关中地区夏玉米和冬小麦不同蒸发蒸腾量估算方法的研究

参考作物蒸发蒸腾量(ET0)是精准估算作物需水量、提高农田水分利用效率的重要依据。基于2013-2017年的田间试验数据以及相关气象观测资料,采用5种计算ET0的方法计算关中地区日平均ET0和年平均ET0,采用Origin对ET0及环境因子进行相关分析,使用标准误差估计(SSE)和决定系数r2,在FAO-56 PM和其他4种简单替代方法之间进行比较。结果表明:对ET0和气象因子的标准分数的分析表明,ET测量值和5种方法的估计值均高度依赖于太阳辐射和温度,但与相对湿度和风速的关系较小。对5种ET0估算方法,即:FAO-56 Penman-Monteith(FAO-56 PM)、Penman-Monteith(PM)、Priestly-Taylor(PT)、Mankink(MK)和Hargreaves(HG)进行了评估。统计分析表明PM可代替FAO-56 PM方法来预测该地区的ET_0值。这与作物蒸发蒸腾量(ETC)的准确估计直接相关,这也取决于作物生理特征和发育阶段、天气参数、环境条件和管理实践。     

砂石覆盖条件下冬小麦蒸散量的单、双作物系数法估算

农田蒸散(ETc)是农业系统能量平衡和水分平衡的关键要素,砂石覆盖条件下ETc的估算对于评价砂石覆盖对农田作物的影响非常重要。为准确估算砂石覆盖条件下冬小麦ETc,在陕西杨凌建立了遮雨棚下的蒸渗仪动态观测系统。利用FAO-56的Penman-Monteith(PM)模型和单、双作物系数法对冬小麦ETc进行估算,并基于两年度不同砂石覆盖量下冬小麦实测ETc数据,对单、双作物系数法进行改进和修正,得到适用于砂石覆盖条件下单、双作物系数与砂石覆盖量的关系。结果表明:(1)冬小麦不同生长阶段的单作物系数与砂石覆盖量具有很好的线性关系,进一步结合估算的参考作物腾发量(ET0)计算,能很好地模拟两年度不同砂石覆盖量下的冬小麦ETc。(2)基于冬小麦实测ETc对双作物系数进行修正,可得到其修正系数A与砂石覆盖量之间的线性关系,进一步结合ET0可准确估算两年度不同砂石覆盖量下的冬小麦各生长阶段ETc。(3)不同砂石覆盖量下,双作物系数法比单作物系数法和PM模型估算冬小麦ETc的精度更高。总体上,单、双作物系数法在估算砂石覆盖条件下的冬小麦ETc中仍有一定的适用性,但需经实测数据进行修正。     

采用作物系数法和PM模型估算南京地区玉米田蒸发蒸腾量

蒸发蒸腾量(ET)是农田水平衡中的重要环节,ET的准确估算有助于提高农田水分管理水平。在测定农田小气候、土壤蒸发和玉米生长旺季液流量基础上,比较了单作物系数法(Kc法)、双作物系数法(Kcb法)、不同冠层阻力计算的Penman-Monteith模型(PM1和PM2法)估算南京地区玉米田ET的适用性,并对玉米整个生育期ET变化及其影响因素进行分析。结果表明以液流法和土壤蒸发测定的总ET为基准,PM1方法估算的夏玉米ET误差最小,与实际测定ET的决定系数(R2)、平均绝对误差(MAE)和一致性指数(d)分别为0.52、0.8 mm/d和0.48。以PM1模型估算的夏玉米全生育期ET为310mm,日均ET为3.16mm/d,最大值出现在拔节期和抽穗期,整体变化呈单峰型。ET与气象因素响应顺序为净辐射饱和水汽压温度风速。本研究可为优化玉米田水资源管理和提高水资源有效利用提供参考。     

越冬期麦田地表蒸散量估算模型适用性分析与参数修正

地表蒸散量是作物需水量估算以及农田水管理的重要依据。越冬期农田地表蒸散过程改变了土壤内部水热参数分布,进而影响春季作物的生长状况。本文对Penman-Monteith(PM)模型、Priestley-Taylor(PT)模型和Simultaneous heat and water(SHAW)模型在越冬期麦田地表蒸散量估算精度及适用性进行分析与评价,并针对冬季土壤冻结的特殊情况对模型参数进行了修正。麦田试验采集了北京市昌平区2011—2012年和2012—2013年2个冬季的气象参数与实际蒸散量。通过对比3种模型默认或经验参数下的估算值与实际测量值发现:PT模型对蒸散量的估算精度最高(PT、PM、SHAW模型RMSE分别为0.159、0.697、0.390 mm),PM和PT模型的估算整体高于实际测量值,其原因在于冬季地表经历了固-液相变和气-液相变两个过程。为了提高估算精度,在PT和PM模型中引入水分胁迫系数,并利用第1年冬季的数据对3种模型参数进行修正,结果表明,修正后的PM模型(2011—2012年RMSE为0.159 mm)和SHAW模型(2011—2012年RMSE为0.280 mm)对蒸散量的估算精度都有明显提高。将参数修正后的模型用于预测2012—2013年冬季的地表蒸散量,结果表明:3种修正模型的估算精度均较高(PT、PM、SHAW模型RMSE分别为0.267、0.252、0.253 mm)。相比之下,PT模型的计算最为简单,所需数据最少,因此,在估算越冬期麦田地表蒸散量时,可优先选择PT模型。     

