櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄 7 陽 文銳 ， 王如松 ， 黃錦樓 ， 等 生態(tài)風險評價及研究進展 J 應用生態(tài)學報 ， 2007， 18( 8) : 1869 1876 8 張 思鋒 ， 劉晗夢 生態(tài)風險評價方法述評 J 生態(tài)學報 ， 2010，30( 10) : 2735 2744 9 周 婷 ， 蒙 吉軍 區(qū)域生態(tài)風險評價方法研究進展 J 生態(tài)學雜志 ， 2009， 28( 4) : 762 767 10 陳 鵬 ， 潘曉玲 干 旱區(qū)內陸流域區(qū)域景觀生態(tài)風險分析 以阜康三工河流域為例 J 生態(tài)學雜志 ， 2003， 22( 4) : 116 120 11 陳 春麗 ， 呂永龍 ， 王鐵宇 ， 等 區(qū)域生態(tài)風險評價的關鍵問題與展望 J 生態(tài)學報 ， 2010， 30( 3) : 808 816 12 王 志濤 ， 門明新 ， 崔江慧 沽源縣未利用地生態(tài)重要性空間識別及其地形梯度特征分析 J 中國生態(tài)農業(yè)學報 ， 2016， 24( 2) :256 264 13 賀 奮琴 基于 S 和 GIS 的水土流失因子提取與分析 以 攀枝花市為例 D 成都 : 成都理工大學 ， 2004: 27 36 14 張瑞芳 基于 GIS 的山西省朔州市水土流失強度評價研究 D 烏魯木齊 : 新疆師范大學 ， 2006: 15 17 15 謝余初 ， 鞏 杰 ， 趙彩霞 甘肅白龍江流域水土流失的景觀生態(tài)風險評價 J 生態(tài)學雜志 ， 2014， 33( 3) : 702 708 16 賈 坤 ， 姚 云軍 ， 魏香琴 ， 等 植被覆蓋度遙感估算研究進展 J 地球科學進展 ， 2013， 28( 7) : 774 782 17 曾 勇 區(qū) 域生態(tài)風險評價 以呼和浩特市區(qū)為例 J 生態(tài) 學報 ， 2010， 30( 3) : 668 673 18 楊 美玲 ， 米文寶 ， 李同昇 ， 等 寧夏限制開發(fā)生態(tài)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)重要性評價 J 地域研究與開發(fā) ， 2014， 33( 3) : 133 138 19 鞏 杰 ， 趙 彩霞 ， 謝余初 ， 等 基于景觀格局的甘肅白龍江流域生態(tài)風險評價與管理 J 應用生態(tài)學報 ， 2014， 25( 7) : 2041 2048肖 芳 ， 宋 洋 ， 楊 再強 設施葡萄小氣候預報模型的建立 J 江蘇農業(yè)科學 ， 2018， 46( 22) : 306 309doi: 1015889/j issn1002 1302201822071設施葡萄小氣候預報模型的建立肖 芳1， 2， 宋 洋1， 楊 再強1， 3( 1 南 京信息工程大學氣象災害預報預警與評估協同創(chuàng)新中心 ， 江蘇南京 210044; 2 內蒙古生態(tài)與農業(yè)氣象中心 ， 內蒙古呼和浩特 010051;3 江蘇省農業(yè)氣象重點實驗室 ， 江蘇南京 210044)摘 要 : 2015 年 1 月至 2016 年 9 月 ， 對南京市浦口區(qū)盤城現代農業(yè)園開展葡萄大棚小氣候觀測分析 ， 以研究設施葡萄大棚內小氣候變化規(guī)律 ， 更好地為開展葡萄農業(yè)氣象服務 。結果表明 ， 棚內日平均氣溫較棚外高 3 5 左右 ; 棚內日平均濕度與棚外溫度呈線性負相關 ; 建立的預測模型冬 、春 、夏季日均氣溫均方根誤差分別為 0 590、0 580、0432 ， 日均濕度均方根誤差分別為 207%、312%、130%; 棚內日平均溫度 、濕度和棚外日平均氣溫 、日最高氣溫及日平均濕度相關性達到極顯著水平 。