装配式轻型拱棚夜间“逆温”现象研究

姜瑞洋，张维江，2，3*

（1.宁夏大学土木与水利工程学院，宁夏银川 750021；2.宁夏节水灌溉与水资源调控工程技术研究中心，宁夏银川 750021；3.旱区现代农业水资源高效利用教育部工程研究中心，宁夏 银川 750021）

宁夏固原市原州区的红梅杏产业在政府与农民的积极配合下为当地带来了实实在在的财富，得利于红梅杏的抗寒和抗旱能力优越，果肉多汁、甘甜可口，该产业最终发展为固原地区的高效支柱产业，成为老百姓脱贫致富的有效途径[1]。多名研究者[2—7]指出霜冻灾害的发生对红梅杏产业有不利影响。为此笔者查阅相关文献总结了1961—2017 年以来宁夏地区发生的霜冻情况[8—13]：基于全球气候变暖的大背景下，春季发生的霜冻对农业的影响要高于秋季，尤其在宁夏南部山区尤为突出，春霜冻表现为发生频率高、受灾强度大、受冻时间长等特点。因此对于当地发生的春霜冻灾害采取有效预防措施很重要。对于当地农户而言，实施高效和大规模的防霜冻措施需要承担高额的经济成本，因此他们采用传统的烟雾防霜法，该方法属于短时间的应急措施，具有一定的被动性，以及受地形、风力风向、烟量及火势合理控制的多重限制[14]。

本研究为寻找有效的经济型防霜冻措施，对常见的塑料大棚进行结构改良，采用装配式组合设计，建造了一种结构简单、体形小、负载轻、取材方便的装配式轻型拱棚来进行防霜冻试验。试验中发现在遭受霜冻的夜间棚内温度低于棚外温度，持续时间长达10 h 之久，棚内外最高温差达3.4 ℃。一般红梅杏初花期、盛花期和坐果期的受冻临界温度分别为-3.9，-2.2，-1.6 ℃[1]，而霜冻夜间发生时棚内的温度会低于初花期的临界温度。通过查阅相关文献，诸多学者[15—19]对塑料大棚内小气候的研究中均出现过棚内温度低于棚外温度的现象，并将其称为“温度逆转”或“逆温现象”，在他们的研究中该现象持续时间短且棚内外温差较小，对棚内农作物在短时内受到的影响不大，故对该现象未作系统的研究。笔者选择固原市原州区红梅杏生产基地的装配式轻型拱棚作为研究对象，对夜间棚内“逆温”现象的产生机理进行研究，可为今后采用温棚设施预防霜冻技术提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验场地位于宁夏固原市原州区申庄村的红梅杏生产基地（北纬36°8′25″，东经106°7′50″）。装配式轻型拱棚采用冷弯镀锌钢骨架，跨度2 m，长度60 m，顶高2.5 m，肩高1.5 m，棚顶为半径1 m 的拱形设计，南北走向，如图1 所示。覆盖材料是以聚酯纤维为原材料经热压黏合处理后形成的无纺布，其规格为200 g/m2，不透光且透气性较差，不易结露，结实耐用。覆盖方式为单层全面覆盖，卷帘方式采用电动卷帘机自动卷帘。棚内栽种两年生红梅杏。

图1 装配式轻型拱棚3D 结构示意图

1.2 仪器安装与观测

观测仪选用邯郸开发区清易电子科技有限公司生产的JL-17 型温湿度记录仪和JL-16-D1 型6 路土壤温度计。棚内外的温湿度记录仪（包括土壤温度计）分别安装在棚内中间位置和距离棚西面裸地80 m 处，拱棚内外温湿度记录仪安装高度距离地面为1 m 和2 m 处各一个，土壤温度计埋深分别为5，15，25，35，45，65 cm 处，试验阶段设定温湿度记录仪和土壤温度计每5 min 自动记录一次被测环境的温度与空气相对湿度。

