不同天气状况下日光温室气温与外界气象条件定量关系.pdf

第15期 李文科 陈 辰 李 楠 等 不同天气状况下日光温室气温与外界气象条件定量关系 J 湖北农业科学 2021 60 15 65 68 140 第60卷第15期 2021年8月 湖北农业科学 Hubei Agricultural Sciences Vol 60No 15 Aug 2021 收 稿 日 期 2020 08 04 基 金 项 目 山东省气象局气象科学技术研究项目 2019sdqxm08 十三五 山东重大气象工程项目 鲁发改农经 2017 97号 作 者 简 介 李文科 1986 男 山东庆云人 工程师 硕士 主要从事农业气象服务与科研工作 电话 0531 81603732 电子信箱 liwenke0112 通信作者 陈 辰 1988 女 山东兖州人 高级工程师 硕士 主要从事农业气象业务服务与科研工作 电子信箱 beibei1988820 不 同 天 气 状 况 下 日 光 温 室 气 温 与 外 界 气 象 条 件 定 量 关 系 李 文 科 1 2 陈 辰 3 李 楠 3 董 智 强 3 1 山东省气象防灾减灾重点实验室 济南 250031 2 山东省气象服务中心 济南 250031 3 山东省气候中心 济南 250031 摘 要 为 量 化 不 同 天 气 状 况 下 日 光 温 室 气 温 与 外 界 气 象 条 件 的 关 系 基 于 日 照 百 分 率 法 划 分 了 天 气 状 况 分 析 了 不 同 天 气 状 况 下 温 室 内 气 温 的 变 化 规 律 通 过 构 建 回 归 方 程 研 究 了 温 室 气 温 与 外 界 气 象 条 件 的 量 化 关 系 结 果 表 明 晴 天 多 云 阴 天 下 春 秋 季 温 室 内 气 温 最 大 值 分 别 出 现 在12 00 12 00 和 13 00 最 小 值 分 别 出 现 在6 00 7 00 和7 00 冬 季 则 分 别 出 现 在13 00 13 00 和14 00 最 小 值 均 出 现 在8 00 与 温 室 外 对 比 温 室 内 升 温 时 间 较 室 外 推 后1h 左 右 降 温 时 间 则 变 化 不 一 春 秋 季 较 室 外 提 前 2 3h 冬 季 则 提 前1 2h 当 连 阴 天 数 低 于3d 时 春 秋 季 温 室 外 最 低 气 温 每 降 低1 晴 天 多 云 阴 天 下 温 室 内 最 低 气 温 分 别 降 低0 25 0 32 和0 32 冬 季 则 分 别 降 低0 34 0 42 和0 37 当 外 界 连 阴 天 天 数 超 过3d 时 连 阴 天 数 每 增 加1d 春 秋 季 温 室 内 最 低 气 温 约 降 低0 33 冬 季 则 降 低0 41 室 外 最 低 气 温 每 降 低1 春 秋 季 冬 季 温 室 内 最 低 气 温 均 约 降 低0 34 关 键 词 日 光 温 室 内 外 温 度 关 系 不 同 天 气 条 件 连 阴 天 中 图 分 类 号 S162 4 文 献 标 识 码 A 文 章 编 号 0439 8114 2021 15 0065 04 DOI 10 14088 ki issn0439 8114 2021 15 012 开 放 科 学 资 源 服 务 标 识 码 OSID Therelationshipsbetweeninsideandoutsidetemperatureof solargreenhouseunderdifferentweatherconditions LIWen ke 1 2 CHENChen 3 LINan 3 DONGZhi qiang 3 1 KeyLaboratoryforMeteorologicalDisasterPreventionandMitigationofShandong Jinan 250031 China 2 ShandongProvincialMeteorolgical ServiceCenter Jinan 250031 China 3 ShandongProvincialClimateCenter Jinan 250031 China Abstract Inordertoquantifytherelationshipbetweensolargreenhousetemperatureandexternalmeteorologicalconditionsunderdif ferentweatherconditions theweatherconditionswereanalysisedbasedonsunshinepercentagemethod andthechangingrulesof temperatureingreenhouseunderdifferentweatherconditionswereanalyzed Thequantitativerelationshipsbetweentemperaturein greenhouseandexternalmeteorologicalconditionswerestudiedbyestablishingaregressionequation