山西中南部日光温室气温变化特征及预测研究＊

许云，赵宇亮，李雯



山西中南部日光温室气温变化特征及预测研究＊

许云1，赵宇亮2，李雯3

（1.山西省气候中心，山西 太原 030006；2.洪洞县气象局，山西 临汾 041600；3.山西省预警信息发布中心，山西 太原 030002）

利用山西省5个设施小气候观测站资料和对应县（市）气象站资料，研究了不同天气条件下日光温室内气温变化规律、温室内气温与外界环境大气候的关系，并建立了不同天气条件下日光温室内气温预测模型，以期为有关部门和广大农民减灾增效提供依据。

日光温室；气温变化；气温预测；预测模型

日光温室作为特色农业设施，在山西省得到了很好推广和应用。日光温室反季节生产的影响因素除了温室本身的结构和建造标准外[1]，还包括当地的大气环境和人为控制等方面[2]。目前，山西设施农业基本靠天吃饭，趋利避短，而日光温室内气温作为设施生产的限制因子之一，研究建立相应的预测模型意义重大。

山西省日光温室种植茬口南北差异较大，文中研究仅针对茬口相近、在不加温条件下大部分可安全越冬的中南部地区。文章旨在研究利用天气预报产品及地面气象站观测要素等外部环境气象因子预测温室内气温，揭示晴天、多云到少云和寡照3种天气条件下日光温室内气温与外界大环境因子的相关关系。

1 数据来源

温室小气候数据资料来源于山西省气候中心建立的5个日光温室小气候自动观测站，分别安装在临汾市洪洞县、运城市盐湖区、晋中市榆次区、晋中市寿阳县和长治市郊区，观测仪器为DZN1型农田小气候观测仪，安装在温室内距出口1/3处。观测地日光温室均坐北朝南，在当地具有一定代表性，温室管理按照农户日常管理进行。

数据时间：2011—2012年设施蔬菜生长季（2011-10—2012-05）。

日光温室内最高、最低气温：每日逐时观测数据中温度的最高值、最低值，温室外环境数据来源于对应县站气象观测数据。

2 数据处理

3 研究方法

=0+11+22+…+nn. （1）

式（1）中：0为常数；i为选入模型的建模因子；1～n为变量的相关系数。

4 研究成果与分析

4.1 冬季日光温室内外气温变化特征

选取洪洞县作为代表站点，研究分析了3种天气条件下冬季（12月至次年2月）日光温室内气温变化特征及温室内外气温对比情况，如图1、图2所示。由图1、图2可知：①三种天气条件下温室内气温日变化趋势相似，仅气温上升、下降的速率不同，晴天时温室通风之后气温出现小幅回落，使得气温日变化曲线呈“双峰型”；②温室内气温在8时左右达到最低值，揭帘之后开始缓慢上升，之后随太阳辐射的增强迅速升高并在12时（晴天）或13时（多云转少云、寡照）达到最高值，在一段时间内基本维持稳定，14时或15时后气温开始下降，盖帘后到第二天8时气温变化缓慢，这主要是由于草帘或其他覆盖物的隔热保温作用；③温室内外气温日变化趋势基本相同，但温室内各时段气温均明显高于室外，气温变幅也明显快于温室外，且日较差相对较大，最高气温前者出现在12或13时、后者出现在15时左右，说明在升温过程中，温室内温度变化对太阳辐射的增加反应更快。

图1 不同天气条件下冬季日光温室内气温变化

图2 冬季晴天日光温室内外气温变化

4.2 日光温室内气温预测模型建模因子选择

文中分别分析了不同天气条件下日光温室内最高、最低气温与温室外当天最高气温、最低气温和可照时数及前一天最高气温、最低气温和平均气温的相关性，结果如表1所示，各因子的相关系数均通过了0.001的双侧显著性水平检验。

