内蒙古河套灌区ET0不同计算方法的对比研究(简报)

为了提出适合内蒙古河套灌区ET0计算方法,该文根据实测田间微气象资料,分别对5种参考作物腾发量（ET0）的计算方法（FAO56Penman-Monteith,Priestley-Taylor、FAO Penman、Hargreaves-Samani、Irmark-Allen拟合）进行对比分析,并评价各方法的适用性。结果表明,FAO Penman法的计算结果与FAO56 Penman-Monteith计算结果最为接近,其平均绝对误差与平均相对误差分别为0.43mm/d,12.50%;其他方法在不同季节具有不同的正负偏差。其中,在整个计算时段内,Irmark-Allen拟合法与Hargreaves-Samani法计算值与Penman-Monteith计算结果偏差较大,不适于在此地区气候条件下使用。FAO Penman法与FAO56 Penman-Monteith法基本相同,适用于大多数气候条件;Hargreaves-Samani法适用于在温差较小地区计算ET0;Irmark-Allen法与Priestley-Taylor法适用于在相对湿度较大地区应用。     

内蒙古河套灌区ETO不同计算方法的对比研究

为了提出适合内蒙古河套灌区ETO计算方法,该文根据实测田间微气象资料,分别对5种参考作物腾发量(ETO)的计算方法(FAO56Penman-Monteith,Priestley-Taylor、FAO Penman、Hargreaves-Samani、Irmark-Allen拟合)进行对比分析,并评价各方法的适用性.结果表明,FAOPenman法的计算结果与FAO56 Penman-Monteith计算结果最为接近,其平均绝对误差与平均相对误差分别为0.43 mm/d,12.50%;其他方法在不同季节具有不同的正负偏差.其中,在整个计算时段内,Irmark-Allen拟合法与Hargeaves-Samani 法计算值与Penman-Monteith计算结果偏差较大,不适于在此地区气候条件下使用.FAO Penmaa法与FAO56 Penman-Montcith法基本相同,适用于大多数气候条件;Hargreaves-Samani法适用于在温差较小地区计算ETO;Irmark-Allcn法与PriestIcy-Taylor法适用于在相对湿度较大地区应用.     

高寒草甸蒸散量及作物系数的研究

利用FAO Penman-Monteith计算法(FAO P-M法)、Penman修正公式法(P法)、Irmark-Allen拟合公式法(I-A法)分别计算了海北高寒草甸参考作物蒸散量,并以FAO P-M法计算结果为标准,与其它两种方法的结果进行比较。结果表明,海北高寒草甸地区年参考作物蒸散量为812.0mm,其中植物生长季的5-9月为500.9mm。FAO P-M法计算参考作物蒸散量较为合理,造成其他两种方法计算结果偏差的原因主要是辐射项的选取及土壤热通量的影响。利用实测土壤含水量资料和水量平衡方法计算的植物生长期的5-9月植被实际蒸散量为425.5mm,与FAO P-M法得到的参考作物蒸散量相比计算作物系数,得到植物生长初期、中期和末期的作物系数分别为0.51、0.96和0.87。     

参考作物蒸发蒸腾量计算方法在海河流域的适用性

参考作物蒸发蒸腾量（ET0）的计算公式很多,各公式所需参数各异,为寻找一种所需资料少而又精度较高的替代方法,选用1998年FAO-56分册推荐的Penman－Monteith（PM）、Hargreaves、Irmark-Allen等6种方法分别计算海河流域10个典型气象站30 a的参考作物蒸发蒸腾量,并以PM公式为标准,对其他方法进行评价。结果表明,10个站点中除了五台山地区,Hargreaves与FAO-24 Radiation 这2种方法更接近于PM方法的计算结果,其误差较小,在海河流域缺少辐射和风速     

甘肃地区参考作物蒸散量时空变化研究

区域水土平衡模型的建立通常需要确定计算参考作物蒸散量的模型,这一模型的精确与否,直接影响整体预测模型的最终预报精度.运用FAO-24 Blaney-Criddle法、FAO-24 Radiation法、FAO PPP-17 Penman法及FAO Penman-Monteith(98) 4种方法,对甘肃省1981～2000年33个站点的月参考作物蒸散量进行了计算.对比分析结果表明,AO Penman-Monteith(98)模型的精度与灵敏度均显示了较强的优越性.运用该模型对甘肃省参考作物蒸散量的时空分布特征进行研究表明:甘肃省参考作物蒸散量年内逐月演变曲线呈单峰状;年际蒸散量变化与夏季年际波动变化存在较高一致性;全年参考作物蒸散量分布具有从东南向西北递增的趋势.     

