南和农业嘉年华日光温室内最低气温预报模型研究

王贵梅，李瑞苏，杨 帆，李绍坤，王丽娜

1.河北省南和区气象局，河北邢台 054400；2.河北省沙河市气象局，河北沙河054100

近年来，南和区政府为推进农业供给侧改革，大力开发了以南和区农业嘉年华为代表的市民健康旅游、绿色采摘等农业项目。农业嘉年华建有先进的日光温室场馆6个，旨在实现各类植物在不同环境下保持正常生长，实现展出目的，项目建成后广受游客好评[1]。但经调查，遇到灾害性天气时，由于无法及时提前调节馆内气象环境，导致作物一定程度上受损。

为了更好地服务于南和区旅游农业发展，南和区气象局在农业嘉年华建立了邢台市首套阳光温室内外对比观测站，为开展南和农业嘉年华日光温室内小气候变化规律的研究奠定了数据基础。同时，农业嘉年华依托中国农业大学的技术支持和资源优势，馆内配有日光、温度、湿度调节设备，为本课题的研究奠定了技术基础[2]。

本课题将利用观测站同步观测的温室内外气温、湿度数据，按照不同季节、不同天气的类别，确定温室内外气象条件的线性关系，结合天气预报技术，首次为温室内气象条件提供精准预报。结合农业嘉年华提供的不同作物适宜的气象条件阈值，实现较为精准的设施农业小气候调控技术[3]。研究成果可在南和区实施农业种植领域进一步验证、推广，以提高全区的设施农业小气候操控技术，减轻气象灾害带来的损失，促进农民增产增收[4]。

1 研究内容

（1）整理南和区农业嘉年华日光温室内外气温、湿度、天气现象等气象资料。将农业嘉年华日光温室内与室外对应的气象要素进行对比分析，从不同天气状况分析温室内小气候日变化和季节变化，得出日光温室内最低气温预报模型。

（2）根据日光温室内最低气温预报模型，制作南和区农业嘉年华日光温室小气候服务材料，开展农业嘉年华日光温室内小气候气象服务，提前干预日光温室内气候条件，提高整个南和区设施农业棚内的气象调控技术。

2 研究方法

（1）文献研究法。对国内外关于日光温室的相关文献进行研究。

（2）统计分析法。为分析不同天气条件下，日光温室内气温、相对湿度的变化特征，对日光温室外气象数据的日照时数进行换算，得到日照百分率；按日照百分率S≥60%、20%≤S＜60%、0≤S＜20%，将所有资料分为晴天、多云和寡照3种天气类型，利用统计资料分析日光温室内气温变化特征，采用Excel 2003软件的线性回归方程分析棚内小气候的日变化和季节变化规律。

（3）逐步回归法。对日光温室内外对比观测站的数据进行对比分析，采用SPASS 12.0软件进行数据相关性分析，将气象数据的日最高气温、日平均气温、日最大相对湿度、日最小相对湿度、日平均相对湿度、日平均地表温度作为自变量，日最低气温作为因变量，采用逐步回归方法，建立小气候预报模型。

3 创新点

（1）应用邢台市首套日光温室内外对比观测站，观测数据经同一采集器集成处理，数据精准，避免了误差。

（2）利用本课题得出的定量关系，结合天气预报技术可首次提供日光温室内精细化气象条件预报。

（3）农业嘉年华项目依托中国农业大学技术优势，具备较为先进的小气候操控技术，本课题可为提高全区的设施农业小气候操控技术积累宝贵经验[5]。

4 温室内小气候气象要素变化的特征

4.1 日光温室内外气温变化

4.1.1 日光温室内外最低气温对比 日光温室内日最低气温基本偏高于室外，10月份开始温差逐渐增大，11月22日左右开始室外气温开始走低，温室内最低气温较低会影响温室内植物的正常生长，技术人员开启暖气，调节温室内气象环境，保证温室内植物正常生长，温室内外温差瞬间增大，相差10℃以上；2月底气温开始回升，技术人员关闭暖气，温室内外温差逐渐减小；5—9月室内外最低气温相差不大。遇有冷空气、连阴雨、大风等天气时，室内外温差增大[6]。

4.1.2 日光温室内外最高气温对比 根据温室内作物的生长需求，夏季气温过高时，郁金香、牵牛花、天竺葵等观赏植物花期将会缩短，这时需要采取各种降温措施，在气温达到25℃时，开始遮阳，达到降温效果；在气温达到27℃～28℃（人能忍受的程度）时，就打开水帘等达到降温的效果。因此，夏季室外最高气温基本均高于室内最高气温。冬季，在气温达到22℃～23℃时，开始调高气温，达到保温作用，冬季室外最高气温基本均低于室内最高气温。春季和秋季温室内外最高气温相差不大。

4.1.3 日光温室内外日平均气温对比 5月底—8月初，日光温室外日平均气温高于室内，6—7月温差较大；8月初—9月，日光温室外日平均气温低于室内，温室内外温度相差不大；10月份开始温差逐渐增大，11月22日左右开始室外气温开始走低，温室内平均气温较低将会影响温室内植物正常生长，技术人员开启暖气，调节温室内气象环境，保证温室内植物正常生长，温室内外温差瞬间增大，相差10℃以上；2月底气温开始回升，技术人员关闭暖气，2—5月温室内外温差相差不大。

