福清市冬春季溫室大棚小氣候變化規(guī)律研究*

嚴(yán) 娟 吳 立 黃川容陳源高 陳 濤

福清市冬春季溫室大棚小氣候變化規(guī)律研究*

嚴(yán) 娟1吳 立2黃川容2陳源高1陳 濤1

1.福清市氣象局 2.福建省氣象服務(wù)中心

利用福清市綠豐農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司溫室大棚基地2016年1～5月大棚內(nèi)外逐小時的溫度、濕度資料和大棚外逐日的降水、日照資料，分析了溫室大棚春、冬兩季晴天、多云、陰天、陰雨天四種天氣類型下棚內(nèi)外溫度、濕度的日變化規(guī)律和棚內(nèi)外溫濕度定量關(guān)系。結(jié)果表明，（1）春、冬兩季不同天氣類型下，棚內(nèi)平均溫度全天基本高于棚外，棚內(nèi)氣溫日變化幅度大于棚外，棚內(nèi)最低氣溫出現(xiàn)在6時左右，最高氣溫出現(xiàn)在14時前后；棚內(nèi)濕度全天總體大于棚外，夜間大于白天，14時前后達(dá)到最小，濕度差中午前后相對較大。（2）春、冬兩季棚內(nèi)平均溫度總體高于或接近棚外，4～5月棚內(nèi)最低溫度低于棚外。春季棚內(nèi)外各天氣型的平均溫度和最高溫度差值均以3月最大，兩季棚內(nèi)外最高溫度差值和冬季平均溫度差值基本按照晴天、多云、陰天、陰雨天的順序依次降低，各天氣類型下棚內(nèi)外最低溫度相差較小。（3）春、冬兩季棚內(nèi)平均相對濕度總體高于棚外，4～5月棚內(nèi)最低濕度多低于棚外。春季各天氣類型的平均濕度差值和陰天的最低濕度差值以3月為最大，冬季2月平均相對濕度、最低濕度的棚內(nèi)外差值除陰雨天不超過5%以外，其余天氣類型差值基本都在10%以上。

溫室大棚 天氣類型 溫濕對比 日變化

1 概述

設(shè)施農(nóng)業(yè)是我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中最具活力的新興產(chǎn)業(yè)之一，已成為高效農(nóng)業(yè)新的增長點, 被認(rèn)為是21 世紀(jì)農(nóng)業(yè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。目前福建省正在大力發(fā)展以溫室大棚為主的設(shè)施農(nóng)業(yè)，福清市以打造“海西設(shè)施農(nóng)業(yè)第一縣（市）”為目標(biāo)，截至2012年，全市共種植大棚蔬菜2000ha，年產(chǎn)量達(dá)12.5萬t，產(chǎn)值3.85億元。2012年1月至2月10日，福清市出口日本保鮮蔬菜942.30t、35.61萬美元，分別比2011年同期增長116.04%、112.98%[1]。在全球氣候變暖背景下，氣候變暖導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高溫災(zāi)害加劇、低溫災(zāi)害損失加重[2]，溫室大棚雖然減少了外界氣象條件的影響，但還無法避免氣象條件的影響和制約，調(diào)控能力還十分有限，低溫、陰雨寡照、臺風(fēng)、高溫高濕等不同程度影響了設(shè)施作物生長發(fā)育和產(chǎn)量高低，因此，開展溫室大棚小氣候變化規(guī)律研究十分必要。

目前，福建對溫室大棚作物的相關(guān)研究多集中于大棚作物高產(chǎn)栽培技術(shù)[3-5]以及從微生物學(xué)和遺傳學(xué)的角度去研 究[6-8]，對影響溫室大棚作物生產(chǎn)的小氣候變化規(guī)律等研究還較少。本文從影響溫室大棚作物生長發(fā)育的氣象要素出發(fā)，通過分析福清市溫室大棚棚內(nèi)氣象要素和棚外氣象要素的時間變化規(guī)律和定量關(guān)系，并進(jìn)行棚內(nèi)外對比，以期為摸清不同季節(jié)不同天氣類型下溫室大棚的小氣候變化規(guī)律，為科學(xué)調(diào)控棚內(nèi)作物生長氣象環(huán)境及防災(zāi)減災(zāi)提供科學(xué)依據(jù)。

