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。     

1961-2010年中国参考作物蒸散量变化趋势与时空格局

根据甄选的中国529个气象台站1961-2010年的观测资料,利用联合国粮食及农业组织(FAO)推荐的Penman-Monteith模型估算了全国年际参考作物蒸散量,探究了中国1961-2010年参考作物蒸散量变化趋势与时空格局.结果表明:(1)通过对中国参考作物蒸散量的年变化趋势进行分析,发现1961-2010年参考作物蒸散量先有下降趋势(1961-1993年),下降幅度不大,后又有缓慢的回升(1994-2010年),但总体呈下降趋势;(2)通过对各站近50年参考作物蒸散量平均值的时空分布进行分析,发现中国西北地区和西南地区明显大于东北地区和中部腹地;(3)中国参考作物蒸散量时空分布主要影响因素是风速和气温(气温影响范围广,风速影响程度大),也与中国地形复杂、面积广阔、经纬跨度大、各地气象条件差异导致作物蒸散能力差异有关.     

利用小蒸发皿观测资料确定参考作物蒸散量方法研究

参考作物蒸散量是土壤－植被－大气系统水分能量平衡模型的重要参数，如何准确获得将直接影响模型应用和最终模拟预测精度。该文利用分布于黄土高原地区65个气象站1971～2000年的气象资料，以FAO推荐的Penman-Monteith方法确定的参考作物蒸散量为标准，提出了根据平均相对湿度与风速为变量确定由20 cm小蒸发皿观测的水面蒸发量计算参考作物蒸散量的系数Kp。结果表明：由蒸发皿观测值计算的3 d或更长尺度的ET₀与Penman-Monteith方法计算的ET₀结果一致性很高，在对Kp方程系数进行适当的地域性调整后，由蒸发皿观测值和Kp确定的ET₀与Penman-Monteith方法确定的ET₀结果一致，从而认为在黄土高原地区参考作物蒸散量计算可以应用20 cm蒸发皿系数法。     

衡水市参考作物蒸散量的时空变化特征及其气候成因

参考作物蒸散量是计算作物需水量的关键,是进行实时灌溉预报和农田水分管理的主要参数.本文基于1981-2010年衡水市11个站点的地面气象观测资料,利用FAO推荐的Penman-Monteith公式计算参考作物蒸散量(ET0),通过小波分析、突变检验等方法分析其时空变化特征,并采用相关分析法初步探讨其气候成因.结果表明,(1)近30a衡水市年参考作物蒸散量呈显著下降趋势(P＜0.05),除2、3月外,其它月份的参考作物蒸散量均有下降趋势;衡水东北部年参考作物蒸散量较大,西南部及安平较小,年参考作物蒸散量较大的地区其下降速率也较大,较小的地区其下降速率也较小.(2)衡水市年参考作物蒸散量存在准6a的主要振荡周期,周期显著;6、8和12月以及全年参考作物蒸散量均发生了气候突变;全区一致型是衡水市年及月参考作物蒸散量变化的最主要的空间模态,且其空间分布均具有很好的收敛性.(3)气温日较差、最高气温、日照时数和相对湿度是影响参考作物蒸散量变化的关键气候因子,其影响程度因季节而异,ET0与气温日较差、最高气温和日照时数呈显著正相关(P＜0.05),与相对湿度呈显著负相关(P＜0.05),风速变化对ET0影响较小;其中5-9月ET0受日照时数影响最大,受气温日较差、相对湿度和最高气温的影响依次减小.     

湛江地区适宜参考作物蒸发蒸腾量计算模型分析

用湛江市日平均、旬平均、月平均气象资料,以6种方法计算参考作物蒸发蒸腾量,并以FAO56 Penman-Monteith公式计算结果为标准,评价其他方法在湛江的适用性.结果表明:Hargreaves-Samani方法的年平均参考作物蒸发蒸腾量与FAO56 Penman-Monteith没有显著差异;月平均参考作物蒸发蒸腾量,除个别月份外,其他5种方法与FAO56 Penman-Monteith方法都有显著差异;不同方法计算结果与FAO56 Penman-Monteith法的均方偏差不同的时间尺度表现不同,日值计算,1948 Penman方法最小,Irmark-Allen次之;旬值计算,1948 Penman方法最小,Hargreaves-Samani、Irmark-Allen次之;月值计算Hargreaves-Samani最小,1948 Penman次之.1948 Penman、FAO24 Penman与FAO56 Penman-Monteith法的相关系数较大,Priestley-Taylor、Irmark-Allen次之,Hargreaves-Samani法的较小.     