试验于2020 年3 月25 日开始至4 月30 日结束，期间根据气象预报的夜间最低温度来进行试验，当预报最低温度低于3 ℃或者发布霜冻预警时，开始试验。每次试验定于当日18:00 落下棚布，翌日8:00卷起棚布，由于棚布卷起后棚内环境与外界直接相通，因此本文对白天8:00 以后棚内外的温湿度变化不作分析。

1.3 试验方法

基于经典传热学和工程热力学的理论将观测数据作为已知量，运用Matlab 软件计算夜间棚内外及棚内地-气间的热量对流情况，计算棚内外湿空气的热湿参数并比较其差异，建立相应参数间的线性回归方程。相关计算公式如下：

（1）自然对流传热。根据棚内空气所处空间的情况，本研究的对流传热过程属于无限空间自然对流传热[20]。

式中：φ 为覆盖面积A 上的热流量，W；A 为棚布覆盖的总面积，取378 m2；tw和tf分别为棚布内壁表面温度和棚内空气温度，℃；h 为表面传热系数，W/（m2·K），其中h 依照《传热学》[20]计算。

（2）地-气间的热量交换。本文将依照孙忠富[21]的地-气间的热量交换计算方式进行计算。

式中：φs为棚内地面面积As上的热流量，W；本文As取120 m2；ts和tf分别为土壤深度D 处的温度和棚内气温，℃；K 为土壤与空气间的热交换系数，计算公式为

式中：hci为地面与空气间的表面传热系数，W/（m2·K）；D 为土壤深度，本文取0.05 m；L 为土壤导热率，W/（m·K）。

（3）空气的饱和水汽压。本文使用修正后的Tetens 公式[22]，计算公式为

式中：es为饱和水汽压，hPa；t 为空气温度，℃。

（4）水汽密度。水汽密度指空气中水蒸汽含量的物理量，计算公式为

式中：ρv为水汽密度，kg/m3；e 为实际水汽压，Pa；Rv为水蒸气气体常数，取值为461.52 J/（kg·K）。

（5）定压比热容。本文采用杜翠凤[23]的比热容计算公式：

式中：Cp为湿空气的定压比热容，kJ/（kg·℃）；d 为湿空气的含湿量，kg（水蒸气）/kg（干空气）。

（6）湿空气的比焓：指1 kg 干洁空气（不含水蒸汽）的焓与d kg 水蒸气的焓之和。

式中：h 为湿空气的比焓，kJ/kg；t 为空气温度，℃。

2 结果与分析

2.1 棚内外夜间温度变化

试验期间（3 月25 日—4 月30 日）为了探究装配式轻型拱棚夜间的保温性能，本文共做了9 次试验。表1 是9 次夜间试验的汇总情况，均出现了棚内“逆温”现象，其中4 月11 日凌晨出现了霜冻现象，4月12—13 日、4 月25—26 日的“逆温”现象最为典型，因此本文选取这三次过程的观测数据进行分析。

图2 是4 月10—11 日、4 月12—13 日、4 月25—26 日12:00 至翌日12:00 的棚内外1 m 高度温度变化情况。下午18:00 落下棚布后，棚内气温变化呈单峰形趋势，通常到20:00 左右，棚内温度开始下降，最终出现棚内“逆温”现象。

由图2 可知，4 月10 日除18:00 至20:00 外，棚内温度变化趋势与棚外一致，10 日20:00 至11 日6:00棚内温度始终低于棚外温度，此时段棚内外的平均温度分别为-0.3 ℃和1.2 ℃，平均温差1.5 ℃，最低温度均出现在11 日6:00，分别为-6.2 ℃和-3.7 ℃，棚内最低温度比棚外低2.5 ℃。7:00 左右太阳升起后温度回暖，棚内外温度均有上升趋势，8:00 卷起棚膜。通过观测数据发现，棚内温度易受棚外温度的影响，由于夜间温度持续下降，棚内温度较棚外提前低于0 ℃，且持续6 h，棚外则持续了4 h。根据固原市气象台发布的关于4 月11 日凌晨霜冻灾害预警，分析4 月10—11 日夜间至翌日凌晨棚内外温度的变化情况可以看出棚内受冻情况明显高于棚外，表现为受冻强度大且持续时间长。为能够清楚地表述在霜冻期间棚内受冻强度高于棚外这一现象，本文引用文献[24]中的“危害积温”，即计算棚内外逐时低于红梅杏初花期（4 月上旬处于红梅杏的初花期）临界温度（-3.4 ℃）的有害温度累计值，如图3 所示的棚内外温度曲线与临界温度以下形成的面积部分，即棚内温度低于低温危害的临界温度危害积温量（19.3 ℃·h）大于棚外的危害积温量（13.2 ℃·h）。

