基于CatBoost的温室日参考作物蒸发蒸腾量估算模型研究

参考作物蒸发蒸腾量(Reference Evapotranspiration,ET₀)是估算作物需水量、制定灌溉制度、提高用水效率,实现农业节水的重要参数。针对传统Penman-Monteith(P-M)公式计算作物蒸发蒸腾量需要参数多,计算复杂等问题,提出了一种基于支持分类特征的梯度提升决策树(CatBoost)算法估算温室日参考作物蒸发蒸腾量。以温室修正型Penman-Monteith公式计算的ET₀作为标准值,通过Pearson’s方法对输入参数与ET₀之间的相关性进行分析,组合不同输入特征向量。当输入参数组合为3参数,即平均室内温度、平均相对湿度、累积太阳辐射时,CatBoost性能最优,测试集估算精度MAE为0.220 mm/d,RMSE为0.310 mm/d。进一步对比了6种其他机器学习模型(XGBoost、AdaBoost、随机森林、决策树、KNN、SVM)的估算精度,结果表明CatBoost模型具有最佳的估算精度和稳定性,能够较好地模拟参考作物蒸发蒸腾量。构建的日参考作物蒸发蒸腾量估算模型为水肥精准化管理、灌溉控制系统研发提供了一种新的思路。     

基于Hargreaves的四川地区参考作物蒸发蒸腾量研究

参考作物蒸发蒸腾量是影响作物需水量的关键因素,对农业生产、灌溉指导等具有重要意义。利用四川省内11个国家级地面气象站点1991-2010年逐日气象观测数据,探讨基于Hargreaves的四川省蒸发蒸腾量估算方法。以Penman-Moanteith公式为标准对Hargreaves公式计算结果进行拟合,获取线性修正参数,并对修正后的Hargreaves公式进行验证,分析修正前后相对误差,运用Arc GIS探讨参考作物蒸发蒸腾量及修正参数的四川省内空间分布规律。结果表明利用线性拟合获得的修正参数可有效减小相对误差,四川省内蒸发蒸腾量自西向东在空间上呈现递减趋势。修正后的Hargreaves公式可反映参考作物蒸发蒸腾量实际状况,为作物需水量、农业水资源利用及农田灌溉提供理论指导。     

参考作物蒸发蒸腾量的气象因子响应模型

基于江苏省南通市2000～2004年的旬气象资料,用FAO推荐的Penman-Monteith公式计算了参考作物蒸发蒸腾量,研究了参考作物蒸发蒸腾量与最高气温、最低气温、平均气温、相对湿度、日照时数、风速和气压等气象因素间的关系,建立了参考作物蒸发蒸腾量的响应模型.结果表明,参考作物蒸发蒸腾量与"温度因子"的关系最强,其次为"湿度和日照因子","风速因子"也有一定的影响,"气压因子"影响作用则稍弱;建立的气象因子响应模型模拟精度较高,可以简化参考作物蒸发蒸腾量计算.     

基于Penman-Monteith方程的温室茶树蒸腾蒸发模型研究

作物需水量是确定灌溉用水定额的基础,其关键参数是作物的蒸腾蒸发量(腾发量)。以PenmanMonteith方程为基础,借鉴P-M温室修正式的计算方法,提出了基于常规气象数据和茶树生长发育指标的温室茶树蒸腾蒸发模型ET0(Tea)。在试验期间,选取茶园温室2016年3月10日-4月10日的气象数据,利用P-M温室修正式和温室茶树蒸腾蒸发模型ET0(Tea)对作物腾发量进行逐日统计,并用水量平衡原理验证,结果表明ET0(Tea)与实测值的变化趋势较为一致,误差相对较小,且在晴天条件下比阴天效果更好。我们提出的ET0(Tea)计算精度较高,在理论和实践上均具有较好的可行性,可作为北方温室茶树灌溉决策的重要依据。     

日光温室膜下滴灌茄子作物系数试验研究

利用室内实测气象数据,根据P-M公式计算参考作物需水量,采用时域反射仪(TDR)测定逐日土壤含水率,再根据水量平衡法计算实测作物需水量,然后计算作物系数。对温室作物系数进行修正,建立基于温室作物修正系数的日光温室膜下滴灌作物需水量计算模型,并对模型进行检验。结果表明,修正后的作物系数具有较好的适应性,模型预测值与实测值较为一致,平均相对误差绝对值为8.24%。     

日光温室膜下滴灌黄瓜参考作物蒸发蒸腾量与气象因子的关系

采用波文比自动气象站系统采集的气象资料,利用FAO Penman-Monteith公式计算了日光温室膜下滴灌黄瓜生育期内逐日ET0值,采用相关分析法研究了ET0与气象因子间的关系,分析结果表明:在日光温室膜下滴灌黄瓜生育期内,温室内日最高温度和日平均相对湿度与ET0间存在线性关系,相关系数分别为0.701和0.618;日平均温度累积量、日最低温度累积量和日最高温度累积量均与ET0累积量间存在着极显著线性相关,相关系数均超过0.99。利用土壤水分和灌水量实测资料,用水量平衡方程计算了日光温室膜下滴灌黄瓜各生育期的耗水量,结合同期参考作物蒸发蒸腾量计算结果,得出了日光温室膜下滴灌黄瓜各生育期的作物系数。     

