日光温室太阳辐射模型构建及应用

太阳辐射是影响日光温室光、热环境的重要参数,准确获得温室内部墙体与地面的太阳辐射照度变化规律可对温室设计建造、温室内环境调控与作物生产起到重要的指导意义。该文在总结已有日光温室太阳辐射模型的基础上,通过气象数据,地球、太阳的运动规律以及太阳光线与日光温室前屋面入射角的关系,建立了较为完善的日光温室太阳辐射模型,并利用该模型对温室内部辐射规律进行分析。采用典型晴天数据对模型进行检验,结果显示计算值与实测值平均偏差最大为63.46 W/m~2,平均绝对误差最大为63.48 W/m~2,均方根误差最大为79.18 W/m~2,决定系数在0.95～0.99范围内。利用该模型分析温室内部辐射规律发现,相比不同位置屋面角度的影响而言,透光率受时间即太阳方位与太阳高度角的影响更大。温室墙体表面与地面太阳辐射照度随季节不断变化,春秋分是一年中墙体与地面接受太阳辐射时间最长的节气,该日墙体表面与地面太阳辐射照度大致相当。春分到秋分期间,地面辐射照度高于墙体表面;从秋分到春分期间,墙体表面太阳辐射照度大于地面。不同区域温室内太阳辐射日积累量主要受纬度影响,低纬度地区较高纬度地区而言,冬季太阳辐射日积累量大,夏季太阳辐射日积累量小。研究结果可为日光温室内墙体蓄热、屋面优化、作物种植、围护结构能量平衡等研究提供理论参考与相关数据。     

日光温室内太阳辐射估算模型的构建

日光温室内不同位置的太阳辐射量是作物光合和蒸腾模拟模型的重要参数,也是研究温室内墙体能量收支平衡方程的重要因子。该文研究了温室围护结构对太阳辐射的遮蔽,建立了可蔽视角的计算公式,在此基础上估算了晴天温室内任一位置的太阳直接辐射、散射辐射和太阳总辐射,并以辽沈Ⅱ型日光温室为例,将模拟结果与实测结果进行了比较,对造成模拟误差的可能原因进行了分析。研究结果表明:日光温室内模拟的散射辐射和总辐射的日变化与实测值趋势较为一致,模拟值要略高于实测值,平均偏高6.4%和8.8%,误差的可能来源有大气透明系数、棚膜透光率的估算误差、承重骨架的遮蔽及人为观测的误差。研究结果可为日光温室内不同位置作物光合蒸腾模拟、群体光分布模拟、围护结构能量平衡等模拟模型提供参考。     

基于MODIS数据用两步法构建四川省地面太阳辐射计算模型

以MODIS遥感资料为基础数据,采用统计模型反演的方法,构建了两步法计算高分辨率地面太阳辐射量的计算模型。第一步基于遥感云量与地面日照百分率的相关关系,计算格点各月日照百分率值;第二步基于日照百分率与太阳辐射量的相关关系,计算格点太阳辐射量。应用本方案对四川省1km格点分辨率地面太阳辐射量进行计算,并利用6个辐射站总辐射实测值对计算结果进行检验。结果表明：四川省年总辐射量在3102～6659MJ·m^-2,最低值出现在四川盆地东南部,最高值出现在川西高原西部。利用地面辐射站观测资料进行检验,结果表明各站各月太阳辐射量计算值与实际观测结果基本一致,年辐射量计算绝对误差均小于100MJ·m^-2,相对误差均小于2%,表明该模型模拟精度较高,可用于四川省地面太阳辐射量计算。     