图2 棚内外1 m 高度温度对比

图3 4 月11 日凌晨棚内外逐时危害积温示意图

4 月12—13 日和4 月25—26 日夜间至翌日凌晨棚内外温度变化趋势与4 月10—11 日一致，均在当日20:00 至翌日6:00 内出现了“逆温”现象。4 月12—13 日和4 月25—26 日夜间棚内平均温度分别为3 ℃和2.7 ℃，棚外平均温度均为4.9 ℃，棚内与棚外的平均温差分别为1.9 ℃和2.2 ℃。结合以上分析及表1 的试验数据汇总发现，采用装配式组合设计搭建的轻型单膜拱棚在夜间的保温性能较差，“逆温”现象普遍发生。

表1 试验期夜间出现“逆温”现象汇总

除此之外，对比4 月10—11 日、4 月12—13 日、4 月25—26 日夜间棚内外高度2 m 与1 m 的温度变化发现：棚内高度2 m 的温度略低于1 m 温度，温差均小于1 ℃，而且这三次过程棚内高度1 m 与2 m 逐时温差平均值均不高于0.4 ℃，棚内高度1 m 的温度与2 m 温度基本一致；而棚外高度2 m 的温度大于高度1 m 温度，与棚内不同，这三次过程夜间棚外高度1 m 与2 m 平均温差分别为0.82，0.7，2.1 ℃，均高于棚内。

2.2 夜间棚内外相对湿度的变化

图4 是4 月10—11 日、4 月12—13 日、4 月25—26 日当日12:00 至翌日12:00 棚内外相对湿度变化情况。由图4 可知，随着太阳的下落，温度降低，棚内外相对湿度均逐渐升高，10 日18:00 至22:00棚内相对湿度增长速度明显高于棚外，22:00 棚内外相对湿度分别为88%，50.7%，相差37.3%，22:00 以后棚内相对湿度趋于稳定，但依然有轻微上升趋势。11 日凌晨棚内外相对湿度最高值分别为96%和74.7%，出现时间为棚内4:00 和棚外6:00，棚内明显早于棚外。7:00 以后随着太阳的出现，温度逐渐上升，棚内外相对湿度开始下降，8:00 以后棚布全面卷起，棚内外相对湿度恢复一致。4 月10 日18:00 至翌日8:00 棚内外相对湿度的平均值分别为81.97%与54.27%，相差27.7%。

图4 棚内外相对湿度的比较

4 月12—13 日和4 月25—26 日棚内外相对湿度变化情况与4 月10—11 日变化趋势一致，均在18:00 开始棚内相对湿度明显上升，且上升幅度大于棚外，4 月13 日和4 月26 日凌晨棚内相对湿度的最大值均高于其棚外最大值，差值分别为34.3%和47.9%，并且同一时段内（18:00 至翌日8:00）棚内相对湿度的平均值均高于棚外的平均值，差值分别为39.74%和40.38%。

2.3 夜间棚内外湿空气热湿参数的比较

基于工程热力学的理论，将夜间的观测数据作为已知条件，计算出棚内外高度1 m 处湿空气的水汽密度、定压比热容、比焓、实际水汽压、饱和水汽压以此来追溯“逆温”现象产生的原因。对比4 月10—11 日、4 月12—13 日、4 月25—26 日夜间湿空气的热湿参数后发现，虽然各个参数的具体数值不同，但是它们随时间的变化趋势基本一致，因此本文以4月10—11 日为代表作具体分析。

