为进一步提高农业防霜的效果和防霜的成本效益,同时为防霜控制提供技术支撑,迫切需要能从客观现象表征到机理分析上来阐明辐射霜冻发生的微气象特征、霜冻引起的作物生理响应特征、霜冻过程的能量传输特点以及基于能量分配的防霜策略。本研究以茶园辐射霜冻发生过程为对象,开展霜冻的微气象特征和茶树冻害叶片微观结构响应,建立基于多种微气象参数的辐射霜冻支持向量机预测模型;解析霜夜大气-茶树-土壤系统的能量传输过程,建立系统能量传输模型,并采用涡度相关法修正能量传输模型估算的潜热、显热通量;最后,试验研究气流扰动-喷水复合防霜作用时能量传输耦合机理。本论文研究为合理分配防霜能量、选择不同防霜措施及防霜控制,提供技术依据,对于农业防霜实践具有重要的理论和应用价值。主要研究内容和结果如下:（1）辐射霜冻微气象特征与茶树冻害微结构响应构建茶园微气象信息采集系统,连续3年观测辐射霜夜的微气象变化,对比分析秋季、冬季和春季3种强度（轻霜、中霜和重霜）辐射霜冻的微气象要素时空变化动态,从霜冻形成微气象要素和能量传输角度揭示了长江中下游茶区辐射霜冻特征;并采用扫描电镜和透射电镜技术,观察茶树叶片细胞不同组织在不同低温胁迫下的微观结构与超微结构的变化特征,探寻细胞冻害响应的微结构特征。微气象特征观测与计算结果表明:在冬季的轻霜、春季和秋季的重霜时逆温强度均高于轻霜和中霜,逆温现象明显。霜夜6个高度的空气相对湿度均达到90%以上;冠层上方2.5 m处风速相对稳定,均小于1.0 m·s^-1,叶片气孔阻力基和冠层阻力在霜夜基本保持不变,茶树-土壤-大气系统的下垫面较为稳定。表层土壤温度随时间缓慢降低。在整个霜夜,显热通量总量占净辐射总量的32.2%⁶8.4%,潜热通量总量占净辐射总量的1.5%¹7.9%,外界能量主要以显热的方式通过空气为媒介进入茶树冠层,整个系统的蒸散作用较为微弱,系统散失的热量大于其接收到的热量。冻害微结构响应特征分析结果表明:茶树叶片的微观结构和超微结构在-2.0℃低温开始发生变化,随着温度的持续降低至-10℃时,细胞器的瓦解使得茶树叶片细胞无法正常工作,直接造成细胞不可恢复的损伤,可被认为是茶树对于冻害的响应特征。（2）基于微气象要素的支持向量机辐射霜预测模型基于试验茶园2016年-2018年间的微气象数据,引入线性核函数、径向基核函数和多项式核函数三种核函数,建立4种支持向量机模型,对6种不同霜冻微气象数据组合进行学习与训练,筛选出最优的霜冻预测模型和最相关的微气象特征参数。霜冻预测结果表明:基于不同核函数的支持向量机模型以不同微气象参数作为输入组合,对霜冻预测的准确度存在明显差异。当使用具有单一性和线性微气象参数的输入组合,基于无核函数的SVM模型在训练集和测试集的预测准确度均高于其他模型;采用32种微气象参数作为输入组合,建立SVM_BRF辐射霜冻预测模型,其准确度最高;采用冠层处微气象数据作为输入组合,基于SVM_BRF模型的霜冻预测准确度最佳,其预测准确度在训练集和测试集分别为89.39%和90.29%。（3）霜夜大气-茶树-土壤系统能量传输模型通过基于涡流扩散理论,建立了霜夜大气-茶树-土壤系统的能量传输模型（简称:能量传输模型）,针对3种季节（秋季、冬季和春季）的3种强度（轻霜、中霜和重霜）的霜夜,将能量闭合度作为评价指标,对比能量传输模型与单层模型对潜热通量和显热通量估算能力,量化系统内部各部分能量通量。模型比较结果表明:3种季节（秋季、冬季和春季）3种不同程度霜夜,能量传输模型所估算的显热与基于单层模型所估算的显热和潜热,均具有较好的线性关系,两种模型的显热和潜热随时间变化趋势基本一致,但在数值大小上存在差异,能量传输模型的显热和潜热的最大值(H_f-max和LE_f-max)均低于单层模型的显热和潜热最大值(H_max和LE_max),且能量传输模型的能量闭合度（EBR_f）均略高于单层模型的能量闭合度（EBR_s）,能量传输模型对通量的估算的准确度较优于单层模型。