日光温室土质梯形墙体与地表太阳辐射测定分析

为研究日光温室梯形土质后墙与地表太阳辐射分布规律,采用辐射探头分别与墙体和地表平行的方式测定了后墙内表面上、中、下3点和地表面南北方向2点的太阳辐射照度。在墙体表面测试并比较了同一测点2种测法（探头水平安装与倾斜安装）的区别。结果表明,在墙体同一测点2种测法所测太阳辐射照度有显著性差异,倾斜法所测值大于水平法所测值,倾斜法所测值应为墙体表面实际得到的太阳辐射照度。在不开风口的情况下,墙体：温室后墙上、中、下3点表面日均太阳辐射照度依次升高。晴天,上、中、下3点日辐射总量分别占墙体日辐射总量的21.6%、36.6%和41.8%;阴天,这一比例为22.5%、34.0%和43.5%;地面：南北方向2测点太阳辐总量总是南部大于北部,南北2点太阳辐射总量分别占地面辐射总量的62.0%和38.0%;阴天的比值为63.2%和36.8%;墙体与地面：地面太阳辐射总量高于墙体。晴天,墙体表面太阳辐射总量为8.117 MJ/m2,地面为8.280 MJ/m2,地面值略高于墙体,差异不显著;阴天,墙体与地面太阳辐射总量分别为0.984 和2.068 MJ/m2,地面太阳辐射总量显著高于墙体太阳辐射总量。该研究为探讨该类型温室热环境提供参考。     

福建有云覆盖下地表太阳辐射的卫星遥感监测

选取由卫星遥感反演得到的云光学厚度和云量资料,与由地面观测的太阳辐射数据计算的云削减量进行多种函数形式的回归分析,发现幂函数形式的拟合效果最好(P0.01),经分析,式中各项指标物理意义明确、合理。利用该模型对福建省2012年66景典型有云覆盖下地表太阳总辐射时曝辐量进行估算,结果与地面实测值间相关系数达0.975,平均相对误差为19%;对于地面实测时曝辐量大于1MJ·m-2·h-1的有云覆盖地表,时曝辐量的平均相对误差仅11%。本文方法可完全采用卫星资料计算有云覆盖下地表太阳能,克服了以往建立辐射估算模型主要采用气象台站常规云观测资料、在精度和空间推广稳定性方面的不足,所建模型对地面观测站点稀少、大气环境局地性较强的福建地区具有明显优势。     

新疆节能日光温室结构优化初探

文章通过研究新疆节能日光温室、即长后坡日光温室的太阳直射光在温室内的分布，给出确定节能日光温室优化设计的计算流程。     

日光温室内光照特点及其变化规律研究

对日光温室内的光照时间、太阳总辐射量、太阳辐射透过率的季节变化和日变化，光照度的空间分布规律进行了较为系统的研究；并对各季节不同天气条件下日光温室内外太阳辐射的关系，日光温室内太阳总辐射量与时间的关系进行了回归相关分析，建立了相应的回归方程。利用该组方程可以对各季节不同天气条件下、不同时间日光温室内的太阳辐射量进行估算分析。     

作物株丛间的太阳辐射测试仪

本文介绍一种节电型的太阳辐射量测试装置,内容包括传感器的制作和用实时时钟控制的单片机数据采集系统。这个装置主要用于在作物冠层中测量接收到的太阳辐射量的百分比。     

日光温室黄瓜和芹菜不同位置消光系数模拟及验证

消光系数是作物模型的重要参数,准确获取作物不同位置的消光系数,可以准确模拟作物的冠层光合速率,从而提高作物模型的模拟精度。该研究依据黄瓜(Cucumis sativus L.)和芹菜(Apium graveolens L.)不同位置(群体底部(Bottom of Crop, BC)处,1/3群体中部(1/3 Height of Crop, 1/3HC)处,2/3群体中部(2/3 Height of Crop, 2/3HC)处)的辐射数据,以津盛206和尤文图斯为试验品种,利用11个播期的试验观测数据建立了基于正午时刻消光系数k值的温室作物消光系数模型,确定了模型参数,用相互独立的数据进行模型检验。结果表明:1)关于正午时刻(12时)的k值变化,黄瓜在秋冬茬期间呈现先下降后上升的变化趋势,而春茬呈现相反的趋势,秋冬茬高于春茬,位置越高,k值越大。芹菜在生长季内,k值为先增加后下降的过程,位置越高,k值呈现先下降后上升的变化趋势。2)关于k值日变化,黄瓜和芹菜均呈现先上升后下降的变化趋势,位置越高,k值越大。3)关于作物发育进程中各发育阶段内k值变化,在相同发育阶段内,黄瓜随着高度上升,k...     