参考作物蒸散简易估算方法在黄土高原的适用性

参考作物蒸散(ET0)的简易估算方法在气象数据缺乏区域具有广泛的应用,但其适用性需要评估。基于1961~2009年48个气象站的数据,以FAO Penman-Monteith公式为标准评估了6种ET0简易估算方法(FAO-24Rad、FAO-24BC、Hargreaves、Priestley-Taylor、Makkink和Turc)在黄土高原应用的可能性。结果表明,对于ET0年值的估算,FAO-24BC和Hargreaves的结果令人满意,效果最差的是Makkink和Priestley-Taylor公式。ET0年值误差主要来源于11-3月,各方法对4-10月ET0的估算效果相对较好。各方法的适用性存在空间变异,FAO-24BC和Hargreaves公式的效果普遍较好,其他方法对该区各站ET0估算误差均较大,特别是Makkink和Priestley-Taylor公式;除Priestley-Taylor公式外,多数方法对西南区的估算误差较大。因此,黄土高原地区进行参考作物蒸散的简单计算时,推荐使用FAO-24BC和Hargreaves方法。     

西北旱区参考作物蒸散量空间格局演变特征分析

利用西北旱区124个站点10a逐日气温、相对湿度、日照时数和风速资料,采用FAO的Penman-Monteith和Kriging方法对参考作物蒸散量进行估算和空间化,分析2000-2009年作物生长季(4-9月)参考作物蒸散量年际变化≥0.4mm区域质心的空间迁移规律。结果表明,作物生长季(4-9月)年际日均蒸散量变化≥0.4mm地区的质心整体经历从西到东两次波动,最后定位在中东部,质心迁移路径空间变化表现为由较发散变为较集中,然后到较发散;从各月年际变化上看,4月质心迁移平面距离最长,其次为7、9、6、8月,5月最短;迁移方向没有明显变化规律,各月质心最后到达位置各不相同,但是都处于内蒙古地区。近10a(2000-2009年)来,4-9月参考作物年际日均蒸散量变化≥0.4mm区域的面积呈现一定的增加趋势,其中4、6、9月的波动较大,年际变化趋势不明显,而5、7、8月面积变化曲线呈稳定增加趋势(P<0.05)。8月蒸散量对平均温度正向敏感的站点最多,敏感性较高的站点主要分布在中部和南部地区,其次是日照时数,蒸散量对相对湿度敏感的站点最少。研究结果对农业旱情监测、水资源管理和评价具有重要意义。     

GIS支持下安徽省近35 a参考作物蒸散量的时空变化

参考作物蒸散量是重要的水分资源分量。为了研究气候变化条件下安徽省参考作物蒸散量的变化,采用联合国粮农组织（FAO）1998年推荐的Penman-Monteith法,利用安徽省79个台站1971－2005年的气象观测资料,计算站点参考作物蒸散量。在此基础上采用克里格插值方法,生成基于GIS的安徽省参考作物蒸散量分布图。分析结果表明：安徽省近35a平均参考作物蒸散量空间分布特征为,平原大、山区小;由北向南逐渐递减,受气候、地形等因素的影响,具有较明显的地域性差异;从时间尺度上看,自1971年以来,参考作物蒸散量总体上呈随年代波动下降趋势,但存在地区差异;年内季节变化为夏季＞春季＞秋季＞冬季;逐月变化呈单峰变化趋势,峰值出现在7月,5－8月份较多,11月至翌年2月最低,且不同区域之间存在着明显的差别。     

基于云模型的甘肃省参考作物蒸散量时空分布特征

为了深入探寻甘肃省参考作物蒸散量(reference crop evapotranspiration,ET0)的时空分异特性,利用甘肃省29个气象测站1951-2013年的观测资料,采用Penman-Monteith公式计算参考作物蒸散量。依靠处理定性概念与定量描述不确定转换的云模型,研究了ET0时空分布的均匀性和稳定性,并对ET0在月、季、年及空间上的变化特性进行了分析。结果表明:甘肃省ET0年际变化呈现逐年波动式的上升趋势,整个区域的ET0以2.11 mm/(10a)的倾向率增长;年内ET0逐月变化表现为单峰型,11月到次年3月分布较为均匀、稳定,4月到8月较为离散、不稳定。甘肃省ET0四季分布差异明显,夏季最大、春季次之、秋冬季最小;秋、冬季ET0分布较春、夏季更为均匀;春、冬季稳定性好于夏、秋季。甘肃省ET0在空间上总体呈西北地区大于东南地区的分布态势。与时间分布相比较,空间分布上较为离散、不均匀,而且也不稳定,总体上近33 a的不均匀性小于前30 a,稳定性也有逐渐增强的趋势。     

