基于ANFIS的焉耆盆地绿洲区ET0预测研究

ET0是计算作物需水量、进行农田灌溉管理及区域水资源优化配置的重要依据.以新疆焉耆盆地绿洲区为例,将ANFIS应用于逐日ET0预测中.根据研究区各气象要素的相关分析结果,选择系统输入变量为日最高气温和日均风速;利用不同水文年共1462组数据对系统进行训练,建立ET0预测模型.利用该模型对研究区2011年的365组数据进行预测效果检验,并与PM模型计算值为标准进行对比,结果表明:ANFIS系统预测平均相对误差绝对值为6.5％;通过t检验,预测值和标准值相差不大,在0.01的置信度下,无显著差异;回归分析表明,预测值和标准值相关系数为0.9911,且数据均匀分布在直线y=x附近,模型具有较高的精度和稳定性.研究结果为干旱区灌区农田灌溉管理及水资源配置提供了一定参考.     

不同覆盖条件下冬小麦作物系数试验研究

试验共设置裸地(CK)、秸秆覆盖(JF)、地膜覆盖(DF)3个处理,基于冬小麦2013—2014年实测数据及气象数据,利用Penman-Monteith公式计算杨凌地区冬小麦全生育期内参考作物蒸发蒸腾量,利用农田水量平衡方程计算冬小麦全生育期实际作物蒸发蒸腾量,由此计算冬小麦各生育阶段的作物系数。结果表明:秸秆覆盖和地膜覆盖可以减少冬小麦全生育期的作物需水量,减少量分别为13.07 mm和17.86 mm;秸秆覆盖处理对水分比较敏感;作物系数在全生育期呈双峰变化,峰值出现在分蘖~越冬期和抽穗~灌浆期,其中CK为0.82和1.16,JF为0.89和1.05,DF为0.87和1.13;冬小麦作物系数与种植后天数和大于0℃积温呈现良好的四次多项式和二次多项式关系,其中JF与DF的相关系数均在0.88以上。     

榆林市参考作物蒸发蒸腾量随时间序列变化的规律

根据选取的榆林市5个代表气象站1985~2006年22年的气象资料,应用FAO-Penman-Monteith公式计算了各站历年各月的参考作物蒸发蒸腾量(ETo),并分析了ETo随时间序列变化的规律。结果表明:榆林市5个代表站5、67、月份的ETo之和占全年的比例最大;各代表站的ETo主要在1996年以后随时间呈极显著增加趋势,在1985~1996年,定边、横山的ETo随时间呈极显著减少的趋势,绥德、榆阳、神木的ETo随时间呈极显著增加的趋势,但是增加的趋势线斜率均小于1996年以后的趋势线斜率;榆林市的ETo与平均气温、日照时数、风速呈极显著的正相关,与相对湿度呈极显著的负相关;ETo与最高气温呈显著正相关,与最低气温除了定边站呈极显著正相关外,与其它各站均呈极显著负相关;平均气温是影响榆林市ETo变化的主要气象因子。     

参考条件下苜蓿冠层阻力变化规律试验研究

冠层阻力是参考作物蒸发蒸腾量计算公式中的一个重要参数,对准确计算参考作物蒸发蒸腾量(ET0)及诊断作物缺水等都有非常重要的意义.本研究以FAO(1994)推荐的ET0公式(Penman-Monteith公式)假定条件为出发点,结合ET0值的实测资料,对经过修剪的苜蓿冠层阻力进行试验分析.结果表明:在参考条件下,冠层阻力随着作物生育期的延长,呈递增趋势.日变化过程呈现"U"型,最低点出现在中午(低于50 s/m),最高点出现在早晨8∶00和傍晚18∶00(高于100 s/m).     