逐日太阳辐射的模拟计算

在分析国内外太阳辐射估算方法的基础上,建立了一种简单实用、易操作的模拟逐日太阳辐射的方法,仅需要输入站点的日照时数和地理信息。对我国不同区域9个代表站点的模拟结果与实际观测结果进行比较与统计检验,结果表明:模拟值与实测值之间相关显著(相关系数为0.81~0.93),模拟得到的晴空辐射值与多年实际观测最大值基本一致。该模拟方法的平均误差为16.5%,平均偏差、平均绝对偏差和均方根偏差分别为0.77、2.09和2.65MJ.m-2.d-1。但此方法对于特定环境区域的模拟参数还需调整。     

日光温室黄瓜群体结构参数及群体内辐射分布分析

为研究作物群体结构与环境要素的关系，观测了日光温室内黄瓜不同生育时期的群体结构参数和群体内太阳总辐射的水平分布和垂直分布。发现叶面积指数、叶面积密度、叶倾角、叶方位角等结构要素在不同生育时期有明显的变化：随生育的进展，叶面积指数稳定增加，叶面积密度生育前期明显上升、后期有所下降，最大叶面积密度所在高度随黄瓜生长逐渐上移；叶倾角分布主要以水平叶为主；叶方位角以偏南居多，偏北叶所占比例较少；不同黄瓜品种间叶方位角和叶倾角也存在差异。这些变化与差异对黄瓜群体的辐射分布有重要影响，也直接影响群体叶的光合速率，此结果可为建立黄瓜群体辐射分布模型进一步优化日光温室结构，建立日光温室内作物生长模型、环境调节控制策略等提供理论依据，另外，对植株的调控技术(如整枝打杈技术等)也有一定的参考意义。     

日光温室山墙对室内太阳直接辐射得热量的影响

该文计算了日光温室室内各个面的太阳直接辐射，结果表明：山墙内侧的太阳直接辐射日变化规律不同于室内其它各个面。对于长度较短的温室，如果忽略山墙的作用，将会忽略山墙内外侧太阳辐射对室内得热的影响，同时忽略山墙在室内各个面产生的阴影，从而高估了室内其它面的太阳辐射得热，高估值随着温室长度的递减而递增，给日光温室热环境的分析带来误差。该文还测量了日光温室各个面的热流量，分析了山墙的蓄热放热过程及其随温室长度变化对室内得热的影响。因此，对长度较短的温室，必须考虑山墙对室内得热的影响。同时也为日光温室长度的确定和室内作物布局提供理论依据。     

日光温室作物热环境模拟及分析

针对日光温室实际生产管理中的气象保障问题，该文从传热学的基本原理出发，考虑了温室内作物对热环境的影响，建立了日光温室内作物生长情况下的温度预测数学模型。将温室内部系统分为5个部分，建立了5个方程，联立方程组，运用高斯主元素消去法对方程组进行求解，对各个面的温度进行模拟，并对模拟结果进行了分析。用试验温室的实测资料对模拟结果进行了验证，结果表明所建模型模拟效果较好，室内气温的平均绝对误差为0.9℃，平均相对误差为5.1％，模拟的精确度较高，可以为温室生产管理提供科学的气象依据。本文还对模型模拟误差产生的原因进行了分析。     

日光温室黄瓜非均质冠层光合生产的模拟

用均质冠层结构的光合模型来模拟非均质的日光温室黄瓜冠层光合速率则误差较大.该文所建立的日光温室黄瓜非均质冠层光合速率模型考虑到日光温室黄瓜冠层内光照分布以及叶片光合特性的不均匀性,其包含了非均匀冠层的透光模型和描述冠层叶片光合特性差异的经验公式.利用该模型对冠层光照分布和冠层光合速率的模拟结果表明:当模拟时所取的植株高度小于1.2 m,则冠层内直射光透光率和散射光透光率的模拟结果与验证值相比符合程度较好,但是对于模拟冠层单位体积内叶面积的总光合速率的结果还有待于进一步的验证.     

