尹虎成，馮成恩，潘廣為，舒照鶴，易 江，張 煒，王育祥，江用剛

（1.恩施州煙草公司鶴峰縣煙葉分公司，湖北鶴峰 445800；2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，湖南長沙 410128）

基于天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)的大棚內(nèi)溫度預(yù)測

尹虎成1，馮成恩1，潘廣為1，舒照鶴1，易 江2*，張 煒2，王育祥1，江用剛1

（1.恩施州煙草公司鶴峰縣煙葉分公司，湖北鶴峰 445800；2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，湖南長沙 410128）

大棚是恩施州鶴峰縣廣泛使用的育苗設(shè)施。為了預(yù)測大棚內(nèi)不卷膜通風(fēng)時的溫度變化，對棚內(nèi)中心點(diǎn)10 cm高度的溫度與氣溫之間的關(guān)系進(jìn)行了研究。研究表明，棚外最低氣溫與棚內(nèi)0∶00-6∶00間的溫度呈極顯著線性相關(guān)。棚內(nèi)8∶00-22∶00時間段內(nèi)相對4∶00的升溫度數(shù)與溫度較差之間呈顯著線性相關(guān)?；诖?，可以利用天氣預(yù)報(bào)中的最低溫度去預(yù)測棚內(nèi)0∶00-6∶00的溫度，然后用天氣預(yù)報(bào)的氣溫日較差預(yù)測8∶00-22∶00時間段內(nèi)相對于棚內(nèi)4∶00的升溫度數(shù)，通過累加即可預(yù)測出大棚內(nèi)的溫度變化，據(jù)此就可以對大棚內(nèi)可能出現(xiàn)的“高溫?zé)岷Α奔皶r預(yù)警，指導(dǎo)適時卷膜通風(fēng)。

天氣預(yù)報(bào)；大棚溫度；高溫預(yù)警；卷膜通風(fēng)

隨著大棚栽培技術(shù)的發(fā)展，目前大棚已經(jīng)成為湖北省鶴峰縣煙草育苗的主要生產(chǎn)設(shè)施。但長期以來，在生產(chǎn)上需不需要卷膜通風(fēng)，什么時間卷膜通風(fēng)都全憑農(nóng)戶經(jīng)驗(yàn)。廣泛分布在不同海拔的育苗點(diǎn)“星羅棋布”，卷膜通風(fēng)不及時所形成的“高溫?zé)岷Α睍r有發(fā)生。本試驗(yàn)旨在利用現(xiàn)有天氣預(yù)報(bào)中的最高溫度和最低溫度預(yù)測出大棚內(nèi)的溫度變化曲線，從而對各育苗點(diǎn)可能出現(xiàn)的高溫?zé)岷皶r進(jìn)行早期預(yù)警。

1 材料與方法

1.1 處理設(shè)置與測定方法

試驗(yàn)于2013年6月在湖北省恩施州鶴峰縣燕子鄉(xiāng)董家育苗工廠進(jìn)行。在一排大棚中抽取一個大棚作為觀察點(diǎn)，并在附近離地1.5 m百葉箱中設(shè)置氣溫觀察點(diǎn)。分別在百葉箱和大棚內(nèi)中間位置高10 cm處各放置一臺溫度自動記錄儀。記錄雙數(shù)整點(diǎn)時的溫度供分析。后文提及的棚內(nèi)溫度均指棚內(nèi)中心點(diǎn)10 cm高度的溫度。兩側(cè)大棚卷膜器自始至終處于關(guān)閉狀態(tài)。棚內(nèi)外對比采樣總時長為10 d。棚內(nèi)單獨(dú)采樣時長48 d。

1.2 統(tǒng)計(jì)分析

采用DPS統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析［1］。

2 結(jié)果和分析

2.1 室外最低氣溫與黎明前大棚內(nèi)溫度的關(guān)系

從圖1可以看出，室外最低氣溫與棚內(nèi)4∶00的溫度之間呈極顯著的相關(guān)性。回歸分析表明，大棚內(nèi)0∶00-6∶00的溫度與棚外最低溫度之間均呈極顯著線性相關(guān)，各擬合方程詳見表1。其中以4∶00數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)最大。

圖1 棚外最低氣溫與棚內(nèi)4∶00溫度的相關(guān)性

2.2 棚內(nèi)最低溫度時間點(diǎn)的選擇

通過對同期棚內(nèi)48 d溫度的變化分析，發(fā)現(xiàn)棚內(nèi)實(shí)際最低溫度出現(xiàn)在3∶00-7∶00的概率為92%，出現(xiàn)在3∶30-4∶30的概率高達(dá)48%；棚內(nèi)4∶00溫度比實(shí)際最低溫度高2.5℃的概率僅有2%。為便于統(tǒng)計(jì)分析，本研究選擇以4∶00的溫度作為棚內(nèi)1天中的最低溫度。

