巴彦淖尔市新型高标准日光温室预报方法研究

包佳婧

摘要 为探求内蒙古高寒地区日光温室小气候变化特征及预测预报方法，利用内蒙古自治区巴彦淖尔市临河区2020—2021年度春、秋、冬季日光温室内外气温资料，分析不同季节（春季、秋季、冬季）、不同天气条件（晴天、阴天）、一日内不同时段（白天、夜间）温室内气温变化特征和增温保温效应及温室内气温的变化与一日时间变化、室外气温的相关性，在此基础上，建立了温室气温日变化及最低气温的预测模型，并对模型的准确率进行了验证。

关键词 新型；高标准；日光温室；预报

中图分类号：S626.5 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2023）12–0-03

Research on the Forecasting Method of A New High Standard Solar Greenhouse in Bayannur City

Bao Jia-jing （Bayannur Meteorological Bureau， Bayannur， Inner Mongolia 015000）

Abstract In order to explore the characteristics and prediction methods of microclimate changes in solar greenhouses in the high and cold regions of Inner Mongolia， the indoor and outdoor temperature data of solar greenhouses in Linhe District， Bayannur City， Inner Mongolia from 2020 to 2021 were used to analyze different seasons （spring， autumn， winter） and weather conditions （sunny， cloudy） On the basis of the characteristics of temperature changes in different time periods of the day （day and night）， the warming and insulation effects， and the correlation between temperature changes in the greenhouse and daily time changes， as well as outdoor temperature， a prediction model for daily and minimum temperature changes in the greenhouse was established， and the accuracy of the model was verified.

Key words New type; High standards; Sunlight greenhouse; Prediction

近年来，巴彦淖尔市大力发展设施农业，2010年以日光节能温室为主的设施农业面积达到约1 867 hm2，经过10余年的发展增至约3 333 hm2。除面积扩大外，温室墙体结构和材料等都得到了优化与改进，新型高标准日光温室的保温性能也得到了大幅度提升，而针对新型日光温室的气象预报技术方法也需更新迭代，以满足现代农业发展的要求[1]。随着巴彦淖尔市日光温室类型的更新换代，以往对温室小气候条件的预测预报研究已不再适用。由于河套地区的气候条件特殊，且新型高标准日光温室的生产方式不同于传统农业生产方式，因此对该地区进行专门研究和预报方法的更新具有重要意义[2]。

1 资料与方法

1.1 乌兰图克镇的气候概况

内蒙古巴彦淖尔市临河区乌兰图克镇属于温带大陆性季风气候，其特点是风大雨少、气候干燥、蒸发量大、无霜期短、日照时间长、昼夜温差大。多年平均气温为8.1 ℃，1月平均气温为-9.9 ℃，7月平均气温为24.1 ℃。无霜期年平均日数为154 d。年平均日照时数为3 131 h。年平均降水量为145.5 mm。

日光温室的生产受到温度限制，尤其是冬季，温度是关键的制约因素，而日光资源则是这种温室的优势。

1.2 研究方法

数据来自临河区乌兰图克镇新型高标准日光温室。溫室朝南，东西长150 m，南北宽15 m，屋脊到地面高6.6 m，后墙底部高7 m，收顶2 m。同时采用一斜一立式半地下室构造，可增加温室热容量，减少土壤热量横向传导损失，进一步增加土壤蓄热量，这种温室普遍适用于北方高寒区周年果蔬生产。此类温室适用于河套地区的四季果蔬生产。

利用2021年1—4月和10—12月所监测的温室温度逐时观测数据建立预报模型，将2021年典型晴天温室温度逐时观测数据作为验证数据。温度数据的测量高度为150 cm，与室外气象观测站高度相同。

通过相关分析和回归分析，采用逐步回归方法，可以建立一种新型高标准日光温室内温度变化预测模型。这种模型可以预测日光温室在不同季节、不同天气条件下，白天和夜间的室内温度变化趋势。这样的预测模型对优化日光温室的温度控制和管理具有十分重要的价值，可以提高生产效益和作物的生长质量。