温室内草皮蒸腾量预测的试验研究

研究了温室内草皮蒸腾量和小气候的关系,用彭蔓公式计算参考作物腾发量,用20cm蒸发皿测定温室内的水面蒸发力,并和测定的草皮蒸腾量进行对比。试验结果表明,草皮蒸腾量与温室小气候的回归系数（R^2）为0．938,明显高于蒸腾量与蒸发皿水面蒸发量的回归系数（R^2）0．8683和蒸发量与彭蔓公式计算的参考作物腾发量的回归系数0．7944,以温室小气候计算温室内的作物蒸腾量要优于以参考作物腾发量计算作物蒸腾量和蒸发皿水面蒸发量的方法。温室内草皮的蒸腾量与温室小气候线性相关,可以此计算温室内作物的蒸腾量。     

Hargraeves公式计算参考作物腾发量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。以阿克苏地区30年的气象资料为基础计算了ET0,并以Penman-Monteith公式和修正Penman公式为参考标准,进行对比分析评价Hargraeves公式的精度和地区适应性。结果显示Hargraeves公式计算的参考作物蒸发蒸腾量,精度较Penman公式高,较Penman-Monteith公式低,但满足实际生产精度要求,特别适用与阿克苏地区气候类似的西部地区,基础气象资料不全的地区的参考作物蒸发蒸腾量的计算。     

陕西关中地区夏玉米作物系数试验研究

依据1999—2003年五年田间试验资料,利用Penman-Montheith公式计算陕西关中地区夏玉米全生育期内参考作物蒸发蒸腾量,并利用大型称重式蒸渗仪监测夏玉米全生育期内作物实际蒸发蒸腾量,由此计算了夏玉米各生育阶段的作物系数,并分析了作物系数变化规律。结果表明：在陕西关中地区的气象条件下,夏玉米的参考作物蒸发蒸...     

砂石覆盖条件下夏玉米蒸发蒸腾量的估算

【目的】准确估算作物蒸发蒸腾量(ETc)。【方法】基于2014—2016年遮雨棚下夏玉米土箱生长试验,对砂石覆盖条件下夏玉米ETc的单、双作物系数法计算公式进行了修正,并以小型蒸渗仪测得的ETc,实测对修正后的作物系数法的适用性进行了评估。单作物系数由ETc,实测和参考作物蒸发蒸腾量直接计算得到,用2014和2016年的单作物系数与砂石覆盖量进行拟合,得出计算ETc的单作物系数法修正公式后对2015年度的数据进行验证。【结果】砂石覆盖条件下夏玉米各生育阶段的ETc,单和ETc,实测较为接近。在双作物系数法中引入修正系数验证后发现各处理条件下的计算值接近ETc,实测。【结论】双作物系数法的计算结果能更好地估算砂石覆盖条件下夏玉米的蒸发蒸腾量。     

参考作物腾发量计算方法的适用性研究

选用5种方法,利用陕西6站的气象资料,计算了各站逐日ET0。并以FAO56 Penman-Monteith(P-M)法为标准,对其它方法进行评价。结果表明,在陕西6地区,5种方法计算的ET0变化趋势基本相同,但数值上有一定差异,所有的差异随ET0的增大而增大。Hargreaves法计算结果差异性较小,适用性较好;1948Penman和Priestley-Taylor二方法估值较FAO24 Penman法更接近P-M法的计算结果;缺气象资料时,Priestley-Taylor法可获得较好估值,且更适用于湿润地区;FAO24 Penman法也能获得较好结果,但其估值精度低于Priestley-Taylor法,一般不宜采用。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陕西6地区ET0值提供参考。     

黄河三角洲参考作物腾发量计算方法适宜性研究

准确估算各地区的参考作物腾发量(ET0)是农业灌溉设计和节水规划中必不可少的内容。利用黄河三角洲地区4个典型气候区的气象资料,选用5种计算方法(P-M,FAO-79Penman、Priestley-Taylor,FAO-24Penman和Hargreaves-Samani)计算了ET0,并以P-M方法作为标准,对其他方法进行了评价。结果表明,在黄河三角洲各气候区FAO-Penman法估算的ET0较Priestley-Taylor方法更接近于P-M法的计算结果,并且计算精度较高,误差在3%~10%之间。在缺少资料的湿润区,用Priestley-Taylor方法可以得到与P-M法估值相近的结果。     