（1）水汽密度的比较。图5 是4 月10 日12:00至11 日12:00 的棚内外水汽密度随时间的变化情况，可以明显看出，当棚布在18:00 落下以后，棚内的水汽密度迅速上升，而棚外的水汽密度基本无变化，20:00 棚内水汽密度达到最大值为0.005 6 kg/m3，之后呈下降趋势，而棚外水汽密度的最大值为20:00的0.003 1 kg/m3。4 月10 日18:00 至翌日8:00 棚内水汽密度总是维持在高于棚外的水平，棚内外水汽密度的平均值分别为0.004 2 kg/m3和0.003 kg/m3，8:00以后棚布卷起，棚内外的水汽密度保持一致。

图5 4 月10—11 日棚内外水汽密度的变化情况

（2）定压比热容的比较。图6 是4 月10 日12:00至11 日12:00 的棚内外湿空气定压比热容的变化情况，18:00 棚膜覆盖后，棚内空气的比热容迅速升高，20:00 达到最高值1.015 2 kJ/（kg·℃），随后开始下降，至11 日6:00 达到最低值1.010 2 kJ/（kg·℃）；而棚外空气比热容的最大值与最低值分别为20:00 的1.010 7 kJ/（kg·℃）和翌日7:00 的1.009 6 kJ/（kg·℃）。

图6 4 月10—11 日棚内外湿空气比热容的变化情况

可能受棚外环境气候的影响，在11 日6:00 出现了棚内外空气比热容一致的短暂异常现象，而后开始升高且回到了高于棚外比热容的状态，观察4月12—13 日、4 月25—26 日的数据均未出现此现象，因此本文不作具体分析。8:00 卷起棚布以后，棚内外定压比热容一致。

尽管存在异常现象，但在棚膜覆盖的整个过程中，棚内湿空气定压比热容总体高于棚外，4 月10日18:00 至翌日8:00 棚内外湿空气定压比热容的平均值分别为1.012 7 kJ/（kg·℃）和1.010 4 kJ/（kg·℃）。究其原因，在棚膜覆盖以后，由于棚内空气的水汽密度升高，因此改变了湿空气的比热容。本文筛选了7 d 的观测资料分别计算出了逐时水汽密度与比热容的77 个数据，用Matlab 的regress 函数建立了棚内水汽密度（x）与比热容（y）的一元线性回归方程（图7）：y=1.949 6x+1.004 4，相关系数为0.998 8。采用F 检验法检验回归效果的显著性，在信度为0.01时，F 值等于37 092.69，F0.01=6.985 4，F＞F0.01，达到极显著水平。由图7 可知，当空气中水汽密度越大则比热容就会变大。

图7 棚内空气水汽密度与比热容关系趋势图

由于棚内湿空气的比热容大于棚外，则棚内单位质量的空气每降低1 ℃所失去的热量要比棚外的多。表2 是4 月10—11 日、4 月12—13 日、4 月25—26 日棚内外空气每降低1 ℃所失去的平均热量。

4.4 提高质量标准和品牌号召力 质量标准是培育知名品牌的前提和基础。只有实现了科学的质量标准体系作为前提，才能引导种植户更好地栽培大樱桃、规划大樱桃栽种的种类和数量，并为他们提供有效的市场信息指导。政府通过开展农产品标准规范生产和“三品一标”认证，可以大大提高农业生产经营水平，提高农产品质量安全和市场竞争力。政府要积极推动产业协会，充分发挥烟台大樱桃协会的作用，加快制定一系列有关烟台大樱桃内在品质、加工性能、分等分级、包装新鲜和安全卫生的标准和条例，针对福山大樱桃种植户制定简单易懂的认证程序，逐步建立烟台福山大樱桃的标准化体系、质量安全监测体系和可追溯体系。

表2 棚内外空气每降低1 ℃失去的平均热量

（3）比焓的比较。本文通过观测数据计算了夜间棚内外湿空气的比焓，用来对比棚内外单位质量的空气所含有的热量。图8 是4 月10 日12:00 至11日12:00 的棚内外湿空气的比焓变化情况。由图8可知，18:00 棚膜覆盖后棚内空气的比焓开始上升，达到最大值23.41 kJ/kg 以后开始下降，而棚外空气比焓随着温度的下降而降低，4 月10 日18:00 至翌日8:00 棚内外湿空气比焓的平均值分别为11.59 kJ/kg和9.46 kJ/kg。