玛纳斯河流域ET0影响因子分析及对Hargreaves法的修正

准确估算作物蒸发蒸腾量对于农业水资源的规划和指导农田灌溉非常重要。该文以具有典型内陆河特征的玛纳斯河流域为例,根据1953-2008年的气象资料,采用Penman-Monteith(PM)法计算了流域内参考作物蒸发蒸腾量,并对影响参考作物蒸发蒸腾量的各气象因子进行了通径分析,结果表明在玛纳斯河流域温度是影响参考作物蒸发蒸腾量的最主要因子。以PM法计算得到的参考作物蒸发蒸腾量为标准值,对Hargreaves法计算的参考作物蒸发蒸腾量进行比较分析,结果表明Hargreaves法计算结果偏差较大,在4-10月尤为明显。基于35 a气象资料,采用贝叶斯方法对Hargreaves公式进行修订,采用另外21 a气象资料对修订的Hargreaves公式进行验证,结果显示修正后的Hargreaves公式满足精度要求,且计算简便,可为内陆河流域参考作物蒸发蒸腾量的计算提供参考。     

几种常用净辐射计算方法在黄淮海平原应用的评价

Penman修正式和FAO Penman-Monteith公式是利用气象资料计算参考作物蒸散量方法中应用最广泛的。这些公式中净辐射是根据温度、日照时数、湿度以及一些当地的参数来计算的。用实测数据评价净辐射计算方法的研究还很少。该文作者利用中国科学院禹城综合试验站实测数据对两个公式中净辐射计算方法在黄淮海平原的应用进行了评价。在Penman修正式中，别尔良德法、彭曼法、布朗特法和邓根云法是常用的净长波辐射计算方法。结果表明：在Penman修正式净辐射公式中，采用别尔良德净长波计算方法误差最小，而且与FAO Penman-Monteith公式中净辐射计算精度一致，但都存在相对误差在11～1月份比其他月份偏大的现象。进一步建立了适合本地区的用总辐射推算净辐射的经验公式。     

基于称重式蒸渗仪实测日值评价16种参考作物蒸散量(ET_0)模型

参考作物蒸散量(ET_0)的准确估算是作物需水量及区域农业水分供需计算的关键,尽管已提出大量方法,但缺乏基于实测值的严格检验。本文利用北京小汤山2012年称重式蒸渗仪实测日值,检验16个ET_0模型,包括5个综合法、6个辐射法、5个温度法模型。依据均方根误差RMSE值,各模型估算效果的排序为FAO79 Penman=1963 Peman1996 Kimberly PenmanFAO24 PenmanFAO56 Penman-Monteith(PM)TurcFAO24 Blaney-Criddle(BC)DeBruin-KeijmanJensen-HaisePriestley-Taylor(PT)FAO24RadiationHargreavesMakkinkHamonMcloudBlaney-Criddle(BC)。总体而言,综合法表现最好,其RMSE在1.33~1.47mm·d~(-1),以FAO79 Penman和1963 Penman为最好;辐射法次之,其RMSE在1.48~1.77mm·d~(-1),以Turc最好;温度法检验效果最差,其RMSE在1.50~2.68mm·d~(-1),以FAO24 BC为最好。FAO79Penman和1963 Penman比最好的辐射法和温度法模型的精度分别高10%和13%。综合法、辐射法模型普适性好于温度法的原因在于其均含有影响ET_0的关键因子——辐射或饱和水汽压差VPD。所有模型均具有低蒸发条件下高估、高蒸发条件下低估的阈值特点,综合法及辐射法平均低估0.14mm·d~(-1)和0.33mm·d~(-1),而温度法平均高估0.52mm·d~(-1)。前两类方法 ET_0阈值相对较低,更适于低蒸发力条件,而温度法较适于高蒸发力条件。所有综合法、辐射法模型及温度法的Hargreaves和FAO24 BC法估算值与实测值变化趋势一致,说明模型结构合理,可通过参数校正提高精度;但对于与实测值趋势不吻合的温度法,模型结构尚需优化。VPD和最大湿度RHx是影响综合法、辐射法估算偏差的两大主要因子,其中VPD对低估类模型偏差影响最大,且偏差随着VPD增加而增大;而RHx对高估类综合法模型(1963 Penman、FAO79 Penman)偏差影响最大,且偏差随RHx增加而减小。校正后的PT(1.38)、Makkink(0.83)、Turc(0.014)及Hamon(1.248)系数大于原系数,而Hargreaves(0.0019)和BC(0.192)校正系数低于原系数。此外,PT与Hamon的系数利用最小相对湿度、Turc和Makkink系数利用VPD、Hargreaves和BC系数利用辐射或日照时数能得到最佳估算。FAO56 PM表现不佳(RMSE=1.47mm·d~(-1))的原因与站点气候干燥程度、较低的空气动力项权重有关。后人对原始Penman式的诸多修正并没有显著改善精度,因此建议在类似气候条件地区继续使用老版本Penman式。同时,对FAO56 PM的进一步检验将有助于回答"FAO56 PM是否真正比其它综合法具有优势,在何种气候下表现好,在高蒸发条件下低估是否为普遍现象"等科学问题。     

