郑州雾霾寡照天气大棚小气候特征及低温预报

摘 要：利用2012—2013年及2013—2014年2个冬季的大棚内外气象观测资料，对雾霾寡照天气条件下大棚内小气候特征进行分析，并采用逐步回归分析的方法，建立寡照天气大棚内最低气温预报方程，用该方程对2014年3月雾霾寡照天气棚内最低气温进行预报，绝对误差值均小于2℃，预报效果较好。同时提出了雾霾寡照天气条件下大棚生产管理措施，有效预防和抵御灾害。

关键词：大棚；雾霾；寡照；低温；预报

中图分类号：S626.5 文献标志码：A 论文编号：2014-0655

Abstract： Microclimatic characteristics of a winter greenhouse were analyzed with meteorological observations during early Spring and Winter in 2013 and 2014. The lowest temperature prediction model inside the greenhouse for scant lighting days was established by adopting stepwise regression， and the model was applied to predict daily lowest temperature in scant lighting greenhouse for March 2014. Results indicated that the model performed well with absolute prediction errors less than 2℃. The production management measures were addressed as well to prevent and defense disasters according to the potential damages induced by smog weather.

Key words： Greenhouse； Smog； Scant Lighting； Lowest Temperature； Prediction

0 引言

近年来，郑州雾霾天气多发频发，成为民众和政府高度重视的环境问题。雾霾是雾和霾的组合词，雾是指在接近地球表面、大气中悬浮的由小水滴或冰晶组成的水汽凝结物；霾是指因大量烟、尘等微粒悬浮而形成的浑浊现象。雾霾天气空气质量差，能见度低，影响身体健康、交通安全等；持续雾霾天气时光照不足，给农业也带来影响，特别对设施农业生产会造成严重影响，成为近年来影响设施农业生产的主要气象灾害之一。雾霾寡照天气条件下棚内温度低、湿度大，作物生长缓慢、抗性降低，极易发生病害，导致蔬菜生长受阻或生Q长发育不良[1]，严重时导致死亡，造成严重损失，制约设施农业的进一步发展。

近10年来国内学者在棚内小气候环境及其外界气象条件的关系、低温寡照对棚内作物的影响、日光温室气象灾害风险分析、以及从热力学角度对大棚保温性能改善等方面的研究取得了一定的进展，如崔建云等[2-7]研究了日光温室小气候特征及其与外界的关系，徐凤霞等[8-10]研究了低温寡照天气对设施农业生产的影响，魏瑞江等[11-14]对日光温室气象灾害风险进行了分析和评价，李小芳等[15-18]从热力学角度构建了日光温室数学模型并对温室结构进行优化。这些研究成果为设施农业生产提供了技术保证。然而随着近年来雾霾日数呈不断增加的趋势，雾霾寡照天气对设施农业生产的影响及防御方面的研究显的尤为迫切，迄今为止，对郑州大棚蔬菜生产期间雾霾天气状况下小气候特征的相关研究尚未见报道。因此，本文结合郑州市设施农业生产特点，对雾霾寡照天气条件下大棚内小气候特征进行分析，用逐步回归的方法建立了大棚内最低气温的预报方程，并提出预防和防御对策，为郑州市现代设施农业生产提供技术服务，为进一步提高郑州市设施农业抵御灾害能力，提高生产效益提供参考依据。

1 材料与方法

试验研究于2012年11月—2013年3月、2013年11月—2014年2月2个冬季在河南省郑州市惠济区黄河农牧场进行。蔬菜大棚东西走向，长75.0 m，宽8.05 m，脊高3.81 m，后墙高2.75 m，后坡面宽1.9 m，后墙和东西山墙为砖夹墙，墙体厚0.75 m，棚膜材料为PVC薄膜，薄膜外层为草帘加膜，电动马达控制草苫覆盖，山墙上设有通风口，棚膜可以移动位置通风，棚内种植草莓。

室内外各安装1套华云升达（北京）气象科技有限责任公司生产的CAWS型自动气象站，可以自动连续采集棚内、外多点空气温度、湿度、CO2浓度、太阳辐射、光合有效辐射、日照时数、土壤温度、湿度等，数据资料通过GPRS网络传输至郑州市气象局服务器进行存贮处理。

对2个冬季大棚内外的气象数据资料进行了统计分析；选取2013年1月28日—2月1日及2013年12月15日—26日两次雾霾寡照天气过程对大棚内小气候特征进行分析；从2个冬季共272天中挑取91个寡照天气数据资料建立低温预报方程。

2 结果与分析

2.1 雾霾寡照天气大棚内气温变化特征分析

1月28日—2月1日是一次较为严重的雾霾寡照天气过程，其中1月28日和2月1日分别有0.8 h和2.1 h的日照，棚内最高气温在午后分别升到了20.9℃和19.4℃，1月29—31日连续3天日照时数均为0，棚内气温呈连续下降趋势，日最高气温降到了10℃以下，到1月31日日最低气温降到了5.1℃（图1）。

12月15—26日是一次持续时间较长的雾霾寡照天气过程，棚室内最低气温呈持续下降趋势，12月24日降到了4.9℃，其中12月19—23日雾霾程度稍轻，有1.9～5.3 h光照，棚内最高气温在午后有较大幅度升温（图1）。