Theresultsshowedthatonsunny cloudyandfull cloudydays themaximumtemperatureappearedat12 00 12 00and13 00inspringandautumn andthemini mumtemperatureappearedat6 00 7 00and7 00ingreenhouse Inwinter themaximumtemperatureappearedat13 00 13 00 and14 00 andtheminimumtemperatureallappearedat8 00 Thetemperaturerisingtimeingreenhousewasabout1hlaterthan outside andthecoolingtimevaried with2 3hoursearlierthanoutsideinspringandautumn and1 2hoursearlierinwinter When thenumberofconsecutiveovercastdayswaslessthan3days forevery1 decreaseinoutdsideminimumtemperatureinspringand autumn theminimumtemperatureingreenhousewoulddecreasebyabout0 25 0 32and0 32 onsunny cloudy andfull cloudy days andbyabout0 34 0 42and0 37 inwinter Whenthenumberofovercastdaysexceeds3days forevery1daysofcontinuous overcastdays theminimumtemperatureingreenhousewoulddecreaseby0 33 inspringandautumn andby0 41 inwinter For every1 decreaseintheoutdsideminimumtemperature theminimumtemperatureingreenhousewoulddecreasebyabout0 34 Keywords solargreenhouse insideandoutsidetemperaturerelationship differentweatherconditions consecutivefull cloudyday 湖 北 农 业 科 学 2021年 日光温室是中国北方地区用于反季蔬菜生产的 主要设施 其光温资源主要来自太阳辐射 受外界气 象条件影响较大 外界光照 温度等气象条件直接影 响到设施内温湿度等小气候 低温灾害作为北方地 区易出现的设施农业气象灾害 备受学者关注 学 者通过层次分析法 主成分分析 BP网络神经等方 法构建了日光温室低温灾害预报预警模型 1 12 低 温 寡照等主要灾害天气对作物生理生化特性影响 方面的研究也多有涉及 13 19 基于信息扩散理论 投 影寻踪等方法的日光温室灾害风险区划 灾害规律 研究等也不断涌现 20 23 但研究更多是集中于某种 作物的某种灾害 实际生产中 由于设施作物种类 不一 不同作物承灾能力不同 研究无法满足不同农 户个性化和针对性需求 日光温室的光温资源主要 来自太阳辐射 太阳辐射在穿过大气到达地面时会 发生衰减 尤其是以云层对太阳辐射衰减最为明 显 24 不同天气状况将会影响设施接收到的辐射 量 从而影响温室内气温 以此作为研究出发点 基 于日照百分率法 将天气状况分为晴天 多云和阴 天 研究不同季节 不同天气状况下温室气温与外界 气象条件的定量化关系 找出温室日常管理 灾害防 御所对应的外界气象条件的阈值 根据更易获取的 天气预报信息推测温室内气温的变化情况 帮助农 户结合自身实际对设施进行调控 25 26 从而满足不 同农户个性化和针对性需求 1 资 料 和 方 法 1 1 资 料 来 源 分析温室内外气温关系所用温室内平均气温 最低气温来源于济南市莱芜区寨里镇卞官庄村日光 温室小气候观测站 时间为2014年1月至2019年4 月 温室外资料来源于莱芜气象观测站 分析温室 内最低气温与连阴天天数和室外最低气温关系时 温室内最低气温资料来源于山东省32个小气候观 测站 时间为2007年11月至2019年4月 温室外资 料来源于小气候观测站所在市县气象观测站 1 2 研 究 方 法 1 2 1 天 气 状 况 划 分 采用日照百分率 p 对天气 状况进行划分 60 p 100 为晴天 20 p 60 为多云 0 p 20 为阴天 日照百分率的计算公 式为 27 p T S T A 100 1 其中 p为日照百分率 单位为 T S 为日照时 数 单位为h T A 为可照时数 单位为h T A 2 T B 2 其中 T B 为半日可照时数 单位为h sin T B 2 sin 45 D E 2 sin 45 D E 2 cos cosD E 3 其中 为当地纬度的度值 D E 为太阳赤纬 r为 蒙气差 