图8 4 月10—11 日防霜棚内外湿空气比焓变化情况

由于受外部环境的影响，4 月11 日6:00 棚内湿空气比焓低于棚外，观察4 月12—13 日、4 月25—26 日的数据均为棚内湿空气的比焓高于棚外。究其原因，4 月11 日6:00 棚内水汽密度与棚外基本一致，导致棚内外实际水汽压相差很小，所以棚内外湿空气的含湿量基本一致，分别为0.002 8 kg（水）/kg（干）和0.002 7 kg（水）/kg（干），而根据比焓的计算公式可知，在含湿量一定的情况下，温度越低，比焓越小，因此出现了棚内焓值低于棚外的现象。

工程中常常根据湿空气比焓的变化来判断空气中热量得失情况，比焓增加表示得到热量，反之失去热量[25]。表3 是4 月10—11 日、4 月12—13 日、4 月25—26 日棚内外湿空气在降温过程中的平均失热量，可以明显看出在夜间温度降低的情况下，棚内的失热量均高于棚外，因此棚内的蓄热量不足，温度低于棚外，出现了“逆温”现象。

表3 棚内外空气在降温过程中的平均失热量

（4）棚内外实际水汽压与饱和水汽压的比较。本文将实测的温度和相对湿度作为已知量计算出棚内外的实际水汽压、饱和水汽压来进行比较和分析。

表4 为4 月10 日18:00 至翌日8:00 棚内外实际水汽压e 和饱和水汽压es随时间的变化情况。18:00棚布覆盖后棚内实际水汽压与棚外相比明显升高，20:00 达到最大值7.17 hPa，之后棚内的实际水汽压随着温度的降低而降低，翌日6:00 达到了最小值3.65 hPa。与棚内相比，棚外的实际水汽压变化平缓，最大值与最小值分别为21:00 的4.02 hPa 和翌日7:00 的3.19 hPa。10 日18:00 至翌日8:00 棚内外实际水汽压的平均值分别为5.45 hPa 和3.68 hPa，由此可知在棚布覆盖后，棚内实际水汽压的变化幅度与大小均高于棚外的实际水汽压。

表4 4 月10—11 日棚内外实际水汽压和饱和水汽压的比较

棚内外温度的变化直接影响着饱和水汽压的变化，当棚布覆盖以后，棚内的饱和水汽压随着温度的升高而升高，19:00 达到最大值13.12 hPa，之后随着棚内温度的降低，饱和水汽压也开始下降，翌日6:00达到最小值3.84 hPa，此时间段内棚内饱和水汽压的减少率为71%。棚外环境温度的变化趋势异于棚内，18:00 以后棚外的饱和水汽压随温度的持续降低而降低，同一时段内棚外饱和水汽压最大值为18:00 的12.78 hPa，最小值为翌日6:00 的4.65 hPa，减少率为64%，因此夜间棚内饱和水汽压的降低速率高于棚外。

另外，观察棚内饱和水汽压和实际水汽压的变化情况后发现，从10 日20:00 开始实际水汽压越来越接近于饱和水汽压，到翌日4:00 棚内两者间的接近程度达到最大，实际水汽压和饱和水汽压分别为4.49 hPa 和4.68 hPa，相差0.19 hPa。棚外在11 日6:00两者数值的接近程度才达到最大，实际水汽压和饱和水汽压分别为3.47 hPa 和4.65 hPa，相差1.18 hPa，接近程度小于棚内。

