20%≤S＜60%、0≤S＜20%，將所有資料分為晴天、多云和寡照3種天氣類型，利用統計資料分析日光溫室內氣溫變化特征，采用Excel 2003軟件的線性回歸方程分析棚內小氣候的日變化和季節變化規律。

（3）逐步回歸法。對日光溫室內外對比觀測站的數據進行對比分析，采用SPASS 12.0軟件進行數據相關性分析，將氣象數據的日最高氣溫、日平均氣溫、日最大相對濕度、日最小相對濕度、日平均相對濕度、日平均地表溫度作為自變量，日最低氣溫作為因變量，采用逐步回歸方法，建立小氣候預報模型。

3 創新點

（1）應用邢臺市首套日光溫室內外對比觀測站，觀測數據經同一采集器集成處理，數據精準，避免了誤差。

（2）利用本課題得出的定量關系，結合天氣預報技術可首次提供日光溫室內精細化氣象條件預報。

（3）農業嘉年華項目依托中國農業大學技術優勢，具備較為先進的小氣候操控技術，本課題可為提高全區的設施農業小氣候操控技術積累寶貴經驗[5]。

4 溫室內小氣候氣象要素變化的特征

4.1 日光溫室內外氣溫變化

4.1.1 日光溫室內外最低氣溫對比 日光溫室內日最低氣溫基本偏高于室外，10月份開始溫差逐漸增大，11月22日左右開始室外氣溫開始走低，溫室內最低氣溫較低會影響溫室內植物的正常生長，技術人員開啟暖氣，調節溫室內氣象環境，保證溫室內植物正常生長，溫室內外溫差瞬間增大，相差10℃以上；2月底氣溫開始回升，技術人員關閉暖氣，溫室內外溫差逐漸減小；5—9月室內外最低氣溫相差不大。遇有冷空氣、連陰雨、大風等天氣時，室內外溫差增大[6]。

4.1.2 日光溫室內外最高氣溫對比 根據溫室內作物的生長需求，夏季氣溫過高時，郁金香、牽牛花、天竺葵等觀賞植物花期將會縮短，這時需要采取各種降溫措施，在氣溫達到25℃時，開始遮陽，達到降溫效果；在氣溫達到27℃～28℃（人能忍受的程度）時，就打開水簾等達到降溫的效果。因此，夏季室外最高氣溫基本均高于室內最高氣溫。冬季，在氣溫達到22℃～23℃時，開始調高氣溫，達到保溫作用，冬季室外最高氣溫基本均低于室內最高氣溫。春季和秋季溫室內外最高氣溫相差不大。

4.1.3 日光溫室內外日平均氣溫對比 5月底—8月初，日光溫室外日平均氣溫高于室內，6—7月溫差較大；8月初—9月，日光溫室外日平均氣溫低于室內，溫室內外溫度相差不大；10月份開始溫差逐漸增大，11月22日左右開始室外氣溫開始走低，溫室內平均氣溫較低將會影響溫室內植物正常生長，技術人員開啟暖氣，調節溫室內氣象環境，保證溫室內植物正常生長，溫室內外溫差瞬間增大，相差10℃以上；2月底氣溫開始回升，技術人員關閉暖氣，2—5月溫室內外溫差相差不大。

4.2 春季日光溫室內氣象要素日變化

4.2.1 春季日光溫室內相對濕度的日變化 從春季日光溫室內相對濕度日變化可以看出，春季溫室內相對濕度日變化較明顯，夜間溫室內相對濕度較大，日出前達到最大值，日出后隨著氣溫升高逐漸下降，晴天時05:25～06:30達到最高，13:35～15:05最低；寡照時05:35～05:50達 到 最 高，15:10～15:40最低；多云時06:30～06:40達到最高，12:50～13:30最低。相對濕度表現為寡照＞多云＞晴天。

4.2.2 春季日光溫室內氣溫的日變化 從圖1可以看出，01:00～8:00寡照氣溫＞多云氣溫＞晴天氣溫；08:00～22:00晴天氣溫＞多云氣溫＞寡照氣溫；22:00～01:00多云氣溫＞寡照氣溫＞晴天氣溫。

圖1 春季日光溫室內相對濕度的日變化

夜間溫室內氣溫最低，日出前達到最小值，日出后逐漸升高，午后逐漸下降。13:20～14:30晴天氣溫達到最高，13:30～15:10寡照氣溫達到最高，13:25～14:30多云氣溫達到最高。05:10～6:00晴天時氣溫達到最低，04:10～6:00寡照時氣溫達到最低，05:10～06:15多云時氣溫達到最低。