值为34 D E 0 3723 23 2567sinQ 0 1149sin2Q 0 1712sin3Q 0 7580cosQ 0 3656cos2Q cos3Q 4 Q 2 57 3 N 365 2422 5 其中 N为日序 1月1日记0 1月2日记1 其余 类推 12月31日为364 平年 闰年为365 1 2 2 回 归 方 程 构 建 利用SPSS软件构建回归方 程 得出因变量与自变量之间的关系 并对方程进行 F检验 当Sig多云 阴天 且出现时间 不同 春 秋季晴天最早 出现在11 00 为17 4 多云和阴天出现在12 00 13 00 分别为17 2和 14 3 冬季晴天和多云时出现在12 00 分别为 26 1和22 1 阴天则出现在13 00 为15 7 2 2 日 光 温 室 气 温 与 外 界 气 象 条 件 的 量 化 关 系 日光温室的热量来源于太阳辐射 白天 温室因 得到热量大于失去热量而气温升高 夜晚 因没有热 66 第15期 量来源且不断失去热量而气温降低 28 温室夜间 失去热量的多少与外界气温的高低有直接关系 外 界气温越低则温室失去热量越多 也就是说 温室 气温的高低主要取决于外界最低气温的大小 因此 主要针对外界最低气温条件进行量化关系研究 分 析时发现 温室气温不仅与外界最低气温有关 还与 连阴天天数有密切关系 当连阴天天数超过3d时 会成为温室气温的主要影响因素 故进行温室气温 与外界最低气温定量化关系研究时 以连阴天是否 超过3d为分割点 当连阴天天数小于3d时 只进行 温室气温与外界最低气温定量化关系研究 当连阴 天超过3d时 则进行温室气温与外界最低气温和连 阴天天数的定量化关系研究 2 2 1 温 室 内 气 温 与 室 外 最 低 气 温 的 量 化 关 系 温 室内外最低气温情况见图2 以y为温室内最低气 温 x为温室外最低气温 建立回归方程 见表2 春 李文科等 不同天气状况下日光温室气温与外界气象条件定量关系 35 33 31 29 27 25 23 21 19 17 15 13 11 9 7 5 3 1 1 3 5 7 温度 晴天温室内平均气温 多云温室内平均气温 阴天温室内平均气温 晴天温室外平均气温 多云温室外平均气温 阴天温室外平均气温 冬季 0 00 1 00 2 00 3 00 4 00 5 00 6 00 7 00 8 00 9 00 10 00 11 00 12 00 13 00 14 00 15 00 16 00 17 00 18 00 19 00 20 00 21 00 22 00 23 00 时间 0 00 1 00 2 00 3 00 4 00 5 00 6 00 7 00 8 00 9 00 10 00 11 00 12 00 13 00 14 00 15 00 16 00 17 00 18 00 19 00 20 00 21 00 22 00 23 00 时间 35 33 31 29 27 25 23 21 19 17 15 13 11 9 7 5 3 1 1 3 5 7 温度 晴天温室内平均气温 多云温室内平均气温 阴天温室内平均气温 晴天温室外平均气温 多云温室外平均气温 阴天温室外平均气温 春秋季 图1 不 同 季 节 不 同 天 气 状 况 下 温 室 内 外 平 均 气 温 变 化 表1 温 室 内 平 均 气 温 最 大 值 及 室 内 外 温 差 最 大 值 情 况 天气 晴天 多云 阴天 天气 晴天 多云 阴天 春秋季 最大值 32 9 29 3 21 5 冬季 最大值 30 3 26 3 18 9 最大值现时间 12 00 12 00 13 00 最大值出现时间 13 00 13 00 14 00 最小值 12 4 13 9 12 1 最小值 9 3 9 8 9 5 最小值出现时间 6 00 7 00 7 00 最小值出现时间 8 00 8 00 8 00 最大温差 17 4 17 2 14 3 最大温差 26 1 22 1 15 7 最大温差出现时间 11 00 12 00 13 00 最大温差出现时间 12 00 12 00 13 00 25 20 15 10 5 0 5 10 15 20 温度 温室内最低气温 温室外最低气温 2014 01 02 2014 11 02 2015 03 02 2016 01 01 2016 11 01 2017 03 08 2018 01 06 2018 11 06 2019 03 06 温室内最低气温 温室外最低气温 日期 图2 温 室 内 外 最 低 气 温 关 系 67 湖 北 农 业 科 学 2021年 秋季温室外最低气温每降低1 晴天 多云及阴天 时温室内最低气温分别降低0 25 0 32和0 32 冬 季温室外最低气温每降低1 晴天 多云及阴天时 温室内最低气温分别约降低0 34 0 42和0 37 不管外界天气情况为晴天 多云还是阴天时 春秋季 温室内最低气温均高于冬季 相同季节里 温室内最 低气温则表现为晴天 多云 阴天 且温室外最低气 温对室内最低气温的影响表现为晴天 阴天春秋季 晴 天 多云 阴天 温室内外气温最大温差为晴天 多 云 阴天 且出现时间不同 春秋季晴天最早 出现 在11 