基于BP神经网络的冬季日光温室小气候模拟

为了系统分析日光温室内外气候特征的关系,向日光温室作物环境调控及小气候预报提供支持,根据冬季日光温室内小气候观测试验资料和附近气象站观测资料,利用BP神经网络方法建立3个模型,分别对3种不同天气状况下石家庄地区日光温室冬季小气候特征进行模拟。结果表明:3个模型气温训练值与实测值的均方根误差(RMSE)都在2℃以内,决定系数都在0.95以上;相对湿度训练值的RMSE都在2个百分点以内,决定系数均高于0.95;接受到的太阳辐射的训练值与实测值的RMSE都在16 W/m2以内,决定系数也均超过0.95。利用此模型得到的气温预测值与实测值的RMSE都在2℃以内,决定系数都在0.9以上;相对湿度预测值与实测值的RMSE都在4个百分点以内,晴天和少云-多云状况下决定系数均高于0.9,寡照状况下的决定系数略低约为0.8;接受到的太阳辐射的预测值与实测值的RMSE都在26 W/m2以内,决定系数均超过0.95。说明所建BP神经网络模型对于不同天气状况下石家庄地区日光温室冬季小气候特征模拟都有较高的精度,可以用于预测。

华北山前平原典型井灌区地下水水位变化影响因素分析

为定量评估华北山前平原多因子对地下水水位动态变化的影响,选取华北山前平原典型井灌区石家庄市栾城区为研究区,从水量平衡角度分析了影响该地区地下水水位动态变化的主要影响因子;利用主成分回归分析法排除主要影响因子间的相互作用,定量分析了各综合因子对地下水水位回升的贡献率;构建了栾城地下水水位主成分-时间序列模型预测多因子影响下的华北山前平原地下水水位变化。结果表明:1994—2015年栾城地下水水位主要受本地气候因子、本地人类活动和上游人类活动三方面影响因子的共同作用,各因子对当地地下水水位回升的贡献率分别为11.7%、-50.9%和-37.4%,对这三方面影响因子起主导作用的影响因素分别为栾城降水量、栾城小麦和玉米的种植面积以及上游石家庄市区人口;1994—2015年栾城自然气候变化有利于该地区地下水资源的恢复,但人类活动对地下水资源的影响仍占主导作用。

日光温室黄瓜果实生长与温室小气候的关系

为了提高日光温室黄瓜果实生长的预测能力，根据温室黄瓜果实生长指标对温室小气候因子的响应，分析了温室黄瓜果实生长天数与温室小气候因子的关系，建立了基于多项温室小气候因子的黄瓜果实体积增量预测模型；并用独立的试验数据进行了预测检验。结果表明：同一棵植株不同时间段黄瓜发育所需天数的变异系数相对较大，最小值为37．3％，最大值为48．1％；同一时间段，不同植株之间黄瓜果实生长天数差异很小。综合分析相关性和独立性，选取同期11～34℃日有效积温及1d前的气温日较差和日平均相对湿度为黄瓜果实体积增量的预测因子，据此建立的模型对温室黄瓜果实体积增量独立数据的预测值与实测值的符合度较好，相对误差为29．06％，决定系数为0．78，且具有较好的可移植性。上述模型可用于日光温室黄瓜生长和产量的分析预测。

日光温室内气温观测的适宜频次初探

根据河北省高邑县2008-2010年温室作物生长季的外界气温特征,将2008、2009和2010年度分别定为偏暖、偏冷和正常年型。以高邑县2008-2010年温室作物生长季采集周期为10min的小气候气温观测资料为基础,将一日内每10min的气温资料的算术平均值作为实际日平均气温,分别取每20min、30min、1h、2h、3h、4h的观测数据进行算术平均计算日平均气温,分析不同年型下计算结果与实际值之间的平均绝对误差MAE、标准差SD和积温相对误差R,并采用成对t检验进行显著性检验;以P<0.05作为显著性检验指标,确定日光温室气温观测的适宜方法和频次。将MAE、SD和R作为评价计算方法优劣的主要因子,MAE、SD和R越小,表示计算效果越好。结果表明:(1)当观测间隔小于4h时,所计算的日平均气温与实际值无显著差异,MAE≤0.19℃,SD≤0.24℃,R≤1.1%,观测数据能满足温室环境日平均气温的计算,且观测间隔时间越短,观测频次越高,检验效果越好;观测间隔达到4h时,计算结果的准确性存在一定风险;(2)6个每日4时次的组合所计算的日平均气温与实际值存在显著差异,观测试验中不宜采用;(3)用日极值法计算的日平均气温较实际值显著偏高,不能代表实际气温,观测试验中亦不宜采用;(4)采用改进后的7:00、10:00、13:00、16:00、19:00和23:00气温组合计算的日平均气温与实际值无显著差异,MAE≤0.24℃,SD≤0.30℃,R≤1.4%,计算结果可以代表实际气温,且减少了夜间观测次数,观测时间更符合工作生活习惯,能够在实际生产中应用。总体来讲,每日观测应不少于6次,所计算的日平均气温才可能代表实际日平均气温。

