包佳婧

摘要 為探求內(nèi)蒙古高寒地區(qū)日光溫室小氣候變化特征及預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方法，利用內(nèi)蒙古自治區(qū)巴彥淖爾市臨河區(qū)2020—2021年度春、秋、冬季日光溫室內(nèi)外氣溫資料，分析不同季節(jié)（春季、秋季、冬季）、不同天氣條件（晴天、陰天）、一日內(nèi)不同時(shí)段（白天、夜間）溫室內(nèi)氣溫變化特征和增溫保溫效應(yīng)及溫室內(nèi)氣溫的變化與一日時(shí)間變化、室外氣溫的相關(guān)性，在此基礎(chǔ)上，建立了溫室氣溫日變化及最低氣溫的預(yù)測(cè)模型，并對(duì)模型的準(zhǔn)確率進(jìn)行了驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞 新型；高標(biāo)準(zhǔn)；日光溫室；預(yù)報(bào)

中圖分類號(hào)：S626.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：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

近年來(lái)，巴彥淖爾市大力發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)，2010年以日光節(jié)能溫室為主的設(shè)施農(nóng)業(yè)面積達(dá)到約1 867 hm2，經(jīng)過(guò)10余年的發(fā)展增至約3 333 hm2。除面積擴(kuò)大外，溫室墻體結(jié)構(gòu)和材料等都得到了優(yōu)化與改進(jìn)，新型高標(biāo)準(zhǔn)日光溫室的保溫性能也得到了大幅度提升，而針對(duì)新型日光溫室的氣象預(yù)報(bào)技術(shù)方法也需更新迭代，以滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的要求[1]。隨著巴彥淖爾市日光溫室類型的更新?lián)Q代，以往對(duì)溫室小氣候條件的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)研究已不再適用。由于河套地區(qū)的氣候條件特殊，且新型高標(biāo)準(zhǔn)日光溫室的生產(chǎn)方式不同于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，因此對(duì)該地區(qū)進(jìn)行專門研究和預(yù)報(bào)方法的更新具有重要意義[2]。

1 資料與方法

1.1 烏蘭圖克鎮(zhèn)的氣候概況

內(nèi)蒙古巴彥淖爾市臨河區(qū)烏蘭圖克鎮(zhèn)屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，其特點(diǎn)是風(fēng)大雨少、氣候干燥、蒸發(fā)量大、無(wú)霜期短、日照時(shí)間長(zhǎng)、晝夜溫差大。多年平均氣溫為8.1 ℃，1月平均氣溫為-9.9 ℃，7月平均氣溫為24.1 ℃。無(wú)霜期年平均日數(shù)為154 d。年平均日照時(shí)數(shù)為3 131 h。年平均降水量為145.5 mm。

日光溫室的生產(chǎn)受到溫度限制，尤其是冬季，溫度是關(guān)鍵的制約因素，而日光資源則是這種溫室的優(yōu)勢(shì)。

1.2 研究方法

數(shù)據(jù)來(lái)自臨河區(qū)烏蘭圖克鎮(zhèn)新型高標(biāo)準(zhǔn)日光溫室。溫室朝南，東西長(zhǎng)150 m，南北寬15 m，屋脊到地面高6.6 m，后墻底部高7 m，收頂2 m。同時(shí)采用一斜一立式半地下室構(gòu)造，可增加溫室熱容量，減少土壤熱量橫向傳導(dǎo)損失，進(jìn)一步增加土壤蓄熱量，這種溫室普遍適用于北方高寒區(qū)周年果蔬生產(chǎn)。此類溫室適用于河套地區(qū)的四季果蔬生產(chǎn)。

利用2021年1—4月和10—12月所監(jiān)測(cè)的溫室溫度逐時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)建立預(yù)報(bào)模型，將2021年典型晴天溫室溫度逐時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)作為驗(yàn)證數(shù)據(jù)。溫度數(shù)據(jù)的測(cè)量高度為150 cm，與室外氣象觀測(cè)站高度相同。

通過(guò)相關(guān)分析和回歸分析，采用逐步回歸方法，可以建立一種新型高標(biāo)準(zhǔn)日光溫室內(nèi)溫度變化預(yù)測(cè)模型。這種模型可以預(yù)測(cè)日光溫室在不同季節(jié)、不同天氣條件下，白天和夜間的室內(nèi)溫度變化趨勢(shì)。這樣的預(yù)測(cè)模型對(duì)優(yōu)化日光溫室的溫度控制和管理具有十分重要的價(jià)值，可以提高生產(chǎn)效益和作物的生長(zhǎng)質(zhì)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 新型高標(biāo)準(zhǔn)日光溫室增溫保溫效應(yīng)分析