表1 棚外最低氣溫與棚內(nèi)0∶00-6∶00溫度的相關(guān)性

表2 實(shí)際棚內(nèi)最低溫度低于4∶00溫度的次數(shù)分布

2.3 氣溫日較差與大棚內(nèi)各時間點(diǎn)升溫度數(shù)之間的關(guān)系

由表3可以看出，棚內(nèi)8∶00-22∶00各時間點(diǎn)相對棚內(nèi)4∶00的升溫度數(shù)與氣溫日較差之間均呈極顯著的線性相關(guān)。特別是對12∶00時的預(yù)測最為準(zhǔn)確，且相關(guān)系數(shù)最大。

表3 氣溫日較差與大棚內(nèi)8∶00-22∶00相對4∶00的升溫度數(shù)之間的相關(guān)性分析

3 討論

由表1可以看出，用棚外最低溫度推導(dǎo)棚內(nèi)0∶00-6∶00的溫度，以4∶00時數(shù)據(jù)的相關(guān)性最大，而該時刻也是實(shí)際統(tǒng)計(jì)中平均溫度最小的時間點(diǎn)，因此在本模型中將其作為白天升溫的基礎(chǔ)溫度。實(shí)際當(dāng)中，一天內(nèi)大棚的最低溫度可能出現(xiàn)在5∶40（日出時間）之前，若以這個時間點(diǎn)作為基準(zhǔn)溫度，其相關(guān)系數(shù)可能最大。但是，若把這個時間點(diǎn)推后，隨著日期和緯度變化，日出時間會發(fā)生周期性變化，因此回歸分析的結(jié)果表明，6∶00時相關(guān)系數(shù)相比4∶00變小了。更為關(guān)鍵的是，每天4∶00-6∶00期間的溫度變化絕對值極小，因此對最終預(yù)測結(jié)果的影響也極小。綜上，我們認(rèn)為以4∶00的棚內(nèi)溫度作為計(jì)算白天溫度變化的基礎(chǔ)溫度是合適的。

由表3可以看出，用氣溫日較差來預(yù)測棚內(nèi)各時間點(diǎn)相對于棚內(nèi)4∶00的升溫度數(shù)，以12∶00的相關(guān)性最高。隨著時間點(diǎn)后推，相關(guān)性有變低的趨勢；而12點(diǎn)又是大棚內(nèi)最高溫度極易出現(xiàn)的時段。因此，利用本研究中所提出的思路來預(yù)測大棚內(nèi)可能出現(xiàn)的極端高溫是很有效的。但為什么10∶00的相關(guān)系數(shù)反而較8∶00變低，原因尚不明確。

由于天氣預(yù)報(bào)的數(shù)據(jù)并不能精確到各育苗工廠，因此，在數(shù)據(jù)的選擇上建議以附近縣城的預(yù)報(bào)結(jié)果為基準(zhǔn)，同時結(jié)合海拔每升高100 m溫度下降0.3～0.6℃的已有研究結(jié)果，換算到具體育苗工廠的預(yù)報(bào)值；以此為依據(jù)可對大部分育苗工廠未來的溫度變化曲線做出較好的預(yù)測［2］。當(dāng)然，這樣一系列換算下來無疑會降低本來就并不十分準(zhǔn)確的天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。所以，建議采用每天早上最新的天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)來預(yù)測當(dāng)天棚內(nèi)的溫度變化，可以直接代入實(shí)測最低氣溫和預(yù)報(bào)最高氣度，這樣更有利于提高預(yù)測值的準(zhǔn)確性。

