延吉地区稻田气温变化特征及推算模式初探

赵新宇 马树庆 余清波 邓奎才

（1.通化市气象局，吉林通化 134001；2.吉林省气象服务中心，吉林长春 130062；3.吉林省气象信息网络中心，吉林长春 130062；4.延边州农业气象试验站，吉林延吉 133000）

1 引言

气温是影响水稻生长发育与产量形成的关键因子之一[1-4]。但由于我国目前稻田气温数据获取困难，所以在农业气象相关领域的科学研究中，一般都以邻近气象站气温代替稻田气温。然而由于气象站与稻田的下垫面不同，气象站所反应的气温变化与稻田小气候有所差异。分析稻田气温变化特征时，若简单套用气象站资料，容易对农业科学研究结果造成影响。

国内开展了大量农田小气候分析及其气象站数据关系的定量化应用研究。苏宏新[5]开展了山地小气候模拟研究。魏瑞江[6]利用回归分析方法，分析了河北地区日光温室冬季小气候与附近气象站观测资料的关系。李军[7]研究了上海四连栋塑料温室内外温度的相关模型。刘可群[8]建立了武汉大棚内温度与太阳高度角及大气温度的相关模型。吕佳佳[9]研究了黑龙江省日光温室小气候与外界大气候的变化规律。薛晓萍[10]开展了山东日光温室小气候预报技术研究。杨爱萍[11]分析了晚稻大田气温变化特征及其与气象站气温的关系。但目前这方面的研究以小麦田、日光温室为主，稻田气温与临近裸地气温关系研究甚少。

延吉市位于吉林省东部的延边朝鲜族自治州，是传统的水稻主产区。该地区东、南、北三面环山，西面开阔，中间平坦，呈马蹄状盆地。平均海拔高度150m。地势北高南低，地形为丘陵状起伏。当地气候冷凉，积温不足，水稻生产常发生低温冷害，迫切需要掌握稻田温度变化特征，以便监测和防御冷害。此外，水稻调水、施肥、病虫害防控等也都需要了解稻田温度信息。根据气象监测规范，区域气象站监测环境是为天气气候预测而设定的，与稻田环境差别很大，气温等气象要素必定有较大差异。为此，为了满足现代水稻生产精细化气象服务迫切需要，掌握延吉市稻田小气候变化规律，开展稻田小气候气温的预报，在延吉地区建立了小气候自动观测站，开展稻田小气候气温等气象要素观测。本文采用2013年6—9月稻田气温观测资料与附近裸地温度资料，分析稻田气温日变化特征及其与裸地气温关系，按晴天、多云、阴雨天3种天气类型建立稻田日平均气温与裸地日平均气温转换模型。

2 资料与方法

2.1 数据来源

在吉林省主要水稻产区——延吉市建立稻田小气候自动观测站，监测气温等气象要素值。监测基地经度为129°20′59″E，纬度为42°50′45″N，海拔高度191m，为开阔平地。稻田气象数据采集器的型号为AMS-Ⅱ-N，采用1.5m高度值。裸地资料用附近的朝阳川加密气象站（距稻田3km）代替，气象数据采集器的型号、温度感应高度、地势和周围环境条件与稻田的一致。温度传感器为Vaisala HMP155温湿传感器，数据传输频率为1次/10min。监测时段为2013年5月30日—9月30日。

2.2 天气类型划分方法

利用延吉市气象观测站监测的每日日照时数，参考天气学标准，在此基础上按日照时数（SS）进行天气类型分类，将6—9月天气划分为晴天、多云、阴雨天3种类型。具体划分标准为：SS≥9.0h为晴天；9.0h＞SS≥2.5h为多云；SS＜2.5h为阴雨天。

2.3 温度统计方法

稻田与裸地整点温差（⊿Τi）计算方法：

式中，Τi为稻田气温；Τi′为裸地气温；i为整点时次。

日平均气温计算方法与普通地面气象观测一致[12]，即取每日02时、08时、14时、20时气温的算术平均为每日平均气温。

3 结果与分析

3.1 稻田气温日变化特征

图1为不同天气类型下稻田与裸地的气温逐小时变化特征曲线。由图1可见，稻田的日最低气温一般出现在05时，日最高气温一般出现在14时。各时次的稻田气温均比裸地气温低。这主要是由于一方面二者下垫面不同；另一方面，裸地的净辐射往往用于感热多，潜热少，而稻田净辐射用于潜热多，感热少，且水稻生长发育时期，蒸腾耗热量要大于土壤的蒸发耗热量[13]。晴天、多云天稻田气温与裸地气温差异明显，阴雨天比较接近。这主要是由于不同天气类型下水稻蒸腾耗热量不同，阴雨天空气中的水汽比较丰富，吸收了大量的辐射能，同时植株叶片调节作用使水稻蒸腾耗热量减少。

