趙新宇 馬樹慶 余清波 鄧奎才

（1.通化市氣象局，吉林通化 134001；2.吉林省氣象服務(wù)中心，吉林長(zhǎng)春 130062；3.吉林省氣象信息網(wǎng)絡(luò)中心，吉林長(zhǎng)春 130062；4.延邊州農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站，吉林延吉 133000）

1 引言

氣溫是影響水稻生長(zhǎng)發(fā)育與產(chǎn)量形成的關(guān)鍵因子之一[1-4]。但由于我國(guó)目前稻田氣溫?cái)?shù)據(jù)獲取困難，所以在農(nóng)業(yè)氣象相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)研究中，一般都以鄰近氣象站氣溫代替稻田氣溫。然而由于氣象站與稻田的下墊面不同，氣象站所反應(yīng)的氣溫變化與稻田小氣候有所差異。分析稻田氣溫變化特征時(shí)，若簡(jiǎn)單套用氣象站資料，容易對(duì)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究結(jié)果造成影響。

國(guó)內(nèi)開展了大量農(nóng)田小氣候分析及其氣象站數(shù)據(jù)關(guān)系的定量化應(yīng)用研究。蘇宏新[5]開展了山地小氣候模擬研究。魏瑞江[6]利用回歸分析方法，分析了河北地區(qū)日光溫室冬季小氣候與附近氣象站觀測(cè)資料的關(guān)系。李軍[7]研究了上海四連棟塑料溫室內(nèi)外溫度的相關(guān)模型。劉可群[8]建立了武漢大棚內(nèi)溫度與太陽高度角及大氣溫度的相關(guān)模型。呂佳佳[9]研究了黑龍江省日光溫室小氣候與外界大氣候的變化規(guī)律。薛曉萍[10]開展了山東日光溫室小氣候預(yù)報(bào)技術(shù)研究。楊愛萍[11]分析了晚稻大田氣溫變化特征及其與氣象站氣溫的關(guān)系。但目前這方面的研究以小麥田、日光溫室為主，稻田氣溫與臨近裸地氣溫關(guān)系研究甚少。

延吉市位于吉林省東部的延邊朝鮮族自治州，是傳統(tǒng)的水稻主產(chǎn)區(qū)。該地區(qū)東、南、北三面環(huán)山，西面開闊，中間平坦，呈馬蹄狀盆地。平均海拔高度150m。地勢(shì)北高南低，地形為丘陵?duì)钇鸱?。?dāng)?shù)貧夂蚶錄?，積溫不足，水稻生產(chǎn)常發(fā)生低溫冷害，迫切需要掌握稻田溫度變化特征，以便監(jiān)測(cè)和防御冷害。此外，水稻調(diào)水、施肥、病蟲害防控等也都需要了解稻田溫度信息。根據(jù)氣象監(jiān)測(cè)規(guī)范，區(qū)域氣象站監(jiān)測(cè)環(huán)境是為天氣氣候預(yù)測(cè)而設(shè)定的，與稻田環(huán)境差別很大，氣溫等氣象要素必定有較大差異。為此，為了滿足現(xiàn)代水稻生產(chǎn)精細(xì)化氣象服務(wù)迫切需要，掌握延吉市稻田小氣候變化規(guī)律，開展稻田小氣候氣溫的預(yù)報(bào)，在延吉地區(qū)建立了小氣候自動(dòng)觀測(cè)站，開展稻田小氣候氣溫等氣象要素觀測(cè)。本文采用2013年6—9月稻田氣溫觀測(cè)資料與附近裸地溫度資料，分析稻田氣溫日變化特征及其與裸地氣溫關(guān)系，按晴天、多云、陰雨天3種天氣類型建立稻田日平均氣溫與裸地日平均氣溫轉(zhuǎn)換模型。

2 資料與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

在吉林省主要水稻產(chǎn)區(qū)——延吉市建立稻田小氣候自動(dòng)觀測(cè)站，監(jiān)測(cè)氣溫等氣象要素值。監(jiān)測(cè)基地經(jīng)度為129°20′59″E，緯度為42°50′45″N，海拔高度191m，為開闊平地。稻田氣象數(shù)據(jù)采集器的型號(hào)為AMS-Ⅱ-N，采用1.5m高度值。裸地資料用附近的朝陽川加密氣象站（距稻田3km）代替，氣象數(shù)據(jù)采集器的型號(hào)、溫度感應(yīng)高度、地勢(shì)和周圍環(huán)境條件與稻田的一致。溫度傳感器為Vaisala HMP155溫濕傳感器，數(shù)據(jù)傳輸頻率為1次/10min。監(jiān)測(cè)時(shí)段為2013年5月30日—9月30日。