2 資料與方法

2.1 資料來源

大棚內(nèi)外的氣象資料來源于福清市綠豐農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司溫室大棚基地的觀測數(shù)據(jù)，主要包括2016年1～5月逐小時的棚內(nèi)外溫度、濕度資料和逐日的棚外降水?dāng)?shù)據(jù)。福清站2016年1～5月逐日的日照時數(shù)資料來源于福清市氣象局。

2.2 天氣類型劃分

利用日照時數(shù)、日降水量等數(shù)據(jù)將2016年1～5月逐日天氣劃分為4個天氣類型，分別為晴天、多云、陰天和陰雨天，劃分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 天氣類型劃分標(biāo)準(zhǔn)

2.3 棚內(nèi)小氣候變化規(guī)律分析

利用福清市綠豐大棚蔬菜基地春、冬兩季大棚內(nèi)外的逐日逐小時氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)，計算不同季節(jié)不同天氣類型下，大棚內(nèi)外溫度、濕度的小時平均值，以時刻序列為橫坐標(biāo)軸，各氣象要素的均值序列為縱坐標(biāo)軸，利用Excel軟件繪制要素日變化曲線圖，分析不同季節(jié)（春、冬）、不同天氣條件下（晴天、多云、陰天、陰雨天）大棚內(nèi)外的溫度、濕度的動態(tài)變化規(guī)律；通過計算不同季節(jié)不同天氣類型下棚內(nèi)、外溫濕度的平均值、最高值和最低值的棚內(nèi)外平均差值，以差值的大小及變化來分析大棚內(nèi)外氣象要素的定量關(guān)系。

3 結(jié)果與分析

3.1 春季大棚內(nèi)外溫濕度日變化規(guī)律及定量關(guān)系

3.1.1晴天

利用福清蔬菜大棚基地春季（3～5月）晴天氣象日數(shù)據(jù)，共有20d的樣本，計算樣本在同一時刻的平均值，繪制春季晴天狀況下大棚內(nèi)外溫、濕度日變化圖，如圖1所示。

圖1 春季晴天大棚內(nèi)外溫濕度日變化圖

從圖1可見，春季晴天天氣條件下，白天（7～19時）棚內(nèi)平均氣溫明顯高于棚外，夜間（20～06時）棚內(nèi)外平均氣溫較為接近，棚內(nèi)氣溫日變化幅度大于棚外，棚內(nèi)最低氣溫出現(xiàn)在6時左右，最高氣溫出現(xiàn)在10時前后，棚內(nèi)外平均最大溫差達(dá)7.3℃；濕度全天棚內(nèi)均大于棚外，夜間大于白天，14時達(dá)到最小，濕度差中午前后相對較大。

春季晴天天氣條件下，各月棚內(nèi)平均溫度高于棚外，3月差值最大，達(dá)到2.89℃，4月、5月差值均在1℃以內(nèi)。棚內(nèi)最高溫度高于棚外，差值最大也是出現(xiàn)在3月，達(dá)到10.82℃。棚內(nèi)外最低溫度較為接近，且在3月、4月出現(xiàn)棚內(nèi)低于棚外的情況，差值均在0.5℃以內(nèi)；棚內(nèi)平均濕度高于棚外，3月差值最大，為7.57%，4月、5月差值均在2%以內(nèi)，棚內(nèi)外各月最高濕度極值均接近100%，棚內(nèi)外最低濕度較接近，4月、5月棚內(nèi)最低濕度低于棚外，差值均在5%以內(nèi)。

3.1.2多云

利用福清蔬菜大棚基地春季（3～5月）多云天氣象日數(shù)據(jù)，共有20d的樣本，計算樣本在同一時刻的平均值，繪制春季多云狀況下大棚內(nèi)外溫、濕度日變化圖，如圖2所示。

圖2 春季多云大棚內(nèi)外溫濕度日變化圖

從圖2可見，春季多云天氣條件下，白天（6～19時）棚內(nèi)平均氣溫高于棚外，夜間（20～06時）棚內(nèi)外平均氣溫較為接近，棚內(nèi)氣溫日變化幅度大于棚外，棚內(nèi)最低氣溫出現(xiàn)6時左右，最高氣溫出現(xiàn)在12時，棚內(nèi)外平均最大溫差達(dá)4.0℃；棚內(nèi)外濕度全天較為接近，夜間大于白天，14時達(dá)到最小。