图1 晴天（a）、多云（b）、阴雨天（c）稻田与裸地气温逐小时变化特征

不同天气类型下，05—14时为气温上升阶段，14时—次日05时为气温下降阶段。其中在14—24时为气温快速下降阶段，24时—次日05时为气温缓慢下降阶段。

图2 为不同季节下稻田与裸地气温逐小时变化特征曲线。由图2可见，6月最高气温25℃左右，最低气温12℃左右，昼夜温差为13℃左右；7月、8月最高气温26℃左右，最低气温18℃左右，昼夜温差为8℃左右；9月最高气温23℃左右，最低气温9℃左右，昼夜温差加大，为14℃左右。

图2 6月（a），7月、8月（b），9月（c）稻田与裸地气温逐小时变化特征

6月稻田与裸地气温差白天较大，白天稻田比裸地气温低，夜间稻田比裸地气温高；7月、8月稻田与裸地气温差白天较大，各时次稻田气温均比裸地气温低；9月稻田与裸地气温差夜间较大，各时次稻田气温均比裸地气温低。这主要是由于一方面不同季节稻田下垫面不同；另一方面水稻夜间蒸腾耗热作用比白天弱。

图3为不同天气类型和不同季节下稻田气温日变化曲线。可以看出，日最低气温值，阴雨天＞多云＞晴天，7月、8月＞6月＞9月；日最高气温值，晴天＞多云＞阴雨天，7月、8月＞6月＞9月。

图3 不同天气类型（a）和不同季节（b）稻田气温逐小时变化特征

3.2 稻田与裸地日平均气温对比分析

表1为不同天气类型和不同季节，稻田与裸地日平均气温差。可见，在不同天气类型下，晴天、多云、阴雨天稻田日平均气温分别比裸地低0.9℃、0.9℃和0.2℃，稻田与裸地日平均气温差的平均值：晴天=多云＞阴雨天。在不同季节下，6月、7月和8月、9月稻田日平均气温分别比裸地低0.5℃、0.6℃和1.2℃，稻田与裸地日平均气温差的平均值：9月＞7月、8月＞6月。

表1 不同天气类型和不同季节稻田与裸地日平均气温差 ℃

3.3 相关模型的建立

不同天气类型下稻田气温（〒）与裸地气温(〒′)均有差异，但稻田气温变化趋势与裸地一致。建立不同天气类型下稻田日平均气温与裸地日平均气温相关模型，模型均通过了0.01显著性水平检验，稻田日平均气温与裸地日平均气温相关系数R均达到0.98以上（表2）。

3.4 稻田日平均气温与裸地日平均气温相关模型的检验

利用表2中的模型对2013年6—9月不同天气状况下日平均气温进行检验，分别计算逐日稻田日平均气温计算值与实际值之差（以⊿Τ表示），分析不同天气类型的稻田日平均气温转换模型效果（表3）。表3表明，阴雨天气类型的稻田日平均气温转化模型效果表现最好，有80%的样本满足⊿Τ绝对值＜0.5℃，但由于阴雨天天气类型样本总数仅有10个，检验结果可信度有一定影响；晴天天气类型中，有67%的样本满足⊿Τ绝对值≤0.5℃；多云天气类型中，有63%样本满足⊿Τ绝对值≤0.5℃。总体来看，阴雨天稻田日平均气温转换模型效果最好，晴天天气类型次之，多云天气类型稍差，需进一步改善。

表2 稻田日平均气温与裸地日平均气温相关模型

表3 不同天气类型稻田日平均气温的检验

4 结语

（1）不同天气类型下，稻田日最低气温一般出现在05时左右，日最高气温大约出现在14时左右。05—14时为气温上升阶段，14时—次日05时为气温下降阶段。

（2）不同天气类型下，各时次的稻田气温均比裸地低，阴天时稻田与裸地的气温比较接近，晴天和多云天气时稻田气温偏低明显。稻田与裸地气温差值一般在白天较大、夜间较小。不同季节下，7月、8月和9月各时次稻田气温均比裸地低；6月白天稻田比裸地气温低，夜间稻田比裸地气温高。6月、7月、8月稻田与裸地气温差值一般在白天较大，夜间较小；9月稻田与裸地气温差值一般在白天较小，夜间较大。

（3）不同天气类型稻田与裸地的日平均气温虽有差异，但稻田日平均气温的变化趋势与气象站是一致的，因此，用一元线性回归方程组建了稻田日平均气温与裸地日平均气温的相关模型，模型通过了0.01显著性检验。利用逐日稻田日平均气温计算值与实际值之差来检验不同天气类型稻田日平均气温转换模型效果，结果表明，阴雨天天气类型的稻田日平均气温转换模型效果较好，多云次之，晴天最差。

（4）稻田气温的变化随着天气类型不同有着明显的差异，稻田气温一般低于邻近裸地气温。采用裸地气温数据分析稻田气温时，可以采用本文提出的转换模型进行转换。本研究在一定程度上能够满足现代水稻生产精细化气象服务需要。

（5）本研究采用线性回归统计方法能比较好地反映稻田日平均气温与邻近裸地的关系，针对不同天气类型分别建立预报模型，真实反映稻田日平均气温的特点。稻田日平均气温与裸地日平均气温变化关系随着下垫面的不同而改变，若把水稻不同季节下垫面对小气候的影响考虑进来，则效果最佳，但由于本研究所用样本数量较少，结论仍存在一定局限性。