2.2 天氣類型劃分方法

利用延吉市氣象觀測(cè)站監(jiān)測(cè)的每日日照時(shí)數(shù)，參考天氣學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上按日照時(shí)數(shù)（SS）進(jìn)行天氣類型分類，將6—9月天氣劃分為晴天、多云、陰雨天3種類型。具體劃分標(biāo)準(zhǔn)為：SS≥9.0h為晴天；9.0h＞SS≥2.5h為多云；SS＜2.5h為陰雨天。

2.3 溫度統(tǒng)計(jì)方法

稻田與裸地整點(diǎn)溫差（⊿Τi）計(jì)算方法：

式中，Τi為稻田氣溫；Τi′為裸地氣溫；i為整點(diǎn)時(shí)次。

日平均氣溫計(jì)算方法與普通地面氣象觀測(cè)一致[12]，即取每日02時(shí)、08時(shí)、14時(shí)、20時(shí)氣溫的算術(shù)平均為每日平均氣溫。

3 結(jié)果與分析

3.1 稻田氣溫日變化特征

圖1為不同天氣類型下稻田與裸地的氣溫逐小時(shí)變化特征曲線。由圖1可見，稻田的日最低氣溫一般出現(xiàn)在05時(shí)，日最高氣溫一般出現(xiàn)在14時(shí)。各時(shí)次的稻田氣溫均比裸地氣溫低。這主要是由于一方面二者下墊面不同；另一方面，裸地的凈輻射往往用于感熱多，潛熱少，而稻田凈輻射用于潛熱多，感熱少，且水稻生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期，蒸騰耗熱量要大于土壤的蒸發(fā)耗熱量[13]。晴天、多云天稻田氣溫與裸地氣溫差異明顯，陰雨天比較接近。這主要是由于不同天氣類型下水稻蒸騰耗熱量不同，陰雨天空氣中的水汽比較豐富，吸收了大量的輻射能，同時(shí)植株葉片調(diào)節(jié)作用使水稻蒸騰耗熱量減少。

圖1 晴天（a）、多云（b）、陰雨天（c）稻田與裸地氣溫逐小時(shí)變化特征

不同天氣類型下，05—14時(shí)為氣溫上升階段，14時(shí)—次日05時(shí)為氣溫下降階段。其中在14—24時(shí)為氣溫快速下降階段，24時(shí)—次日05時(shí)為氣溫緩慢下降階段。

圖2 為不同季節(jié)下稻田與裸地氣溫逐小時(shí)變化特征曲線。由圖2可見，6月最高氣溫25℃左右，最低氣溫12℃左右，晝夜溫差為13℃左右；7月、8月最高氣溫26℃左右，最低氣溫18℃左右，晝夜溫差為8℃左右；9月最高氣溫23℃左右，最低氣溫9℃左右，晝夜溫差加大，為14℃左右。

圖2 6月（a），7月、8月（b），9月（c）稻田與裸地氣溫逐小時(shí)變化特征

6月稻田與裸地氣溫差白天較大，白天稻田比裸地氣溫低，夜間稻田比裸地氣溫高；7月、8月稻田與裸地氣溫差白天較大，各時(shí)次稻田氣溫均比裸地氣溫低；9月稻田與裸地氣溫差夜間較大，各時(shí)次稻田氣溫均比裸地氣溫低。這主要是由于一方面不同季節(jié)稻田下墊面不同；另一方面水稻夜間蒸騰耗熱作用比白天弱。

圖3為不同天氣類型和不同季節(jié)下稻田氣溫日變化曲線?？梢钥闯?，日最低氣溫值，陰雨天＞多云＞晴天，7月、8月＞6月＞9月；日最高氣溫值，晴天＞多云＞陰雨天，7月、8月＞6月＞9月。

圖3 不同天氣類型（a）和不同季節(jié)（b）稻田氣溫逐小時(shí)變化特征

3.2 稻田與裸地日平均氣溫對(duì)比分析

表1為不同天氣類型和不同季節(jié)，稻田與裸地日平均氣溫差?？梢?，在不同天氣類型下，晴天、多云、陰雨天稻田日平均氣溫分別比裸地低0.9℃、0.9℃和0.2℃，稻田與裸地日平均氣溫差的平均值：晴天=多云＞陰雨天。在不同季節(jié)下，6月、7月和8月、9月稻田日平均氣溫分別比裸地低0.5℃、0.6℃和1.2℃，稻田與裸地日平均氣溫差的平均值：9月＞7月、8月＞6月。