楊麗中等［3］通過研究也曾得出夜間棚內(nèi)外溫度密切相關(guān)的結(jié)論，這與我們的研究結(jié)果一致。但其對白天棚內(nèi)溫度進(jìn)行預(yù)測時引入了“太陽高度角”、“太陽光通過對流層的斜距”等指標(biāo)，在實(shí)際預(yù)報(bào)中這些指標(biāo)不易取得，而且其預(yù)測結(jié)果僅適用于晴天，在多云天氣則未必能夠得到可信的結(jié)果。在本研究中僅需利用天氣預(yù)報(bào)中的最低溫度和最高溫度，顯然更具可行性。雖然天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)的計(jì)算過程遠(yuǎn)比上述兩個指標(biāo)要復(fù)雜，但其更易獲?。欢姨鞖忸A(yù)報(bào)數(shù)據(jù)在實(shí)際的計(jì)算過程中運(yùn)用了更為復(fù)雜和全面的參數(shù)，其可靠性和預(yù)見性也更好。由于溫度變化有明顯的線型特征，用氣溫日較差來預(yù)測白天各時間點(diǎn)相對于4∶00的升溫度數(shù)則可以把不同的天氣情況統(tǒng)一納入考慮，將復(fù)雜的問題簡單化。于盛楠等［4］在研究中對大棚內(nèi)外的溫度變化采用了歸納法，結(jié)果表明，夜間大棚內(nèi)外最低溫度差異在0.6～1.75℃，而白天隨天氣情況變化，最高氣溫差異的波動空間很大，這與本研究的結(jié)果一致。但天氣情況與氣溫日較差之間的關(guān)聯(lián)性是確定的，所以本研究沒有按天氣情況劃分，而是引入了氣溫日較差作為分析指標(biāo)。符國槐等［5］研究認(rèn)為室內(nèi)與室外最高溫度的相關(guān)系數(shù)為0.691。因此直接尋找棚內(nèi)外最高溫度的相關(guān)性，是不夠準(zhǔn)確的。在本研究中通過引入氣溫日較差作為分析參數(shù)，使得相關(guān)性提高到了極顯著水平，預(yù)測方法的這一改進(jìn)為最高溫度的實(shí)際預(yù)測打下了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

4 小結(jié)

棚外最低氣溫與棚內(nèi)0∶00-6∶00時間段內(nèi)10 cm高處的溫度呈極顯著線性相關(guān)，由于4∶00和棚外最低溫度的相關(guān)系數(shù)最高，而且和實(shí)際棚內(nèi)最低氣溫最為接近，因此將其作為8∶00-22∶00升溫幅度計(jì)算的基準(zhǔn)溫度。8∶00-22∶00的氣溫日較差與棚內(nèi)相對4∶00的升溫度數(shù)之間呈極顯著的線性相關(guān)。因此，可利用天氣預(yù)報(bào)中的最高和最低溫度，并結(jié)合本研究中所擬合的回歸方程對棚內(nèi)溫度進(jìn)行預(yù)測。具體預(yù)測方法為，利用天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)中的最低溫度來預(yù)測棚內(nèi)4∶00-6∶00的溫度，用氣溫日較差來預(yù)測各個時間點(diǎn)相對棚內(nèi)4∶00的升溫度數(shù)，然后把二者相加就是8∶00-22∶00棚內(nèi)各時間點(diǎn)的溫度預(yù)測值。為進(jìn)一步提高預(yù)測精度，也可以于次日早上采用實(shí)測最低氣溫，并結(jié)合預(yù)報(bào)最高氣溫對當(dāng)天棚內(nèi)溫度變化進(jìn)行預(yù)測。

［1］ 唐啟義，馮明光.DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)-試驗(yàn)設(shè)計(jì)、統(tǒng)計(jì)分析及模型優(yōu)化［M］.北京：科學(xué)出版社，2006：628-642.

［2］ 周淑貞.氣象學(xué)與氣候?qū)W［M］.北京：高等教育出版社，1979：49.

［3］ 楊麗中，朱曉虎，束正勇，等.東臺西瓜大棚內(nèi)外溫度關(guān)系及高低溫預(yù)警方法研究［J］.氣象，2012，38（2）：228-233.

［4］ 于盛楠，閆立奇，肖峰，等.不同天氣背景下春季大棚小氣候變化分析［J］.農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究，2010，31（2）：254-256.

［5］ 符國槐，張波，楊再強(qiáng)，等.塑料大棚小氣候特征及預(yù)報(bào)模型的研究［J］.中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2011，27（13）：242-248.

（責(zé)任編輯：高 峻）

S 165

A

0528-9017（2014）11-1765-02

文獻(xiàn)著錄格式：尹虎成，馮成恩，潘廣為，等.基于天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)的大棚內(nèi)溫度預(yù)測［J］.浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014（11）：1765-1766，1776.

2014-08-20

恩施州煙草公司科技創(chuàng)新項(xiàng)目（201309116）

尹虎成（1979-），男，湖北鶴峰人，高級分級工、農(nóng)藝師，主要從事煙草栽培與調(diào)制、農(nóng)業(yè)氣象記載及植保工作。E-mail：21720109@qq.com。

易 江（1988-），男，湖南長沙人，在讀研究生，研究方向?yàn)闊煵菰耘?。E-mail：317438628@qq.com。