關鍵詞 : 葡萄 ; 塑料大棚 ; 小氣候 ; 預報模型 ; 溫度 ; 濕度中圖分類號 : S1624+1 文 獻標志碼 : A 文章編號 : 1002 1302( 2018) 22 0306 04收 稿日期 : 2017 06 27基金項目 : 國家科技支撐計劃 ( 編號 : 2014BAD10B07) ; 江 蘇省科技支撐計劃面上項目 ( 編號 : SBE2015740058) 。作者簡介 : 肖 芳 ( 1988) ， 女 ， 內蒙古錫林郭勒人 ， 博 士研究生 ， 從事農業(yè)生物環(huán)境調控研究 。Tel: ( 025 ) 58731129; E mail:xiaofang1230521126 com。通 信作者 : 楊再強 ， 博士 ， 教授 ， 從事應用氣象 、設施農業(yè)氣象災害 、農業(yè)生物環(huán)境調控研究 。Tel: ( 025) 58731129; E mail: yzq6751163 com。近 年來 ， 氣候變化加劇了氣象災害的發(fā)生 ， 嚴重影響了農業(yè)的發(fā)展 ， 而研究農業(yè)氣象災害監(jiān)測預警系統(tǒng)已成為當務之急 1。葡 萄 ( Vitis vinifera L ) 為落葉藤本植物 ， 是世界上最主要的水果之一 ， 葡萄產量約占世界水果總產量的 1/4。近年來 ， 中國葡萄設施栽培發(fā)展十分迅速 ， 而其產量和品質受外界環(huán)境影響很大 2。關于設施小氣候特征和預報模型的研究國內外有一定報道 3 5。Ferreira 等 利用神經網絡方法模擬了溫室大棚溫度和棚外太陽輻射 、溫度 、濕度 、云量之間的關系 6。Walker 建立了一個溫室的能量 平衡模型 ， 但這個模型有較大的計算誤差 ， 模型也較為簡單 7。儲長樹等分析了塑料 大棚內溫度 、濕度的變化規(guī)律 8。近 年來 ， 不少學者對溫室小氣候的變化特征和預報模型也有了一些初步研究并取得一定成果 。范遼生等利用逐步回歸方法構建了一個大棚內日最低氣溫預報模型 ， 以大棚外氣溫 、相對濕度 、地溫 、風速 、日照時數 、輻射等氣象要素作為自變量 ， 構建了基于 BP 神經網絡的大棚內最高 、最低氣溫預測模型及溫濕度神經網絡模擬 9 11。陳 海生等對茶園塑料大棚內外溫濕度的相關性進行了統(tǒng)計分析 12。符國槐等采用多元逐步回歸統(tǒng)計方法 ， 把大棚外空氣溫度 、地面溫度及大棚內空氣 溫度作為模擬因素 ， 對浙江省慈溪市設施葡萄大棚溫度 、濕度進行模擬 ， 建立了溫室大棚冬 、春季室內氣溫預報模型 13。辛本勝等利用熱平衡原理建立了日光溫 室環(huán)境預測模型 ， 能夠預測溫室內溫度和濕度 14。但 是 ，目前對設施葡萄的小氣候預報模型仍比較欠缺 ， 尚未開展設施葡萄精細化氣象服務 ， 從而導致葡萄生長發(fā)育和果實品質受到一定影響 。本研究分析構建設施葡萄小氣候預報模型 ，以減輕設施葡萄因農業(yè)氣象災害造成的經濟損失 ， 有效增加設施葡萄種植的經濟效益 ， 并為設施葡萄的管理提供科學依據 。603 江 蘇農業(yè)科學 2018 年第 46 卷第 22 期1 材 料與方法11 試驗時間 、地點試驗于 2015 年 1 月至 2016 年 9 月在南京市浦口區(qū)盤城現代農業(yè)園 ( 11842'E、3212'N) 進行 。12 試驗材料試驗大棚為鋼架結構 ， 頂高 35 m、長 25 m、寬 18 m， 南北走向 ， 覆蓋蔬菜專用的淡綠大棚薄膜 ， 其透光度為 85%。大棚一般于 10 月底蓋膜 ， 5 月上旬揭膜 。種植葡萄品種為紅地球 ， 采用常規(guī)栽培方法進行管理 。13 試驗方法試驗大棚中心分別離地面 1 5、3 m 處各裝 1 個美國產Watchdog 2000 型溫 、濕度記錄儀 ， 自動記錄大棚內的空氣溫 、濕度 ， 棚內氣象要素值取同一時刻不同高度的平均值 。棚外采集離地面 15 m 高度的氣溫 、相對濕度 、太陽輻射和風速 ，采集頻率為 10 s/次 ， 存儲記錄每小時的平均值 。對采集的原始數據進行標準化處理 ， 利用 DPS 軟件進行相關性分析 15和逐 步回歸分析 16。