新型高標(biāo)準(zhǔn)日光溫室具有良好的保溫增溫性能，室內(nèi)溫度明顯高于室外溫度。然而，在不同季節(jié)和不同天氣條件下，日光溫室的增溫效果存在差異。在晴天的增溫效果優(yōu)于陰天，這是因?yàn)樘?yáng)輻射是溫室增溫的主要決定因素，晴天太陽(yáng)輻射強(qiáng)，使溫室內(nèi)的溫度升高更加明顯。冬季的增溫效果優(yōu)于春季和秋季，這是因?yàn)槎臼彝鉁囟容^低，溫室內(nèi)的保溫效果相對(duì)較好，能夠更好地阻止熱量的流失，從而使室內(nèi)溫度升高較快。由于春季和秋季的室外溫度較高，溫室通風(fēng)時(shí)間較長(zhǎng)，使得室內(nèi)外溫差減小。溫室通風(fēng)的目的是調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度和濕度，但也會(huì)導(dǎo)致室內(nèi)外溫差減小，從而影響溫室的增溫效果。在日照充足的情況下，各季節(jié)室內(nèi)平均溫度比室外高6.1～11.9 ℃，最低氣溫比室外高13.7～31.4 ℃，最高氣溫比室外高11.9～27.9 ℃；陰天條件下，室內(nèi)平均氣溫比室外高4.6～18.5 ℃，最低氣溫比室外高3.1～22.4 ℃，最高氣溫比室外高3.8～21.0 ℃。

2.2 溫室溫度日變化分析

利用2020年不同季節(jié)的典型晴天和陰天的逐時(shí)平均氣溫，對(duì)比分析了不同季節(jié)、不同天氣狀況下溫室內(nèi)外的日溫度變化（圖略），在不同季節(jié)、不同天氣條件下，溫室內(nèi)溫度明顯高于室外溫度，這是因?yàn)闇厥揖哂斜匦阅?，能夠有效地阻止熱量的流失，使得溫室?nèi)溫度相對(duì)較高；不同季節(jié)、不同天氣條件下，溫室內(nèi)外氣溫具有顯著的相關(guān)性，這是因?yàn)槭覂?nèi)溫度受到室外溫度的影響，隨著室外溫度的變化，室內(nèi)溫度也會(huì)相應(yīng)發(fā)生變化。太陽(yáng)輻射是溫室增溫的主要因素，晴天太陽(yáng)輻射強(qiáng)，從而使得溫室內(nèi)溫度在白天逐漸升高，然后在夜間逐漸下降。溫室的保溫性能可以減少熱量的流失，使得溫室內(nèi)溫度不會(huì)低于室外溫度，冬季為08：00，春季和秋季為06：00；溫室內(nèi)外的最高溫度出現(xiàn)在不同時(shí)間。晴天時(shí)，溫室內(nèi)通常在13：00左右達(dá)到最高溫度，而室外則在14：00左右達(dá)到最高溫度，室內(nèi)溫度比室外溫度提前了1 h到達(dá)最高點(diǎn)。

2.3 溫室的日溫度變化和最低溫度的模擬

2.3.1 溫室溫度日變化模擬 將北京時(shí)間的時(shí)間序列轉(zhuǎn)換為一天中的2個(gè)時(shí)段，即白天（08：00～17：00），08：00為x=1，09：00為x=2，…，17：00為x=10，18：00為x=11；同樣，晚上（19：00至翌日07：00）19：00為x=1，…，00：00為x=6，01：00為x=7，…，07：00是x=13。

通過(guò)二次曲線的估計(jì)和分析，可以建立冬、春、秋3個(gè)季節(jié)室內(nèi)氣溫的日模擬方程。假設(shè)室內(nèi)氣溫為因變量，時(shí)間序列為自變量，可以使用二次曲線方程進(jìn)行模擬，從表1可以看出，擬合的回歸方程在不同季節(jié)、不同時(shí)期的決定系數(shù)均在0.93以上，多重相關(guān)系數(shù)R2均在0.96以上，均通過(guò)0.01水平置信檢驗(yàn)，說(shuō)明方程具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2.3.2 溫室最低、最高氣溫模擬 通過(guò)線性回歸分析，建立了溫室內(nèi)最低溫度與溫室外最低溫度之間的預(yù)測(cè)方程。根據(jù)分析結(jié)果，不同季節(jié)晴天條件下，溫室內(nèi)最低溫度與溫室外最低溫度呈現(xiàn)線性正相關(guān)的關(guān)系（表2）。這意味著當(dāng)溫室外最低溫度升高時(shí)，溫室內(nèi)最低溫度也相應(yīng)升高。