四种参考作物蒸散量综合法的比较

参考作物蒸散量(ET0)的估算是作物需水量计算的关键,诸多估算方法在不同地区具有不同的适应性。本文利用中国农业主产区6个代表站点的气象数据,以FAO 56 Penman-Monteith (PM)为标准,对常用的1963 Penman(Pen63)、FAO 1979 Penman(FAO 79)、FAO 24 Penman(FAO 24)及1996 Kimberly Penman(Kpen)共4种参考作物蒸散量综合方法进行比较评价。结果表明：（1）Pen63、FAO 79及Kpen的日估算值均比PM估算值偏高,FAO 24偏低,其平均偏差分别为0.28、0.52、0和-0.17mm×d-1,相对偏差为16.0%、25.2%、2.4%、-5.3%,相对均方根误差为12.1%、22.4%、14.2%和13.5%。（2）Pen63、FAO 79的月估算值显著高于PM值,在高估最大的5月份平均偏高12.5mm (10.8%)和28.2mm (22.6%)。FAO 24表现为低估,低估最大的月份平均偏低11.4mm (8.1%),但在南方站点多数月份的估算值与PM估算值无显著差异。Kpen月估算值与PM估算值相比,既有高估(5-10月),也有低估,高估最大的月份平均偏高19.7mm(14.5%),且在南方站点的秋冬季有近6个月与PM无显著差异。（3）Pen63和FAO 79的年值均显著大于PM年值,平均偏高103.8mm(11.8%)和191.5mm(21.3%)。FAO 24年平均低估PM值60.9mm (6.3%),Kpen则平均高估50.5mm (5.8%)。（4）时间尺度对评价结果具有一定影响,4种综合法依据日、年值的评价效果排序分别为Pen63＞FAO 24＞Kpen＞FAO 79和Kpen＞FAO 24＞Pen63＞FAO 79。在日尺度下4种方法更适于湿润气候,但年尺度下仅FAO 79和FAO 24较适于湿润气候。可见,4种综合法以Pen63普适性最好,FAO 79最低,因此使用FAO 79前对其进行适应性评价尤为重要。     

陕西关中地区ET0计算公式的适用性评价

为明确参考作物蒸发蒸腾量(ET0)计算公式在陕西关中地区的适用性,该文按照FAO(1994)对Penman-Monteith公式的设定条件,采用称重式蒸渗仪测定ET0。以该实测值为标准,对具有代表性的ET0计算公式:FAO-17Modified-Penman(FAO-MP)、裴步祥修订的Modified Penman(PBX-MP)、Penman-Monteith(PM)、ASCEPenman-Monteith(ASCE-PM)公式进行对比分析,研究不同ET0计算公式在该地区的适用性及计算值产生偏差的原因。试验结果表明,ASCE-PM计算值与实测值最接近,线性回归系数为1.03(R2=0.87),绝对误差为0.31mm;其次为PM、PBX-MP、FAO-MP。气象因子对辐射项和空气动力项的不同影响造成各计算值与实测值的差异,其中,大气温度、日照时数及相对湿度对辐射项影响较大,风速对空气动力项影响较大。ASCE-PM公式可应用于陕西关中半湿润地区ET0计算。     

