一种保护地小气候，是在温室覆盖下形成的室内辐射、温度和气体成分等农田小气候要素的状况。由于温室覆盖表面、室内作物面和地表等活动面的作用，温室内的辐射交换、热量交换和气体交换变得很复杂，使室内的小气候条件显著改变，与室外对比辐照度减弱、昼夜温差加大、湿度增高、气流微弱。如室内装有环境调节设施，可以为植物生育创造最适宜的环境条件。按结构分类，温室有单斜面、双屋面、不等边屋面、拱圆屋面以及单栋和连栋温室等多种形式。温室类型不同，小气候条件各异。

从公元前一世纪，古罗马用云母板地壕，中国西汉用四时之房在室内加温种植瓜菜。1694年英国首先建造了玻璃温室。到19世纪初开始注意屋面坡度的影响。19世纪后半叶，已用“温室效应”理论来说明温室的升温。第二次世界大战后，欧美发展大型连栋玻璃温室并引入采暖通风调节设备。1950年以后，日本首先发展了各种塑料棚室，中国也对传统温室结构进行改良，推广了透光保温性能良好的“北京温室”。近二十年来，随着各种环境调节器材的使用，温室小气候的改善技术迅速发展。温室利用已由冷季扩展到周年，从温带扩展到极地和热带沙漠。

温室的辐射平衡和热量平衡是温室小气候形成的物理基础。不加温，温室外表面的辐射平衡决定于到达覆盖外表面的总辐射、地面反射辐射和有效辐射。覆盖外表面平均净辐射R_外公式为：

温室小气候

式中 A_w为覆盖表面积：n、m分别为不同坡度角、不同方位角的温室表面的个数：Q_ij、Q_rij、F_ij分别为坡度角等于i、方位角等于j的覆盖外表面A_ij的太阳总辐射、反射辐射和有效辐射的辐照度。温室内地面净辐射R_内地的近似式为：

温室小气候

式中 Q为室外的太阳总辐射；β为地面的反射率；β_内为覆盖内表面的反射率；h_r为长波辐射传热系数；T_内、T_外为温室内表面和地面的温度；τ_m为温室透光率，对漫射光为0.5～0.7，对直射光为0.55～0.8。地面净辐射大体与吸收的太阳总辐射成正比。

无人工调节温室的热量平衡如图1所示。白天，太阳总辐射是主要能源，它到达覆盖表面后，部分被反射和吸收，大部分透射入室内到达地面和作物面，还有一部分由地中横向传出室外。夜间，温室散热降温，室内温度的维持主要靠白天地中的蓄热并通过地面辐射和乱流交换提供热量。温室内地面净辐射R _内地比室外低，显热交换P 与潜热交换LE 也减少，而土壤热交换B 则比室外多，因此室内地温比室外高。由于覆盖减少了热扩散，室内气温也提高。温室整个覆盖面的热量平衡表达式为

R_外－R_内＝P_内＋P_外＋LE_内

式中 R_外、R_内为温室覆盖外表面与内表面的净辐射；P_内为温室覆盖内表面与室内空气的乱流热交换；P_外为覆盖外表面与室外空气间的乱流热交换；LE_内为覆盖内表面凝结的水量乘以蒸发潜热。

图1 无加温温室的辐射平衡与热量平衡示意图

辐射

温室内的照度一般只有室外的50%～80%，冬季往往成为作物生长的限制因子之一。影响光环境的主要因素是太阳辐射、温室结构、覆盖材料的光学特性和作物的群体结构。温室对太阳直接辐射和散射辐射的透过率是不同的。透过率取决于温室的形式、结构与覆盖材料的种类，而温室的方位和太阳在天空中的位置一般只影响太阳直接辐射的透过率。散射辐射的透过率可看作是温室固有的常数。透过率一般是南部优于北部，上部优于下部。就直射光平均透过率而言，冬季全玻璃透明温室的透光率东西走向比南北走向要高，两者相差5%～25%（平均约7%～10%），即使方位偏转30°也是这样。温室愈长、高跨比（高度/跨度）愈小、纬度愈高、温室的太阳辐射透过率也愈高；春秋季，两者差异小于5%；但夏季，南北长温室的透过率反比东西长的高。东西长温室内，辐照度的水平分布不均匀，有明显的低值区，中午时透过率比早晚的高5～10%；南北长温室则相反，水平方向上辐照度较均匀，中午的透过率比早晚的低。温室顶部玻璃的坡度对太阳直接辐射透过率影响很大，冬季，随坡度增加，东西长透过率明显增大，平均透过率最大的坡度，大体等于该地当日正午太阳高度角；但夏季则随坡度增加反而略减。无论冬季或夏季，南北长的温室太阳辐射透过率随顶面坡度变大而减小。散射辐射透过率随顶面坡度减小而增大，可相差2%～3%，地面中央部位比四周约高5%～8%。一面侧墙不透明时，附近地面上的散射辐射透过率减少30%。温室构架厚度所形成的阴影对南北长的太阳辐射透过率影响很大，对东西长的影响则在早、晚大，中午较小。构架的阴影是冬季形成低值区的主要原因。