F檢驗(yàn)值冬季最高（F=195.139），春季次之（F=37.4315），秋季最低（F=34.545），相關(guān)系數(shù)均通過(guò)0.01水平檢驗(yàn)。最高氣溫與室外最高氣溫均呈線性正相關(guān)，F(xiàn)檢驗(yàn)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，溫室內(nèi)最低溫度與溫室外最低溫度之間的相關(guān)系數(shù)均通過(guò)0.01水平的顯著性檢驗(yàn)。這意味著冬春季溫室內(nèi)最低溫度與溫室外最低溫度之間的關(guān)系是顯著的，并且具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。然而，秋季，由于樣本數(shù)較少，溫室內(nèi)最低溫度與溫室外最低溫度之間的相關(guān)系數(shù)僅通過(guò)了0.05水平的顯著性檢驗(yàn)。這意味著秋季溫室內(nèi)最低溫度與溫室外最低溫度之間的關(guān)系在統(tǒng)計(jì)學(xué)上可能不顯著，存在一定的不確定性。

2.3.3 溫室最小相對(duì)濕度模擬 不同季節(jié)室內(nèi)1～24 h最小相對(duì)濕度與室內(nèi)25～48 h溫室最小相對(duì)濕度均呈線性正相關(guān)，F(xiàn)檢驗(yàn)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，溫室內(nèi)最低溫度與溫室外最低溫度之間的相關(guān)系數(shù)均通過(guò)了0.01極顯著水平的檢驗(yàn)。這意味著在冬春季，溫室內(nèi)最低溫度與溫室外最低溫度之間的關(guān)系是非常顯著的，并且具有極高的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2.4 溫室氣溫日變化以及最低氣溫模擬方程的檢驗(yàn)

收集2021年1月17日、5月17日和10月11日的氣溫觀測(cè)數(shù)據(jù)，包括溫室內(nèi)氣溫的每小時(shí)觀測(cè)值。對(duì)收集到的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括數(shù)據(jù)清洗、缺失值處理和異常值檢測(cè)。確保數(shù)據(jù)的可靠性和一致性。利用表1中的模擬溫室內(nèi)氣溫日變化方程，根據(jù)每小時(shí)的觀測(cè)時(shí)間和其他相關(guān)變量的取值，計(jì)算出模擬溫室內(nèi)氣溫的日變化模擬值。根據(jù)對(duì)比檢驗(yàn)的結(jié)果（圖1），春、秋、冬3個(gè)季節(jié)的氣溫日變化擬合度均較好，其中白天氣溫日變化擬合度春季最好，明顯好于冬季和秋季；夜間氣溫日變化擬合度冬季最好，明顯好于春季和秋季。

通過(guò)收集觀測(cè)數(shù)據(jù)、建立預(yù)測(cè)方程和進(jìn)行模型評(píng)估，可以對(duì)所建立的日最低溫度預(yù)測(cè)方程進(jìn)行檢驗(yàn)。以驗(yàn)證不同季節(jié)日光溫室最低氣溫預(yù)測(cè)方程的可靠性和普適性。方程的預(yù)測(cè)值與溫室內(nèi)實(shí)測(cè)值使用1∶1關(guān)系圖表示，以表征方程的預(yù)測(cè)能力。結(jié)果顯示：日最低氣溫預(yù)報(bào)方程在不同季節(jié)的預(yù)報(bào)精度分別為0.73、0.64和0.83，秋季預(yù)報(bào)精度較好[3]。

3 結(jié)論

（1）溫室內(nèi)的日光照射下，晴天和陰天的平均最低氣溫分別為5.1和7.3 ℃，低于果蔬類作物（如番茄、黃瓜等）適宜生長(zhǎng)的最低溫度要求。不同類型天氣狀況下溫室內(nèi)的平均最高氣溫為37.1～39.9 ℃，高于果蔬類作物生長(zhǎng)所需的最高溫度。以上2種情況均不利于果蔬類作物正常生長(zhǎng)。因此，為了實(shí)現(xiàn)溫室果蔬的全年生產(chǎn)，河套地區(qū)的設(shè)施溫棚冬季應(yīng)采取保暖措施，春季和秋季高溫時(shí)段要注意通風(fēng)降溫[4]。