系统内部能量通量变化结果表明:在土壤-茶树子系统中,冠层下净辐射R_ns均处于较低水平,R_ns的能量传输方向由下向上,为土壤-茶树子系统内提供能量;土壤-茶树子系统的潜热LE_s低于显热H_s,土壤表面与冠层下表明基本无显热交换,整个子系统内蒸发与蒸腾作用微弱;在茶树-土壤子系统中,冠层净辐射总量R_nc-sum为负值,冠层上净辐射R_nc的传输方向从冠层至大气,子系统的显热H_c也处于较低水平,子系统的显热通量总量H_c-sum为负值,系统外能量以显热方式传输至子系统内,LE_c-sum为正值,子系统内能量以潜热和净辐射方式散失到子系统之外;大气-茶树-土壤系统中的能量通过潜热（LE_f）方式从系统中散失到系统外,而系统外大气通过显热（H_f）方式将能量传输至系统内。（4）基于涡度相关法的霜夜能量传输模型修正构建茶园开路涡度相关系统,基于涡度协方差理论,针对3种不同强度（轻度、中度和重度）霜夜,通过处理湍流原始数据,对茶园下垫面稳定度进行分析,估算与评价基于大气-茶树-土壤系统能量传输模型的潜热和显热,确定其修正因子,并对修正后的模型进行评价,实现霜夜能量通量的有效估算。研究结果表明:3种不同程度的辐射霜夜,茶园系统的下垫面均稳定;能量传输模型估算的显热通量值（H_f）略低于涡度相关法观测值(H_ec),而潜热通量值（LE_f）略高于涡度相关法观测值(LE_ec)。H_f和H_ec均具有较好的线性关系,且H_f和H_ec随时间变化趋势相同,轻霜、中霜和重霜的显热通量修正因子k_H和i_H分别为1.82和-1.65、2.80和-6.94、3.06和-15.10。LE_f和LE_ec也具有较好的线性关系,LE_f和LE_ec随时间变化趋势相同,轻霜、中霜和重霜的潜热通量修正因子k_LE和i_LE分别为2.78和10.61、2.44和4.34、2.51和11.94;修正后H_fre和H_ec、LE_fre和LE_ec均具有较好的线性关系,随时间变化趋势和幅值基本一致。（5）气流扰动-喷水复合防霜能量量化研究以茶园防霜为对象,设计开发气流扰动-喷水复合防霜试验系统,在3个典型的辐射霜夜,分别采用基于气流扰动、喷水和二者复合的防霜方式,依据修正后的系统能量传输模型,估算防霜系统各部分能量大小,并对3种防霜方式的防霜效果进行评价。当仅采用气流扰动防霜时,防霜系统开启后,LE会降低,LE和H交替转换;当系统关闭后,防霜系统无法继续为防霜区域提供显热能量,H会快速下降,空气阻力的减小导致LE的快速增大。系统开启前,防霜区冠层温度(T_1.5)与对照区冠层温度(T_ck)基本保持一致;系统开启后,T_1.5缓慢降低至0℃,随后在0.3℃附近波动,一直保持0℃以上,温升（ΔT）逐步升高,基本保持在4.0℃以上,温升效果明显,但系统关闭后,冠层温度会出现快速升温的现象。当采用喷水防霜时,系统工作的整个周期,冠层的能量以净辐射和显热的方式散失至系统外,潜热转换成显热,作物表面结冰抑制了冠层往外的长波有效辐射,使得净辐射通量数值降低。当系统关闭后,H和LE仍然保持不变,冠层结冰持续为冠层提供能量。整个防霜周期内,温升ΔT保持在0℃以上,最高达到3.5℃,喷水防霜方法的温升效果明显,且冠层温度在系统关闭后仍保持在0℃左右,避免快速升温对茶树造成的二次伤害。当采用气流扰动-喷水复合防霜时,系统运行前期,冠层能量以净辐射、显热和潜热的方式散失至系统外,但潜热在正负交替变换,随着喷出水量的增加,冠层表面完全结冰,此时LE为负。当系统关闭后,H和LE仍然保持不变,水结冰释放凝固热,持续为冠层提供能量。复合防霜方法的温升效果明显,且冠层温度在系统关闭后仍然保持在0℃左右,可避免快速升温对茶树造成的二次伤害。