基于天氣預報數據的大棚內溫度預測

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.湖南農業大學農學院，湖南長沙 410128）

基于天氣預報數據的大棚內溫度預測

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.湖南農業大學農學院，湖南長沙 410128）

大棚是恩施州鶴峰縣廣泛使用的育苗設施。為了預測大棚內不卷膜通風時的溫度變化，對棚內中心點10 cm高度的溫度與氣溫之間的關系進行了研究。研究表明，棚外最低氣溫與棚內0∶00-6∶00間的溫度呈極顯著線性相關。棚內8∶00-22∶00時間段內相對4∶00的升溫度數與溫度較差之間呈顯著線性相關?；诖?，可以利用天氣預報中的最低溫度去預測棚內0∶00-6∶00的溫度，然后用天氣預報的氣溫日較差預測8∶00-22∶00時間段內相對于棚內4∶00的升溫度數，通過累加即可預測出大棚內的溫度變化，據此就可以對大棚內可能出現的“高溫熱害”及時預警，指導適時卷膜通風。

天氣預報；大棚溫度；高溫預警；卷膜通風

隨著大棚栽培技術的發展，目前大棚已經成為湖北省鶴峰縣煙草育苗的主要生產設施。但長期以來，在生產上需不需要卷膜通風，什么時間卷膜通風都全憑農戶經驗。廣泛分布在不同海拔的育苗點“星羅棋布”，卷膜通風不及時所形成的“高溫熱害”時有發生。本試驗旨在利用現有天氣預報中的最高溫度和最低溫度預測出大棚內的溫度變化曲線，從而對各育苗點可能出現的高溫熱害及時進行早期預警。

1 材料與方法

1.1 處理設置與測定方法

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

1.2 統計分析

采用DPS統計分析軟件進行數據處理分析［1］。

2 結果和分析

2.1 室外最低氣溫與黎明前大棚內溫度的關系

從圖1可以看出，室外最低氣溫與棚內4∶00的溫度之間呈極顯著的相關性?；貧w分析表明，大棚內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，各擬合方程詳見表1。其中以4∶00數據的相關系數最大。

圖1 棚外最低氣溫與棚內4∶00溫度的相關性

2.2 棚內最低溫度時間點的選擇

通過對同期棚內48 d溫度的變化分析，發現棚內實際最低溫度出現在3∶00-7∶00的概率為92%，出現在3∶30-4∶30的概率高達48%；棚內4∶00溫度比實際最低溫度高2.5℃的概率僅有2%。為便于統計分析，本研究選擇以4∶00的溫度作為棚內1天中的最低溫度。

表1 棚外最低氣溫與棚內0∶00-6∶00溫度的相關性

表2 實際棚內最低溫度低于4∶00溫度的次數分布

2.3 氣溫日較差與大棚內各時間點升溫度數之間的關系

由表3可以看出，棚內8∶00-22∶00各時間點相對棚內4∶00的升溫度數與氣溫日較差之間均呈極顯著的線性相關。特別是對12∶00時的預測最為準確，且相關系數最大。

表3 氣溫日較差與大棚內8∶00-22∶00相對4∶00的升溫度數之間的相關性分析

3 討論

由表1可以看出，用棚外最低溫度推導棚內0∶00-6∶00的溫度，以4∶00時數據的相關性最大，而該時刻也是實際統計中平均溫度最小的時間點，因此在本模型中將其作為白天升溫的基礎溫度。實際當中，一天內大棚的最低溫度可能出現在5∶40（日出時間）之前，若以這個時間點作為基準溫度，其相關系數可能最大。但是，若把這個時間點推后，隨著日期和緯度變化，日出時間會發生周期性變化，因此回歸分析的結果表明，6∶00時相關系數相比4∶00變小了。更為關鍵的是，每天4∶00-6∶00期間的溫度變化絕對值極小，因此對最終預測結果的影響也極小。綜上，我們認為以4∶00的棚內溫度作為計算白天溫度變化的基礎溫度是合適的。