2 结果与分析

2.1 新型高标准日光温室增温保温效应分析

新型高标准日光温室具有良好的保温增温性能，室内温度明显高于室外温度。然而，在不同季节和不同天气条件下，日光温室的增温效果存在差异。在晴天的增温效果优于阴天，这是因为太阳辐射是温室增温的主要决定因素，晴天太阳辐射强，使温室内的温度升高更加明显。冬季的增温效果优于春季和秋季，这是因为冬季室外温度较低，温室内的保温效果相对较好，能够更好地阻止热量的流失，从而使室内温度升高较快。由于春季和秋季的室外温度较高，温室通风时间较长，使得室内外温差减小。温室通风的目的是调节室内温度和湿度，但也会导致室内外温差减小，从而影响温室的增温效果。在日照充足的情况下，各季节室内平均温度比室外高6.1～11.9 ℃，最低气温比室外高13.7～31.4 ℃，最高气温比室外高11.9～27.9 ℃；阴天条件下，室内平均气温比室外高4.6～18.5 ℃，最低气温比室外高3.1～22.4 ℃，最高气温比室外高3.8～21.0 ℃。

2.2 温室温度日变化分析

利用2020年不同季节的典型晴天和阴天的逐时平均气温，对比分析了不同季节、不同天气状况下温室内外的日温度变化（图略），在不同季节、不同天气条件下，温室内温度明显高于室外温度，这是因为温室具有保温性能，能够有效地阻止热量的流失，使得温室内温度相对较高；不同季节、不同天气条件下，温室内外气温具有显著的相关性，这是因为室内温度受到室外温度的影响，随着室外温度的变化，室内温度也会相应发生变化。太阳辐射是温室增温的主要因素，晴天太阳辐射强，从而使得温室内温度在白天逐渐升高，然后在夜间逐渐下降。温室的保温性能可以减少热量的流失，使得温室内温度不会低于室外温度，冬季为08：00，春季和秋季为06：00；温室内外的最高温度出现在不同时间。晴天时，温室内通常在13：00左右达到最高温度，而室外则在14：00左右达到最高温度，室内温度比室外温度提前了1 h到达最高点。

2.3 温室的日温度变化和最低温度的模拟

2.3.1 温室温度日变化模拟 将北京时间的时间序列转换为一天中的2个时段，即白天（08：00～17：00），08：00为x=1，09：00为x=2，…，17：00为x=10，18：00为x=11；同样，晚上（19：00至翌日07：00）19：00为x=1，…，00：00为x=6，01：00为x=7，…，07：00是x=13。

通过二次曲线的估计和分析，可以建立冬、春、秋3个季节室内气温的日模拟方程。假设室内气温为因变量，时间序列为自变量，可以使用二次曲线方程进行模拟，从表1可以看出，拟合的回归方程在不同季节、不同时期的决定系数均在0.93以上，多重相关系数R2均在0.96以上，均通过0.01水平置信检验，说明方程具有统计学意义。

2.3.2 温室最低、最高气温模拟 通过线性回归分析，建立了温室内最低温度与温室外最低温度之间的预测方程。根据分析结果，不同季节晴天条件下，温室内最低温度与温室外最低温度呈现线性正相关的关系（表2）。这意味着当温室外最低温度升高时，温室内最低温度也相应升高。

F检验值冬季最高（F=195.139），春季次之（F=37.4315），秋季最低（F=34.545），相关系数均通过0.01水平检验。最高气温与室外最高气温均呈线性正相关，F检验值春季最高（F=10.735），冬季次之（F=6.992），秋季最低（F=4.363），在冬、春季，温室内最低温度与温室外最低温度之间的相关系数均通过0.01水平的显著性检验。这意味着冬春季温室内最低温度与温室外最低温度之间的关系是显著的，并且具有统计学意义。然而，秋季，由于样本数较少，温室内最低温度与温室外最低温度之间的相关系数仅通过了0.05水平的显著性检验。这意味着秋季温室内最低温度与温室外最低温度之间的关系在统计学上可能不显著，存在一定的不确定性。

2.3.3 温室最小相对湿度模拟 不同季节室内1～24 h最小相对湿度与室内25～48 h温室最小相对湿度均呈线性正相关，F检验值冬季最高（F=64.488），春季次之（F=33.404），秋季最低（F=29.255），在冬春季，温室内最低温度与温室外最低温度之间的相关系数均通过了0.01极显著水平的检验。这意味着在冬春季，温室内最低温度与温室外最低温度之间的关系是非常显著的，并且具有极高的统计学意义。

2.4 温室气温日变化以及最低气温模拟方程的检验

收集2021年1月17日、5月17日和10月11日的气温观测数据，包括温室内气温的每小时观测值。对收集到的观测数据进行预处理，包括数据清洗、缺失值处理和异常值检测。确保数据的可靠性和一致性。利用表1中的模拟温室内气温日变化方程，根据每小时的观测时间和其他相关变量的取值，计算出模拟温室内气温的日变化模拟值。根据对比检验的结果（图1），春、秋、冬3个季节的气温日变化拟合度均较好，其中白天气温日变化拟合度春季最好，明显好于冬季和秋季；夜间气温日变化拟合度冬季最好，明显好于春季和秋季。