2.4 夜间棚内外的热量交换

本文根据经典传热学的理论分析夜间棚内外热量的得失情况。为了简化棚内外对流换热过程的计算，作以下假设：①忽略夜间棚内红梅杏树对棚内外热量交换的影响；②忽略棚内土壤5 cm 深度向下的传热过程；③忽略棚内外土壤、红梅杏树、棚布的热辐射过程；④夜间棚内温度易受棚外环境气候的影响，因为棚布的热惰性较小，所以将此次传热过程视为稳态传热[26]；⑤由于棚布厚度小，其热阻近似为零，所以假定棚布内外表面的温度相等[27]；⑥夜间棚内外高度1 m 和2 m 处的温度各有差异，为了方便分析棚内外对流换热过程，又考虑到不同高度的温度对对流换热的影响，因此计算了同一时刻棚内高度1 m 与2 m 温度的平均值与棚外高度1 m 与2 m温度的平均值作为边界条件。

2.4.1 夜间棚内外通过覆盖材料的热量交换 表5是4 月10—11 日、4 月12—13 日、4 月25—26 日夜间至翌日凌晨棚内外通过棚布的热量交换情况，本文根据热流量的正负来判断棚内热量的收支，正值为棚内吸收热量，负值为输出热量。

表5 夜间防霜棚内外通过棚膜的热量交换

由表5 可知，棚布覆盖后棚内热量向外界散热，归因于棚内地面没有太阳辐射的补偿，因而地面辐射开始向棚内空气散失热量，与此同时，20:00 之前棚外太阳辐射随太阳高度角的减小而降低，但并未完全消失，因此作用在棚布外表面的太阳辐射处于被棚布吸收的状态，导致棚布外表面温度较高，在内外补温的条件下，棚内温度升高并保持较高的状态，因此出现了短时内棚内热量向外界散热的现象，这三次过程棚内向外散热量最大值分别为805.5，12 766.5，8 133.2 W。20:00 左右当太阳高度角为0，太阳辐射也随之消失，因此该现象结束，随着环境温度的降低，棚内温度低于棚外，出现了棚外周围的热量以对流方式反向棚内供热，并且棚内外温差越大则棚外向棚内提供的热量越多，这三次过程内棚外向棚内传热最大值分别为2 888.6，2 540.8，5 897.6 W。

2.4.2 夜间棚内地-气间热量交换 4 月10—11日、4 月12—13 日、4 月25—26 日这三次过程18:00至翌日8:00 棚内1 m 高度的平均温度分别为1.3，5.6，6.2 ℃，2 m 高度的平均温度分别为0.9，5.2，5.8 ℃，土壤5 cm 深处的平均温度分别为9.1，12.0，17.0 ℃，均表现为夜间土壤5 cm 深度的温度大于棚内高度1，2 m 处温度。

表6 是这三次过程夜间棚内地-气间热量交换情况，其中正值为棚内吸收土壤热量，负值则相反。由表6 可知，除4 月10 日外，4 月12 日与4 月25日由于棚布覆盖后地表以上温度高于土壤深度5 cm 处温度，因此土壤吸收热量。20:00 左右，随着环境温度降低棚内温度迅速下降，但土壤温度下降过程较缓慢，因此土温高于棚内高度1，2 m 处的温度，此时土壤向上输送热量。在此期间，土壤深度5 cm 处与高度1 m 处的温差小于与高度2 m 处的温差，所以土壤向高度2 m 处输送的热量较高。相比较，棚外通过覆盖材料向棚内的传热量均远小于地-气间传热量，这三次过程两者的传热量平均相差2 721.16 W。这主要是由于4 月份农事活动等人为因素导致土壤的含水量较高，增加了土壤的热容量，白天在太阳辐射的作用下土壤吸收了大量的热量，而夜间降温过程中热量散失缓慢，因此温度高于空气温度。

表6 夜间防霜棚内土壤-空气间热量交换

3 结论与讨论

3.1 结论

（1）夜间棚内相对湿度高于棚外，这是因为棚布覆盖后，棚内没有了太阳辐射而导致地面开始向上散热，同时棚布外表面又吸收太阳辐射，因此在内外补温的情况下，棚内温度迅速升高，基于以上原因加剧了棚内土壤与红梅杏在高温条件下的蒸发与蒸腾作用，所以棚内水汽密度与实际水汽压升高导致棚内相对湿度上升。加之棚膜的透气性和透水性较差[28]，阻碍了棚内空气与外界的对流，使得棚内水汽含量高于外界，导致整晚棚内的相对湿度高于棚外。