（2）冬季04：00～08：00，溫室內(nèi)氣溫低于10 ℃，春、秋季夜間氣溫維持在10 ℃以上，因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，冬季可在04：00前后采取加溫保暖措施，既節(jié)源，又可使溫室內(nèi)氣溫保持在適宜果蔬類作物生長(zhǎng)的范圍內(nèi)；春、秋季夜間不需要采取加溫保暖措施。

（3）冬、春季16：00，秋季17：00溫室內(nèi)氣溫維持在25 ℃以下，為避免溫室內(nèi)夜間溫度降幅過(guò)大，冬、春季應(yīng)在16：00～17：00放簾保溫；秋季放簾時(shí)間可適當(dāng)延遲，在18：00左右放簾保溫。

（4）在不同季節(jié)和天氣狀況下，溫室內(nèi)氣溫的日變化模擬方程可以提供比氣溫預(yù)報(bào)方程更準(zhǔn)確的結(jié)果。這意味著它可以被用于預(yù)測(cè)溫室內(nèi)任何時(shí)間的氣溫變化，為溫室內(nèi)生產(chǎn)中的放風(fēng)、采摘、澆水和揭放簾等活動(dòng)提供可靠的技術(shù)支持。因此，在設(shè)施農(nóng)業(yè)氣象預(yù)報(bào)服務(wù)中，使用溫室內(nèi)氣溫日變化模擬方程可以提高預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，為溫室農(nóng)業(yè)提供更精確的決策依據(jù)。

（5）在不同季節(jié)和天氣狀況下，溫室內(nèi)最低溫度預(yù)測(cè)方程的相關(guān)系數(shù)通過(guò)0.01顯著水平的檢驗(yàn)，說(shuō)明該方程的檢驗(yàn)效果良好。因此，該方程可以作為河套地區(qū)溫室凍害預(yù)測(cè)的工具，并為設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供服務(wù)。這意味著利用該方程可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)溫室內(nèi)的最低溫度，從而幫助農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者采取相應(yīng)的措施以防止凍害的發(fā)生，提高溫室農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。

4 展望

各季節(jié)溫室內(nèi)的揭苫期和覆蓋期的室內(nèi)溫度與時(shí)間序列之間具有較高的擬合度。這意味著溫室內(nèi)的溫度在揭苫期和覆蓋期隨著時(shí)間的變化具有明顯的趨勢(shì)。此外，研究還發(fā)現(xiàn)不同季節(jié)溫室內(nèi)外的最低溫度之間存在顯著的線性正相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明溫室內(nèi)外的最低溫度在不同季節(jié)之間是相互影響的，即溫室內(nèi)外的最低溫度變化趨勢(shì)是一致的。這些研究結(jié)果對(duì)溫室農(nóng)業(yè)的管理和調(diào)控具有重要的參考價(jià)值，可以幫助農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者更好地控制溫室內(nèi)的溫度，提高作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。因此，根據(jù)溫度與時(shí)間序列的相關(guān)方程，可以估算出各季節(jié)白天和夜間任意時(shí)間的溫度。結(jié)合方程預(yù)測(cè)最低溫度，實(shí)現(xiàn)對(duì)日極端溫度事件的模擬預(yù)測(cè)，可以幫助農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者提前設(shè)計(jì)或采取相應(yīng)的控制措施，以應(yīng)對(duì)極端溫度對(duì)設(shè)施農(nóng)業(yè)的影響。因此，為了更準(zhǔn)確地為設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供服務(wù)，在未來(lái)以月或10 d為尺度建立模擬方程，可以利用更多的樣本數(shù)據(jù)，提高模擬方程的準(zhǔn)確性，并更好地預(yù)測(cè)溫室內(nèi)的最低溫度。由此可以為設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供更精確的溫度管理參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 朱敏，夏福華，杜池波，等.基于自動(dòng)氣象觀測(cè)站的日光溫室小氣候特征分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，36（31）：13783-13786.

[2] 高江林，李靈芝.晉中地區(qū)節(jié)能日光溫室光照和溫度特性研究[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007（6）：83-86.

[3] 梁稱福，陳正法，李文祥，等.廣西賀州地區(qū)溫室內(nèi)空氣濕度時(shí)空變化研究[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象，2003，24（4）：51-54.

[4] 魏瑞江，王西平，常桂榮，等.連陰天氣塑料日光溫室內(nèi)外溫度的關(guān)系及調(diào)控[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象，2001（3）：56-61.