鄭州霧霾寡照天氣大棚小氣候特征及低溫預(yù)報

鄭州霧霾寡照天氣大棚小氣候特征及低溫預(yù)報摘要：利用2024—2024年及2024—2024年2個冬季的大棚內(nèi)外氣象觀測資料，對霧霾寡照天氣條件下大棚內(nèi)小氣候特征進(jìn)行分析，并采用逐步回歸分析的方法，建立寡照天氣大棚內(nèi)最低氣溫預(yù)報方程，用該方程對2024年3月霧霾寡照天氣棚內(nèi)最低氣溫進(jìn)行預(yù)報，絕對誤差值均小于2℃，預(yù)報效果較好。同時提出了霧霾寡照天氣條件下大棚生產(chǎn)管理措施，有效預(yù)防和抵御災(zāi)害。

關(guān)鍵詞 ：大棚；霧霾；寡照；低溫；預(yù)報

中圖分類號：S626.5文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A論文編號：2024-0655

0引言

近年來，鄭州霧霾天氣多發(fā)頻發(fā)，成為民眾和政府高度重視的環(huán)境問題。霧霾是霧和霾的組合詞，霧是指在接近地球表面、大氣中懸浮的由小水滴或冰晶組成的水汽凝結(jié)物；霾是指因大量煙、塵等微粒懸浮而形成的渾濁現(xiàn)象。霧霾天氣空氣質(zhì)量差，能見度低，影響身體健康、交通安全等；持續(xù)霧霾天氣時光照不足，給農(nóng)業(yè)也帶來影響，特別對設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)會造成嚴(yán)重影響，成為近年來影響設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要?dú)庀鬄?zāi)害之一。霧霾寡照天氣條件下棚內(nèi)溫度低、濕度大，作物生長緩慢、抗性降低，極易發(fā)生病害，導(dǎo)致蔬菜生長受阻或生Q長發(fā)育不良[1]，嚴(yán)重時導(dǎo)致死亡，造成嚴(yán)重?fù)p失，制約設(shè)施農(nóng)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

近10年來國內(nèi)學(xué)者在棚內(nèi)小氣候環(huán)境及其外界氣象條件的關(guān)系、低溫寡照對棚內(nèi)作物的影響、日光溫室氣象災(zāi)害風(fēng)險分析、以及從熱力學(xué)角度對大棚保溫性能改善等方面的研究取得了一定的進(jìn)展，如崔建云等[2-7]研究了日光溫室小氣候特征及其與外界的關(guān)系，徐鳳霞等[8-10]研究了低溫寡照天氣對設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響，魏瑞江等[11-14]對日光溫室氣象災(zāi)害風(fēng)險進(jìn)行了分析和評價，李小芳等[15-18]從熱力學(xué)角度構(gòu)建了日光溫室數(shù)學(xué)模型并對溫室結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。這些研究成果為設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了技術(shù)保證。然而隨著近年來霧霾日數(shù)呈不斷增加的趨勢，霧霾寡照天氣對設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響及防御方面的研究顯的尤為迫切，迄今為止，對鄭州大棚蔬菜生產(chǎn)期間霧霾天氣狀況下小氣候特征的相關(guān)研究尚未見報道。因此，本文結(jié)合鄭州市設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)，對霧霾寡照天氣條件下大棚內(nèi)小氣候特征進(jìn)行分析，用逐步回歸的方法建立了大棚內(nèi)最低氣溫的預(yù)報方程，并提出預(yù)防和防御對策，為鄭州市現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供技術(shù)服務(wù)，為進(jìn)一步提高鄭州市設(shè)施農(nóng)業(yè)抵御災(zāi)害能力，提高生產(chǎn)效益提供參考依據(jù)。

1材料與方法

試驗研究于2024年11月—2024年3月、2024年11月—2024年2月2個冬季在河南省鄭州市惠濟(jì)區(qū)黃河農(nóng)牧場進(jìn)行。蔬菜大棚東西走向，長75.0m，寬8.05m，脊高3.81m，后墻高2.75m，后坡面寬1.9m，后墻和東西山墻為磚夾墻，墻體厚0.75m，棚膜材料為PVC薄膜，薄膜外層為草簾加膜，電動馬達(dá)控制草苫覆蓋，山墻上設(shè)有通風(fēng)口，棚膜可以移動位置通風(fēng)，棚內(nèi)種植草莓。

室內(nèi)外各安裝1套華云升達(dá)（北京）氣象科技有限責(zé)任公司生產(chǎn)的CAWS型自動氣象站，可以自動連續(xù)采集棚內(nèi)、外多點(diǎn)空氣溫度、濕度、CO2濃度、太陽輻射、光合有效輻射、日照時數(shù)、土壤溫度、濕度等，數(shù)據(jù)資料通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸至鄭州市氣象局服務(wù)器進(jìn)行存貯處理。