Hargreaves计算参考作物蒸发蒸腾量公式经验系数的确定

介绍了联合国粮农组织(FAO)推荐的Hargreaves公式计算参考作物蒸发蒸腾量与Penman-Monteith公式计算值的转换系数,依据位于陕西省杨凌区的西北农林科技大学灌溉试验站19a的气象观测资料,分别用FAO推荐的Penman-Monteith公式和Hargreaves公式计算对应时段的参考作物蒸发蒸腾量,然后通过分析确定出Hargreaves公式的经验系数。经验证表明,得出的结果可靠,可应用于生产实际。     

基于改进Valiantzas方程的黄河下游柳园口灌区ET0预测研究

根据黄河调度旬方案编制对作物需水量逐旬预报的要求,分析了参考作物需水量计算方法。以河南省柳园口灌区为典型,对以空气相对湿度等为输入参数的Valiantzas方程进行了改进,研究建立了基于特征气温的空气相对湿度预测方法。采用多元回归方法,建立了以特征气温、日序数为输入的改进Valiantzas方程,并对模型精度进行了验证。研究表明,改进的Valiantzas方程的相对误差比原方程可减少12.4%,均方根偏差降低37.4%,相关系数提高13.4%。同时,改进的Valiantzas方程能够实现对未来10 d作物需水量的预测,符合黄河水量旬精细调度对基础数据中期预报的要求。     

极端干旱区滴灌条件下葡萄茎流变化规律研究

为探究极端干旱区滴灌葡萄植株茎流变化规律及其影响因素,本文采用Flow4-DL包裹式茎流计监测滴灌和沟灌条件下葡萄植株的茎流变化规律,研究了茎流速率的变化规律与气象因子的相互关系,以及日茎流量与参考作物蒸发蒸腾量之间的关系.研究结果表明:在晴天,葡萄植株茎流速率的日变化呈现双峰曲线;在阴天,葡萄植株茎流变化曲线呈现多峰型;通过对各环境因子与葡萄植株茎流进行偏相关分析,得到茎流与光合有效辐射、风速极显著相关,与饱和水汽压显著相关,与温度、湿度不显著相关,相关程度依次为:光合有效辐射＞风速＞饱和水汽压＞空气湿度＞空气温度;采用逐步删除法进行多元回归分析,得到茎流与光合有效辐射、风速、饱和水汽压具有较强的线性相关关系,回归方程达到极显著水平;滴灌和沟灌情况下日茎流量与参考作物蒸发蒸腾量呈显著线性相关关系,且沟灌的相关性高于滴灌.     

不同ET0计算方法在内蒙古东部地区适用性比较

内蒙古东部地区,土地资源丰富,但气象站点偏少,相关气象资料匮乏,应用FAO56 Penman-Monteith法计算ET0在多数地区相对困难。依据内蒙古东部地区典型气象站点(通辽气象站)1974—2013年40年气象资料,以FAO56 Penman-Monteith法作为标准,以FAO~(-1)7 Penman法、Hargreaves-Samani法、Priestley-Taylor法、Irmark-Allen拟合法分别对ET0进行计算,就其与FAO56 Penman-Monteith法的相关性进行分析。结果表明,Hargreaves-Samani法和Priestley-Taylor法的计算结果要明显高于FAO56 Penman-Monteith法计算所得的结果,不适合内蒙古东部地区应用;FAO~(-1)7 Penman法结果与FAO56 Penman-Monteith法相关性最好,但是4—9月份相对误差较大;Irmark-Allen拟合法结果最接近FAO56 Penman-Monteith法(相对误差19%,R20.92),计算简单且所需气象资料最少,更适宜内蒙古东部地区缺测气象条件下ET0的计算。     

中国大陆地区基于太阳辐射经验值计算ET0的适用性研究

太阳辐射是利用FAO推荐的Penman-Monteith(PM)公式计算参考作物需水量(ET_0)的必要参数。为了探究PM公式在辐射数据缺失的条件下,利用FAO推荐的公式及参数获得太阳辐射值(R_(s_c))替代观测值(R_(s_o))在中国大陆地区的适用性,本研究选用了中国大陆112个站点至少15 a的多年月平均观测数据,通过逐点计算分析了R_(s_c)和R_(s_o)的时空差异及二者分别输入PM公式获得的参考作物需水量ET_(0_c)和ET_(0_o)的时空差异。结果表明,R_(s_c)与R_(s_o)存在显著的时空差异性,二者相对差值范围为-2.86～4.41 MJ·m~(-2)·d~(-1),且在4—8月份差异较大;大致以"胡焕庸线"为界,线西北区域R_(s_c)与R_(s_o)的时空差异相对较小,且稳定,线东南区域的时空差异较大,且不稳定。但是,基于二者计算的ET_(0_c)和ET_(0_o)时空差异却不显著,平均只有0.06～0.26 mm·d~(-1)的误差;"胡焕庸线"西北地区的ET_(0_c)和ET_(0_o)绝对差值常年稳定在0.00～0.25 mm·d~(-1),"胡焕庸线"线东南地区则随季节而变化,夏季差异相对较大。在实际的应用中,西北地区全年和北方地区春、秋、冬三季以及长江、珠江流域所覆盖的南方地区在1、2、10、11、12月使用R_(s_c)替代R_(s_o)获得ET_0具有较好的适用性,北方地区的夏季、南方地区的3—9月份使用R_(s_c)计算ET_0则必须研究相应的方法对结果进行矫正,否则会有误差,且偏大。     