由 于 2016 年葡萄大棚內小氣候變化規(guī)律與 2015 年相似 ， 本研究葡萄大棚內小氣候特征僅采用 2015年 1 月 1 日至 8 月 29 日的觀測資料進行分析 。2 結果與分析21 大棚內小氣候特征211 氣溫變化特征 由圖 1 可見 ， 大棚內 、外日平均氣溫變化趨勢大致相同 ， 均有很強的季節(jié)性變化 ; 在 18 月觀測期間 ， 大棚內日平均氣溫差異相對較小 ， 但均高于大棚外 ， 棚內日平均氣溫較棚外平均高 3 4 ; 12 月冬季大棚內 、外日平均氣溫相差較大 ， 棚內溫度較棚外平均高 4 9 ; 35月 春季大棚內 、外日平均氣溫差減小 ， 棚內溫度比棚外平均高33 ; 78 月夏季大棚內 、外日平均氣溫相差較小 ， 棚內溫度比棚外平均僅偏高 21 。這主要是由于冬季外界氣溫較低 ， 大棚一般不打開 ， 白天有太陽輻射 ， 棚內氣溫迅速上升 ， 夜晚由于薄膜保溫作用 ， 使棚內氣溫始終高于棚外 ， 進入春季后 ， 晴天時常會導致棚內氣溫超過 35 ， 甚至達到 40 ， 此時就須要打開大棚通風降溫 ， 隨著外界氣溫升高 ， 開棚次數增加 ， 到了夏季 ， 大棚內 、外氣溫差異縮小 。一般而言 ， 大棚內氣溫受天氣條件的影響較大 17 19。棚內氣溫的變化主要受 太陽輻射影響 ， 不同天氣狀況下太陽輻射有所不同 ， 導致室內的氣溫變化也有所不同 。由圖 2 可見 ，晴天時 ， 白天棚內氣溫明顯高于棚外 ， 08: 00 后棚內氣溫迅速升高 ， 13: 00 左右達到最高值 ， 最低溫度出現在 06: 00， 棚外氣溫最高 、最低值與棚內出現時刻相同 ， 10: 0011: 00 氣溫上升較快 ， 晴天時氣溫會先下降再上升 ， 呈現出 “雙峰型 ”; 陰天時 ， 棚內氣溫升幅較小 ， 最高溫度出現 13: 0015: 00 之間 。212 濕度變化特征 由圖 3 可見 ， 大棚內 、外日平均 濕度差異明顯 ， 棚內 18 月平均濕度為 82%， 較棚外增加 14 百分點 。由圖 4 可見 ， 晴天時 ， 大棚內外濕度變化差異相對較小 ，13: 0016: 00 出現較為明顯的差異 ; 07: 00 日出后 ， 隨著氣溫升高 ， 棚內外濕度均逐漸下降 ， 13: 0016: 00 出現較低值 ， 之后濕度逐漸增加 ; 陰天時 ， 大棚內濕度變化幅度較小 ， 大棚內 、外濕度變化日較差相對較小 ， 但棚內濕度明顯高于棚外 ; 棚內濕度的變化主要集中在白天 08: 0018: 00， 夜間濕度變化相對較小 。22 大棚小氣候預報模型的建立2 2 1 逐步回歸模型的建立 研究中常采用逐步回歸模型703江 蘇農業(yè)科學 2018 年第 46 卷第 22 期對大棚氣溫進行預測 ， 該 模型為 :Y = b0+ b1Xi+ b2Xj+ bnXn。式 中 : b0是 常數 ; Xi為 逐步回歸模型中選入的變量 ; b1 bn為變量的相關系數 。大棚外氣象因子對大棚內氣溫有直接或間接 的影響 。白天 ， 太陽輻射以短波透過覆蓋薄膜照進大棚 ， 入射的太陽輻射在接觸到各種表面時轉換為熱能 ， 這些熱能又通過對流 、長波輻射等方式散布到大棚空氣中 ; 夜間 ， 存儲在土壤中的熱量以長波輻射形式向四周散發(fā) ， 補償大棚所散失的熱量 ， 以保證棚內氣溫高于棚外氣溫 20 21。在 建立模型的樣本中 ， 選取大棚外前 1 d 平均氣溫 、前 2 d 的平均氣溫 、相對濕度 、地表溫度 5、10、20、40 cm 地溫平均值 、最高值 、最低值等氣象要素作為自變量 ， 大棚內氣溫 、濕度作為因變量 ， 應用數理計算方法建立大棚內氣溫 、濕度的數學預測模型 ， 結果見表 1。