湖北省冬季設施火龍果最低氣溫變化特征及預報模型研究

孟翠麗 楊文剛 張淑娟 陸鵬程 王涵

摘要：為提高湖北省冬季火龍果（Hylocereus undatus ′Foo-Lon′）設施栽培氣象災害防御，利用湖北省黃石市陽新縣火龍果大棚小氣候監測站數據，分析冬季火龍果大棚內外最低氣溫的日變化特征，基于大棚內最低氣溫與當天大棚外溫度、前一天大棚內外溫度各要素單因子相關分析，篩選出模型因子，采用逐步回歸方法，構建冬季大棚最低溫預報模型，并對模型進行驗證。結果表明，在觀測期間，大棚內最低氣溫高于棚外，且棚外氣溫越低棚內外氣溫差異越大，最低氣溫日變化白天大于夜晚，其最低值在不同天氣狀況下出現在7：00左右（早上），最高值出現在14：00左右（午后）;3種不同天氣條件下的各模型實測值和模擬值的平均絕對誤差在0.49～1.20 ℃，均方根誤差在0.69～1.30 ℃，均在1.30 ℃以下，各模型擬合效果較好。

關鍵詞：火龍果（Hylocereus undatus ′Foo-Lon′）;設施栽培;小氣候;低溫預報

中圖分類號：S162.4 ? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2019）24-0084-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.24.020 ? ? ? ? ? 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Study on the change characteristics and forecast model of the lowest temperature of pitaya in winter facilities in Hubei province

MENG Cui-li1， YANG Wen-gang2， ZHANG Shu-juan3， LU Peng-cheng1， WANG Han1

（1.Wuhan Agricultural Meteorology Test Station，Wuhan 430040，China;2.Huangshi Meteorological Bureau，Huangshi 435000，Hubei，China;

3.Daye Meteorological Bureau，Daye 435100，Hubei，China）

Abstract： In order to improve the meteorological disaster prevention of winter pitaya（Hylocereus undatus ′Foo-Lon′） facility cultivation in Hubei province， the daily variation characteristics of the minimum temperature inside and outside the winter pitaya greenhouse by using the data of the small weather monitoring station in Yangxin county， Huangshi city， Hubei province. The diurnal variation characteristics of the minimum temperature inside and outside the greenhouse in winter were analyzed. Based on the single factor correlation analysis of the minimum temperature inside the greenhouse with the temperature outside the greenhouse that day and the temperature inside and outside the greenhouse that day， model factors were selected， and the prediction model of the minimum temperature inside and outside the greenhouse in winter was constructed and verified by the stepped-regression method. The results showed that， during the observation period， the minimum temperature inside the greenhouse was higher than that outside the greenhouse， and the lower the temperature outside the greenhouse was， the greater the temperature difference between inside and outside the greenhouse was. The daily variation of the minimum temperature was larger than that outside the greenhouse. The lowest value appearred around 7：00（morning） in different weather conditions， while the highest value appearred around 14：00（afternoon）. The average absolute error of the measured and simulated values of the three models under different weather conditions was 0.49～1.20 ℃， and the root mean square error was 0.69～1.30 ℃， which were all below 1.30 ℃， and the fitting effect of the models was better.

Key words： pitaya（Hylocereus undatus ′Foo-Lon′）; facility cultivation; microclimate; low temperature forecast

火龍果（Hylocereus undatus ′Foo-Lon′）是仙人掌科量天尺屬多年生攀援性肉質植物的果實，是一種低熱量、高纖維的水果[1]，具有抗衰老、減肥、美白，預防心腦血管疾病、調節機體免疫功能、調節激素水平等保健功效[2]。因其觀賞性強、采摘期長、營養保健價值高而深受消費者喜愛。隨著政府對農業支持力度的加大，投入的增加，傳統農業正朝著現代農業轉型，設施農業的栽培面積在不斷擴大。正是在這種情況下，按傳統農業栽培在當地不能過冬的高檔、優質果蔬品種有了種植的潛力。目前，設施火龍果栽培在湖北省已有一定規模。作為熱帶水果，火龍果耐熱不抗低溫，最適宜的生長溫度為25～35 ℃[3，4]，在低于8 ℃或高于40 ℃時，細胞分裂活動處于基本停滯狀態，以植物特有的短暫休眠抗逆，但若長時間處于5 ℃以下，葉片會發生散發性黃色凍傷，幼芽、嫩枝，甚至部分成熟枝也可能被凍傷或凍死[5]。對于火龍果的設施栽培和災害指標，李晶等[6]通過對大棚內小氣候條件分析得到了魯西平原地區種植設施火龍果所需氣候條件;谷曉平等[7]通過各項指標與溫度間的定量關系，通過試驗觀察確定了火龍果樹的寒害溫度指標。對于設施農業小氣候的特征研究和相關統計模型的建立，國內學者從20世紀90年代開始涉及[8，9]。金志鳳等[10-12]對大棚內氣象因子的變化特征影響以及基于BP神經網絡的最高、最低氣溫預測模型進行了研究;符國槐等[13]對塑料大棚的小氣候特征及其預報模型進行了研究;李寧等[14]對冬季溫室內溫度變化特征進行分析，采用主成分回歸分析法建模對溫室內日最低氣溫進行預報。火龍果在湖北省最大的生長障礙是安全越冬，保溫成為最關鍵的措施，進入11月以后，火龍果園區采用封雙膜覆蓋保溫，本研究利用湖北省黃石市陽新縣大棚小氣候監測站采集的數據，分析冬季火龍果大棚內外最低氣溫的變化特征，建立冬季大棚最低溫預報模型，為該地區設施火龍果冬季低溫冷凍害氣象服務提供技術支撐，為湖北省冬季火龍果安全越冬生產管理提供科學依據。

