论文总字数：15371字

目 录

1引言 1

2.材料和方法 2

2.1试验时间、地点 2

2.2 试验材料 2

2.3 数据采集和处理 2

2.3.1数据采集 2

2.3.2数据处理 3

3.结果分析及模型的构建 3

3.1大棚内外日平均气温和相对湿度的变化规律 3

3.2大棚内外温度和相对湿度的日变化对比 5

3.3草莓大棚小气候模拟模型 7

3.3.1逐步回归模型的建立 7

3.3.2神经网络模型的建立 9

3.3.3逐步回归方法模拟结果 11

3.3.4 BP神经网络模型模拟结果 12

3.3.5 逐步回归与BP神经网络模拟结果对比 13

4结论 14

5讨论 15

参考文献： 16

致谢 18

设施草莓小气候预报模型研究

李浪

, China

Abstract: In order to study the microclimate law of strawberry cultivation in greenhouse, this paper established a suitable facility strawberry microclimate forecasting model. The study was based on the modern agricultural park of Nanjing and the Zhenjiang Jurong The temperature, air humidity, wind speed, solar radiation and other meteorological data of strawberry greenhouses from January 2015 to September 2016 were collected. The temperature and humidity of greenhouse were analyzed by analyzing the temperature and humidity of greenhouse and greenhouse. After changing the relationship, the temperature and humidity prediction model and the bp neural network model were established by stepwise regression method. Then the simulation results are obtained by simulating the two models, so the accuracy of the two methods can be applied in the production. But the stepwise regression model is better than the simulation results of the bp neural network model. The results of this study can provide support for the microclimate forecast of strawberry in Nanjing,，and provide the basis for disaster prevention and mitigation for agricultural weather.

Key words: strawberry; plastic greenhouses; microclimate; prediction model

1引言

近年来，我国的农业取得了飞速的发展，同时，由于我国也处于气象灾害的易发地带，再加上气候的变化，气象灾害的发生也越来越密集和多样化，2000年以来，我国农业灾害预警体系越来越完善，尤其是在3S技术的基础上，监测系统的建立取得了很大的进步^[1]，但面对一些重大的农业气象灾害时依然给国民经济带来巨大损失，所以目前仍然急需不断的完善农业气象灾害预警系统，根据不同的农作物建立与其相对应的预警系统，完善农业重大气象灾害监测预警系统已是迫在眉睫^[2]。

中国是世界第一设施农业大国，在世界小浆果生产中，草莓居首位，其销量大，经济价值很高。20世纪90年代以来，历经漫长时间的积淀，我国的草莓种植面积已大大增加，1985年时我国的种植面积为0.33万hm²，到了2009年时，甚至已经超过了9万hm²,总产量更是超过了200万t，约占全世界的36%，我国草莓的生产成为了名副其实的世界第一，可在生产上依然还有很大的提升空间^[3]。设施草莓经济效益高，已逐渐成为农民增收致富的首选项目。草莓是一种喜光的植物，作为一种反季节的水果，不可避免的是草莓的整个生长周期要必须得要度过整个冬天，在这个过程中极易发生冻害灾害，低温非常容易影响它的正常生长，在它开花这段时间只要温度低于了0℃，就会导致草莓的雌蕊丧失受精能力。遇到更恶劣的寒冷天气时，其后果更加惨重，所以必须得在低温灾害发生前采取一定的措施和方法去应对，这样一来就需要预知低温等灾害的发生时间。由于当前设施草莓的小气候灾害预警系统还不够完善，所以当灾害发生时常常带来巨大的损失，2016年一次巨大寒潮袭击浙江时，由于缺乏经验和系统的不完善，给当地种植农户带来了大量的经济损失^[4],张德林等^[5]也提出了设施草莓会影响其生长发育时的气象灾害指标以及一些应对的措施，但这些终究只能在灾害发生以后去判断其受灾情况，并采取一定措施挽救。如果能建立一个随时的监测预警系统，那就可以在灾害发生前进行防护，减少损失。

