摘要：根据武汉市2009-2011年的水体温度数据和台站气温要素，通过Matlab进行多元逐步回归分析构建0.2～1.0 hm2池塘的水体温度预报预测模型，并在武汉和荆州两地进行了验证。结果表明，不同深度和不同天气条件下水温变化幅度不同，在水体较深处和阴天时水温变化较小；水温随气温变化而变化，但明显有滞后。水体温度预报预测模型的R2均在0.8以上，拟合效果好。经验证，各模型预测精度较高，具有较好的可靠性和普适性，可用于池塘水温的预报。
关键词：水温；池塘；多元逐步回归；预测模型
中图分类号：Q178 文献标识码： A 文章编号：0439-8114（2013）11-2539-04
湖北省被称为“千湖之省”，2010年水产品产量达到353万t，连续14年全国排名第一，水产品产量占全国的1/5，全省农民增收的1/3来自水产，是名副其实的水产大省。水产养殖作为一项对水资源、水环境有特殊要求的产业形式，其与水环境的关系成为近期国内外研究的重点。水产养殖基本上是露天作业，在很大程度上受气象因素制约，气象条件与水产养殖关系密切，及时掌握气象信息，有效应对天气变化给养殖带来的问题，可为水产养殖提供保障，有利于提高水产业生产能力，促进其健康发展；若不能正确并及时应对不利气象条件，就可能导致养殖生产的巨大损失。因此，如何加强水产养殖气象保障关键技术研究，提高水产养殖气象服务水平，提升水产养殖减灾防灾能力，保障水产养殖安全生产已经成为湖北农业生产的关键内容。
水温是水产养殖最重要的生态因子之一，不仅各水质要素均与水温有关，水体中的鱼类及其他水生生物对水温都非常敏感。为了预测水体温度的变化，许多学者进行了大量研究。叶守泽等[1]、雒文生等[2]进行了水库的二维水温计算；邓云等[3]进行了水库水温、水质预测研究；张元奎等[4]对烟威春季渔场的水温均值进行了预报研究；许桂水等[5]运用MAPT模型全年预测水产养殖池塘水温；钱小蓉[6]建立了温室池塘系统热力学特征模型，应用于池塘水温预测及调控；杜尧东[7]利用热平衡方程分析了热传递、对流及热辐射效应，建立了水温预测模型。
目前对水体温度的研究多集中在湖泊、水库等大型水体或流动水体，对养殖池塘水体的研究较少。而对池塘水温预测的研究多数基于热力学特征模型研究，变量因子较多，实际应用受到一定限制。本研究拟从武汉市实际资料出发，以面积在0.2～1.0 hm2的池塘为研究对象，监测池塘中水体温度的气象变化规律，并基于自回归分析构建预测模型，为湖北省池塘水温预报提供一定的科学依据。
1 材料与方法
1.1 数据资料
1.1.1 水温数据 江苏省无线电科学研究所有限公司ZQZ水温观测设备观测的2009年1月至2011年8月东西湖区有代表性地点面积在0.2～1.0 hm2的池塘水温分层观测数据（30、60、100、150 cm），数据记录频率1 h/次，精度0.1 ℃。
1.1.2 自动站数据 来自武汉区域自动站2009年1月至2011年12月的气温要素的日数据，包括日平均气温、日最高气温、日最低气温。
1.2 方法
以武汉精养鱼池观测所得3年逐小时水温作为研究数据，分析不同层次水温与气象要素之间的相关关系，得出水温的变化规律；采用逐步回归的数理统计方法分析气象要素与水温之间的关系，研究分层水温预报模型，并用武汉和荆州数据对模型进行验证。
2 温度预报预测模型
水温是淡水鱼正常生长所需要的重要条件，大部分鱼类都需要一定的水温来进行正常的发育和繁殖。对渔业来说，水温过高或过低都可能导致严重后果[6，7]。
2.1 水温分布特点
由于水温各个月份的分布状况区别不大，以2010年5月水温观测数据为例，分析30、60、100、150 cm深度水温与天气条件、气温以及深度间的关系，研究池塘水温的分布规律。图1是月平均气温与不同层次的月平均水温的比较，由图1可知，不同层次的月平均水温分布曲线具有一定的一致性，其最低值均出现在上午6时左右，最高值出现在下午16时以后，月平均水温最高值为30 cm水层，为24.5 ℃；月平均水温最低值为150 cm水层，为22.3 ℃。从变化幅度上看，30、60、100、150 cm水层月平均水温及气温的日变化幅度分别为2.2、1.6、0.9、0.2和6.9 ℃。表明气温变化幅度比水温变化幅度大，水温变化幅度随层次加深而减小，30 cm水层的水温受气温影响较大。这主要是由于水的容积热容量较大，水体在白天受热期间可吸收并储存大量热量，而在夜间冷却期间将储存的热量释放出来所造成的。
由于30 cm深度水温受气温影响比较明显，分析了2010年5月30 cm水层月平均水温与月平均气温变化规律。30 cm水层最低温度出现在上午7时，为22.5 ℃；最高温度出现在下午17时，为24.5 ℃。气温最低值为上午6时，为18.2 ℃；最高值为中午14时，为25.0 ℃。表明30 cm水层水温随气温变化而变化，但明显有滞后发生，其池深度水层也有类似的现象。这主要是由于水体的热容量大、水面的蒸发以及热量在水中传导需要时间造成的。
3 结论
本研究通过水质在线仪观测的分层水温和气象资料，运用统计分析的方法，分析了面积在0.2～1.0 hm2池塘的分层水温变化规律，建立了不同层次的水温预报模型，结果如下：
1）确定了水温三大特点：①水温层次越深，日变化越小，30 cm水层的水温较易受到气温影响；②水温随气温变化而变化，但明显有滞后；③不同天气条件下水温变化幅度不同，阴天变化较小。
2）建立了不同层次水体温度的预报预测模型并通过了模型检验，水体温度的预报预测模型R2均在0.8以上，拟合效果良好。相同天气和水深条件下，最高水温的模拟效果普遍要差于最低水温和平均水温；相同预报内容和水深条件下，阴天水温的模拟效果普遍要差于晴天水温和多云水温。
参考文献：
[1] 叶守泽，夏 军，郭生练，等.水库水环境模拟与评价[M].北京：中国水利水电出版社，1994.
[2] 雒文生，宋星原.水环境分析及预测[M].武汉：武汉水利电力大学出版社，2000.
[3] 邓 云，李 嘉，李克锋，等.紫平铺水库水温预测研究[J].水利水电技术，2003，34（9）：50-52.
[4] 张元奎，耿孝同.春季烟威渔场水温均值预报[J].海洋预报，1996（2）：77-80.
[5] 许桂水，王东方，陈铁帅.水温及其预报方法初探[J].工科数学，2002（1）：17-22.
[6] 钱小蓉.水库水温预测模型研究[J].重庆大学学报（自然科学版），1997，20（3）：134-140.
[7] 杜尧东.广州地区冬季鱼塘水温特征及其预测预报[J].生态学杂志，2004，23（4）：52-56.