基于极限学习机的参考作物蒸散量预测模型

为实现气象资料缺乏情况下参考作物蒸散量（reference crop evapotranspiration, ET0）高精度预测,以气象因子的不同组合为输入参数,利用FAO-56 Penman-Monteith公式计算的ET0作为预测标准值建立基于极限学习机（extreme learning machine, ELM）的ET0预测模型。选取川中丘陵区7个气象站点1963－2012年逐日气象资料进行模型训练与测试,并将模拟结果同Hargreaves、Priestley-Taylor、Makkink及Irmark-Allen等4种常用模型进行对比。结果表明：ELM模型能很好地反映气象因子同ET0间复杂的非线性关系,且模拟精度较高;基于最高和最低温度的ELM模型模拟精度（均方根误差和模型效率系数分别为0.504 mm/d和0.827）高于Hargreaves模型（均方根误差和模型有效系数分别为0.692 mm/d和0.741）;基于最高、最低温度和辐射的ELM模型模拟精度（均方根误差和模型有效系数分别为0.291 mm/d和0.938）明显高于Priestley-Taylor（均方根误差和模型有效系数分别为0.467 mm/d和0.823）、Makkink（均方根误差和模型有效系数分别为0.540 mm/d和0.800）和Irmark-Allen模型（均方根误差和模型有效系数分别为0.880 mm/d和0.623）。因此基于最高、最低温度和辐射的ELM模型可以作为气象资料缺乏情况下川中丘陵区ET0计算的推荐模型。该研究可为川中丘陵区气象资料缺乏情境下ET0精确计算提供科学依据。     

两种Penman-Monteith公式计算草坪草参考腾发量的适用性

为了揭示ASCE和FAO56两种Penman-Monteith公式在计算小时参考作物腾发量（ET0）时的差异,开展了充分供水草坪草腾发量观测试验。基于自动气象站的小时气象数据和蒸渗仪试验结果,在对比两公式计算结果差异基础上,以实测的日草坪腾发量为标准评价了2种计算公式小时ET0的日累积结果及以日的计算结果。结果表明：2种Penman-Monteith公式计算的小时ET0结果存在一定差异,ET0较高的时段差异也比较大。白天FAO56 Penman-Monteith公式的计算结果低于ASCE Penman-Monteith公式的计算结果,夜晚则正好相反,原因在于Cd取值的差异。与实测日ET0结果相比2种公式小时时段的ET0结果的累积值误差均比较大,ASCE的改进并没有使Penman-Monteith在计算结果上取得实质性的改进,相比之下以日为时段的Penman- Monteith公式（ASCE同FAO56）取得了与实测结果最为一致的效果。进一步根据实测的小时ET0数据以及更长序列的日ET0实测结果,评价FAO56 Penman-Monteith和ASCE Penman-Monteith结果的地区适用性将是今后研究内容之一。     

安徽省参考作物蒸散模型参数化

模型参数优化是准确估算参考作物蒸散(reference crop evapotranspiration,ET0)的关键问题之一。该研究基于安徽省81个地面气象站点1961—2011年逐日气象数据和合肥、武汉、南京、杭州和南昌5个辐射站1993—2011年的逐日辐射数据,评估日尺度的净长波辐射、气压和水汽压模型在安徽地区的适用性;并结合已有研究获得的最优逐日太阳辐射参数化估算模型,建立安徽省本地化逐日ET0模型的最优参数化方案,探讨模型参数优化对ET0估算的影响。结果表明:7种净长波辐射估算参数化方案中,邓根云法的精度最高,在安徽地区的适用性优于其他方案,建议作为安徽本地化方案使用;FAO56 Penman-Monteith公式中推荐的气压估算模型和基于实测平均气温和相对湿度估算水汽压的模型在安徽省基本适用,但该研究认为在资料能够获取的情况下直接使用实测值为最优。与基于实测资料计算的ET0相比,该研究建立的本地化最优模型估算的ET0在日、月和年尺度上的相对误差分别为15.5%、9.05%和6.12%,能较好地适用于安徽地区。FAO56 Penman-Monteith公式推荐的参数化方案由于高估了安徽地区的太阳辐射,低估了净长波辐射,导致其与基于实测资料计算的ET0值相比,在日、月和年尺度上高估ET0达40.0%以上,不推荐安徽地区直接使用。研究可为安徽省准确估算作物需水量、农业旱涝评估和合理调度水资源等提供依据。     

参考作物腾发量计算方法在新疆地区的适用性研究

新疆维吾尔族自治区地域辽阔，气候特征空间差异性显著。准确估算各地区的参考作物腾发量(ET₀)是新疆节水灌溉设计的基础。该文选用6种计算公式利用新疆4个典型气候区的气象资料计算了ET₀。并以Penman-Monteith方法作为标准，对其它方法进行评价。结果表明在新疆各气候区1948Penman法估算的ET₀值较FAO-24 Penman与FAO-24 Radiation方法更接近于P-M法的计算结果；在缺少资料的地区，Hargreaves方法或湿润区用Priestley-Taylor方法均可以得到与P-M法估值相当的结果；同时分析了P-M法计算的ET₀值和水面蒸发量之间的关系，为利用水面蒸发资料估算新疆地区ET₀值提供参考。     