关于设施大棚的小气候特征和预报模型国内外都已经有了一些初步研究。有许多学者分析了塑料大棚内外的温度、湿度的变化规律以及内外温湿度变化的相关性^[6-9]。充分了解掌握了大棚内小气候变化特征后，在这些基础上，又有研究者通过分析温室大棚内外温度的变化情况后，开始逐步建立了温室最低和最高气温的预测模型^[10-13]。另外,有学者开始用另外的一种方法建立了bp神经网络模型，Ferreira等^[14]研究分析温室大棚的温度变化和室外的太阳辐射、温度、湿度和云量之间的相关性之后构建了神经模型。另外，也有专家研究了温室内的能量平衡问题，并且做出了一个模型，但问题是这个模型不够完善，同时也存在一些弊端，导致计算时和实际情况出现了不小的差距^[15]。在国内，不少学者在温室大棚小气候变化规律方面也已经有了大量的研究。近些年来，不少学者对温室小气候的变化特征和预报模型也有了一些初步研究并取得一定成果。金志凤等^[16]等利用逐步回归的方法构建了一个大棚内日最低气温预报模型，然后又以外界对室内温湿度起影响作用的一些气象要素作为自变量，构建了基于BP神经网络的大棚内的最高、最低气温预测模型以及温湿度的神经网络模拟，得到了一个不错的结果。李倩等^[17]分别通过研究建立了大棚杨梅的神经网络模型和针对南方塑料大棚的神经模型。还有研究者分析了塑料大棚的小气候变化规律^[18]。符国槐等^[19]采用了多元逐步回归的统计方法，把大棚外的空气温度、地面温度及大棚内的空气温度作为模拟因素，对慈溪市设施草莓的大棚温度、湿度进行了模拟，建立了温室大棚冬春季室内气温预报模型。辛本胜等^[20]基于热平衡的原理构建了日光温室环境的预测模型，可以预测温室大棚里的温度和湿度。

虽然对于塑料大棚温湿度的研究已经有了不少成果，但对于设施草莓小气候预报模型仍比较欠缺。目前尚未开展设施草莓精细化气象服务,而导致了草莓的生长发育和果实的品质受到一定影响。通过此预警模型的构建，可以减轻设施草莓因农业气象灾害造成的经济损失；为设施草莓的管理提供科学依据，有效增加设施草莓带来的经济效益。

2.材料和方法

2.1试验时间、地点

试验时间：2015年1月至2016年9月

试验地点1：南京盘城现代农业园：南京市浦口区盘城（118°42′，32°12′），大棚规格：长25米，宽18米，高3.5米。

试验地点2：镇江句容现代农业基地（119°20′，31°59′），大棚规格：长28，宽20，高3.5米。

试验地点3：2016年3月—7月在江苏省农业气象重点实验室进行。

2.2 试验材料

本研究以草莓“红颜”（Fragaria ananassa‘hongyan’）品种作为试验材料。

2.3 数据采集和处理

2.3.1数据采集

分别于南京市盘城现代农业园和镇江句容农业基地以自动采集的方式获取数据，使用仪器：Watchdog2000，10 s/次。

棚内所需数据分别为1.5 m处温度, 3.0 m处温度, 4.5m处温度、相对湿度，风速等，最终取相同高度相同时间的平均值。除此之外还有土壤的温湿度，所测土壤深度从5到20cm，每5cm处取一次（只取这一段深度的土壤原因是草莓扎根并不深，分布大多处于此范围，具有研究意义）。

