河南省主粮作物需水量变化趋势与成因分析

河南省是我国粮食主产区,研究河南省主粮作物的灌溉需水变化规律可为水分高效管理和节水增粮提供实践参考。基于河南省18个气象站点1958—2013年逐日气象观测资料,根据FAO推荐的Penman-Monteith公式计算参考作物蒸发蒸腾量及冬小麦和夏玉米各生育期需水量,利用时间序列分析法和Arc GIS普通克里金插值法研究需水量时空变化特征,采用通径分析法研究作物需水量的变化成因。结果表明:河南省近56 a来年均参考作物蒸发蒸腾量为807.0 mm/a,日均蒸发蒸腾量为2.2 mm/d,呈波动减少趋势,其中西北和东南地区参考作物蒸发蒸腾量最大,豫西地区的参考作物蒸发蒸腾量跨度较大。冬小麦和夏玉米的净灌溉需水量分别为350~525 mm和243~368 mm,灌溉需求指数随经度和纬度的增加而增大,冬小麦生长对灌溉的依赖程度高于夏玉米。影响河南省主粮作物需水量的气象因子主要为气温、水汽压、日照、最高气温和风速。     

日光温室作物蒸发蒸腾量的计算方法研究及其评价

对FAO推荐计算参考作物蒸发蒸腾量的Penman-Monteith(缩写为P-M)公式,在日光温室微气候的条件应用作了详细的分析。将P-M公式分为2个部分,即辐射项(ETrad)和空气动力学项(ETaero),推导出了计算温室内参考作物蒸发蒸腾量的P-M修正公式,解决了P-M公式假定温室内风速为“0”所引起的一系列问题。并根据2004年和2005年温室内实测气象数据和水面蒸发对其进行了验证,通过相关分析得出用修正后的P-M公式计算作物蒸发蒸腾量比FAO推荐的P-M公式计算值误差小、精度高。建议在日光温室里使用修正后的P-M公式计算参考作物的蒸发蒸腾量。     

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...     

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.     

基于灌溉需求指数的滇中地区烤烟需水量时空变化分析

基于云南省滇中地区4个国家气象站点逐日气象资料和烤烟不同生育期作物系数,根据FAO 56推荐的Penman-Monteith公式和单作物系数法,计算了滇中地区近58 a(1956—2013年)参考作物蒸发蒸腾量、烤烟净灌溉需水量及净灌溉需求指数,分析了滇中地区烤烟生育期净灌溉需水变异特征;利用GIS普通克里金法,对滇中地区烤烟需水量、净灌溉需水量和净灌溉需求指数进行空间分布分析;采用通径分析法研究灌溉需求指数变化成因。研究结果表明,滇中地区烤烟净灌溉需求指数随生育期变化逐渐减少,即伸根期、旺长期、成熟期;其中,净灌溉需求指数大于零的年数占54%,表明烤烟区在平水年条件下需人工灌溉补给;影响净灌溉需水量最主要的气象因子为降水量。     

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     

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。     

基于大型蒸渗仪和遗传算法的受旱玉米蒸发蒸腾量估算

受旱胁迫下作物蒸发蒸腾量估算重要且复杂,依托新马桥农水综合试验站6台大型称重式蒸渗仪开展玉米受旱胁迫专项试验,对不同受旱胁迫下玉米蒸发蒸腾量特征进行分析,在双作物系数法估算无受旱胁迫下玉米蒸发蒸腾量的基础上,采用遗传算法优化率定基础作物系数Kcbini、Kcbmid、Kcbend和作物系数上限Kcmax,同时基于试验站实测太阳辐射数据采用遗传算法优化率定了Angstrom公式经验参数a、b,进而优化了参考作物蒸发蒸腾量(ET0)的计算结果,并以此基础运用双作物系数法估算受旱胁迫下玉米蒸发蒸腾量。结果表明:营养生长中前期轻微的水分亏缺可能会刺激玉米适应性机能,复水后各项生理功能恢复正常;水分亏缺加重时不仅会使玉米当期的蒸发蒸腾量减少,而且会产生累积效应,将这种胁迫影响传递到之后的生育阶段;相同受旱胁迫强度对玉米生殖生长阶段影响更为明显,且易造成永久胁迫;Kcbini、Kcbmid、Kcbend、Kcmax的率定结果分别为0.150、1.090、0.152和1.400,在此基础上运用双作物系数法估算无受旱胁迫下玉米全生育期蒸发蒸腾量的均方根误差RMSE和平均绝对误差MAE分别为1.39 mm和0.97 mm,比对应的FAO-56推荐值估算结果小6.74%和8.23%,受旱胁迫下玉米计算的2个处理全生育期RMSE、MAE和MRE均值分别为1.60 mm、1.18 mm和6.73%,整体估算效果虽然没有无受旱胁迫下的好,但仍优于FAO-56推荐值的估算结果。因此,基于双作物系数法和遗传算法的受旱胁迫下玉米蒸发蒸腾量估算合理可靠,该研究可为区域制定适宜灌溉制度和降低农业旱灾损失风险提供理论依据。     