基于气温预报和神经网络的参考作物腾发量预报

采用反向传播人工神经网络(BP-ANN)逼近气象因子-参考作物腾发量ET0函数关系,以天气预报中的最高和最低气温为输入进行短期ET0预报。收集了南京站实测的2010年7月1日至2013年7月7日逐日气象数据和2012年7月1日至2013年6月30日逐日对未来7d的气象预报数据,以最高、最低气温及相应的日序数为3个输入因子,ET0为输出建立一个包含一个隐含层的3层BP网络,以2010年7月1日至2012年6月30日实测气象数据及通过FAO-56PM公式计算的ET0进行网络,以2012年7月1日至2013年6月30日实测气象数据及通过FAO-56PM公式计算的ET0进行网络验证。将2012年7月1日至2013年6月30日逐日对未来7d的气象预报中的最高、最低气温输入训练及验证后的网络,得到2012年7月1日至2013年6月30日逐日对未来7d的ET0预报值,并与FAO-56PM公式计算的ET0值进行比较以验证预报精度。结果表明,预见期1~7d内,预报的ET0和计算的ET0变化趋势基本一致,预报精度随着预见期的增加而降低;平均准确率(±1.5mm/d以内)达88.08%,相关系数为0.77,均方根误差为1.28mm/d,显示出了较高的预报精度。在局部时间段内出现的ET0,PM和预报ET0的较大差别的原因是该时段内的ET0更多地受到除了日最高和最低气温之外的其他因素的影响。提出的方法 ET0预报,随着气象预报准确度的提高,可实现较为精确的ET0预报。     

作物系数小时尺度和日尺度关系研究

利用Penman-Monteith公式估算参考作物蒸散,研究了日尺度参考作物蒸散(ET0d)和日内小时尺度参考作物蒸散之和(ET0dh)的关系。结果表明,ET0d和ET0dh以及实际日尺度和日内小时尺度作物系数均显著线性相关;基于Penman-Monteith公式的日尺度和小时尺度参考作物蒸散估算方法可用于作物系数的作物蒸散时间尺度转换。     

中国不同气候区参考作物蒸散量计算模型适用性评价

参考作物蒸散量(ET0)的准确计算是制定作物灌溉制度和区域灌溉用水量计划的基本依据.为提高中国不同气候区域ET0计算精度,以FAO56 Penman-Monteith(PM)模型为标准,对28个基于温度和辐射的ET0经验模型在中国温带季风区(TMZ)、温带大陆区(TCZ)、高原山丘区(MPZ)和亚热带季风区(SMZ)的...     

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。     

Venlo型温室内参考作物蒸散量计算方法比较研究

【目的】明确温室内参考作物蒸散量(ET_0)计算方法。【方法】通过实测Venlo型温室内气象数据,并对FAO-56Penman-Monteith(FAO-56 P-M)中隐含的空气动力阻力r*a进行修正,以修正后的Penman-Monteith法作为计算温室内ET_0的标准方法,对其他4种常用的ET_0计算方法:FAO-56 P-M法、FAO-24 Penman法、Irmak-Allen(I-A)法、Priestley-Taylor(P-T)法进行了对比分析。【结果】试验期间温室内日ET_0变化范围为0.49~6.04 mm/d,平均为2.43mm/d;4种计算方法与Penman-Monteith(P-M)修正法均具有良好的线性关系(R20.90),FAO-24 Penman法与P-M修正法计算结果最为接近(RMSE=0.40 mm/d,NSE=0.93),其次为I-A法(RMSE=0.67 mm/d,NSE=0.81)、P-T法(RMSE=0.76 mm/d,NSE=0.76),而在大田条件下广泛应用的FAO-56 P-M法表现最差(RMSE=1.18 mm/d,NSE=0.41)。【结论】4种ET_0计算方法中,I-A法应用最简便,可作为气象资料短缺条件下该地区温室ET_0的简化计算方法。     