基于经验模型的日光温室生产潜力估算及分析

以经验模型中的逐级订正模型为依据，利用位于河北省中南部的高邑黄瓜日光温室2008—2011年10～5月3个生产季的小气候观测资料，对日光温室光合、光温生产潜力进行估算。结果表明，日光温室生产季光合生产潜力63803．7～130556．2 kg·hm -2，一般年份光合生产潜力较高，当出现持续寡照天气时，光合生产潜力较低，日光温室生产存在一定风险；光温生产潜力54691．1～59683．9 kg·hm -2，生产潜力较高；温度订正系数平均在0．8以上，温度对光合生产潜力制约作用不明显。生产季内光合生产潜力以5月最大，2月最小，光温生产潜力以5月最大，1月最小。在光温条件较好的年份，日光温室黄瓜实际产量达到潜在产量的17．9％，温室黄瓜生产仍有较大的潜力空间。

日光温室黄瓜小气候适宜度定量评价模型

为了定量评价日光温室内小气候对蔬菜生长发育的适宜程度,增加设施农业气象服务定量化服务内涵,文章根据实际观测资料并结合前人研究成果建立了日光温室内气温、空气相对湿度、接受到的太阳辐射及其综合因子对黄瓜生长发育的适宜度模型,运用黄瓜实际产量与适宜度的关系对模型进行检验,并实际应用了模型。得出黄瓜产量随综合小气候适宜度的增加而增加,两者相关显著,说明所建模型用于分析温室内小气候对黄瓜的适宜程度是可靠的。通过应用,得出日光温室内小气候对黄瓜生长发育最适宜的是5月,最不适宜的是1月;不论是气温适宜度、空气相对湿度适宜度、接受到的太阳辐射适宜度,还是三者综合小气候适宜度,在整个观测年度,其值的变化趋势均呈不规则"V"字形,春季适宜度最高,其次是秋季,冬季最低。计算结果与当地实际情况是一致的。

不同年型下日光温室内小气候差异

为了研究不同年型下日光温室内小气候的差异及对蔬菜生长发育需要的满足情况,实现对日光温室有目的地科学管理,基于偏暖年型和偏冷年型下日光温室内小气候资料,结合黄瓜生长发育所需要的气象条件,对比分析2种年型下日光温室内在温度、光照和空气相对湿度方面的差异。结果表明,偏暖年型下日光温室内的适宜温度出现的时间较长,日照相对充足,但发生热害的风险更大,温室管理应重点预防热害;偏冷年型下日光温室内的热量远不能满足黄瓜生长发育需要,尤其是冬季,存在发生冷害或冻害的风险,温室管理应以预防低温冷害或冻害为重点。

冀中南太行山前平原初秋降水特征

初秋(9月)是冀中南太行山前平原秋收作物产量形成的关键时期,此期降水的多少对农业生产有重要影响。采用趋势分析、Mann-Kendall突变检验和小波分析等方法,对1981~2018年9月降水量和降水日数进行分析,探讨了冀中南太行山前平原区初秋的降水特征。结果表明:1981~2018年冀中南太行山前平原9月降水量自西北向东南逐渐减少,气候倾向率为-1.30~8.01 mm/10 a,其中有18个站点呈增加趋势。降水量变化趋势可划分为3个阶段:20世纪80年代初期为降水偏多期;20世纪80年代中后期至21世纪初为降水偏少期;21世纪初以后为降水偏多期。降水量在1986年发生第1次突变;石家庄中西部和邢台区域在2003年,石家庄东部和邯郸区域在2000年发生第2次突变。各区域9月降水量均有明显的周期变化;总降雨日数呈不显著增加趋势,其中邯郸区域小雨日数增加明显。