00 为17 4 多云和阴天次之 出现在12 00 13 00 分别为17 2和14 3 冬季晴天和多云时出 现在12 00左右 分别为26 1和22 1 阴天则出现 在13 00 为15 7 当外界连阴天天数低于3d时 春秋季温室外最 低气温每降低1 晴天 多云及阴天时温室内最低 气温分别约降低0 25 0 32和0 32 冬季则分别约 降低0 34 0 42和0 37 当外界连阴天天数超过3d 时 连阴天天数每增加1d 春秋季温室内最低气温 约降低0 33 冬季则降低0 41 室外最低气温每 降低1 春秋季 冬季温室内最低气温均约降低 0 34 掌握温室内气温与温室外气象条件的量化关 系 可根据外界条件有针对性地采取调控措施 比 如 温室内气温低于6 时番茄生长会受到严重影 响 根据温室内外最低气温的关系可以得出 晴天 多云 阴天时 春秋季设施番茄受冻分别对应的温室 外气温阈值为 24 18和 15 冬季则分别对应 为 15 12和 10 根据温室内气温与连阴天天数 和温室外最低气温的关系可以得出 春秋季设施番 茄受冻分别对应的外界条件为连阴天超过3d且最 低气温小于 8 冬季则为连阴天超过3d且最低 气温小于 6 当温室内气温不能满足作物生长需求时 要加 强温室保温措施 如低温天气来临前 可适当减少通 风时间 增加温室蓄热 检查温室棚膜等连接处 堵 严缝隙 减少进出温室次数 减少热量损失 清洁棚 膜 保证透光率 有条件的地区可采取火盆 热水等 临时加温措施 提高温室内温度 参 考 文 献 1 李 楠 薛晓萍 张继波 等 日光温室黄瓜低温冷害预警模型构 建技术研究 J 山东农业科学 2015 47 9 106 111 2 朱宝文 胡德奎 郭晓宁 等 高寒地区日光温室地温变化及预 报 J 干旱气象 2014 32 5 765 772 3 李 宁 申双和 黎贞发 等 基于主成分回归的日光温室内低温 预测模型 J 中国农业气象 2013 34 3 306 311 4 李 石 张 菁 张淑杰 等 沈阳地区日光温室内最低气温变化特 征及其预报模型研究 J 气象与环境学报 2016 32 6 130 136 表2 不 同 季 节 不 同 天 气 状 况 下 温 室 内 外 最 低 气 温 关 系 季节 春秋季 冬季 天气状况 晴天 多云 阴天 晴天 多云 阴天 温室内 外最低气温回归方程 y 12 132 0 253x y 11 820 0 320 x y 10 592 0 316x y 11 268 0 343x y 11 126 0 418x y 9 727 0 373x 相关系数 r 0 455 0 595 0 522 0 504 0 644 0 465 显著性水平 Sig 0 001 0 001 0 001 0 001 0 001 0 001 下 转 第140 页 68 湖 北 农 业 科 学 2021年 武汉 华中农业大学 2018 22 刘 辉 番茄耐寒种质低温胁迫下的转录组分析及相关基因功 能鉴定 D 武汉 华中农业大学 2012 23 LATCHMANDS Transcriptionfactors Anoverview J CellBiol 1997 29 1305 1312 24 WANGR CAOZ HAOY OverexpressionofaR2R3MYBgene MdSIMYB1increasestolerancetomultiplestressesintransgenic tobaccoandapples J JPhysiolplant 2013 150 76 87 25 赵 爽 西瓜非生物胁迫响应R2R3MYB转录因子基因鉴定 D 武汉 华中农业大学 2014 26 CHENY CHENZ KANGJ etal AtMYB14regulatescoldtol eranceinArabidopsis J PlantMolBiolreport 2013 31 1 87 97 27 郭晋艳 郑晓瑜 邹翠霞 等 植物非生物胁迫诱导启动子顺式 元件及转录因子研究进展 J 生物技术通报 2011 4 16 20 30 28 黄 杏 外源ABA提高甘蔗抗寒性的生理及分子机制研究 D 南宁 广西大学 2012 29 王 兴 外源激素调控冬小麦抗寒性的研究 D 哈尔滨 东北 农业大学 2010 30 MAM ZHUZ CHENGS etal Methyljasmonatealleviates chillinginjurybyregulatingmembranelipidcompositioningreen bellpepper J ElsevierBV 2020 266 109308 31 郑小东 王晓洁 李玲玲 面向植物生长智能监控的叶颜色特征 提取 J 中国农学通报 2010 26 19 401 407 32 ZHANGB HUZL ZHANGYJ etal Aputativefunctional MYBtranscriptionfactorinducedbylowtemperatureregulatesan thocyanin biosynthesis in purple kale Brassica Oleracea var