（2）装配式轻型拱棚采用规格200 g/m2土工布覆盖，试验结果表明，基于单层覆盖情况下其保温性较差，因此在夜间不论有霜冻或温度不太低的情况下，棚内“逆温”现象普遍发生，这与杨栋[31]的研究结果相符。

（3）夜间棚内外湿空气在相同时间内的热湿参数可比性较强，棚内水汽密度、实际水汽压、定压比热容、比焓基本上均高于棚外，而棚内饱和水汽压低于棚外。棚布覆盖后，棚内土壤与红梅杏在高温条件下的蒸发与蒸腾作用增强，同时棚内水汽密度也随之快速增加，因此使得定压比热容与实际水汽压均上升且高于棚外。饱和水汽压随温度的变化而变化，相同时间内由于棚内温度低于棚外，因此棚内饱和水汽压也低于棚外。

（4）18:00 棚布覆盖后，棚内温度高于棚外温度，由于棚布的保温性太差，棚内热量向外界大量散失，20:00 左右出现棚内“逆温”现象，棚内开始向外界吸收热量，与此同时棚内土壤温度依然高于空气温度，所以不断向空气输送热量，基于以上原因棚内高度1 m 与2 m 间的温差较小，可视为棚内温度在高度方向上分布均匀，而棚外高度1 m 与2 m 间的温差大。

3.2 讨论

（1）目前对日光温室及塑料大棚内温度变化规律的研究较为成熟，而对棚内“逆温”现象的研究较少。夜间棚内处于较为封闭的状态，因此导致棚内温度变化的因素较为复杂，并非单一因素所致。本文结合湿空气热湿参数的变化来探讨“逆温”现象的产生机理：由于棚内水汽密度的增加，改变了棚内湿空气定压比热容，所以棚内外在共同的降温过程中棚内失热量高于棚外。同时基于单模覆盖的拱棚其储热量不足，保温效果不理想，所以使用该设备对于春季有效预防霜冻还需进一步改进或通过给棚内增加热源以提高棚内温度。

（2）夜间棚内相对湿度较高，并且长时间基本处于饱和状态，但相同时段内，棚内水汽密度与实际水汽压均有下降趋势，与相对湿度的变化趋势相反。夜间棚内实际水汽压的降低归因于水汽密度的下降，而水汽密度的下降与棚内植物（红梅杏）的蒸腾生理过程有关，夜间植物的蒸腾过程依然存在，只是较白天相对较少[32]。夜间影响植物蒸腾快慢的因素较为复杂，除植物固有的基因因素外，还有环境因素的影响，如水汽压差、温度、土壤水分、CO2浓度等[33]。基于棚内温度的降低与水汽压差的变化特征，夜间棚内植物蒸腾作用降低，因此水汽密度有下降趋势；同样基于棚内温度的下降，使得饱和水汽压下降并且接近于实际水汽压，因此出现了棚内相对湿度升高，而水汽密度与实际水汽压下降的现象。

（3）本文开展的试验主要集中在夜间低温条件下，并且试验地的霜冻天气仅出现了1 次（其余均为较低温天气），因此可供研究棚内“逆温”现象的样本资料较少，研究存在一定的局限性。本研究从棚内外水汽密度与定压比热容等主要热湿参数的比较来阐述棚内“逆温”现象的产生原因并得出结论，但对该结论的验证往后还需作进一步的研究，如在不同天气类型（晴天、多云天、阴雨天等）条件下对棚内外各气象要素与热湿参数的变化进行全面的比较与总结。

（4）本研究主要基于固原市原州区4 月份气候条件下对装配式轻型拱棚这种特定类型的温棚开展试验，因此试验所得结论不具有普遍代表性，所以今后将针对不同地理位置、不同类型的温棚及易发生霜冻的季节（春、秋季）等情况下对棚内温度变化规律及“逆温”现象作更深入的研究。