覆盖材料的光学特性对温室的光质光量影响很大。聚氯乙烯和玻璃对短波辐射的透过率都在80%以上，对长波辐射几乎不能透过。具有特殊透射光谱的有色薄膜和玻璃，能改变室内辐射成分而影响作物生长和品质。玻璃几乎不透紫外线，对作物花果着色等有显著影响；塑料薄膜能吸收紫外线，使紫外线透过率明显下降。塑料薄膜吸附尘埃、水滴和老化后，透光率即显著下降。覆盖材料对太阳直接辐射的透过率随太阳辐射对覆盖材料的入射角增大而明显减小。入射角为0°～40°时，反射率大约为7%～8%；40°以上时反射率急增，至60°以上时，玻璃和薄膜变得几乎不透明。入射角为30°～60°时，半透明散射性覆盖材料比透明材料的透过率低，但使温室内散射辐射比例增大，地面上的辐照度比较均匀。

温度

室内温度随外界气温变动而有明显的日变化和季节变化。不加温的密闭温室，白天室内外温差随太阳辐照度增加而加大，室内气温可比室外高2倍以上；夜间室内最低气温一般比室外高1～4℃，有时比室外低，因此昼夜温差很大。室内温度状况随温室的保温比、通风换气状况、潜热消耗和覆盖材料的辐射特性等而有显著变化。温度的垂直分布和水平分布不均匀，室内各部位之间温差最大可达5～8℃。密闭温室内部，上风侧常比下风侧温度高。这是因为在屋顶部分上风一侧形成负压，下风一侧形成正压，造成室内气流方向与外界风向相反，使被加热的空气沿地面流向上风一侧所致。室内白天地表温度低于气温，温室中部地表温度比室内四周略高。在冷季，室内覆盖地膜提高贮热比（土壤贮热量/地面净辐射），或在温室四周设防寒沟减少地中横向传导散热，都能提高室内土温和气温。在冬天微风的晴夜，温室内气温有时比室外还低。温室愈小、白天的太阳辐射愈少、夜间温室有效辐射愈大时，愈容易出现这种情况。土壤贮热量愈多，保温比愈大，这种现象愈难出现。微风时，室外贴地层可以通过空气的垂直乱流和平流由上层或其他地方补给热量，温室内不仅得不到这种热量的补给，反而由于温室强烈的辐射冷却，形成了室内比室外气温低的现象。保温覆盖能减少温室散热而提高夜温。不同种类覆盖的保温作用约为2～10℃，见图2。

图2 不同覆盖温室大棚的保温能力（北京 1974）

湿度

取决于室内的蒸散量和换气率以及外界空气的湿度状况。室内蒸散量一般可达2～3毫米/日，随作物生育状况和水分状况而异，蒸发量与室内日射量成正相关。室内相对湿度有明显日变化，夜间往往高达100%。日较差晴天时大，地面湿润时大；反之则小。室内地面净辐射量增加、换气减少时，室内湿度就显著高于室外。持续高湿，会抑制作物的蒸腾并使水汽凝结导致病害发生。覆盖地膜和通风换气都可降低空气湿度。室内过分干燥时，可采用喷雾、湿垫通风等措施来提高湿度。

二氧化碳

决定于作物生育状况，室内辐照度、CO₂供应和通风等因素。室内CO₂平衡公式为室内CO₂变化量＝通风交换CO₂量＋地面放出量＋作物呼吸量一光合吸收量＋人工补给量。室内CO₂浓度有明显日变化。密闭温室内在日落后浓度逐渐升高，清晨时最高，约达500～1000μl/L；日出后因作物的光合作用使CO₂浓度迅速下降，经1～2小时可降到100μl/L以下，接近作物CO₂浓度补偿点。温室通风后，约维持在300μl/L的水平上。土壤有机质少或用沙培和水培作物时，室内CO₂浓度显著减少。通风时，离进气口越远，平均CO₂浓度越低，辐照度越大和通风量越小时，降低越显著。温室内施用CO₂是温室栽培的增产措施之一。

通风

室内通风对防止白天高温、夜间高湿、补充CO₂和氧气、排除有害气体等起着重要作用。气流速度对作物体温、净光合强度和蒸腾有显著影响，室内气流一般以0.4～0.5米/秒为宜。通风方式有自然通风和强制通风。自然通风依靠天窗和侧窗，其原动力是室内外温差形成的浮力及外界的风压。当外界风速在2米/秒以上时，风压是主要原动力，风速在1米/秒以下时，室内外温差成为重要原动力。风速在1～2米/秒范围时，根据通风窗位置和风向，风力换气和温差换气或相互加强或相互抵消。温差换气必须有两个以上不同高度的通风窗口，气流从下部窗口流入，从上部窗口流出，形成对流。通风量大体与进出风口间的垂直距离的平方根以及室内外温度差的平方根成正比。并受进出口开口面积小的一方所制约。天窗高、侧窗低、进出口面积匹配适当，通风才好。若侧壁通风口配置不合理，将使室温分布不均匀。风力换气是依靠室外自然风速对温室壁面形成的风压，气流从迎风面正压处的开口部流入，从背风面负压处开口部流出，通风量大体与外界风速成正比。强制通风有排风法和送风法。风机和吸气口的安设位置，是通风效果好坏与室内气流均匀与否的关键。吸气口面积一般约为风机口径面积的2倍。