黄河上游参考作物蒸散量变化特征及其对气候变化的响应

研究参考作物蒸散量对气候变化的响应对于辨析气候要素对蒸散发的影响具有重要意义。该文在验证FAO推荐的Penman-Monteith(P-M)方法在黄河上游地区适用性的基础上,分析了10个气象站点近50a来参考作物蒸散量的变化特征,计算了参考作物蒸散量对4种气候要素的敏感系数及其对气候变化的响应。结果表明:FAOP-M方法在研究区域具有较强的适用性;参考作物蒸散量随海拔升高而减少,主要集中在生长季的3-10月。高海拔站点参考作物蒸散量年值多呈显著增加趋势,低海拔则明显减少,且变化过程不同。气温和风速敏感系数的年内变化分别呈显著的波峰型和波谷型,日照时数的变化不明显,相对湿度的敏感性呈生长季略有增加趋势;年际变化方面,气温的敏感系数呈显著增加趋势,低海拔地区相对湿度的敏感系数呈显著增加趋势。气温、日照时数的增加和相对湿度的降低导致了高海拔站点参考作物蒸散量的增加,高海拔地区的蒸散发主要受气温、日照时数等能量制约;低海拔站点参考作物蒸散量的减少主要受日照时数和风速减小、相对湿度提高的影响,水分条件的限制更显著。该研究对于结合未来气候变化趋势开展黄河上游地区生态管理,促进生态系统的良性发展,具有重要的科学意义和应用价值。     

蒸散量双线性曲面回归模型的改进及验证

潜在蒸散发是水文循环和能量循环的一项重要组成,准确估算蒸散发对农业水资源有效利用具有重要的理论和现实意义。为获得精度稳定可靠的蒸散发估计值同时只需较少的气象资料,以沂沭河上游流域(临沂控制站)为研究区,提出改进的双线性曲面回归模型(bilinear surface regression model,BSRM)计算站点的潜在蒸散量。以实测蒸发数据折算的陆面潜在蒸散量为标准,同时以彭曼公式(P-M)为参考与之对比,检验和评价3种BSRM模型的精度,并分析各气象因子对潜在蒸散量的影响。结果表明:3种BSRM模型中,基于日照百分率、气温和相对湿度建立的双线性曲面回归模型模拟精度最高,以基于日照百分率计算的太阳辐射、气温、相对湿度建立的双线性曲面回归模型次之,以基于Hargreaves-Allen方程计算的太阳辐射、气温和相对湿度建立的双线性曲面回归模型模拟精度最差。基于日照百分率、气温和相对湿度建立的BSRM模型的模拟精度略优于P-M公式,但所需的气象因子较少,计算方法简单;且受气象因子的变化影响较少,模拟精度稳定可靠,是一种有效的替代方法。     

四川省不同区域参考作物蒸散量计算方法的适用性评价

为实现参考作物蒸散量(reference crop evapotranspiration,ET0)在资料缺失情况下的准确计算,对ET0简化算法在四川省不同区域的适用性进行科学评价,将四川省划分为4个区域(I东部盆地区、II盆周山地区、III川西南地区和IV川西高原区),采用46个气象站点1954-2013年逐日气象资料,以1998 FAO-56 Penman-Monteith(PM)法的计算结果为标准,对具有代表性的6种简易算法48 Penman(48PM)法、Hargreaves-Samani(HS)法、Pristley-Taylor(PT)法、Irmark-Allen(IA)法、Makkink(MAK)法和Penman-Van Bavel(PVB)法的计算精度进行对比,结果表明:6种方法在四川省不同区域计算精度差异明显,HS法、PT法和PVB法较为精准,48PM法、IA法和MAK法误差较大,其中I区表现最好的为HS法,II、III和IV区表现最好的方法均为PT法;同时,除PT法和PVB法外,其余方法空间变异性较大(HS法在海拔较低的I、II区较为精准,在海拔较高的III和IV区结果远小于PM法,48PM法在四川东南地区的计算误差为11.1%~37.5%,在浅山丘区和高原区计算误差多大于50%)。因此,计算四川省的参考作物蒸散量时,推荐在东部盆地区使用HS法,盆周山地区、川西南地区与川西高原区使用PT法。