4.3 夏季日光溫室內氣象要素日變化

4.3.1 夏季日光溫室內相對濕度的日變化 從夏季日光溫室內相對濕度日變化可以看出，夜間溫室內相對濕度較大，日出前達到最大值，日出后隨著氣溫升高逐漸下降，日相對濕度寡照＞多云＞晴。夏季溫室內在氣溫達到27℃～28℃（人能忍受的程度）時，就打開水簾等達到降溫的效果。晴天時工作人員會根據工作時間打開水簾降溫，08:00～11:00、13:30～17:00溫室內工作人員會打開水簾降溫，導致濕度上升。11:00～13:30關閉水簾，濕度下降。多云時，09:00～11:00、13:00～17:00溫室內工作人員會打開水簾降溫，導致濕度上升。相對濕度表現為寡照＞多云＞晴天。

4.3.2 夏季日光溫室內氣溫的日變化 從夏季日光溫室內氣溫日變化可以看出，夜間溫室內氣溫較小，日出前達到最小值，日出后氣溫升高，午后逐漸下降，07:30～00:00溫室內氣溫晴＞多云＞寡照，00:00～07:30溫室內氣溫寡照＞多云＞晴。

夏季溫室內在氣溫達到27℃～28℃（人能忍受的程度）時，工作人員會根據工作時間打開水簾達到降溫的效果。晴天時08:00～11:00、13:30～17:00溫室內工作人員會打開水簾降溫，導致氣溫下降。11:00～13:30關閉水簾，氣溫上升。多云時，09:00～11:00、13:00～17:00溫室內工作人員會打開水簾降溫，導致氣溫下降。

4.4 秋季日光溫室內氣象要素日變化

4.4.1 秋季日光溫室內相對濕度的日變化 從秋季日光溫室內相對濕度日變化可以看出，夜間溫室內相對濕度較大，日出前達到最大值，日出后隨著氣溫升高逐漸下降，日相對濕度寡照＞多云＞晴天。晴天時06:10～08:35達到最高，14:15～15:35最低；寡照時05:10～08:20達 到 最 高，15:05～15:40最低；多云時07:00～08:05達到最高，13:35～15:35最低。

4.4.2 秋季日光溫室內氣溫日變化 從圖2可以看出，20:00～翌日08:50寡照氣溫＞多云氣溫＞晴天氣溫；08:50～09:25寡照氣溫＞晴天氣溫＞多云氣溫；09:25～10:00晴天氣溫＞寡照氣溫＞多云氣溫；10:00～17:45晴天氣溫＞多云氣溫＞寡照氣溫；17:45～18:50多云氣溫＞晴天氣溫＞寡照氣溫；18:50～20:00多云氣溫＞寡照氣溫＞晴天氣溫。

圖2 秋季日光溫室內氣溫的日變化

夜間溫室內氣溫最低，日出前達到最小值，日出后逐漸升高，午后逐漸下降。13:20～14:40晴天氣溫達到最高，13:05～14:00寡照氣溫達到最高，13:40～14:10多云氣溫達到最高。06:10～07:05晴天時氣溫最低，5:40～07:10寡照時氣溫最低，6:05～07:05多云時氣溫最低。

4.5 冬季日光溫室內氣象要素日變化

4.5.1 冬季日光溫室內相對濕度的日變化 分析冬季日光溫室內相對濕度日變化發現，晴天時09:10～09:55達到 最 高，12:55～15:00最 低；寡 照 時16:05～17:20達 到 最 高，00:10～07:10最低；多云時16:10～17:40達到最高，00:35～07:30最低。

4.5.2 冬季日光溫室內氣溫的日變化 分析冬季日光溫室內氣溫日變化發現，01:20～09:45寡照氣溫＞多云氣溫＞晴天氣溫；09:45～19:10晴天氣溫＞多云氣溫＞寡照氣溫；19:10～21:00晴氣溫＞寡照氣溫＞多云氣溫；21:00～01:20寡照氣溫＞晴氣溫＞多云氣溫。

夜間溫室內氣溫最低，日出前達到最小值，日出后逐漸升高，午后逐漸下降。13:40～14:05晴天氣溫達到最高，13:10～13:35寡照氣溫達到最高，13:55～14:20多云氣溫達到最高。08:10～08:50晴天時氣溫達到最低，08:40～09:50寡照時氣溫達到最低，08:00～08:50多云時氣溫達到最低。

5 日光溫室內最低氣溫的預報模型

根據上述日光溫室內日最高氣溫、日最低氣溫和日平均相對濕度的變化規律可知，試驗站日光溫室小氣候要素隨季節、天氣類型具有不同的變化范圍。因此，將日光溫室內日最低氣溫按照冬季、春季、秋季和晴天、多云、寡照的不同建立預報模型，各預報模型均通過了顯著性水平0.05的檢驗[7]。