4.2 春季日光温室内气象要素日变化

4.2.1 春季日光温室内相对湿度的日变化 从春季日光温室内相对湿度日变化可以看出，春季温室内相对湿度日变化较明显，夜间温室内相对湿度较大，日出前达到最大值，日出后随着气温升高逐渐下降，晴天时05:25～06:30达到最高，13:35～15:05最低；寡照时05:35～05:50达 到 最 高，15:10～15:40最低；多云时06:30～06:40达到最高，12:50～13:30最低。相对湿度表现为寡照＞多云＞晴天。

4.2.2 春季日光温室内气温的日变化 从图1可以看出，01:00～8:00寡照气温＞多云气温＞晴天气温；08:00～22:00晴天气温＞多云气温＞寡照气温；22:00～01:00多云气温＞寡照气温＞晴天气温。

图1 春季日光温室内相对湿度的日变化

夜间温室内气温最低，日出前达到最小值，日出后逐渐升高，午后逐渐下降。13:20～14:30晴天气温达到最高，13:30～15:10寡照气温达到最高，13:25～14:30多云气温达到最高。05:10～6:00晴天时气温达到最低，04:10～6:00寡照时气温达到最低，05:10～06:15多云时气温达到最低。

4.3 夏季日光温室内气象要素日变化

4.3.1 夏季日光温室内相对湿度的日变化 从夏季日光温室内相对湿度日变化可以看出，夜间温室内相对湿度较大，日出前达到最大值，日出后随着气温升高逐渐下降，日相对湿度寡照＞多云＞晴。夏季温室内在气温达到27℃～28℃（人能忍受的程度）时，就打开水帘等达到降温的效果。晴天时工作人员会根据工作时间打开水帘降温，08:00～11:00、13:30～17:00温室内工作人员会打开水帘降温，导致湿度上升。11:00～13:30关闭水帘，湿度下降。多云时，09:00～11:00、13:00～17:00温室内工作人员会打开水帘降温，导致湿度上升。相对湿度表现为寡照＞多云＞晴天。

4.3.2 夏季日光温室内气温的日变化 从夏季日光温室内气温日变化可以看出，夜间温室内气温较小，日出前达到最小值，日出后气温升高，午后逐渐下降，07:30～00:00温室内气温晴＞多云＞寡照，00:00～07:30温室内气温寡照＞多云＞晴。

夏季温室内在气温达到27℃～28℃（人能忍受的程度）时，工作人员会根据工作时间打开水帘达到降温的效果。晴天时08:00～11:00、13:30～17:00温室内工作人员会打开水帘降温，导致气温下降。11:00～13:30关闭水帘，气温上升。多云时，09:00～11:00、13:00～17:00温室内工作人员会打开水帘降温，导致气温下降。

4.4 秋季日光温室内气象要素日变化

4.4.1 秋季日光温室内相对湿度的日变化 从秋季日光温室内相对湿度日变化可以看出，夜间温室内相对湿度较大，日出前达到最大值，日出后随着气温升高逐渐下降，日相对湿度寡照＞多云＞晴天。晴天时06:10～08:35达到最高，14:15～15:35最低；寡照时05:10～08:20达 到 最 高，15:05～15:40最低；多云时07:00～08:05达到最高，13:35～15:35最低。

4.4.2 秋季日光温室内气温日变化 从图2可以看出，20:00～翌日08:50寡照气温＞多云气温＞晴天气温；08:50～09:25寡照气温＞晴天气温＞多云气温；09:25～10:00晴天气温＞寡照气温＞多云气温；10:00～17:45晴天气温＞多云气温＞寡照气温；17:45～18:50多云气温＞晴天气温＞寡照气温；18:50～20:00多云气温＞寡照气温＞晴天气温。

图2 秋季日光温室内气温的日变化

夜间温室内气温最低，日出前达到最小值，日出后逐渐升高，午后逐渐下降。13:20～14:40晴天气温达到最高，13:05～14:00寡照气温达到最高，13:40～14:10多云气温达到最高。06:10～07:05晴天时气温最低，5:40～07:10寡照时气温最低，6:05～07:05多云时气温最低。

4.5 冬季日光温室内气象要素日变化

4.5.1 冬季日光温室内相对湿度的日变化 分析冬季日光温室内相对湿度日变化发现，晴天时09:10～09:55达到 最 高，12:55～15:00最 低；寡 照 时16:05～17:20达 到 最 高，00:10～07:10最低；多云时16:10～17:40达到最高，00:35～07:30最低。

4.5.2 冬季日光温室内气温的日变化 分析冬季日光温室内气温日变化发现，01:20～09:45寡照气温＞多云气温＞晴天气温；09:45～19:10晴天气温＞多云气温＞寡照气温；19:10～21:00晴气温＞寡照气温＞多云气温；21:00～01:20寡照气温＞晴气温＞多云气温。

夜间温室内气温最低，日出前达到最小值，日出后逐渐升高，午后逐渐下降。13:40～14:05晴天气温达到最高，13:10～13:35寡照气温达到最高，13:55～14:20多云气温达到最高。08:10～08:50晴天时气温达到最低，08:40～09:50寡照时气温达到最低，08:00～08:50多云时气温达到最低。

5 日光温室内最低气温的预报模型

根据上述日光温室内日最高气温、日最低气温和日平均相对湿度的变化规律可知，试验站日光温室小气候要素随季节、天气类型具有不同的变化范围。因此，将日光温室内日最低气温按照冬季、春季、秋季和晴天、多云、寡照的不同建立预报模型，各预报模型均通过了显著性水平0.05的检验[7]。