棚外所需数据分别是1.5m处的气温、风速以及相对湿度等。

2.3.2数据处理

实验数据用spss 21软件进行回归和相关分析。

3.结果分析及模型的构建

3.1大棚内外日平均气温和相对湿度的变化规律

利用2015年和2016年南京盘城大棚里收集的数据。分别对这两年的数据进行对比处理后，得出其小气候特征规律。图1是2016年大棚内外日平均气温各月份变化情况，图2是2015年的变化情况，由图可以看出，大棚内外日平均气温变化趋势大概相同，且均有很强的季节性变化。在整个观测期内（1-8月）两个大棚内日平均气温变化不大，不过都要比室外高。冬天时，即1-2月这期间，大棚内外日平均气温有明显的差距，春季（3-5月）大棚内外日平均气温差减小，夏季（7-8月）大棚内外日平均气温相差不大。从1月到8月这段时间里，2016年南京盘城草莓园大棚内外的平均温差大约在3.5℃左右，其中冬天时室内和室外的温差要大一些，两者温度差大约为5.6℃，春季（3-5月）平均偏高3.4℃，夏季（7-8月）平均偏高2.4℃。2015年南京盘城草莓园大棚内的日平均气温较棚外平均高3.4℃，其中冬季（1-2月）大棚的日平均气温平均较室外高4.9℃，春季（3-5月）平均偏高3.3℃，夏季（7-8月）平均偏高2.1℃，温室大棚内的气温总要高于大棚外的。出现这种结果的原因主要是在冬天的时候，由于气候寒冷，为了保护大棚内的草莓苗不受冻害，所以通常是保持大棚处于关闭状态，而白天通过吸收太阳辐射，大棚内会在短时间内温度升高，到了晚上的时候，天气转凉，温度下降，温室就开始发挥它的保温效果，这样一来，露天室外又没有用于保温的措施，棚内的温度就会比室外高^[19]。到了春天的时候，大地回暖，尤其当天气晴朗时，温度上升，以至于棚内的温度经常会到达35℃以上，更热时，有时候能升高到40℃，虽然草莓在低温条件下会影响受精，从而影响果实的形成。不代表高温就没有影响了，当温度高于35℃的时候，也是会影响它花粉发育的，为了保护花粉，这个时候采取的措施就是就打开大棚或者温室的天窗，使棚内空气流通，从而达到降温的效果^[21-23]。随着时间的流逝，季节的变化，大棚外的气温会一天天的高起来，大棚也就需要经常打开，到了夏天后，打开次数越多，棚内外气流几乎一样了，大棚内外气温也就比较接近了。

图3是2016年南京盘城实验大棚内外日平均相对湿度的变化情况、图4是2015年的变化情况，从图中可以得到，2016年大棚的日平均相对湿度变化趋势比起2015年的变化趋势没有多大改变，但大棚内外之间有很大的差距，2016年1-8月观测大棚记录数据得出的棚内平均日平均湿度为79.3%，室外为69%，两者差距10.1%；2015年的记录结果为棚内82%，室外为68%，两者差距14%。

图1大棚内外的平均温度年变化对比

图2大棚内外的平均温度年变化对比

图3大棚内外的平均湿度年变化

图4大棚内外的平均湿度年变化

3.2大棚内外温度和相对湿度的日变化对比

晴天天气条件下，南京草莓园大棚内外的逐时气温日变化分别如图5-A（2016年）、5-B（2015年）所示。从图可以看出，晴天时，大棚内的气温明显比室外要高，大棚内最高温度大概是43摄氏度左右，与室外差距大概在15摄氏度左右。在早上8:00 过后，由于太阳辐射的照射，大棚内的温度在较短时间内上升，在11:00左右升至一个最高值，在正午13点附近第二次出现最高值，两次出现的最高温度值相差无几。而温度最低时差不多是在早上的6:00左右。大棚外的温度最高值和最低值与大棚外最高和最低值出现的时间差不多。在10:00-11:00这期间大棚内温度上升比较快，为避免草莓因温度过高而有所损伤,在12时左右农户会打开大棚，使得室内和室外间的空气保持流通，随着气流的流动，会起到让大棚内温度有一定程度下降的作用。在这种措施处理下会降低棚内温度上升的速度，或者还会使其温度还有所下降，这也是为什么11点左右出现温度最高值后，在13点左右还会出现一次与其相近的高值。所以晴天天气的时候，大棚内的温度变化在中午时会有先下降后升高的一个趋势，显示为“双峰型”。在阴天天气条件下，南京草莓园大棚内外的逐时气温日变化如图6-A（2016年）、6-B（2015年）所示。可知，阴天大棚内气温上升幅度比较小，大概在13:00到14:00左右，棚内温度上升到最大值。由于影响大棚内温度变化的主要因素是来自太阳的辐射，在不一样的天气环境里，太阳辐射也有变化，辐射值也不一样，所以，不一样的天气状况下，大棚内的温度变化趋势也有所差别^[24]。每天太阳辐射值怎么变化，温度日变化情况就都与其息息相关，保持趋势一致。由于在阴天时，外界的气温和太阳光的照射强度比起晴天的时候来说都较低，致使大棚内的气温也略有下降。从气温的日变化范围来看，晴天气温的日变化幅度大于阴天。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：15371字

相关图片展示：