表 1 不同季節(jié)大棚內日平均氣溫 、濕 度預測方程棚 內要素 季節(jié) 預測方程 變量名稱日平均氣溫 冬季 Y =3738 81 +0458 67X10451 34X2+0849 74X3X1表 示棚外日最高氣溫 ; X2表 示前 1 d 棚外日平均氣溫 ; X3表示地表日平均溫度春 季 Y =8569 47 +0223 65X10174 07X2+0536 49X3X1表示棚外日最高氣溫 ; X2表 示前 1 d 5 cm 平均地溫 ; X3表 示 5 cm 平均地溫夏季 Y =0424 89 +0769 66X1+0355 91X20082 71X3X1表示棚外日平 均氣溫 ; X2表 示 5 cm 平均地溫 ;X3表 示前 1 d 5 cm 平均地溫日平均濕度 冬季 Y =57119 31 +0162 36X1+0101 86X2+0179 25X3X1表示棚外日平均濕度 ; X2表示棚外日最 高濕度 ;X3表示棚外日最低濕度春 季 Y =53297 45 0878 97X1+0536 67X2+0477 72X3X1表示棚外日最高氣溫 ; X2表示棚外日平 均濕度 ;X3表 示前 1 d 日平均濕度夏季 Y =33511 72 +0129 10X1+0949 21X20348 05X3X1表示棚外日最低氣溫 ; X2表示棚外日平 均濕度 ;X3表示棚外日最高濕度222 逐 步回歸方法模擬結果 采用逐步回歸方法模擬冬季 、春季 、夏季日平均氣溫 ， 結果見圖 5， 模擬冬季 、春季 、夏季日平均氣溫基于 1 1 線的決定系數 ( r2) 分 別為 0 957、0. 934、0 967， 均方根誤差 ( MSE) 分別為 0 590、0 580、0432 。采用逐步回歸法模擬冬季 、春季 、夏季日平均濕度 ， 結果見圖 6， 模擬冬季 、春季 、夏季日平均濕度基于 1 1線的決定系數分別為 0 840、0 814、0 958， 均方根誤差分別為 207%、312%、130%。3 結 論與討論本試驗以南京盤城現代農業(yè)園設施葡萄大棚為對象 ， 研究大棚內外日平均氣溫 、日平均濕度 、逐時氣溫 、逐時濕度 、日最高溫度 、日最低溫度的變化特征 ， 以揭示設施葡萄塑料大棚的小氣候變化規(guī)律 。結果表明 ， 晴天時 ， 白天大棚內氣溫明顯高于棚外 ， 08: 00 后棚內氣溫迅速升高 ， 13: 00 左右達到最高值 ， 最低溫度出現在 06: 00， 棚內 、外的氣溫最高值和最低值803 江 蘇農業(yè)科學 2018 年第 46 卷第 22 期出 現時刻基本相同 ; 10: 0011: 00 時氣溫上升較快 ， 為防止氣溫上升過高 ， 12: 00 農戶會開棚通風 ， 氣溫轉為緩慢上升或下降 ， 晴天時氣溫會先下降再上升 ， 呈現出 “雙峰型 ”; 陰天 ，棚內氣溫升幅較小 ， 最高溫度出現在 13: 0015: 00。溫室內氣溫的變化主要受太陽輻射影響 ， 氣溫日變化趨勢與太陽輻射變化相同 。從氣溫日變化看 ， 晴天氣溫的日變化幅度大于陰天 ， 這與符國槐等的研究結果 13基 本一致 。對大棚內 、外日平均濕度變化而言 ， 晴天時 ， 隨著氣溫的升高 ， 濕度逐漸下降 ， 13: 0016: 00 出現較低值 ， 之后濕度逐漸增加 ; 晴天天氣條件下 ， 濕度日較差大 ， 濕度的變化主要集中在 08: 0018: 00， 夜間濕度基本無變化 ; 陰天全天棚內濕度明顯高于棚外 ， 主要是因為陰天大棚相對密閉 ， 通風少 ; 陰天時 ， 大棚濕度變化幅度相對較小 ， 大棚內 、外濕度變化日較差較小 。逐步回歸方法能夠較好地反映常態(tài)條件下溫室內 、外氣象要素間的相互關系 。本研究采用逐步回歸法對溫室大棚冬季 、春季 、夏季棚內日平均氣溫 、日平均濕度建立預測模型 ， 模擬冬季 、春季 、夏季日均氣溫均方根誤差分別為 0 590、0580、0432 ， 模擬冬季 、春季 、夏季日均濕度均方根誤差分別為 207%、3 12%、1 30%， 這與王萍等的研究結論 22一 致 。本研究的保溫大棚為南方標準塑料大棚 ， 對于連棟溫室 、日光溫室及玻璃溫室等其他溫室類型而言 ， 其小氣候預報模型可能會有所不同 ， 在應用上存在一定的局限性 ， 因此 ， 在應用其他溫室類型時應對其進行相應的驗證 。