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1材料與方法

主要選用的資料山東莒南報送的土壤常數和常用土壤濕度持水量表都是出自《氣象電碼技術問題匯編》[1](1988年1月1日00∶00開始執行),根據國家氣象局頒發的《氣象電碼》和有關電碼編報文件規定精神,結合山東省氣象情報服務需要和省局以往下發有關編報規定文件,綜合整理編寫的。其中,莒南報送的土壤常數是根據莒南當地實測確定;常用土壤濕度持水量表則是根據《氣象電碼技術問題匯編》[1]中“不同類型土壤的土壤濕度與占田間最大持水量關系表”中的數據結合莒南實地情況查算出來。查用了農業氣象測墑規范、常用土壤濕度持水量表及莒南氣象局報送的土壤常數等資料,主要是excel函數綜合運用,表格查算運用IF語句的多層套用的方法。

2程序設計方法的實現

用Excel提供的四則運算函數編寫程序完成農業氣象測墑中對土壤樣本數據的基本計算,用邏輯函數編寫程序實現對土壤濕度持水量的查表計算工作。

2.1程序設計簡介農業氣象中的土壤相對濕度計算分為2個部分:第1部分是固定地段的20個土壤樣本計算;第2部分是全縣普查的32個土壤樣本計算。這2個部分主要用到了+、-、×、÷4種運算,對應的函數有SUM、PRODUCT。如加法運算SUM(B2,C2),那么相應的減法運算為SUM(B2,-C2),同樣乘法運算為PRODUCT(E2,F2),除法運算為PRODUCT(E2,1/F2)。2個部分都用到了查表計算,其中,第2部分要查表格的數據較多,也是運用函數運算的難點,主要是涉及到算法問題。用Excel設計表格數據的查詢是該研究主要說明的。

2.2程序設計思路及方法的實現程序設計分3個階段:第1階段,把固定地段和全縣普查中單純涉及到+、-、×、÷4種運算的部分設計好;第2階段,設計土壤持水量的表格數據查詢;第3階段,代入具體數據測試計算結果的準確度。

2.2.1含水重、干土重、土壤含水量求和、平均等計算的實現。第1階段的設計完成了含水重、干土重、土壤含水量求和、平均的計算。這個階段算法上比較簡單,主要遇到小數的四舍五入方面的問題。剛開始帶入初始數據驗證,計算結果總是有個別數據有零點幾的誤差,經過對計算過程的分析,發現產生誤差主要原因在于把取1位有效小數跟四舍五入到小數點后1位的概念等同了,如1.24取1位有效小數顯示是1.2,實際計算中仍保留沒有顯示的0.04,四舍五入到小數點后1位也是1.2,但是2個顯示是1.2的數值在大小上是不相等的,很明顯1.24>1.2。計算過程中,2個取1位有效小數的1.24相加[1.2(4)+1.2(4)=2.4(8)]顯示是2.4,但是計算結果四舍五入的話就變成了2.5。由此可知,解決誤差的方法就是每一步計算結果都要四舍五入。

2.2.2土壤濕度持水量查表計算程序設計方法。第2階段即全縣普查中的土壤濕度持水量查表計算的程序設計,是各種Excel函數的綜合運用,其中邏輯函數的運用起到了非常重要的作用。設計思路是通過IF函數的多層套用來完成對表格數據的選擇計算,如IF(F11>60,(IF(F11>90,“優秀”),“合格”),“不合格”),說明為F11≤60時顯示“不合格”,當F11>90時顯示“優秀”,否則(60<F11≤90的情況)為合格。設10或20cm土壤含水量平均值為a,a對應的土壤濕度持水量為b,對a向下取為最近的整數設為A,取整過程對應的函數為INT(a),A對應的土壤濕度持水量為B,B0為山嶺、丘陵、平原、湖洼中的一類土壤濕度持水量數組的第1個數值(為15或17或22),A0為B0對應的土壤含水量平均,B、B1為表1中顯示的2個鄰近的土壤濕度持水量,且B1>B。土壤濕度持水量b計算方法是:b=B+(a-A)×(B1-B)(1)式中,B、(a-A)部分很容易用函數表達出來,但是(B1-B)部分是隨B變化的數值,用函數比較難表達,是一個難點。下面主要討論(B1-B)的取值問題。通過對表1中土壤濕度持水量大小變化的分析,發現對應土壤濕度持水量后面數值減前面數值的差值(B1-B)變化是有規律的。