對2個冬季大棚內(nèi)外的氣象數(shù)據(jù)資料進(jìn)行了統(tǒng)計分析；選取2024年1月28日—2月1日及2024年12月15日—26日兩次霧霾寡照天氣過程對大棚內(nèi)小氣候特征進(jìn)行分析；從2個冬季共272天中挑取91個寡照天氣數(shù)據(jù)資料建立低溫預(yù)報方程。

2結(jié)果與分析

2.1霧霾寡照天氣大棚內(nèi)氣溫變化特征分析

1月28日—2月1日是一次較為嚴(yán)重的霧霾寡照天氣過程，其中1月28日和2月1日分別有0.8h和2.1h的日照，棚內(nèi)最高氣溫在午后分別升到了20.9℃和19.4℃，1月29—31日連續(xù)3天日照時數(shù)均為0，棚內(nèi)氣溫呈連續(xù)下降趨勢，日最高氣溫降到了10℃以下，到1月31日日最低氣溫降到了5.1℃（圖1）。

12月15—26日是一次持續(xù)時間較長的霧霾寡照天氣過程，棚室內(nèi)最低氣溫呈持續(xù)下降趨勢，12月24日降到了4.9℃，其中12月19—23日霧霾程度稍輕，有1.9~5.3h光照，棚內(nèi)最高氣溫在午后有較大幅度升溫（圖1）。

草莓植株正常生長、花芽分化以及開花結(jié)果的下限溫度為5℃，溫度達(dá)到5℃時草莓植株地上部才開始生長，低于5℃花芽分化停止，授粉受精受到影響，進(jìn)而影響種子發(fā)育，產(chǎn)生畸形果[19]。據(jù)實驗點(diǎn)連續(xù)觀測結(jié)果：2個冬季的持續(xù)低溫霧霾寡照天氣使得草莓植株生長緩慢，長勢較弱，果實個頭小，品質(zhì)和產(chǎn)量下降。據(jù)鄭州市農(nóng)業(yè)部門統(tǒng)計，由于2024年冬季低溫寡照的影響，全市蔬菜生產(chǎn)遭受嚴(yán)重?fù)p失，大棚蔬菜產(chǎn)量下降30%~60%，個別小青菜絕收；由于光照不足，還造成蔬菜生長速度慢，植株生長勢弱、抵抗力低下，病害多發(fā)，蔬菜質(zhì)量下降。

2.2霧霾寡照天氣大棚內(nèi)20cm地溫變化特征分析

2024年1月28日—2月1日棚內(nèi)20cm地溫持續(xù)下降，直到2月1日下午開始回升。2024年12月15—26日20cm地溫總體上呈明顯下降趨勢，由于19—22日有光照，20cm地溫在午后有小幅回升（圖2）。

2.3霧霾寡照天氣大棚內(nèi)濕度變化特征分析

連陰期間，棚內(nèi)相對濕度大。2024年1月28日—2月1日，除了1月28日和2月1日的午后有短暫時間相對濕度在90%以上，其余時間段相對濕度都大于100%，棚內(nèi)水汽長時間處于過飽和狀態(tài)；2024年12月15—26日，除了有光照期間相對濕度有短暫時間下降外，其余大部分時間段相對濕度都在80%以上（圖3）。棚內(nèi)較高的濕度是誘發(fā)病害發(fā)生的重要因素，因此在低溫連陰期間一定要采取適當(dāng)通風(fēng)、調(diào)整施藥方式等多種措施降低棚內(nèi)濕度，抑制病害發(fā)生流行。

2.4大棚內(nèi)最低氣溫預(yù)報

最低溫度是限制作物生長的重要因素，不同品種、不同發(fā)育期對溫度有不同的要求，低于一定的溫度，作物會停止生長甚至形成災(zāi)害。低溫是影響鄭州地區(qū)冬季大棚作物生長的主要?dú)庀鬄?zāi)害之一，因此提前預(yù)報棚內(nèi)最低氣溫，及時采取措施進(jìn)行棚內(nèi)溫度調(diào)節(jié)，可達(dá)到防災(zāi)減災(zāi)的目的。