云南立体气候条件下参考作物腾发量计算方法的适用性研究

【目的】合理估算云南省特殊气候条件下的参考作物腾发量,验证不同ET0计算方法的适用性。【方法】利用云南省6个灌溉用水分区的14个气象站资料,以FAO推荐的ET0计算方法(FAO-56Penman-Monteith法)为标准,利用标准差(δ)、相对误差(RE)、一致性指数(IOA)、Nash-Sutcliffe系数(NES)、线性回归法、反距离加权平均法等指标和方法对其他6种常用ET0计算方法的适用性进行评价。【结果】随着降水量的减少,ET0大体上呈增加趋势。受云南省特殊低纬高原季风气候及"通道-阻隔"效应影响,云南省各分区逐月ET0值呈双峰曲线的变化规律,峰值分别位于4月和8月。不同水平年ET0计算方法的适用性不存在一致的规律性,6种ET0计算方法与FAO-56Penman-Monteith法计算得到的ET0计算结果的线性回归绝定系数(R2)均大于0.9,FAO-79 Penman法和Irmark-Allen法于6个分区显著相关,FAO-24 Penman法仅在1个分区显著。各分区各种方法的RE值均不大,在0～0.28之间。各方法中IOA值和NSE值在各区表现最好的方法为FAO-79 Penman法,IOA值和NSE值分别为0.65～0.96和0.58～0.89。【结论】FAO-79 Penman法在云南省除干热河谷区外的其他区域的适用性最强,计算精度最高;FAO-24 Penman法在云南省范围内适用最差,误差较大;FAO-24 Radiation法在除滇西北区以外的区域相对误差较小;Hargreaves-Samani法在干热河谷区及滇中区适用性较好。     

春玉米生长中期灌水量差异对其蒸发蒸腾量估算精度的影响

为提高旱区作物蒸发蒸腾量估算精度,以石羊河流域春玉米为研究对象,分析灌水量对FAO-56估算作物蒸发蒸腾量精度的影响,并对估算误差进行讨论,提出使用部分根区含水量平均值用于土壤水分胁迫系数计算.结果表明:FAO-56对不同灌水处理下作物蒸发蒸腾量的估算精度存在较大差异,可较精确地估算低灌水处理下作物蒸发蒸腾量;随着灌水量增大,其估算精度有所降低,对高灌水处理下作物蒸发蒸腾量的估算误差达-14.13%;根区上部土层含水量与土壤水分胁迫状况关系紧密,以缓变层及以上土层含水量平均值代替整个根区含水量平均值用于土壤水分胁迫系数计算,可有效改善高灌水处理下旱区作物蒸发蒸腾量计算精度,亦可较为精确地估算低灌水处理下作物蒸发蒸腾量.     

GPR、XGBoost和CatBoost模拟江西地区参考作物蒸散量的适应性研究

[目的]提高机器学习模型模拟参考作物蒸散量在江西省适应性和精度.[方法]基于江西南昌等15个气象站2001—2015年日值气象数据(最高气温、最低气温、地表辐射、大气顶层辐射、相对湿度和2 m高风速),以FAO-56 Penman-Monteith(P-M)公式的计算结果作为对照,建立了计算ET0的高斯过程回归(GPR...     

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)。     

干旱区制种玉米农田蒸散研究

在黑河流域中游的张掖绿洲区建立了大田环境下的制种玉米农田蒸散研究观测点,以气象观测资料为基础,采用波文比能量平衡法(BREB)和参考作物蒸散量作物系数法(ET0Kc)对制种玉米的蒸散进行了计算。结果表明,在一个完整的生长期内,利用波文比能量平衡法得到的蒸散量为513.2 mm,日均3.2 mm/d,用参考作物蒸散量作物系数法得到的作物蒸散量为486.2 mm,日均3.1 mm/d,2种计算方法得到的蒸散量总值差别小。利用波文比能量平衡法所得结果的分析表明,试验地在不同生长阶段,ET变化剧烈,生长初期、发育期、中期、末期分别为2.3、2.9、4.1和3.0 mm/d,其蒸散量分别约占全年蒸散总量的13%、22%、50%和16%。ET月变化显示,4月和5月维持在一个较低水平,平均为2.1-2.3 mm/d;6月剧烈增加到3.6 mm/d;7月达到最大,平均为4.6mm/d;8月蒸散有所降低,为3.3 mm/d;9月,随着作物进入生长末期,蒸散急剧减小到2.8 mm/d。     

Hargreaves法在岷江源区适用性及未来参考作物蒸散量预测

本文利用岷江源区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C_0进行修正,建立基于月尺度的参考作物蒸散发公式,结合RegCM4.0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 56Penman-Monteith月值之间均方根误差RMSE为3.76mm、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5.6mm/(10a)。     