春季多云天氣條件下，各月棚內(nèi)平均溫度高于棚外，差值最大出現(xiàn)在3月，達(dá)到2.77℃，4月、5月平均溫度差值分別為1.14℃、0.57℃，棚內(nèi)最高溫度高于棚外，差值最大也是出現(xiàn)在3月，達(dá)到9.25℃，4月、5月差值均在5℃以內(nèi)；棚內(nèi)外最低溫度較為接近，差值最大出現(xiàn)在3月，為0.25℃；棚內(nèi)平均濕度高于棚外，3月差值最大，為5.71%，4月、5月差值均在1%以內(nèi)，棚內(nèi)外各月最高濕度均為100%，棚內(nèi)外最低濕度較接近，4月、5月棚內(nèi)最低濕度低于棚外，各月差值均在5%以內(nèi)。

3.1.3陰天

利用福清蔬菜大棚基地春季（3～5月）陰天氣象日數(shù)據(jù)，共有22d的樣本，計算樣本在同一時刻的平均值，繪制春季陰天狀況下大棚內(nèi)外溫、濕度日變化圖（圖3）。

圖3 春季陰天大棚內(nèi)外溫濕度日變化圖

從圖3可見，春季陰天天氣條件下，白天（8～19時）棚內(nèi)平均氣溫高于棚外，夜間（20～06時）棚內(nèi)外平均氣溫較接近，棚內(nèi)氣溫日變化幅度大于棚外，棚內(nèi)最低氣溫出現(xiàn)6時左右，最高氣溫出現(xiàn)在13時，棚內(nèi)外平均最大溫差達(dá)3.2℃；全天棚內(nèi)濕度均大于棚外，棚內(nèi)外濕度夜間均大于白天，濕度差在全天各時刻差異不大。

春季陰天天氣條件下，棚內(nèi)平均溫度高于棚外，差值最大出現(xiàn)在3月，達(dá)到2.11℃，4月、5月差值均在1℃以內(nèi)。棚內(nèi)最高溫度高于棚外，差值最大也是出現(xiàn)在3月，達(dá)到7.63℃，4月、5月差值均在2℃左右。棚內(nèi)外最低溫度較為接近，均在0.5℃以內(nèi)，且在5月出現(xiàn)棚內(nèi)低于棚外的情況；棚內(nèi)平均濕度均高于棚外，3月平均濕度差值達(dá)到10.36%，4月、5月差值均在0.5%以內(nèi)，棚內(nèi)外各月最高濕度極值均接近100%，棚內(nèi)外最低濕度差值4月、5月較接近，均在2%以內(nèi)，且棚內(nèi)最低濕度低于棚外，3月棚內(nèi)最低濕度高于棚外，差值達(dá)到14.11%。

3.1.4陰雨天

利用福清蔬菜大棚基地春季（3～5月）陰雨天氣象日數(shù)據(jù)，共有25d的樣本，計算樣本在同一時刻的平均值，繪制春季陰雨天狀況下大棚內(nèi)外溫、濕度日變化圖（圖4）。

圖4 春季陰雨天大棚內(nèi)外溫濕度日變化圖

從圖4可見，春季陰雨天天氣條件下，白天（7～19時）棚內(nèi)平均氣溫高于棚外，夜間（20～06時）棚內(nèi)平均氣溫略高于棚外，棚內(nèi)氣溫日變化幅度大于棚外，棚內(nèi)最低氣溫出現(xiàn)6時左右，最高氣溫出現(xiàn)在14時，棚內(nèi)外平均最大溫差達(dá)3.3℃；棚內(nèi)平均濕度大于棚外（除中午個別時刻外），棚內(nèi)、外平均濕度在全天的變化幅度小，棚內(nèi)外均呈現(xiàn)高濕狀態(tài)。

春季陰雨天天氣條件下，棚內(nèi)平均溫度高于棚外，差值最大出現(xiàn)在3月，達(dá)到1.83℃，4月、5月差值分別為1.05℃、0.39℃。棚內(nèi)最高氣溫高于棚外，差值最大也是出現(xiàn)在3月，達(dá)到5.82℃。棚內(nèi)最低氣溫高于棚外，差值均在1℃以內(nèi)；平均濕度棚內(nèi)大于棚外，棚內(nèi)外均呈現(xiàn)高濕狀態(tài)，各月差值均在3%以內(nèi)，各月最高濕度極值均為100%，棚內(nèi)外最低濕度較接近，4月、5月棚內(nèi)最低濕度低于棚外，各月差值均在7%以內(nèi)。