风沙区参考作物需水量的计算

根据国内外相关的研究成果 ,分析选择并确定了适宜于风沙区参考作物需水量 (ET0 )的计算模式。利用典型风沙区的气象资料 ,对多年逐旬参考作物需水量及 2 0 0 1年春小麦与春玉米生育时段内逐日参考作物需水量进行了分析计算。结果表明 ,FAO最新修正的 Penman-Moteith公式可较好地用于风沙区参考作物需水量的估算 ,一般 ET0 值在年内与年际间变化较大 ,最高值发生在 6月上旬左右 ,多年平均为 5 .82 mm/ d,最低值发生在 1月上旬 ,多年平均 0 .43 mm/ d左右 ,年内各日 ET0 值受气象因素的影响变幅很大 ,因此 ,精确灌溉应设法提高短期天气预报和灌溉预报的精度     

The accuracy of evapotranspiration estimated with the FAO modified penman equation

Summary The FAO modified Penman equation has gained acceptance as a standard method of estimating reference crop evapotranspiration. Although theoretically sound the Penman equation becomes increasingly empirical when parameters or variables have to be estimated. When evapotranspiration estimates are being used for practical purposes the uncertainties introduced by these empirical factors and relationships should not be neglected. Evapotranspiration estimates for north-east Sri Lanka are used to illustrate the importance of the empiricisms in the FAO modified Penman equation. It is shown that the different empirical relationships used to estimate net radiation and the wind function in the FAO modified Penman equation and in the Penman (1963) equation produce a 23% difference in the estimate of annual reference crop evapotranspiration.     

干旱荒漠草原应用Penman-Monteith与Penman修正式计算ET_0的偏差分析

甘肃天祝草原位于我国西北干旱荒漠草原,应用天祝县二道墩试验站2005年的实测气象资料,利用Penman-Monteith公式和Penman修正式计算参考作物腾发量(ET0)并进行了比较。Penman修正式计算的参考作物腾发量ET0值略小于Penman-Monteith公式计算的值,最大绝对偏差0.5 mm/d。分析发现生育期辐射项ETrad是导致参考作物腾发量ET0产生偏差的主要原因。2种方法计算的空气动力项ETaero差别较小,最大绝对偏差不超过0.2 mm/d。导致计算偏差的原因在于2种公式采用了不同的辐射项和空气动力学项计算公式和参数。2个公式计算的参考作物腾发量具有显著的线性相关性。     

湖北省参考作物蒸腾量时空变异特征

根据湖北省20个测站1977—2007年的气象资料,应用Penman-Monteith公式计算了31年的逐日ET0。应用GIS技术和统计检验方法分析了参考作物蒸腾量的时空变异特征和气象因子对ET0的影响。结果表明,湖北省参考作物蒸腾量的空间分布呈西低东高的特征;随多年时间变化空间分布趋于均匀;年内ET0值分布以7、8月最高,12、1月最低;影响ET0的主要气象因子为风速,平均温度次之。     

京郊平原参考作物腾发量及其与气象因子相关性研究

利用FAO56 Penman-Montieth公式和京郊平原区代表性气象站点的长系列、短时序气象资料计算了该地区的逐日ET0,对ET0及其各分项的时间变异特征进行了分析,采用相关分析法研究了ET0与主要气象影响因子间的关系。结果表明,研究区域近50年来ET0呈不显著的增加趋势,就其各分项来说,辐射项的年际变化幅度较小,而空气动力学项的年际波动较大,且与ET0的年际波动较为符合;ET0的年内变化呈"单峰形"分布,一年内的最大值出现在6月份,为162.6 mm,最小值则出现在12月份,为32.3 mm。从ET0的分项来看,5~9月份ETrad>ETaero,而其余月份ETrad相似文献   

岷江源区Hargreaves法适用性与未来参考作物蒸散量预测

利用岷江源区1961—2010年逐日气象数据,采用FAO 56 Penman-Monteith和Hargreaves公式计算参考作物蒸散量,并以FAO 56 Penman-Monteith为标准对Hargreaves公式适用性进行评价,通过对Hargreaves公式转换系数C0进行修正,建立基于月尺度的参考作物蒸散发公式,结合Reg CM4.0区域模型生成的温度数据,对未来(2011—2099年)研究区参考作物蒸散发量变化进行预测。研究结果表明:通过通径分析发现,在岷江源区气温是影响参考作物蒸散量最重要的气象因子,采用基于温度法的参考作物蒸散发公式具有理论依据;采用未修正的Hargreaves公式明显高估了该区域参考作物蒸散量,特别是在雨季4—10月;修正后的Hargreaves公式绝对偏差与相对偏差显著减小,与FAO 56 Penman-Monteith月值之间均方根误差RMSE为3.76 mm、效率指数EF为0.39、可决系数CD为0.84,吻合系数d为0.8,能够满足研究区参考作物蒸散发估算精度;在未来气候变化情景下岷江源区参考作物蒸散量总体呈增加趋势,气候倾向率为5.6 mm/(10 a)。