如山嶺、丘陵對應土壤濕度持水量后面數值減前面數值差值,即(B1-B)都是5,平原的前后數值差值(B1-B)依次為5、4、4、5、4、4、5、4、5、4、4、5、4、4、5、4、4、5、4,湖洼的前后數值差值(B1-B)依次為4、4、3、4、4、3、4、4、4、3、4、4、3、4、4、3、4、4、4、3、4。那么由10cm或20cm土壤含水量平均數值a,查表算得的土壤濕度持水量的算法如下。2.2.2.1山嶺、丘陵。b=B+(a-A)×(B1-B)=A×5([a-A]×5=a×5(2)2.2.2.2平原。先分析其前后數值差的規律5、4、4、5、4、4、5、4、5、4、4、5、4、4、5、4、4、5、4,可以看出(B1-B)的差值是4或5,即是4+0或4+1。設單下劃線的差值5、4、4為有規律數段,雙下劃線的5、4少1個數,為無規律數段。為了分析方便,先假定(B1-B)差值數列都是由5、4、4這樣3個數的小段組成,如5、4、4、5、4、4、5、4、4…,由于(B1-B)差值數列以3個數值為1個循環出現差值5,那么出現4+0或4+1的情況就能用算式4+INT[(B-B0)/3]表示(INT為向下取整函數)。如果都是5、4、4的數段那么算法就容易多了,但是出現了5、4使得原差值數列循環變的無規律,為了解決這個問題,可以把原差值數列分為2個部分5、4、4、5、4、4、5、4和5、4、4、5、4、4、5、4、4、5、4,那么每個部分又都由有規律的數段組成了,用分情況討論的方法分別編寫算法式子就可以解決問題。由于5、4和5、4在原差值數列中的位置不一樣,5、4出現在原差值數列中間,其后面一個數為5而不是4,所以歸為無規律的數段,5、4在原差值數列最后,可以看作是5、4、4前面一部分,所以歸為有規律數段。以平原的土壤濕度持水量查算為例:不規律的數段5、4中的第1個的差值5(即57-52=5)出現在A=13點處。下面以13為界線分情況討論。(1)當a<13時,A取數值4,那么A=4對應的土壤濕度持水量B為17,則:X1=[17(4×(A-4)](INT[(A-4(2)/3],X2=[17(4×(A(1-4)](INT[(A(1-4(2)/3]。土壤濕度持水量的算法:b1=B((a-A)×(B1-B)=X1+(a-A)×(X2-X1)。(2)當a≥13時,A取數值13,那么A=13對應的土壤濕度持水量B為57,則:X3=[57+4×(A-13)](INT[(A-13)/3],X4=[57(4×(A(1-13)](INT[(A(1-13)/3]。土壤濕度持水量的算法:b2=B((a-A)×(B1-B)=X3((a-A)×(X4-X3)。用邏輯函數的IF語句來反映討論的情況有IF(A<13,B1,B2)具體函數為:IF(a<13,(4+INT((A+1-4+2)/3)-INT((A-4+2)/3))×(a-A))+(17+4×(A-4))+INT((A-4+2)/3),(4+INT((A+1-13)/3)-INT((A-13)/3))×(a-A)+(57+4×(A-13))+INT((A-13)/3))。工作表中的函數應用舉例見圖2。2.2.2.3湖洼。先分析差值的規律4、4、3、4、4、3、4、4、4、3、4、4、3、4、4、3、4、4、4、3、4。數值的循環情況跟平原的相似,只是出現了2處不規律的數段,把上面的差值數列分為了3段4、4、3、4、4、3、4、和4、4、3、4、4、3、4、4、3、4、和4、4、3、4這樣每段的差值又有規律了。這個就要求分3種情況討論分別編寫算法公式。分別是a<15、15≤a≤25、a≥25。

算法編寫中用到IF函數的2層套用就可以了.2.2.3抄錄計算結果程序設計。第3階段為了方便抄錄計算結果,可以給個別工作表單元格設定顏色,這樣能防止看花眼抄錯行。為驗證計算的準確度,帶入之前人工計算過的3套初始數據。計算機通過Excel函數計算出來的結果與人工算的結果完全一致,這說明用Excel工作表來計算農業氣象測墑數值是可行的。下面是設計好的Excel工作表格,其中包含了一次具體的計算過程。(1)固定地段的Excel工作表格(2)全縣普查的Excel工作表格(圖5)。使用該Excel計算工作表的時候,只需要輸入濕土重和干土重就能得到需要的含水量、干土重、土壤含水量、土壤持水量等數據結果。

3結語

Excel在農業氣象測墑計算中的應用減少了工作時間,提高了工作效率,計算結果精確度為100%。對土壤濕度持水量表的查算涉及到數據的選擇處理用到了IF語句的多層套用,這實際體現了分情況討論的思想。用Excel中函數提供的IF語句來設計表格數據查算實現起來不困難,并且Ex-cel工作表格界面簡單直觀容易被縣局工作人員學習接受。綜上,Excel在農業氣象測墑計算中的應用,特別是運用Ex-cel來設計表格數據查算有一定的推廣價值。