劉洋+方旋

【摘要】以墻體總熱阻值及后墻材料（紅磚）相同為前提，以常規(guī)平面墻體作對照，研究壁柱式（凹凸面）墻體對日光溫室溫效應的影響并建立溫度預測模型。采用SPSS軟件構建日光溫室次日最低/最高氣溫預報模型。結果表明：不同天氣條件下，壁柱式日光溫室和對照溫室氣溫日變化規(guī)律基本一致，都有明顯升降變化；壁柱式日光溫室平均溫度、最低/最高氣溫均高于對照；模型模擬值和實測值RMSE都在2℃以內，MRE在9%左右。壁柱式溫室保溫性好，蓄熱能力強。所建模型對日光溫室最低/最高氣溫模擬具有較高精度，滿足溫室最低/最高氣溫預測要求。

日光溫室是中國重要的農業(yè)生產設施，它具有造價低、節(jié)能、結構優(yōu)化、性能良好等特點[1-2]。日光溫室的后墻是組成溫室圍護結構不可或缺的重要部分，從溫室熱工性能角度講，日光溫室后墻是保證室內作物正常生長溫度的關鍵要素。溫室熱工性能在溫室建設完成后就基本確定，因此在溫室長度和高度確定的條件下，為了提高磚墻結構日光溫室的熱工性能，增大墻體室內的比表面積，是一種有效的解決途徑[3]。壁柱式溫室是一種增大表面積的日光溫室，與傳統(tǒng)平面型墻體相比，凹凸型后墻比平面具有更大表面積，能夠更好蓄積太陽能，增加墻體與室內空氣交換能力。目前，壁柱式日光溫室在中國北部及西北部地區(qū)已經推廣應用，但國內外學者對壁柱式日光溫室內環(huán)境溫度效應鮮有研究，缺少相關的室內溫度變化規(guī)律理論及溫度預警模型，來指導該類溫室進行常規(guī)性種植管理。因此，筆者重點研究了春季壁柱式日光溫室溫度變化規(guī)律，以次日室內最低/最高氣溫為預測目標，以日光溫室小氣候范圍內的當日環(huán)境因子作為自變量，建立春季日光溫室內最低/最高氣溫預測模型，以期為今后壁柱式日光溫室研究提供理論依據(jù)。

材料與方法

試驗材料

本試驗于2013年4月1日～5月31日在山東鑫誠現(xiàn)代農業(yè)有限公司實驗基地內進行。試驗溫室為遼沈Ⅰ型日光溫室，選用墻體材料為紅磚，后墻結構分別為壁柱式（凹凸面）和平面式。

試驗方法

試驗設計

試驗期間，室外氣象條件由氣象站自動采集，采集頻率10 min/次。采用HOBO溫濕度儀、T型熱電偶、光照度計分別測定日光溫室室內溫濕度、圍護結構溫度及光照強度。其中溫度采集頻率為10 min/次；光照強度采集頻率為30 min/次。如圖1所示，溫濕度儀分別放置在距前屋面1 m、后墻1 m和溫室中部位置距地面1 m高平面上；T型熱電偶安置在溫室頂部、后坡、后墻及中部地表處。其中后墻熱電偶線按0.5 m間隔均勻分布；光照度計放置在溫室中部距離地面高0.5 m位置上。

統(tǒng)計分析

對原始數(shù)據(jù)進行標準化或歸一化處理，采用Microsoft Excel 2003對測定數(shù)據(jù)進行繪圖與制表；用SPSS18.0軟件進行相關分析和逐步回歸分析。

結果與分析

不同天氣情況（晴天、陰天）日光溫室內氣溫的日變化特點

晴天溫室內氣溫的日變化特點

由圖2可知，壁柱式和對照溫室氣溫日變化規(guī)律基本一致。0：00～7：30（揭簾前），2棟溫室內溫度均處于下降趨勢，壁柱式日光溫室氣溫略高于對照，平均溫差1.44℃；揭簾后，隨著光輻射增強，2棟溫室內的溫度迅速上升，均呈不規(guī)則拋物線形，其中壁柱式日光溫室上升速度大于對照，平均溫差2.75℃，2棟溫室于13：00同時達到最高溫度，分別為28.84、24.8℃，此時溫差最大，為4.04℃。下午16：30，溫室蓋簾，對照溫室氣溫仍處于下降趨勢，至18：00穩(wěn)定在18℃左右，而壁柱式溫室室溫在蓋簾后先上升至23.4℃，然后緩慢降低至20℃左右。

陰天溫室內氣溫的日變化特點

由圖3可知，與晴天相比，陰天條件下光強較弱，壁柱式溫室和對照溫室氣溫一天內最高峰值均小于晴天條件下氣溫最高值。0：00～5：30，壁柱式溫室和對照溫室氣溫均呈下降趨勢，平均溫差1.44℃，5：30出現(xiàn)最低值，分別為12.40和10.92℃；5：30～7：30，2棟溫室內的溫度出現(xiàn)回升現(xiàn)象；揭簾后，隨著光照強度增強，2棟溫室內的溫度上升趨勢增大，于13：00達到最高值，分別為24.09和21.49℃，此時溫差最大，為3.29℃；下午16：30（蓋簾），2棟溫室氣溫仍在下降，至次日凌晨趨于穩(wěn)定，分別為15、14℃。