3.2 冬季大棚內(nèi)外溫濕度日變化規(guī)律及定量關(guān)系

3.2.1晴天

利用福清蔬菜大棚基地春季（2月）晴天氣象日數(shù)據(jù)，共有7d的樣本，計算樣本在同一時刻的平均值，繪制冬季晴天狀況下大棚內(nèi)外溫、濕度日變化圖（圖5）。

圖5 冬季晴天大棚內(nèi)外溫濕度日變化圖

從圖5可見，冬季晴天天氣條件下，白天（9～19時）棚內(nèi)平均氣溫高于棚外，夜間（20～08時）棚內(nèi)外平均氣溫較為接近，棚內(nèi)氣溫日變化幅度大于棚外，棚內(nèi)最低氣溫出現(xiàn)7時左右，最高氣溫出現(xiàn)在16時前后，棚內(nèi)外平均最大溫差達(dá)13.7℃；白天棚內(nèi)濕度大于棚外，夜間棚內(nèi)外濕度較為接近，夜間大于白天，濕度差在中午前后相對較大。

冬季晴天天氣條件下，2月棚內(nèi)平均溫度、最高溫度高于棚外，差值分別為4.03℃、14.69℃，棚內(nèi)最低溫度出現(xiàn)略低于棚外的情況，差值為0.16℃；棚內(nèi)平均濕度、最低濕度高于棚外，差值分別為11.4%、20.06%，最高濕度極值均為100%。

3.2.2多云

利用福清蔬菜大棚基地冬季（1～2月）多云天氣象日數(shù)據(jù)，共有８d的樣本，計算樣本在同一時刻的平均值，繪制冬季多云狀況下大棚內(nèi)外溫、濕度日變化圖（圖６）。

圖6 冬季多云大棚內(nèi)外溫濕度日變化圖

從圖6可見，冬季多云天氣條件下，白天（8～19時）棚內(nèi)平均氣溫高于棚外，夜間（20～07時）棚內(nèi)外平均氣溫較為接近，棚內(nèi)氣溫日變化幅度大于棚外，棚內(nèi)最低氣溫出現(xiàn)在6時左右，最高氣溫出現(xiàn)在13時前后，棚內(nèi)外平均最大溫差達(dá)10.2℃；全天棚內(nèi)濕度均大于棚外，夜間大于白天，濕度在中午前后相對較小。

冬季多云天氣條件下，棚內(nèi)平均溫度高于棚外，1月、2月差值分別為3.79℃、2.89℃，棚內(nèi)最高氣溫也是均高于棚外，1月、2月差值分別為16.15℃、12.23℃，棚內(nèi)外最低氣溫較為接近，且在2月出現(xiàn)棚內(nèi)最低氣溫低于棚外的情況，差值均在1℃以內(nèi)；棚內(nèi)外1月平均濕度、最高濕度、最低濕度差值均為0，2月棚內(nèi)外最高濕度較接近，差值僅為1.65%，2月平均濕度和最低濕度棚內(nèi)外差值較大，均在13%左右。

3.2.3陰天

利用福清蔬菜大棚基地冬季（1～2月）陰天氣象日數(shù)據(jù)，共有14d的樣本，計算樣本在同一時刻的平均值，繪制冬季陰天狀況下大棚內(nèi)外溫、濕度日變化圖（圖7）。

圖7 冬季陰天大棚內(nèi)外溫濕度日變化圖

從圖7可見，冬季陰天天氣條件下，棚內(nèi)全天平均氣溫均高于棚外，棚內(nèi)氣溫日變化幅度大于棚外，棚內(nèi)最低氣溫出現(xiàn)在6時左右，最高氣溫出現(xiàn)在13時前后，棚內(nèi)外平均最大溫差達(dá)5.8℃；全天棚內(nèi)濕度均大于棚外，濕度日變化小，且棚內(nèi)濕度全天維持在95%以上。

冬季陰天天氣條件下，棚內(nèi)平均溫度、最高溫度、最低溫度均高于棚外，平均溫度差值均在2℃左右，最高溫度差值1月、2月分別為5.56℃、9.08℃，最低溫度差值均在1℃以內(nèi)；棚內(nèi)外1月平均濕度、最高濕度、最低濕度的差值均為0，2月最高濕度棚內(nèi)外較接近，差值為5.32%，2月平均濕度和最低濕度棚內(nèi)外差值較大，分別為12.88%、21.12%。

