茶园气流扰动防霜控制策略研究

气流扰动方法和技术提高了抵御农业霜冻害的能力，但其控制机理尚不完备，导致控制能耗大，甚至控制失误。针对茶树的晚霜冻害，在前期研究逆温气流扰动防霜的基础上，揭示气流扰动防霜的新机理及控制策略。研究反逆温过程中扰动气流缓解霜冻害的新机制；通过霜冻形成过程中叶片热阻特性参数变化规律，提出确定临界低温点的方法，建立它与降温速率、风速、湿度等因子之间的关系模型，构建临界低温数据库；然后基于临界低温,研究通过逆温差进行控制的策略，探求满足系统运行的充分必要条件；最后，建立气流扰动防霜作用过程的动力学模型并仿真，验证和优化防霜控制效果。.反逆温气流扰动缓解融霜机理和临界低温测试方法的研究，丰富了气流扰动防霜的理论体系；基于临界低温的逆温差控制策略，确保系统可靠节能运行，从而解决了气流扰动防霜控制的瓶颈问题。

为制订完备节能的气流扰动防霜控制策略，首先测试了茶园近地逆温时空分布特征，建立了晚霜发生预测及冻害等级识别模型；仿真模拟气流扰动防霜作用过程，揭示出逆温、反逆温阶段的防霜机理；然后系统分析防霜控制存在的问题，提出基于临界低温的逆温差控制策略；提出指示茶树叶片临界低温的电测方法，并建立不同风速和湿度条件下的临界低温的数据库；确定了不同时间尺度上防霜操作启闭的合理时机；最后开发了气流扰动防霜技术系统及其自动控制系统。. 研究结果表明：（1）有霜夜晚的气温从傍晚开始先快后慢地下降，到凌晨降至最低，期间出现典型的逆温现象；然后气温快速回升，直至逆温全部消失（即反逆温变化）；在夜间同一时刻，1.5~3 m和6~7.5 m高度范围内，逆温变化均很明显，但后者的逆温强度较大，可作为气流扰动动力源的合适高度。（2）建立的晚霜初、末霜发生日期的GM（1, 1）模型，其后验差的比值均小于0.35，且模型精度均大于0.95，拟合精度达到优级；获取不同低温冻害处理茶树叶片表面的漫反射光谱，采用PLS+ANN方法建立的预测模型最佳，其回判均方根误差为0.1512，预测值与真实值之间的相关系数达到0.9950，平均相对误差最小为5.0725%。（3）对气流扰动防霜作用过程进行CFD仿真，可知距地面1.2 m高处水平面上温度和风速分布呈梨状对称分布，由近及远、由中间向两侧温度逐渐降低；在地面温度-2.15 ℃和逆温层上方温度5.85 ℃的条件下，扰动该气流场，可使核心区域温度提高4 ℃。（4）基于临界低温的逆温差控制策略，满足气流扰动防霜的充分必要条件，避免系统运行的空操作或误操作，与国外同类技术相比，控制节能约20%；低温胁迫下茶树叶片的电容在某一低温时出现突变的尖峰，可以用于指示其临界低温；并建立了不同风速、湿度条件下临界低温的数据库。（5）不同时间尺度上防霜作用效果试验表明，应在茶树萌芽前不少于7 d开始启用防霜机，霜夜合适的启动和延停时机分别为降霜前1.0 h和日出后1.0 h。. 本研究丰富和完善了气流扰动防霜的控制技术体系，对防霜装备的可靠高效运行具有重要的实践意义。项目已发表论文11篇，其中SCI/EI收录6篇次，录用SCI收录源论文2篇；授权美国发明专利1项，申请发明专利7项；授权软件著作权1件；培养硕士5名；参加国际会议4次；圆满完成项目计划任务。