通过收集观测数据、建立预测方程和进行模型评估，可以对所建立的日最低温度预测方程进行检验。以验证不同季节日光温室最低气温预测方程的可靠性和普适性。方程的预测值与温室内实测值使用1∶1关系图表示，以表征方程的预测能力。结果显示：日最低气温预报方程在不同季节的预报精度分别为0.73、0.64和0.83，秋季预报精度较好[3]。

3 结论

（1）温室内的日光照射下，晴天和阴天的平均最低气温分别为5.1和7.3 ℃，低于果蔬类作物（如番茄、黄瓜等）适宜生长的最低温度要求。不同类型天气状况下温室内的平均最高气温为37.1～39.9 ℃，高于果蔬类作物生长所需的最高温度。以上2种情况均不利于果蔬类作物正常生长。因此，为了实现温室果蔬的全年生产，河套地区的设施温棚冬季应采取保暖措施，春季和秋季高温时段要注意通风降温[4]。

（2）冬季04：00～08：00，温室内气温低于10 ℃，春、秋季夜间气温维持在10 ℃以上，因此，在实际生产中，冬季可在04：00前后采取加温保暖措施，既节源，又可使温室内气温保持在适宜果蔬类作物生长的范围内；春、秋季夜间不需要采取加温保暖措施。

（3）冬、春季16：00，秋季17：00温室内气温维持在25 ℃以下，为避免温室内夜间温度降幅过大，冬、春季应在16：00～17：00放帘保温；秋季放帘时间可适当延迟，在18：00左右放帘保温。

（4）在不同季节和天气状况下，温室内气温的日变化模拟方程可以提供比气温预报方程更準确的结果。这意味着它可以被用于预测温室内任何时间的气温变化，为温室内生产中的放风、采摘、浇水和揭放帘等活动提供可靠的技术支持。因此，在设施农业气象预报服务中，使用温室内气温日变化模拟方程可以提高预测的准确性，为温室农业提供更精确的决策依据。

（5）在不同季节和天气状况下，温室内最低温度预测方程的相关系数通过0.01显著水平的检验，说明该方程的检验效果良好。因此，该方程可以作为河套地区温室冻害预测的工具，并为设施农业生产提供服务。这意味着利用该方程可以准确预测温室内的最低温度，从而帮助农业生产者采取相应的措施以防止冻害的发生，提高温室农作物的产量和质量。

4 展望

各季节温室内的揭苫期和覆盖期的室内温度与时间序列之间具有较高的拟合度。这意味着温室内的温度在揭苫期和覆盖期随着时间的变化具有明显的趋势。此外，研究还发现不同季节温室内外的最低温度之间存在显著的线性正相关关系，说明温室内外的最低温度在不同季节之间是相互影响的，即温室内外的最低温度变化趋势是一致的。这些研究结果对温室农业的管理和调控具有重要的参考价值，可以帮助农业生产者更好地控制温室内的温度，提高作物的产量和质量。因此，根据温度与时间序列的相关方程，可以估算出各季节白天和夜间任意时间的温度。结合方程预测最低温度，实现对日极端温度事件的模拟预测，可以帮助农业生产者提前设计或采取相应的控制措施，以应对极端温度对设施农业的影响。因此，为了更准确地为设施农业生产提供服务，在未来以月或10 d为尺度建立模拟方程，可以利用更多的样本数据，提高模拟方程的准确性，并更好地预测温室内的最低温度。由此可以为设施农业生产提供更精确的温度管理参考。

参考文献

[1] 朱敏，夏福华，杜池波，等.基于自动气象观测站的日光温室小气候特征分析[J].安徽农业科学，2008，36（31）：13783-13786.

[2] 高江林，李灵芝.晋中地区节能日光温室光照和温度特性研究[J].山西农业科学，2007（6）：83-86.

[3] 梁称福，陈正法，李文祥，等.广西贺州地区温室内空气湿度时空变化研究[J].中国农业气象，2003，24（4）：51-54.

[4] 魏瑞江，王西平，常桂荣，等.连阴天气塑料日光温室内外温度的关系及调控[J].中国农业气象，2001（3）：56-61.