茶園氣流擾動防霜控制策略研究

《茶園氣流擾動防霜控制策略研究》是依託江蘇大學，由胡永光擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：茶園氣流擾動防霜控制策略研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：胡永光
• 依託單位：江蘇大學

項目摘要

氣流擾動方法和技術提高了抵禦農業霜凍害的能力，但其控制機理尚不完備，導致控制能耗大，甚至控制失誤。針對茶樹的晚霜凍害，在前期研究逆溫氣流擾動防霜的基礎上，揭示氣流擾動防霜的新機理及控制策略。研究反逆溫過程中擾動氣流緩解霜凍害的新機制；通過霜凍形成過程中葉片熱阻特性參數變化規律，提出確定臨界低溫點的方法，建立它與降溫速率、風速、濕度等因子之間的關係模型，構建臨界低溫資料庫；然後基於臨界低溫,研究通過逆溫差進行控制的策略，探求滿足系統運行的充分必要條件；最後，建立氣流擾動防霜作用過程的動力學模型並仿真，驗證和最佳化防霜控制效果。.反逆溫氣流擾動緩解融霜機理和臨界低溫測試方法的研究，豐富了氣流擾動防霜的理論體系；基於臨界低溫的逆溫差控制策略，確保系統可靠節能運行，從而解決了氣流擾動防霜控制的瓶頸問題。

結題摘要

為制訂完備節能的氣流擾動防霜控制策略，首先測試了茶園近地逆溫時空分布特徵，建立了晚霜發生預測及凍害等級識別模型；仿真模擬氣流擾動防霜作用過程，揭示出逆溫、反逆溫階段的防霜機理；然後系統分析防霜控制存在的問題，提出基於臨界低溫的逆溫差控制策略；提出指示茶樹葉片臨界低溫的電測方法，並建立不同風速和濕度條件下的臨界低溫的資料庫；確定了不同時間尺度上防霜操作啟閉的合理時機；最後開發了氣流擾動防霜技術系統及其自動控制系統。 研究結果表明：（1）有霜夜晚的氣溫從傍晚開始先快後慢地下降，到凌晨降至最低，期間出現典型的逆溫現象；然後氣溫快速回升，直至逆溫全部消失（即反逆溫變化）；在夜間同一時刻，1.5~3 m和6~7.5 m高度範圍內，逆溫變化均很明顯，但後者的逆溫強度較大，可作為氣流擾動動力源的合適高度。（2）建立的晚霜初、末霜發生日期的GM（1, 1）模型，其後驗差的比值均小於0.35，且模型精度均大於0.95，擬合精度達到優級；獲取不同低溫凍害處理茶樹葉片表面的漫反射光譜，採用PLS+ANN方法建立的預測模型最佳，其回判均方根誤差為0.1512，預測值與真實值之間的相關係數達到0.9950，平均相對誤差最小為5.0725%。（3）對氣流擾動防霜作用過程進行CFD仿真，可知距地面1.2 m高處水平面上溫度和風速分布呈梨狀對稱分布，由近及遠、由中間向兩側溫度逐漸降低；在地面溫度-2.15 ℃和逆溫層上方溫度5.85 ℃的條件下，擾動該氣流場，可使核心區域溫度提高4 ℃。（4）基於臨界低溫的逆溫差控制策略，滿足氣流擾動防霜的充分必要條件，避免系統運行的空操作或誤操作，與國外同類技術相比，控制節能約20%；低溫脅迫下茶樹葉片的電容在某一低溫時出現突變的尖峰，可以用於指示其臨界低溫；並建立了不同風速、濕度條件下臨界低溫的資料庫。（5）不同時間尺度上防霜作用效果試驗表明，應在茶樹萌芽前不少於7 d開始啟用防霜機，霜夜合適的啟動和延停時機分別為降霜前1.0 h和日出後1.0 h。 本研究豐富和完善了氣流擾動防霜的控制技術體系，對防霜裝備的可靠高效運行具有重要的實踐意義。項目已發表論文11篇，其中SCI/EI收錄6篇次，錄用SCI收錄源論文2篇；授權美國發明專利1項，申請發明專利7項；授權軟體著作權1件；培養碩士5名；參加國際會議4次；圓滿完成項目計畫任務。