3.2.4陰雨天

利用福清蔬菜大棚基地冬季（1～2月）陰雨天氣象日數(shù)據(jù)，共有11d的樣本，計算樣本在同一時刻的平均值，繪制冬季陰雨天狀況下大棚內(nèi)外溫、濕度日變化圖（圖8）。

圖8 冬季陰雨天大棚內(nèi)外溫濕度日變化圖

從圖8可見，冬季陰雨天天氣條件下，棚內(nèi)全天平均氣溫均高于棚外，棚內(nèi)氣溫日變化幅度大于棚外，棚內(nèi)外平均最大溫差達(dá)4.6℃，棚內(nèi)最低氣溫出現(xiàn)在8時左右，最高氣溫出現(xiàn)在14時前后；濕度白天（10～20時）棚內(nèi)大于棚外，夜間（21～09時）棚內(nèi)外濕度較為接近，且濕度日變化小，棚內(nèi)濕度全天維持在98%以上。

冬季陰雨天天氣條件下，棚內(nèi)平均溫度、最高溫度、最低溫度均高于棚外，且各月差值較接近，1月、2月平均溫度差值分別為1.52℃、2.12℃，最高溫度差值均在5℃左右，最低溫度差值均在1℃以內(nèi)；棚內(nèi)外1月平均濕度、最高濕度、最低濕度的差值均為0，2月棚內(nèi)外最高濕度極值均為100%，2月平均濕度和最低濕度棚內(nèi)外差值均在5%以內(nèi)。

4 結(jié)論與討論

（1）福清市春冬兩季不同天氣類型下溫室大棚內(nèi)平均溫度高于棚外，棚內(nèi)氣溫日變化幅度大于棚外，棚內(nèi)最低氣溫出現(xiàn)在6時左右，最高氣溫出現(xiàn)在14時前后；平均相對濕度棚內(nèi)總體大于棚外，夜間大于白天，14時前后達(dá)到最小，濕度差中午前后相對較大。

（2）春冬兩季棚內(nèi)溫度總體高于或接近棚外，4～5月棚內(nèi)最低溫度出現(xiàn)低于棚外的情況。其中，春季棚內(nèi)外各天氣型的平均溫度和最高溫度差值均以3月最大，最低溫度各天氣型下棚內(nèi)外差值較接近，最高溫度差值按照晴天、多云、陰天、陰雨天的順序依次降低；冬季棚內(nèi)外平均溫度、最高溫度差值基本按照晴天、多云、陰天、陰雨天的順序降低，各天氣型下最低溫度差值相差較小，均在1℃以內(nèi)。

（3）春冬兩季棚內(nèi)平均相對濕度高于棚外，冬季2月濕度差值較大，春季濕度差值較小，4～5月棚內(nèi)最低濕度多低于棚外。其中，春季各天氣類型的平均濕度差值基本以3月為最大，棚內(nèi)外各月各天氣類型最高濕度極值為100%，最低濕度差值以3月陰天為最大，達(dá)到14.11%，其余各月各天氣類型下差值基本在5%以內(nèi)；冬季1月各天氣類型下平均濕度、最高濕度、最低濕度由于數(shù)據(jù)較少的原因，棚內(nèi)外差值均為0，2月平均濕度、最低濕度的棚內(nèi)外差值除陰雨天差值不超過5%以外，其余天氣類型下差值基本在10%以上，最高濕度極值棚內(nèi)外均接近或等于100%。

（4）在分析不同季節(jié)不同天氣類型下棚內(nèi)外溫濕度定量關(guān)系時，可能存在基地用戶對大棚進(jìn)行不同程度的通風(fēng)降濕等處理，導(dǎo)致由于大棚開閉形態(tài)差異而存在一定的棚內(nèi)外氣象要素量化關(guān)系分析誤差，今后在研究過程中，可通過對大棚的密閉程度進(jìn)行統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)控制，以提高棚內(nèi)外氣象因子量化關(guān)系的準(zhǔn)確性。

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福清市中央現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范區(qū)建設(shè)項目；福建省科技廳社會發(fā)展引導(dǎo)性重點項目（2016Y0007）。