溫室內氣溫最高值和最低值的月變化特點

溫室內氣溫最低值的月變化特點

如圖4可知，4月份壁柱式日光溫室和對照溫室氣溫最低值變化規(guī)律一致，壁柱式溫室氣溫最低值均高于對照，平均溫差1.84℃，最大溫差3.38℃。4月份內2棟溫室氣溫最低值均有較大起伏，壁柱式溫室氣最低值變化范圍7.28℃～18.80℃，對照溫室氣溫最低值變化范圍5.16～16.63℃，兩溫室氣溫最低值升降變化一致。

溫室內氣溫最高值的月變化特點

由圖5可知，4月份壁柱式日光溫室和對照溫室氣溫最高值變化規(guī)律一致，壁柱式溫室氣溫最低值高于對照，平均溫差1.47℃，最大溫差2.48℃。4月份內兩溫室氣溫最高值均有較大起伏，壁柱式溫室氣溫最高值變化范圍22.36～35.35℃，對照溫室氣溫最高值變化范圍20.76～33.87℃，2棟溫室氣溫最高值升降變化一致。

日光溫室空氣最低溫度和最高溫度預報模型的建立

預報氣溫與室內外各氣象要素的相關分析

以次日室內最低氣溫和最高氣溫為預測目標，應用相關分析技術分析預測目標與室內外氣象因素的相關性（表1）。

如表1所示，與次日最低氣溫呈現(xiàn)極顯著相關性的氣象因素有：當日室內最大光照度、地表最低溫度、墻體表面最高和最低溫度、前膜最高和最低溫度、后坡最高和最低溫度及室內最小相對濕度值。與次日最高氣溫呈現(xiàn)極顯著相關性的氣象因素有：次日室內最大光照度、當日地表最低溫度、墻體表面最低溫度和后坡最低溫度。

預測模型建立

以次日室內最低和最高氣溫為應變量，根據(jù)所得結果，選擇相應達到顯著水平以上的氣象因素為自變量，建立日光溫室內空氣溫度最低和最高值預測模型（表2）。

模型檢驗

以2012年5月份日光溫室內外氣象數(shù)據(jù)輸入模型，預測次日溫室氣溫預報值。如表3所示，建立的4個方程平均絕對誤差和平均相對誤差都在可接受誤差范圍內，所建方程符合要求，達到預測精度要求。

結論

本試驗是在溫室墻體材料相同的前提下對不同墻體結構進行設計，結果表明：

（1）不同天氣情況下，壁柱式日光溫室和對照溫室氣溫日變化規(guī)律一致，且壁柱式溫室平均溫度均高于對照；壁柱式溫室最低和最高氣溫均高于對照，平均溫差為1.5和2.1℃，說明壁柱式溫室保溫性好，墻體保溫蓄熱能力強。

（2）以次日室內最低氣溫為預測目標，建立次日室內最低和最高氣溫預測模型。模型模擬值和實測值RMSE都在2℃以內，MAE和MRE均在1.5%和9%左右；壁柱式日光溫室模型模擬值和實測值相關系數(shù)R2為0.936、0.904，對照溫室模型模擬值和實測值相關系數(shù)R2為0.959、0.866，表明所建模型對室內最低和最高氣溫模擬都有較高精度，能夠滿足日光溫室預測要求。

壁柱式日光溫室模型為：

T最低氣溫= 3.155+0.243SR2+0.304T5D- 0.147T6D-0.358T5G+0.264T3G

T最高氣溫= 1.837+0.420T1G+0.239SR1+ 0.402T2D+

0.142T3G

對照日光溫室模型為：

T最低氣溫= 6.984+0.488T4G+1.399T4D-1.120T3D+

0.298T2G-0.431T3G+0.067RHD

T最高氣溫=2.410 + 0.288T1G+0.529SR1+0.283T5D-

0.147T3G

討論

該預報模型可預測日光溫室最低/最高溫度。當室內氣溫高/低于作物臨界值，農戶可提前降溫/增溫。但因日光溫室氣溫受外界環(huán)境因素影響較多，室內溫變速率隨著天氣狀況和季節(jié)變化而變化，所以該模型還不能涵蓋整個日光溫室溫度變化全過程。模型對晴天和陰天氣溫預測準確率相對較高，而對多云天氣下氣溫預測準確率相對較低。

北方日光溫室溫度變化規(guī)律有一致性，日光溫室溫度預測模型可試用于北方地區(qū)。試驗中保溫材料和性能較固定，而實際上各地農戶保溫材料參差不齊，因此實際應用模型預報結果存在誤差，還需進一步訂正和研究。

參考文獻

[1] 何雨，須暉，李天來.日光溫室后墻內側溫度變化規(guī)律及溫度預測模型[J].北方園藝，2012（7）：34-39.

[2] Bailey B J， Montero J I， Parra J P， et al. Airflow resistance of greenhouse ventilators with and without insectscreens[J]. Bio-systems Engineering，2003，86（2）：217-229.

[3] Katsoulas N， Savvas D， Tsirogiannis I， et al. Responseof an eggplant crop grown under Mediterranean summerconditions to greenhouse fog cooling[J]. Scientifichorticultural，2009，123（1）：90-98.

作者簡介：劉洋（1991-），女，山東濱州人，碩士，現(xiàn)主要從事果樹方面研究工作。