宁夏荒漠草原区参考作物蒸散量估算方法比较

利用宁夏荒漠草原区银川和盐池2007—2010年逐日气象资料,以FAO56Penman-Montieth(PM)方程计算结果为标准,根据决定系数(R2)、均方根误差(RMSE)、平均偏差(MBE)和一致性指数(IOA),在日、月和年的不同时间尺度上分析评价8种ET0估算模型。结果表明,Kimberly、Penman模型计算的日ET0与PM模型的R2大于0.970,IOA高于0.980,二者计算的ET0与PM模型最为接近。大部分方法估算精度在冬春季(11月—次年4月)高,而在5—10月则较低。Kimberly、Penman模型估算的年ET0与PM模型计算值最为接近。对于PriestlyTaylor、Makkink和Hargreave等参数较少的模型,在使用时应利用气象数据进行系数校正。     

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     

浑善达克沙地天然植被蒸散量两种计算方法的比较

以土壤-水分-大气-作物系统模拟模型——SWAP模型和FAO-56分册推荐的最新双作物系数法为基础,计算浑善达克沙地天然植被蒸散量。结果表明：SWAP模型和最新双作物系数法模拟的蒸散量结果相近,均可用于模拟蒸散量。SWAP模型能模拟土壤剖面的水分动态。     

西北地区夏玉米不同生育期蒸发蒸腾量模拟模型适用性评价

【目的】蒸发蒸腾量(ET)是农业生产的主要参数,ET的准确估算对农田精准用水管理和区域水资源优化配置具有重要意义。【方法】利用2012—2013年夏玉米作物指数与气象因子,采用基于参考作物蒸发蒸腾量(ET0)经验模型(Schendel、Hargreaves-M4(H-M4))的单作物系数法、单源模型(Priestley-Taylor(P-T))和双源模型(Shuttleworth-Wallace、Two-Patch)对作物蒸发蒸腾量进行模拟,并对比分析各估算模型模拟情况。【结果】基于不同生育期实测和平衡蒸发蒸腾量均值的比值修正P-T模型经验系数?,P-T修正模型对夏玉米全生育期ET模拟值与大型称质量式蒸渗仪实测值拟合的平均绝对误差(MAE)、决定系数(R2)、平均相对误差(MRE)、相对均方根误差(Relative root mean-squared error,RRMSE)和整体评价指标(GPI)排名分别为0.977 5 mm/d、0.5689、0.843 4、0.450 4和1,苗期分别为0.959 2 mm/d、0.332 0、0.478 4、0.481 1和3,拔节抽雄期分别为1.038 8 mm/d、0.507 8、0.551 7、0.429 0和1,成熟期分别为0.548 1 mm/d、0.774 6、0.915 8、0.423 9、0.692 1和1;H-M4模型对灌浆期ET模拟MAE、R2、MRE、RRMSE和GPI排名分别为1.344 3 mm/d、0.727 9、2.298 3、0.491 0和1。模拟结果均达到极显著(P<0.01,P代表显著性水平)。【结论】P-T和基于单作物系数法的H-M4均具有输入较少参数获取较精确ET估算值的优势,因此P-T可作为全生育期及苗期、拔节抽雄期和成熟期蒸发蒸腾量最优模拟模型,H-M4可作为灌浆期蒸发蒸腾量最优模拟模型。     

中国西北地区日参考作物腾发量模型适用性评价

为推荐适宜中国西北地区参考作物腾发量(ET_0)简化计算模型,应用9个代表性站点近50 a逐日气象资料,以FAO-56 Penman-Monteith(PM)模型计算的ET0为标准值,选取5种基于综合法的Kimberly Penman(K-P),FAO 1979 Penman(PM 17),FAO 24 Penman(PM 24),FAO1948 Penman(PM 48),FAO 79 Penman(PM 79)模型,3种基于温度法的Hargreaves-Samani(HS),Mc Cloud (M-C),Hargreaves (Har)模型,5种基于辐射法的Priestley-Taylor-1 (PT-1),Priestley-Taylor-2(PT-2),FAO-24 Radiation(FAO-Ra),Makkink(Mak),Irmark-Allen(I-A),Irmark(Irm)模型,对其在西北地区ET_0进行适用性评价.结果表明:14种模型在中国西北地区计算精度差异明显.全区模拟精度最高的PM 48(综合法),H-S(温度法),PT-1(辐射法)模型的平均R2,MAE,RMSE和nRMSE分别为0.978,0.767 3 mm/d,0.842 3 mm/d和25.622%; 0.735,0.920 0mm/d,1.187 0 mm/d和36.556%; 0.736,1.392 0 mm/d,1.826 0 mm/d和57.992%.