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。     

日光温室膜下滴灌番茄作物系数试验研究

作物系数是在没有实测需水量资料情况下,用参考作物蒸发蒸腾量来估算实际作物蒸发蒸腾量方法中重要的参数之一。根据实测气象数据计算出的参考作物蒸发蒸腾量和时域反射仪测得的番茄需水量,利用单作物系数法得到番茄作物系数Kc。通过对作物需水量和作物系数Kc的变化及影响因素进行分析,结果表明：温室膜下滴灌番茄作物需水量与温度、辐射呈正相关,而作物系数Kc与温度、辐射的线性关系不明显。对已求作物系数的可靠性进行验证,结果表明模型预测值和实测值的相对误差为8.2%,模型有效性指数达到89.3%,模型合理有效。研究成果对日光温室膜下滴灌作物需水量的计算及其灌溉制度的制定具有一定的参考价值。     

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.     

Radiation calibration of FAO56 Penman-Monteith model to estimate reference crop evapotranspiration in China

The standardized FAO56 Penman-Monteith model, which has been the most reasonable method in both humid and arid climatic conditions, provides reference crop evapotranspiration (ET_o) estimates for planning and efficient use of agricultural water resources. Net radiation is an important and site-specific component to determine ET_o. The empirical radiation estimation in FAO56 Penman-Monteith model was calibrated by observed solar radiation of 81 meteorological stations over China during 1971-2000, and measurements of net longwave radiation in the Tibetan Plateau. Results showed that Ångström formula based on simple annual linear regression coefficients of 0.20 and 0.79 yielded the least error for the preserved 30 validation stations, and are thus recommended for estimating solar radiation in China. The optimal calibration of net longwave radiation was based on Penman estimation combined with the minimum and maximum temperatures. The calibrated net radiation served as the basis to estimate ET_o accurately, which would be overestimated by about 27% if no local calibration is performed on the FAO56 Penman-Monteith model in China. The average ET_o was 769 mm yr⁻¹ based on calibrated radiation model in China during 1971-2000.     

A quantitative approach to the Pruitt and Doorenbos version of the Penman equation

Summary The Pruitt and Doorenbos version of the Penman equation developed from information given in Appendix II of FAO Irrigation and Drainage Paper No. 24 is calculated mainly from tables and is based on measurements made over a grass surface. Procedures are presented here to quantify these relationships, such as the calculation of net radiation, and to extend this approach to measurements made over alfalfa (Medicago sativa, L.). The latter was achieved by using a wind function that takes into account the height of the alfalfa and the use of mean rather than maximum relative humidity to calculate the correction factor used to take into account day and night weather conditions on calculated reference crop evapotranspiration. Using the above procedures, calculated values of evapotranspiration overestimated measured values from alfalfa by 13%. From data collected with an automated weather station near Broadwater, Nebraska, a much better agreement was obtained between these general procedures and a Penman equation with a locally derived- wind function. With greater utilization of low cost, automated weather stations for agricultural use, the procedures given for calculating reference crop evapotranspiration can easily be implemented in irrigation scheduling programs.Published as paper no. 6865, Journal Series, Nebraska Agricultural Experiment Station     

Crop coefficients for winter wheat in a sub-humid climate regime

Estimations of evapotranspiration (ET) from natural surfaces are used in a large number of applications such as agricultural water management and water resources planning. Lack of reliable, cheap and easy-to-use instruments, associated with the chaotic and varying nature of the meteorological and plant physiological factors influencing ET cause these estimations to be based on calculated values rather than the measured ones. The two-step approach where ET from a reference crop is calculated and multiplied by empirical crop coefficients to obtain ET from a crop has gained wide acceptance. Daily coefficients for a winter wheat crop growing under standard conditions, i.e. not short of water and growing under optimal agronomic conditions, were estimated for a cold sub-humid climate regime. One of the two methods used to estimate ET from a reference crop required net radiation (R_n) as input. Two sets of coefficients were used for calculating R_n. Weather data from a meteorological station was used to estimate R_n and ET from the reference crop. The winter wheat ET was measured using an eddy covariance system during the main parts of the growing seasons 2004 and 2005. The meteorological data and field measurements were quality controlled and discarded from the analysis if flagged for errors. Daily values of ET from the reference crop and winter wheat calculated from hourly values were used to calculate the crop coefficients. Average daily crop coefficients were in the 1.1–1.15 range during mid-season with standard deviations ranging from 0.13 to 0.23 for both years. These values exceed values used in some sub-humid climate regime studies, but agree well with values from the international literature.     