草莓植株正常生长、花芽分化以及开花结果的下限温度为5℃，温度达到5℃时草莓植株地上部才开始生长，低于5℃花芽分化停止，授粉受精受到影响，进而影响种子发育，产生畸形果[19]。据实验点连续观测结果：2个冬季的持续低温雾霾寡照天气使得草莓植株生长缓慢，长势较弱，果实个头小，品质和产量下降。据郑州市农业部门统计，由于2013年冬季低温寡照的影响，全市蔬菜生产遭受严重损失，大棚蔬菜产量下降30%～60%，个别小青菜绝收；由于光照不足，还造成蔬菜生长速度慢，植株生长势弱、抵抗力低下，病害多发，蔬菜质量下降。

2.2 雾霾寡照天气大棚内20 cm地温变化特征分析

2013年1月28日—2月1日棚内20 cm地温持续下降，直到2月1日下午开始回升。2013年12月15—26日20 cm地温总体上呈明显下降趋势，由于19—22日有光照，20 cm地温在午后有小幅回升（图2）。

2.3 雾霾寡照天气大棚内湿度变化特征分析

连阴期间，棚内相对湿度大。2013年1月28日—2月1日，除了1月28日和2月1日的午后有短暂时间相对湿度在90%以上，其余时间段相对湿度都大于100%，棚内水汽长时间处于过饱和状态；2013年12月15—26日，除了有光照期间相对湿度有短暂时间下降外，其余大部分时间段相对湿度都在80%以上（图3）。棚内较高的湿度是诱发病害发生的重要因素，因此在低温连阴期间一定要采取适当通风、调整施药方式等多种措施降低棚内湿度，抑制病害发生流行。

2.4 大棚内最低气温预报

最低温度是限制作物生长的重要因素，不同品种、不同发育期对温度有不同的要求，低于一定的温度，作物会停止生长甚至形成灾害。低温是影响郑州地区冬季大棚作物生长的主要气象灾害之一，因此提前预报棚内最低气温，及时采取措施进行棚内温度调节，可达到防灾减灾的目的。

本研究对2012年11月—2013年3月和2013年11月—2014年2月2个冬季共272天的气象数据资料进行统计分析，按照日照百分率0≤S≤20%为寡照天气的划分标准，挑取91个寡照天气数据资料建立最低气温预报方程。初步选取棚内最低气温、棚外最低气温、棚外最高气温、棚外总辐射累计、棚外有效辐射累计、棚内总辐射累计、棚内有效辐射累计、棚内相对湿度、棚内20 cm最高地温、棚内20 cm平均地温、棚内20 cm最低地温等因子，利用DPS软件进行相关性分析，进行因子筛选，并采用逐步回归分析的方法，建立以下方程：

T内min=-3.958+0.292T外min+0.782T内20min-1

公式中：T内min为棚内最低气温预报值，T外min为棚外最低气温预报值，T内20min-1为前1天棚内20 cm最低地温。

方程通过了0.001的显著性水平检验，F=382.364，R2=0.948。该方程最低气温观测值与拟合值绝对误差98%小于2℃，同时用该方程对2014年3月雾霾寡照天气棚内最低气温进行预报，绝对误差值均小于2℃（图4），因此，用该方程来做寡照天气大棚内最低气温预报效果良好，已应用于实际业务服务，预报和发布郑州市蔬菜大棚温度预报。

3 雾霾寡照天气生产管理措施

低温雾霾寡照天气对设施农业生产十分不利，要采取各种措施保障大棚蔬菜水果的正常生长，避免造成损失。

（1）增温。在预报棚内气温较低时，可在大棚周围燃烧秸秆树叶熏烟，以减少大棚的热量向高空辐射，减少热量散失。（2）及时通风。只要棚内温度允许，就要尽量放风，降低棚内湿度，可有效防止病害的发生和流行。（3）喷施药剂。有针对性地利用专用杀菌剂进行预防和防治，抑制病害的发生和发展。施药方式采用烟剂或粉剂，避免棚内湿度升高。（4）连阴天时，在不影响棚内蔬菜对温度要求前提下，白天尽量揭开草苫，使蔬菜接受散射光照射，不可以连续几天不揭草苫。（5）补光。利用专用日光灯、水银灯、碘钨灯、返光幕等具有增强光照的设施，将棚内光照强度提高到光补偿点以上（草莓的光补偿点较低，为0.5万～1.0万lx），使作物有充足的光照进行光合作用，避免寡照天气的不良影响。（6）喷施叶面肥。叶面喷施尿素、喷施宝及各种新产专用叶面肥，提高光合作用能力。（7）及时清理植株的老叶、病叶、死叶，改善棚内蔬菜光照条件，避免病害传播。（8）选择温度高时，清扫或水洗棚膜，保持棚膜清洁，提高透光率。

4 结论与讨论

（1）低温寡照天气条件下棚内气温及20 cm地温均呈明显下降趋势，最低气温甚至降到了5℃以下，相对湿度又持续较高，对棚内蔬菜水果的生长十分不利。

（2）本研究采用逐步回归的方法，建立了寡照天气棚内最低气温预报方程，且预报效果好，已在实际服务中应用，并针对低温寡照天气提出了预防和防御措施，可有效提高大棚抵御灾害的能力。

（3）本研究中使用了2个冬季的观测资料，时间序列较短，随着资料的积累和研究的深入，预报结果在精度上会进一步提高。

（4）半地下式日光温室保温性明显优于普通日光温室[20]，笔者在试验研究中也发现，同样的天气条件下，半地下式温室内最低气温较普通温室平均可提高3.4℃，增温效果明显。目前郑州地区半地下式日光温室还没有普遍推广，因此可大力发展半地下式日光温室，为室内作物生长提供较好的温度环境，减少低温灾害造成损失。

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