太行山山前平原区蒸散量和作物灌溉需水量的分析

应用Penman-Montieth、Priestley-Taylor和FAO-24 Blaney-Criddle 3种方法计算了太行山山前平原高产区的参考作物蒸散量并对计算结果和利用实际蒸散量计算的作物系数进行了分析，结果表明：Penman-Montieth公式和FAO-24 Blaney-Criddle公式估算的参考作物蒸散量结果相近，而Priestley-Taylor方法结果偏低；在不同公式基础上计算的作物系数也存在着明显的差异，以Penman-Montieth公式为基础计算的作物系数比较合理，FAO-24 Blaney-Criddle计算的作物系数在4月到10月之间比较合理，Priestley-Taylor公式计算的作物系数偏高；在分析了多年作物系数的基础上，对不同水分年型下的作物需水量和灌溉需水量进行了计算，冬小麦和夏玉米季的灌溉需水量分别在270～400 mm和0～330 mm之间。     

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。     

Estimation of reference evapotranspiration and crop coefficient in wheat under semi-arid environment in India

Abstract

The comparison of six standard reference evapotranspiration (ETo) estimate models was carried out with measured lysimeter evapotranspiration (ETc) in wheat crop in a semi-arid environment at Rahuri, India. The globally accepted reference evapotranspiration model of FAO 56 Penman Monteith underestimated the references ETo by 19.2% (420.5 mm) over lysimeter ET (520.7 mm). Out of the remaining five models, the Hargreaves model ranked first and was overestimated by 6.5% followed by the Blaney Criddle model (underestimated by ?5.6%). The references ETo by pan evaporation model underestimated the reference ETo to the extent of ?28.8%. The influence of statistical indicators like RMSE, MBE which was computed by considering Lysimeter ETc as standard, was quite low in the Hargreaves model compared to the rest of the models and hence, the Hargreaves method is quite acceptable for ETo estimates as this method requires much less climatic parameters (temperature and extraterrestrial radiation) than Penman Monteith (FAO56) and Modified Penman of FAO 24 as these models require aerodynamic and radiation terms, besides additional physical terms in former models of ETo estimates. The seasonal crop coefficients were 1.24, 1.13, 0.94, 0.85, 1.06 and 1.40 in Penman Monteith, Modified Penman, Hargreaves, Radiation balance, Blaney Criddle and Pan Evaporation models, respectively.     

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。     

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。     

Calibration and validation of four common ET0 estimation equations by lysimeter data in a semi-arid environment

In this study, four different methods for reference crop evapotranspiration (ET₀) were calibrated and validated for estimation of daily to mean monthly ET₀ by weighing lysimeter data during 2005–2006 and 2004–2005, respectively, in a semi-arid region. The value of the constant in the Hargreaves–Samani method changed from 0.0023 to 0.0026 for daily to mean monthly ET₀, and can be used in stations with only air temperature data. The constant of the aerodynamic resistance equation in the FAO-56 Penman–Monteith method (208.0) changed to 85.0. The value of coefficient a in the FAO-24-Radiation method was between ?0.5 and ?0.67. Further, the empirical equations were modified to estimate the value of b in the FAO-24-Radiation method and C in the FAO-24 corrected Penman method. The results showed that the modified FAO-56, corrected Penman–Monteith and FAO-24-Radiation methods are the most appropriate for estimating daily to mean monthly ET₀. Furthermore, the modified FAO-24 corrected Penman method was ranked in fourth place and its accuracy was lower than that of the other methods. However, it is appropriate for estimating mean monthly ET₀. Smoothing the daily data decreased the fluctuation in measured daily weather data and ET₀ measured by lysimeter, and consequently resulted in a higher accuracy in the estimation of daily ET₀.     

黄土区参考作物蒸散量多种计算方法的比较研究(简报)

参考作物蒸散量的计算公式大多存在地域性限制,分析其应用情况能够反映这些公式在中国部分地区的应用前景.该文根据1996～2000年陕西省榆林、延安与西安三站的逐日气象资料,以FAO推荐的Penman-Monteith方法为标准, 对计算参考作物蒸散量的10种方法进行比较.线性回归,平方根误差与平均偏差方法检验的结果显示:Penman系列方法之间关系密切,Kimberly PM-72方法最好.不同方法之间在夏季的差异较大,春秋季较小.在需要数据较少的方法中Privstley-Taylor方法接近penman-Monteith方法.FAO-Rad、FAO-BC、Hargreaves与Makkink4种方法与其差异明显,而且存在地域差异.在本区应用这些方法时需要对其参数进行适当调整,以适应当地的气象条件.     

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。