淮北平原Angstrom公式参数校正及太阳总辐射时空特征分析

为了解淮北平原太阳总辐射的时空特征,基于安徽省新马桥试验站内自动气象站2011-2016年的实测太阳总辐射Rs数据,分别采用最小二乘法和遗传算法对Angstrom公式中经验系数a,b值进行率定,对比分析2种率定值与FAO建议值计算ET0和Rs的差别;基于优选的率定参数,选取砀山、亳州、宿县、蚌埠及阜阳5个典型气象站点,对淮北平原太阳总辐射的时空分布特性进行分析.结果表明,FAO建议的经典参数a,b值并不适用于淮北平原,其较大估计了Rs和ET0.通过最小二乘法和遗传算法率定得出的a,b值均可有效提高Rs和ET0两者计算的准确性,且遗传算法率定的结果更优.1955-2014年的60 a内,淮北平原的日均Rs从北到南总体呈现逐渐降低的趋势,且平原北部下降幅度明显低于平原南部,1980年为主要转折年,1980年之前安徽省淮北平原年日均Rs年际下降趋势不明显,1980年之后年日均Rs年际下降趋势明显;Rs季节分布特征依次为夏季、春季、秋季、冬季,全年和各季度平均Rs在空间上呈现总体北高南低、局部有所差别的分布特征;此外,月尺度上Rs年内变化趋势呈现为单峰型分布,最大峰值出现在6月份,12月份最低.文中的研究成果可为淮北平原常规气象数据精确计算Rs和ET0提供参考.     

基于分形理论的参考作物蒸发蒸腾量估算

根据成都、雅安和乐山等站点实测的1954~2000年的气象资料和地理参数,建立了温度推算辐射的模型,从分形理论的角度,进一步揭示了温度和辐射的关系特征,并结合Penman-Monteith模型对参考作物蒸发蒸腾量(ET0)进行了估算。研究表明,温度(T)、净辐射(Rn)和净短波辐射(Qns)无标度区拐点的界限时间和分形维数非常接近,具有相似的分形特征,可利用T估算Rn和Qns;通过T估算的Rn计算的ET0的平均绝对偏差和平均相对偏差,均小于通过T估算的Qns计算的ET0的平均绝对偏差和平均相对偏差,而且偏差较小。因此,在实际应用中可通过T估算Rn来计算ET0,简化ET0的计算过程。     

基于蒸渗仪的冬小麦-夏玉米ET估算模型特征参数研究

为快速准确估算农田蒸散量,利用24个群集式蒸渗仪,在国家节水灌溉北京工程技术研究中心大兴节水灌溉试验站进行了两年的灌溉试验,获得冬小麦-夏玉米生育期的日内冠气温差和实际日蒸散量(ET_a)等数据,对不同水分处理下的S-I蒸散量估算模型进行率定及验证,并分析模型特征参数a、b的变化规律及两者的差异。结果表明:冬小麦的S-I模型特征参数a在日间随时间变化先增大、后减小,在严重水分胁迫处理时a为负值、且数值较小,其余灌溉处理时参数a由正值逐渐变化至负值;不同灌水处理b均为负值,充分灌溉处理时b在日间随时间变化逐渐增大,严重水分胁迫处理时b相对较大,日间变化趋势不稳定。水分胁迫对夏玉米模型参数的影响程度低于冬小麦,特征参数a均为正值,参数b均为负值,且随时间变化逐渐增大;水分胁迫处理时b变化范围明显小于其他两个处理,干旱处理特征参数日间变化较大。冬小麦与夏玉米不同处理之间模型参数a、b变化差异较大,但冠层温度和空气温度差T_c-T_a与日蒸散量和日净辐射量差ET_d-Rn_d间拟合精度都在13:00时最高,此时充分灌溉冬小麦和夏玉米的模型参数a、b分别为1.082、-1.127和1.588、-1.363。利用率定的S-I模型计算冬小麦和夏玉米主要生育期ET_d与实测ET_a之间的决定系数R~2均在0.7以上,均方根误差RMSE均小于0.89 mm/d,一致性系数d均在0.9以上。尤其是充分灌溉处理的数据间R~2和d均较高,RMSE小于其他处理,说明水分胁迫影响模型的估算精度,S-I模型能够更准确地估算水分胁迫较少农田的蒸散量。     

淮北平原冬小麦作物系数的变化规律研究

【目的】研究淮北平原冬小麦作物系数的时空变化规律。【方法】采用水量平衡法、涡度相关法和Bouchet互补关系理论,结合Penman-Montieth方程,计算得到1991—2018年淮北平原冬小麦的作物系数;采用线性拟合法、Mann-Kendall趋势检验法和突变检验法滑动t检验法,结合ArcGIS,研究了作物系数在淮北平原的时空变化规律,并对影响因素进行分析。【结果】①淮北平原冬小麦全生育期的实际蒸散量的多年平均值为429.3 mm,参考作物蒸散量为541.3 mm,作物系数为0.79;②作物系数在不同生育阶段的变化为先减小后增大再减小;③作物系数在淮北平原全生育期由西北角向周围逐渐增大,高值中心呈现北移趋势;④作物系数与气候因子紧密相关,其中气温的影响最为显著,相对湿度和降水次之,风速最不显著。【结论】作物系数存在显著上升趋势,与气候因子关系紧密,需要关注作物需水量的变化。