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

由于天氣預報的數據并不能精確到各育苗工廠，因此，在數據的選擇上建議以附近縣城的預報結果為基準，同時結合海拔每升高100 m溫度下降0.3～0.6℃的已有研究結果，換算到具體育苗工廠的預報值；以此為依據可對大部分育苗工廠未來的溫度變化曲線做出較好的預測［2］。當然，這樣一系列換算下來無疑會降低本來就并不十分準確的天氣預報數據的準確性。所以，建議采用每天早上最新的天氣預報數據來預測當天棚內的溫度變化，可以直接代入實測最低氣溫和預報最高氣度，這樣更有利于提高預測值的準確性。

楊麗中等［3］通過研究也曾得出夜間棚內外溫度密切相關的結論，這與我們的研究結果一致。但其對白天棚內溫度進行預測時引入了“太陽高度角”、“太陽光通過對流層的斜距”等指標，在實際預報中這些指標不易取得，而且其預測結果僅適用于晴天，在多云天氣則未必能夠得到可信的結果。在本研究中僅需利用天氣預報中的最低溫度和最高溫度，顯然更具可行性。雖然天氣預報數據的計算過程遠比上述兩個指標要復雜，但其更易獲?。欢姨鞖忸A報數據在實際的計算過程中運用了更為復雜和全面的參數，其可靠性和預見性也更好。由于溫度變化有明顯的線型特征，用氣溫日較差來預測白天各時間點相對于4∶00的升溫度數則可以把不同的天氣情況統一納入考慮，將復雜的問題簡單化。于盛楠等［4］在研究中對大棚內外的溫度變化采用了歸納法，結果表明，夜間大棚內外最低溫度差異在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，這與本研究的結果一致。但天氣情況與氣溫日較差之間的關聯性是確定的，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。符國槐等［5］研究認為室內與室外最高溫度的相關系數為0.691。因此直接尋找棚內外最高溫度的相關性，是不夠準確的。在本研究中通過引入氣溫日較差作為分析參數，使得相關性提高到了極顯著水平，預測方法的這一改進為最高溫度的實際預測打下了堅實的理論基礎。

4 小結

棚外最低氣溫與棚內0∶00-6∶00時間段內10 cm高處的溫度呈極顯著線性相關，由于4∶00和棚外最低溫度的相關系數最高，而且和實際棚內最低氣溫最為接近，因此將其作為8∶00-22∶00升溫幅度計算的基準溫度。8∶00-22∶00的氣溫日較差與棚內相對4∶00的升溫度數之間呈極顯著的線性相關。因此，可利用天氣預報中的最高和最低溫度，并結合本研究中所擬合的回歸方程對棚內溫度進行預測。具體預測方法為，利用天氣預報數據中的最低溫度來預測棚內4∶00-6∶00的溫度，用氣溫日較差來預測各個時間點相對棚內4∶00的升溫度數，然后把二者相加就是8∶00-22∶00棚內各時間點的溫度預測值。為進一步提高預測精度，也可以于次日早上采用實測最低氣溫，并結合預報最高氣溫對當天棚內溫度變化進行預測。

［1］ 唐啟義，馮明光.DPS數據處理系統-試驗設計、統計分析及模型優化［M］.北京：科學出版社，2006：628-642.

［2］ 周淑貞.氣象學與氣候學［M］.北京：高等教育出版社，1979：49.

［3］ 楊麗中，朱曉虎，束正勇，等.東臺西瓜大棚內外溫度關系及高低溫預警方法研究［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］.農業現代化研究，2010，31（2）：254-256.

［5］ 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.

（責任編輯：高 峻）

S 165

A

0528-9017（2014）11-1765-02

文獻著錄格式：尹虎成，馮成恩，潘廣為，等.基于天氣預報數據的大棚內溫度預測［J］.浙江農業科學，2014（11）：1765-1766，1776.

2014-08-20

恩施州煙草公司科技創新項目（201309116）

尹虎成（1979-），男，湖北鶴峰人，高級分級工、農藝師，主要從事煙草栽培與調制、農業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，研究方向為煙草栽培。E-mail：317438628@qq.com。