acephalaf tricolor J Plantcellreports 2012 31 2 281 289 33 KSHU ZHOUWG CHENF etal Abscisicacidandgibberel linsantagonisticallymediateplantdevelopmentandabioticstress responses J Frontiersinplantscience 2018 9 416 34 RUBIOS NORIEGAX P REZFJ Abscisicacid ABA and lowtemperaturessynergisticallyincreasetheexpressionofCBF DREB1transcriptionfactorsandcold hardinessingrapevinedor mantbuds J Annalsofbotany 2019 123 4 681 689 5 关福来 杜克明 魏瑞江 等 日光温室低温寡照灾害监测预警系 统设计 J 中国农业气象 2009 30 4 601 604 6 温永菁 李 春 薛庆禹 等 基于逐步回归与BP神经网络的日光 温室温湿度预测模型对比分析 J 中国农学通报 2018 34 16 115 125 7 FERREIRAMI FARIAEA RUANOAE Neuralnetworkmodels ingreenhouseairtemperatureprediction J Neurocomputing 2002 43 51 75 8 刘淑梅 薛庆禹 黎贞发 等 基于BP神经网络的日光温室气温 预报模型 J 中国农业大学学报 2015 20 1 176 184 9 李天来 李 曼 韩亚东 等 辽沈 型日光温室地温日变化规律 及其谐波模拟验证 J 西北农业学报 2010 19 10 152 160 10 BAILEYBJ MONTEROJI PARRAJP etal Airflowresis tanceofgreenhouseventilatorswithandwithoutinsectscreens J Biosystemsengineering 2003 86 2 217 229 11 魏瑞江 乐章燕 王 鑫 等 不同材质墙体日光温室内气温演 变 J 干旱气象 2019 37 3 483 489 12 黎贞发 王 铁 宫志宏 等 基于物联网的日光温室低温灾害监 测预警技术及应用 J 农业工程学报 2013 29 4 229 236 13 张继波 陈辰 李 楠 等 极端寡照天气对设施番茄光合特性 及抗氧化酶活性的影响 J 山东农业科学 2017 49 3 64 68 14 KYLEAA ARONM JOSHUAMP etal Scalingofgreen housecropproductioninlowsunlightscenarios J Scienceofthe totalenvironment 2020 707 10 698 715 15 朱 静 杨再强 柳 笛 等 设施芹菜光合特性对寡照胁迫的 响应 J 干旱气象 2012 30 1 53 58 16 熊 宇 刁家敏 薛晓萍 等 持续寡照对冬季日光温室黄瓜生 长及抗氧化酶活性的影响 J 中国农业气象 2017 38 9 537 547 17 DEVACHTS LOOTENSP ROLDANRI etal Influenceoflow temperaturesonthegrowthandphotosyntheticactivityofindustri alchicory Cichoriumintybus J Photosynthetica 2009 47 3 372 380 18 李煜姗 李 平 杨再强 等 低温寡照影响番茄幼苗根系有机 酸代谢和养分吸收 J 中国农业气象 2019 40 8 512 522 19 张艳艳 赵 玮 杨 帅 等 红颜 草莓果实生长与光热条件 的关系 J 干旱气象 2019 37 1 134 138 20 李 楠 薛晓萍 李鸿怡 基于信息扩散的山东省日光温室风灾 风险评估 J 气象与环境学报 2018 34 5 149 155 21 魏瑞江 李春强 康西言 河北省日光温室低温寡照灾害风险分 析 J 自然灾害学报 2008 17 3 56 62 22 杨再强 张婷华 黄海静 等 北方地区日光温室气象灾害风险 评价 J 中国农业气象 2013 34 3 342 349 23 杜子璇 刘忠阳 刘 静 等 河南设施农业黄瓜寡照灾害时空 分布及风险评价 J 干旱气象 2015 33 4 694 701 24 段若溪 姜会飞 农业气象学 M 北京 气象出版社 2002 25 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 22 3 24 27 26 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 3 101 106 27 QX T391 2017 日光温室气象要素预报方法 S 28 周长吉 现代温室工程 M 北京 化学工业出版社 2003 上 接 第68 页 140