日光温室萝卜棵间土壤蒸发规律试验

土壤蒸发在农田水量平衡和能量平衡计算中占有重要地位。该文采用微型蒸渗仪测定温室萝卜的棵间土壤蒸发,对萝卜棵间土壤蒸发的变化规律及其与太阳辐射、气温和相对湿度等主要气象因子的关系进行了试验研究和分析。研究结果表明：温室萝卜棵间土壤蒸发随着萝卜生育期的推移有减小的趋势,棵间土壤蒸发量占全生育期总耗水量的37.73%～41.71%,棵间土壤蒸发与太阳辐射、气温和相对湿度等主要气象因子均呈现良好的指数关系,该研究对合理制定温室萝卜的灌溉制度具有重要的参考价值。     

轻简柔性墙体装配式日光温室能耗分析

轻简装配式日光温室的柔性墙体一般不具备蓄热能力,为评估其地区适应性,该研究以太阳辐射为主要指标,结合气候条件和日光温室发展选择中国17个城市,利用热平衡方程和日光温室热环境模拟软件RGWS-RHJPJ V1.2,计算最冷月室外最低温度下温室的采暖热负荷和冬至日的采暖需求量,并以主动蓄放热系统供热为例,分析轻简装配式日光温室太阳能热利用效果。研究结果表明：在所选城市中,轻简装配式日光温室采暖热负荷的范围为50～150 W/m2,随着城市地理纬度的升高,采暖热负荷增大,以冬至日为例,约20%城市轻简装配式日光温室的采暖需求量在0～2 MJ/(m2·d),约50%在2～4 MJ/(m2·d),仅10%大于6 MJ/(m2·d);对轻简装配式日光温室采暖热负荷影响最大的参数是南屋面保温被传热系数,其次是温室的换气次数;在拉萨和昌都,主动蓄放热系统对轻简装配式日光温室采暖需求量的满足率为100%。轻简装配式日光温室的采暖热负荷和采暖需求量在中国不同气候区差异较大,且主动蓄放热系统的加温效果在地区间差异也很大。研究结果对中国轻简装配式日光温室的建造、供暖设计具有一定的参考价值。     

有机-无机复混肥在日光温室无公害蔬菜上的应用

以茄果类蔬菜为供试材料,探讨有机-无机复混肥对日光温室无公害蔬菜产量、品质的影响。结果表明:施用有机-无机复混肥能显著提高日光温室无公害蔬菜的产量和品质,黄瓜、辣椒、西红柿三种蔬菜产量分别较不施化肥对照提高16 44%、17 23%和21 54%,硝酸盐含量分别下降111mg/kg、213mg/kg和223mg/kg。     

基于辐射累积量的灌溉策略对不同土壤质地温室黄瓜产量和品质的影响

针对设施土壤栽培中缺乏简单实用灌溉策略的问题,该研究以黄瓜‘中农26’为试材,在典型土壤质地（壤土、黏壤土和砂壤土）下,控制同一质地土壤相同太阳辐射量累积下总灌水量一致,探究基于太阳辐射累积量的灌溉策略（分别以15、20和25 MJ/m²的辐射累积量作为灌水起始点）对日光温室秋冬茬黄瓜植株生长、产量、灌溉水分利用效率和品质的影响。结果表明,对于壤土、黏壤土和砂壤土,以25 MJ/m²的辐射累积量作为灌水起始点,分别对应单次3.22、3.56和2.77 mm的灌水量,有利于植株获得更高的光合速率、叶面积、株高和节间数;但同一质地土壤相同灌水量下基于太阳辐射累积量的灌溉策略并未对黄瓜产量和灌溉水分利用效率产生显著影响（P>0.05）。对于壤土、黏壤土和砂壤土,以20 MJ/m²的辐射累积量作为灌溉起始点,分别对应单次2.59、2.85和2.22 mm的灌水量,果实可获得较高的可溶性糖和维生素C含量,较低的硝酸盐含量,品质较优。因此,基于太阳辐射累积量作为灌水起始点的灌溉策略可用于设施黄瓜栽培,但单次灌水量需综合考虑土壤质地类型和高产/优质的栽培目标进行设定。