由表1可以看出，不论是晴天、多云到少云还是寡照天气，温室内最高和最低气温都与温室外当天和前一天气象要素成正相关关系，说明用温室外当天及前一天气象要素预测温室内气温合理可行。较温室内最高温度而言，日光温室内最低温度与室外当天及前一天气象要素有较高的相关性。本研究中，选取相关系数大于0.5的气象要素作为预测模型建立因子。

表1 不同天气条件下温室内气温与温室外气象要素的相关系数

温室外气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 不同天气条件下日光温室内最低气温预测模型建立

建立的不同天气条件下日光温室内最低气温预测模型如表2所示，晴天时模型相关系数为0.709，多云到少云及寡照天气下模型相关系数均在0.8以上，标准误差在1.887～2.223 ℃之间，模拟预测效果较好。众所周知，日光温室在生产过程中，棚内气温的高低受外界温度和人为管理共同影响。温室内最低气温模拟较好的原因可能是日最低气温通常在早晨揭帘之前到达，由地面的辐射冷却造成，而降温过程稳定，主要受外界环境和夜间覆盖物所影响。

4.4 日光温室内最高气温预测模型建立

生产管理方面，当温室内温度较高时就会采取通风降温措施，温度太低时也会采取人工增温，实际测得的最高温度是人为干预下的温度。三种天气条件下温室内最高气温预测模型如表3所示，晴天时模型相关系数为0.586，寡照时模型相关系数为0.546，而多云到少云天气时模型相关系数为0.731，标准误差在3.044～4.697 ℃之间。与最低气温模拟相比，对最高气温的模拟效果要差一些，尤其是晴天和寡照天气时，分析原因可能是日最高气温通常出现在11时到15时，晴天和寡照天气时温室内最高温度受人为活动如揭帘通风、灌溉、增温等影响更大，而多云到少云天气时，为了保证温室内温度，会缩短通风时间或者不通风，因此模拟效果相对较好。

表2 日光温室内最低气温预测模型

天气条件预测方程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 日光温室内最高气温预测模型

天气条件预测方程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 结论与讨论

本文通过研究不同天气条件下日光温室内气温变化规律、温室内气温与外界环境大气候的关系，建立起不同天气条件下日光温室内气温预测模型，得出如下结论：①日光温室内气温具有明显的日变化特征，3种天气条件下气温日变化趋势相似，仅气温上升、下降的速率不同。温室内气温日变化规律与温室外气温变化趋势基本相同，但温室内各时段气温均明显高于室外，气温变幅也明显快于温室外，且日较差相对较大。②不同天气状况下，日光温室内最低气温与所选6个环境气象因子均成正相关，环境气象因子与温室内最低气温的相关性好于与温室内最高气温的相关性。③文中采用多元线性回归法建立了日光温室内最高、最低气温预测模型，结果显示，对日光温室内最低气温的预测好于最高气温，且在3种天气状况下，多云到少云天气温度预测模型好于晴天和寡照天气。

［1］陈端生.中国节能型日光温室建筑与环境研究进展［J］.农业工程学报，1994，10（1）：123-127.

［2］聂和民.三折式温室的结构特点及性能分析［J］.中国蔬菜，1987（3）：19-22.

［3］魏瑞江，王春乙，范增禄.石家庄地区日光温室冬季小气候特征及其与大气候的关系［J］.气象，2010，36（1）：97-103.

［4］孙智辉，蒋小莉，曹雪梅，等.延安日光温室内温度预测方法与指标的确立［J］.中国农学通报，2010，26（15）：372-377.

［5］崔建云，董晨娥，左迎之，等.外部环境气象条件对日光温室气象条件的影响［J］.气象，2006，32（3）：102-106.

［6］刘可群，黎明锋，杨文刚.大棚小气候特征以及与大气候的关系［J］.气象，2008，34（7）：101-107.

许云（1983—），女，主要研究方向为设施与特色农业。

山西省煤基重点科技攻关项目（FT201402-10）

2095－6835（2018）21－0120－02

P463

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.21.120

〔编辑：严丽琴〕