日光温室内空间温度分布模型的构建

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:snowbang1
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日光温室作为农业生产过程中主要设施之一,由保温蓄热墙体、高透光率薄膜和一定的围护结构所构成,可通过后墙的蓄放热来保证温室夜间的温度,从而实现农作物越冬栽培生长的目的,是一个国家现代化农业发展水平的重要体现。随着对日光温室的深入研究,农业研究者已经意识到温室内温度是影响室内作物产量和品质的主要原因之一,温度过高或过低都不利于作物的正常生长。因此,探究日光温室内温度的空间分布规律,建立了温度梯度分布模型,合理调节和改善冬季温室作物的生长环境显得尤为重要,这对农业和农民收入的稳步增长都有着重要意义。本文在总结现有日光温室温度研究的基础上,以陕西杨陵西北农林科技大学园艺场土后墙日光温室为研究对象,通过采集室内温度和室外气象数据,分析了供试温室温度的日变化规律和空间分布规律。并以此为基础,通过引入了协整理论和误差修正模型等相关知识,建立了室内平均温度预测模型和空间温度分布模型,并通过模型计算值与实际值对比,验证了模型的有效性,得出如下主要结论:(1)线性回归分析是一种常用的日光温室温度预测方法,本研究针对预测过程中可能出现的伪回归问题提出了改进方法,即可以通过引入滞后变量来改进模型,消除残差自相关性,从而建立误差修正模型。(2)土后墙日光温室,其室内温度与室外温度的变化趋势基本一致,总体上呈现出一个“一升二降”的趋势。太阳辐射是引起室内温度变化最重要的一个因素,无论晴天还是阴天,室内温度与室外太阳辐射强度都成正比。当保温棉被揭开过后,室内温度快速上升,阴天在12:00左右到达最大温度,晴天在13:00左右到达最大温度,随后温度会快速下降,并在覆盖保温棉被后趋于平稳。(3)晴天和阴天状况下的日光温室室内温度空间分布规律基本一样。东西向温度呈现从西到东逐渐上升趋势,晴天最大温差为3.0℃,阴天最大温差为2.0℃。同一高度上,夜间南北向温度呈现出由后墙到前膜温度逐渐降低的趋势,且变化幅度较小,不超过1.0℃;白天南北向温度大致可归纳为南高北低,该趋势晴天状况下最为明显,温室南侧和中部的温度明显高于北侧。竖直向温度分布比较复杂,不同的天气和时间,分布趋势均不相同,夜晚时基本呈均匀分布,竖向温差很小;晴天白天时,由于受太阳辐射的影响较大,其室内温度由地面向上逐渐升高,但在过了温室后墙上的通风口后,温度又开始下降。而阴天白天,竖向总体呈现一个从低到高温度逐渐上升的趋势,但该变化幅度非常小,两端点间最大温差仅为0.5℃。(4)本研究通过室外气象数据与室内温度的变化关系,建立了一个基于协整理论的室内温度预测模型,可利用室外温度、湿度、前一日最低、最高温和太阳辐射等室外气象环境因子实现对日光温室内平均温度的预报。结果显示,误差修正模型的预测精度较高,显著优于常用的传统线性回归模型。阴天条件下误差修正模型的均方根误差和平均绝对误差分别为0.42℃和0.36℃,相较于传统线性回归模型的0.58℃和0.50℃分别降低了16.0和14.0个百分点。晴天条件下误差修正模型的均方根误差和平均绝对误差分别为1.59℃和1.36℃,相较于传统线性回归模型的1.95℃和1.80℃分别降低了35.0和44.0个百分点。说明本文提出的基于协整理论的日光温室温度预测方法具有较高的预测精度。(5)通过分析室内空间温度分布变化规律,建立了一个日光温室空间温度分布模型。通过对典型晴天天气下9:00和13:30两个时间点实测值和计算值的比较,得出模型对9:00的预报精度最高,最大绝对误差为0.69℃,均方根误差为0.37℃;对13:30的预报效果略差,最大绝对误差为1.30℃,均方根误差为0.73℃。总体上通过模型计算得到的日光温室空间上某一点的温度值较为准确,可用于温室空间温度的初步分析计算。综上所述,本文提出的日光温室室内平均温度预测模型和空间温度分布模型,丰富了温室温度测算体系且预测精度较高,可为日光温室内的温度调控提供一定的决策依据和参考意义。
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