本研究對2024年11月—2024年3月和2024年11月—2024年2月2個冬季共272天的氣象數(shù)據(jù)資料進(jìn)行統(tǒng)計分析，按照日照百分率0≤S≤20%為寡照天氣的劃分標(biāo)準(zhǔn)，挑取91個寡照天氣數(shù)據(jù)資料建立最低氣溫預(yù)報方程。初步選取棚內(nèi)最低氣溫、棚外最低氣溫、棚外最高氣溫、棚外總輻射累計、棚外有效輻射累計、棚內(nèi)總輻射累計、棚內(nèi)有效輻射累計、棚內(nèi)相對濕度、棚內(nèi)20cm最高地溫、棚內(nèi)20cm平均地溫、棚內(nèi)20cm最低地溫等因子，利用DPS軟件進(jìn)行相關(guān)性分析，進(jìn)行因子篩選，并采用逐步回歸分析的方法，建立以下方程：

T內(nèi)min=-3.958+0.292T外min+0.782T內(nèi)20min-1

公式中：T內(nèi)min為棚內(nèi)最低氣溫預(yù)報值，T外min為棚外最低氣溫預(yù)報值，T內(nèi)20min-1為前1天棚內(nèi)20cm最低地溫。

方程通過了0.001的顯著性水平檢驗，F(xiàn)=382.364，R2=0.948。該方程最低氣溫觀測值與擬合值絕對誤差98%小于2℃，同時用該方程對2024年3月霧霾寡照天氣棚內(nèi)最低氣溫進(jìn)行預(yù)報，絕對誤差值均小于2℃（圖4），因此，用該方程來做寡照天氣大棚內(nèi)最低氣溫預(yù)報效果良好，已應(yīng)用于實際業(yè)務(wù)服務(wù)，預(yù)報和發(fā)布鄭州市蔬菜大棚溫度預(yù)報。

3霧霾寡照天氣生產(chǎn)管理措施

低溫霧霾寡照天氣對設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)十分不利，要采取各種措施保障大棚蔬菜水果的正常生長，避免造成損失。

（1）增溫。在預(yù)報棚內(nèi)氣溫較低時，可在大棚周圍燃燒秸稈樹葉熏煙，以減少大棚的熱量向高空輻射，減少熱量散失。（2）及時通風(fēng)。只要棚內(nèi)溫度允許，就要盡量放風(fēng)，降低棚內(nèi)濕度，可有效防止病害的發(fā)生和流行。（3）噴施藥劑。有針對性地利用專用殺菌劑進(jìn)行預(yù)防和防治，抑制病害的發(fā)生和發(fā)展。施藥方式采用煙劑或粉劑，避免棚內(nèi)濕度升高。（4）連陰天時，在不影響棚內(nèi)蔬菜對溫度要求前提下，白天盡量揭開草苫，使蔬菜接受散射光照射，不可以連續(xù)幾天不揭草苫。（5）補(bǔ)光。利用專用日光燈、水銀燈、碘鎢燈、返光幕等具有增強(qiáng)光照的設(shè)施，將棚內(nèi)光照強(qiáng)度提高到光補(bǔ)償點(diǎn)以上（草莓的光補(bǔ)償點(diǎn)較低，為0.5萬~1.0萬lx），使作物有充足的光照進(jìn)行光合作用，避免寡照天氣的不良影響。（6）噴施葉面肥。葉面噴施尿素、噴施寶及各種新產(chǎn)專用葉面肥，提高光合作用能力。（7）及時清理植株的老葉、病葉、死葉，改善棚內(nèi)蔬菜光照條件，避免病害傳播。（8）選擇溫度高時，清掃或水洗棚膜，保持棚膜清潔，提高透光率。

4結(jié)論與討論

（1）低溫寡照天氣條件下棚內(nèi)氣溫及20cm地溫均呈明顯下降趨勢，最低氣溫甚至降到了5℃以下，相對濕度又持續(xù)較高，對棚內(nèi)蔬菜水果的生長十分不利。

（2）本研究采用逐步回歸的方法，建立了寡照天氣棚內(nèi)最低氣溫預(yù)報方程，且預(yù)報效果好，已在實際服務(wù)中應(yīng)用，并針對低溫寡照天氣提出了預(yù)防和防御措施，可有效提高大棚抵御災(zāi)害的能力。

（3）本研究中使用了2個冬季的觀測資料，時間序列較短，隨著資料的積累和研究的深入，預(yù)報結(jié)果在精度上會進(jìn)一步提高。

（4）半地下式日光溫室保溫性明顯優(yōu)于普通日光溫室[20]，筆者在試驗研究中也發(fā)現(xiàn)，同樣的天氣條件下，半地下式溫室內(nèi)最低氣溫較普通溫室平均可提高3.4℃，增溫效果明顯。目前鄭州地區(qū)半地下式日光溫室還沒有普遍推廣，因此可大力發(fā)展半地下式日光溫室，為室內(nèi)作物生長提供較好的溫度環(huán)境，減少低溫災(zāi)害造成損失。

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