基于GA-BP网络的西藏高海拔地区ET0预报

选择那曲县(海拔4 450 m)、改则县(海拔4 700 m)作为西藏高原气候典型地区,通过遗传-神经(GA-BP)网络训练,应用1983—2012年30年的数据建立GA-BP网络模型,采用前一年的气象资料预报当年的参考作物腾发量,当2010—2012年连续3年的预报值均满足设定的阈值下限时,输出预测结果,这样使得模型在保证了预报精确度的同时兼具预报稳定性。结果发现:经GA-BP网络确定的2010—2012年3年模型预报值与真实值间的线性关系明显,决定系数R~2分别达到0.8805、0.9363、0.9167,斜率接近于1;多年的模拟预报值与实际值之间的相对误差均处于0.1以下,小于设定的阈值下限。对于易获得气象资料的地区,研究成果可对高海拔地区未来月际间作物需水量的变化进行预判,进而为将来灌溉制度的制定提供依据;对于缺测气象资料的地区,通过本文建立的网络模型,结合气象条件类似的站点,可在大时间尺度下对该地区ET_0变化趋势进行模拟,同时对下年度灌溉制度的拟定提供指导。     

基于辐射和温度的ET0模型在吐鲁番地区的比较与修正

利用吐鲁番地区3个气象站2000—2015年逐日气象资料,以FAO-56 Penman-Monteith(FAO-56 PM)模型为标准,对6种ET_0模型(M-A模型、P-T模型、M-H模型、H-S模型、Traj模型和B-H模型)进行评价并修正,采用均方根误差(RMSE)、绝对平均误差(MAE)、平均相对误差(MRE)评价指标和Wilcoxon非参数检验法比较年、月尺度上各模型修正前后的估算精度,以筛选适用吐鲁番地区ET_0简化估算模型。结果表明:吐鲁番地区ET_0的主要影响因子是R_s(太阳辐射),其次是e_s(饱和水汽压)和R_n(作物表面净辐射);修正前,年尺度上,M-H模型的估算精度最高;月尺度上,各模型误差较大且与FAO-56 PM模型存在显著差异,适用性较差;修正后,各模型在年、月尺度上的精度均有明显提高,无显著差异,其中修正后的P-T、M-H和B-H模型估算精度最高,可作为吐鲁番地区ET_0简化估算模型。     

甘肃中东部半干旱区参考作物蒸散量多种计算方法的比较研究

为明确甘肃中东部丘陵沟壑地区参考作物蒸散量(ET0)在气象资料短缺条件下的计算方法,依据6个气象站的长系列资料,以FAO Penman-Monteith方法为标准,对7种ET0计算方法进行评价。结果表明:Hargreaves与FAO Penman-Monteith吻合最好,其次为Jensen-Haise,各地区年均标准偏差(RMBE)分别为120.0 mm、446.1 mm。Pennman、FAO-17 Penman、FAO-24 Radiation、Preiestley-Taylor计算结果偏高,各地区年均RMBE在3 122.1～1 383.4mm间,以FAO-24 Radiation差异最大。8种方程计算的年内月均ET0趋势基本呈单峰曲线,峰值出现在7月份。Hargreaves、Jensen-Haise两种方程3-9月差异大于1-2月和10-12月份; Penman、FAO-17 Penman、FAO-24Radiation、Preiestley-Taylor、Makkink 5种方程7月份差异最大,地区间表现不一。不同的方程与FAO PenmanMonteith方程均存在显著的线性相关关系(0. 994**≤R≤0.8743**),回归系数t检测均达到显著水平,以FAO Penman-Monteith方程为基础对各方程进行矫正是可行的。