參 考文獻 : 1 符 國槐 ， 費玉娟 ， 楊再強 ， 等 農業(yè)氣象災害預警系統(tǒng)研究進展 J 安徽農業(yè)科學 ， 2011， 39( 18) : 10936 10938， 10941 2 湯 照云 ， 呂 明 ， 張 霞 ， 等 高溫脅迫對葡萄葉片三項生理指標的影響 J 石河子大學學報 ( 自然科學版 ) ， 2006， 24( 2) : 198 200 3 王 建林 現代農業(yè)氣象業(yè)務 M 北京 : 氣象出版社 ， 2010: 263 271 4 Garzoli K A simple greenhouse climate model J Acta Horticulturae，1985， 174: 393 400 5 Hortitrans J O A model for predicting and optimizing humidity andtranspiration in greenhouse J Journal of Agricultural Engineering，1994， 57( 1) : 23 37 6 Ferreira P M， Faria E A， uano A E Neural network models ingreenhouse air temperature prediction J Neurocomputing， 2002， 43( 1/2/3/4) : 51 75 7 Walker J N Predicting temperatures in ventilated greenhouse J Transactions of the ASAE， 1965， 8( 3) : 445 448 8 儲 長樹 ， 朱 軍 塑料大棚內空氣溫 、濕度變化規(guī)律及通風效應 J 中國農業(yè)氣象 ， 1992， 13( 3) : 32 35 9 范 遼生 ， 朱蘭娟 ， 柴偉國 ， 等 杭州冬季塑料大棚內氣溫變化特征及日最低氣溫預報模型 J 中國農業(yè)氣象 ， 2014， 35( 3) : 268 275 10 金 志鳳 ， 符國槐 ， 黃海靜 ， 等 基于 BP 神經網絡的楊梅大棚內氣溫預測模型研究 J 中國農業(yè)氣象 ， 2011， 32( 3) : 362 367 11 李 倩 ， 申 雙和 ， 曹 雯 ， 等 南方塑料大棚冬春季溫濕度的神經網絡模擬 J 中國農業(yè)氣象 ， 2012， 33( 2) : 190 196 12 陳 海生 ， 黃壽波 ， 俞忠偉 ， 等 塑料棚茶園內外溫濕度的相關性分析 J 中國農業(yè)氣象 ， 1997， 18( 3) : 35 37 13 符 國槐 ， 張 波 ， 楊再強 ， 等 塑料大棚小氣候特征及預報模型的研究 J 中國農學通報 ， 2011， 27( 13) : 242 248 14 辛 本勝 ， 喬曉軍 ， 滕光輝 日光溫室環(huán)境預測模型構建 J 農機化研究 ， 2006( 4) : 96 100 15 唐 啟義 DPS 數據處理系統(tǒng) : 實驗設計 、統(tǒng)計分析及數據挖掘 M 北京 : 科學出版社 ， 2010: 665 673 16 魏淑秋 農業(yè)氣象統(tǒng)計 M 福州 : 福建科學技術出版社 ， 1985:107 17 劉可群 ， 黎明鋒 ， 楊文剛 大棚小氣候特征及其與大氣候的關系 J 氣象 ， 2008， 34( 7) : 101 107 18 趙 鴻 ， 張 強 ， 楊 啟國 ， 等 黃土高原半干旱雨養(yǎng)區(qū)日光溫室小氣候分析 J 應用氣象學報 ， 2007， 18( 5) : 627 634 19 孫 智輝 ， 蔣小莉 ， 曹雪梅 ， 等 延安日光溫室內溫度預報方法與指標的確定 J 中國農學通報 ， 2010， 26( 15) : 372 377 20 薛 曉萍 ， 李鴻怡 ， 李 楠 ， 等 氣候預報技術研究 J 中國農學通報 ， 2012， 28( 29) : 195 202 21 魏 瑞江 ， 王春乙 ， 范增祿 石家莊地區(qū)日光溫室冬季小氣候特征及其與大氣候的關系 J 氣象 ， 2010， 36( 1) : 97 103 22 王 萍 ， 劉 春雪 ， 王秋京 ， 等 黑龍江省溫室小氣候變化特征及預報模型的初步研究 J 黑龍江農業(yè)科學 ， 2014( 5) : 75 79903江 蘇農業(yè)科學 2018 年第 46 卷第 22 期