1 ?材料與方法

1.1 ?資料來源

試驗塑料大棚位于黃石市陽新縣五夫果園，大棚長30.0 m，寬8.0 m，高3.4 m。觀測時間為2017年12月至2018年2月，在棚內中間位置1.5 m處布設大棚溫濕度傳感器（CR800型），每10 min采集1次數據。對采集的氣溫數據進行日值統計，剔除異常值，共計獲取85 d逐日最高氣溫、最低氣溫觀測數據。

大棚外氣象資料采用陽新國家基本氣象監測站數據，選取與大棚小氣候監測站時間對應的日最高氣溫、最低氣溫值。

1.2 ?方法

1）天氣類型劃分。依據氣象上劃分標準，按照日照百分率S≥60%、20%≤S<60%、0≤S<20%，將天氣類型劃分為晴天、多云、寡照3種[15，16]，分天氣類型對塑料大棚內外氣溫變化資料統計。

2）研究方法。對當天和前一天棚外平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫，前一天棚內最高氣溫、最低氣溫與當天棚內最低氣溫分別進行單因子相關分析，篩選出與當天棚內最低氣溫顯著相關的因子;以模型備選因子作為自變量，采用逐步回歸方法構建火龍果大棚冬季最低氣溫預報模型并對模型進行驗證。

2 ?結果與分析

2.1 ?大棚內外的氣溫變化特征

對大棚內外的逐日最低氣溫進行比較，結果如圖1所示。大棚內逐日最低氣溫始終高于棚外逐日最低溫度，大棚內平均逐日最低氣溫為12.55 ℃，比棚外同一時期的大氣平均逐日最低氣溫高9.91 ℃，且棚外最低氣溫越低時，棚內外的逐日最低氣溫日平均差異越大;反之棚外最低氣溫越高，大棚內外的逐日最低氣溫差異越小。在1月下旬至2月上旬大棚外逐日最低氣溫低至0 ℃以下，此時大棚內外的日平均逐日最低氣溫的差值最大，大棚內逐日最低氣溫比大棚外逐日最低氣溫平均偏高13.0 ℃，說明大棚的增溫效應在外界溫度越低的情況下效果越顯著，且隨著外界溫度不斷攀升，大棚內氣溫隨之升高。不同月份大棚內外最低氣溫的差異也有所不同，棚內逐日最低氣溫12月比棚外平均偏高9.7 ℃，1月平均偏高8.5 ℃，2月平均偏高11.7 ℃。這是因為為使棚內溫度始終維持在火龍果適宜生長的范圍內，冬季大棚始終處于關閉狀態，白天的太陽輻射使得大棚內增溫，而夜晚的大氣逆輻射使得大棚保溫，所以棚內的溫度始終高于棚外，且隨著棚外大氣溫度的變化而變化。

分析不同天氣狀況下冬季大棚氣溫的變化特征，由表1可知，晴天時棚內日最低氣溫為14.93 ℃，較棚外高14.82 ℃，多云天氣狀況下，棚內日最低氣溫為14.78 ℃，比同期棚外高12.46 ℃，寡照天氣條件下，棚內日最低氣溫為10.38 ℃，比棚外高5.98 ℃;日最高氣溫在晴天時棚內增幅3.60 ℃，多云天氣增幅4.20 ℃，寡照天氣增幅2.60 ℃;就日平均氣溫而言，在晴天棚內氣溫增幅9.97 ℃，多云天氣增幅8.87 ℃，寡照天氣增幅4.49 ℃，即日最低氣溫增幅均高于日最高氣溫和日平均氣溫增幅，大棚保溫效果明顯。

2.2 ?不同天氣狀況下氣溫日變化

選用大棚內試驗監測數據，對不同天氣類型進行統計分析，繪制不同天氣狀況下棚內最低氣溫日變化曲線。結果（圖2）顯示，不同天氣條件下，夜晚至早上（7：00）最低氣溫一直呈下降趨勢，在這一時段內最低氣溫表現為寡照>多云>晴天，因為寡照的夜晚大氣逆輻射較強，所以寡照的夜晚氣溫比晴天夜晚的氣溫高。早晨7：00左右分別出現日最低氣溫，此時最低氣溫表現為晴天<多云<寡照，晴天最低氣溫最小值低至4 ℃以下。從7：00開始隨著時間變化最低氣溫逐漸升高，這期間晴天和多云天氣日最低氣溫變化非常明顯，表現為晴天>多云>寡照，晴天和多云在午時之后氣溫升至35 ℃以上，晴天在14：50最低氣溫出現最大值，多云和寡照天氣在14：40氣溫出現最大值，此時最低氣溫表現為晴天>多云>寡照，這與不同的天氣狀況下大棚吸收的太陽輻射有關，晴天的日照時間最長，吸收到的太陽輻射最多，增溫效應也最為明顯。14：00之后氣溫逐漸降低，且晴天的氣溫下降速率最快。由于太陽輻射的作用，大棚內最低氣溫白天的變化要大于夜晚。