表1 不同天氣類型和不同季節(jié)稻田與裸地日平均氣溫差 ℃

3.3 相關(guān)模型的建立

不同天氣類型下稻田氣溫（〒）與裸地氣溫(〒′)均有差異，但稻田氣溫變化趨勢(shì)與裸地一致。建立不同天氣類型下稻田日平均氣溫與裸地日平均氣溫相關(guān)模型，模型均通過了0.01顯著性水平檢驗(yàn)，稻田日平均氣溫與裸地日平均氣溫相關(guān)系數(shù)R均達(dá)到0.98以上（表2）。

3.4 稻田日平均氣溫與裸地日平均氣溫相關(guān)模型的檢驗(yàn)

利用表2中的模型對(duì)2013年6—9月不同天氣狀況下日平均氣溫進(jìn)行檢驗(yàn)，分別計(jì)算逐日稻田日平均氣溫計(jì)算值與實(shí)際值之差（以⊿Τ表示），分析不同天氣類型的稻田日平均氣溫轉(zhuǎn)換模型效果（表3）。表3表明，陰雨天氣類型的稻田日平均氣溫轉(zhuǎn)化模型效果表現(xiàn)最好，有80%的樣本滿足⊿Τ絕對(duì)值＜0.5℃，但由于陰雨天天氣類型樣本總數(shù)僅有10個(gè)，檢驗(yàn)結(jié)果可信度有一定影響；晴天天氣類型中，有67%的樣本滿足⊿Τ絕對(duì)值≤0.5℃；多云天氣類型中，有63%樣本滿足⊿Τ絕對(duì)值≤0.5℃?？傮w來看，陰雨天稻田日平均氣溫轉(zhuǎn)換模型效果最好，晴天天氣類型次之，多云天氣類型稍差，需進(jìn)一步改善。

表2 稻田日平均氣溫與裸地日平均氣溫相關(guān)模型

表3 不同天氣類型稻田日平均氣溫的檢驗(yàn)

4 結(jié)語

（1）不同天氣類型下，稻田日最低氣溫一般出現(xiàn)在05時(shí)左右，日最高氣溫大約出現(xiàn)在14時(shí)左右。05—14時(shí)為氣溫上升階段，14時(shí)—次日05時(shí)為氣溫下降階段。

（2）不同天氣類型下，各時(shí)次的稻田氣溫均比裸地低，陰天時(shí)稻田與裸地的氣溫比較接近，晴天和多云天氣時(shí)稻田氣溫偏低明顯。稻田與裸地氣溫差值一般在白天較大、夜間較小。不同季節(jié)下，7月、8月和9月各時(shí)次稻田氣溫均比裸地低；6月白天稻田比裸地氣溫低，夜間稻田比裸地氣溫高。6月、7月、8月稻田與裸地氣溫差值一般在白天較大，夜間較?。?月稻田與裸地氣溫差值一般在白天較小，夜間較大。

（3）不同天氣類型稻田與裸地的日平均氣溫雖有差異，但稻田日平均氣溫的變化趨勢(shì)與氣象站是一致的，因此，用一元線性回歸方程組建了稻田日平均氣溫與裸地日平均氣溫的相關(guān)模型，模型通過了0.01顯著性檢驗(yàn)。利用逐日稻田日平均氣溫計(jì)算值與實(shí)際值之差來檢驗(yàn)不同天氣類型稻田日平均氣溫轉(zhuǎn)換模型效果，結(jié)果表明，陰雨天天氣類型的稻田日平均氣溫轉(zhuǎn)換模型效果較好，多云次之，晴天最差。

（4）稻田氣溫的變化隨著天氣類型不同有著明顯的差異，稻田氣溫一般低于鄰近裸地氣溫。采用裸地氣溫?cái)?shù)據(jù)分析稻田氣溫時(shí)，可以采用本文提出的轉(zhuǎn)換模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換。本研究在一定程度上能夠滿足現(xiàn)代水稻生產(chǎn)精細(xì)化氣象服務(wù)需要。

（5）本研究采用線性回歸統(tǒng)計(jì)方法能比較好地反映稻田日平均氣溫與鄰近裸地的關(guān)系，針對(duì)不同天氣類型分別建立預(yù)報(bào)模型，真實(shí)反映稻田日平均氣溫的特點(diǎn)。稻田日平均氣溫與裸地日平均氣溫變化關(guān)系隨著下墊面的不同而改變，若把水稻不同季節(jié)下墊面對(duì)小氣候的影響考慮進(jìn)來，則效果最佳，但由于本研究所用樣本數(shù)量較少，結(jié)論仍存在一定局限性。