数据库技术在FAO Penman-Monteith公式中的应用

参考作物蒸发蒸腾量是进行实时灌溉预报和农田水分管理的主要参数,将数据库技术应用到FAO Penman-Monteith公式的计算中,能降低参考作物蒸发蒸腾量计算的工作量。经编程后系统整体界面友好、结构合理、操作简单,使参考作物蒸发蒸腾量的计算快捷、准确,该系统能具有较强的实际应用价值。

FAO56在鲁西北平原地下水浅埋区的试验验证

利用大型称重式蒸渗仪多年冬小麦季日蒸散量数据,对FAO56推荐的作物需水量计算方法在地下水浅埋区的适用性进行了验证。模拟结果表明,在充分供水的灌溉制度下,即使不考虑地下水补给,单、双作物系数法的模拟结果也较精确,对各生育阶段的模拟误差并没有明显的规律,双作物系数法在覆盖度低的初期和后期可以较好的反映灌溉和降水的影响;当供水较少且不考虑地下水补给时,单、双作物系数法和土壤水分胁迫系数修正法的模拟误差均较大。因此,在地下水浅埋区灌溉和降水偏少时,FAO56计算作物需水量的方法应慎重应用,如何考虑地下水对蒸散发的补给,从而实现FAO56在地下水浅埋区的应用还有待于进一步研究。

基于FAO Penman-Monteith方法的西藏春青稞干旱趋势研究

本文基于联合国农粮署(FAO)提供的Penman-Monteith方法,评估了1981—2010年西藏春青稞生育期内的自然水分供需比(PET),以探索利用PET开展针对作物的干旱监测、预报业务的可行性。结果显示,不同降水带之间的PET差异比不同温度带之间的差异更大。在各个降水带内,春青稞在生育中前期受旱几率均相对较高,其中干旱和半干旱区的旱情和出现旱灾的概率均更高。从PET的年际变化来看,西藏全区的PET数值在降水、温度、风速、相对湿度的共同影响下经历了缓慢下降、快速上升、快速下降的变化过程,其中PET与日均降水的相关性最高。综上,PET可以在不同时间尺度上综合考虑气象、光照和作物本身属性对春青稞的受旱程度进行比较准确的定量化评估,适合用于针对作物的旱情评估业务。

草原内陆河流域梯级生态带蒸散发及影响因子研究

蒸散发是全球水-碳-能量耦合循环的纽带,是量化水文循环的关键过程。然而,由于蒸散发的时空变化复杂、影响因素众多且实地观测有限,导致针对不同景观群落蒸散发研究存在较多不确定性。本文基于FAO PenmanMonteith模型估算了2021年和2022年草原内陆河流域典型梯级生态带上4种代表性景观群落的蒸散发,探讨了生态带蒸散发动态变化及其主要影响因子。结果表明,生态带蒸散发变化年内呈季节性,干湿年间差异显著。随高程的降低,景观由荒漠沙丘、山坡草地逐渐向河谷湿地、河流漫滩转变,伴随着蒸散发由减到增的变化特征,具体为:河谷湿地苔草群落(HG)>河流漫滩芨芨草群落(HM)>山坡草地针茅群落(SD)>荒漠沙丘灌木群落(SQ)。HM、SD、SQ群落蒸散发的主要影响因子为降水,其次为辐射和气温;HG群落受地下水补给,主要影响因子为土壤水分,其次是辐射和气温。

气象资料缺测时Penman-Monteith温室修正式的应用

【目的】Penman-Monteith公式(P-M公式)是目前计算大田作物蒸腾蒸发量(ETc)的主要方法,利用该方法可预测未来短期内作物水分亏缺状况,但由于温室与大田之间的环境条件存在显著差异且温室气象数据往往不全,故需要研究提高温室作物水分状况预测精确度的途径。【方法】利用温室番茄主要生育期气象环境信息和土壤水分实测数据,对基于水量平衡原理和P-M温室修正式计算出的ETc结果进行了对比,研究分析了P-M温室修正式的可靠性与气象资料缺测时P-M温室修正式的应用方法,同时对温室气象数据缺测时运用P-M温室修正式计算参考作物蒸腾蒸发量(ET0)的精度进行了分析。【结果】基于P-M温室修正式计算出的ETc与水量平衡法计算出的ETc结果较吻合,相对误差均小于10%。当气象资料缺测时,基于FAO推荐的几种计算方法,运用P-M温室修正式计算的ET0相对误差如下:由日照时数(n)估算太阳净辐射(Rn)进而求得ET0的方法相对误差为17.35%;由气温(T)估算Rn进而求得ET0的方法相对误差为41.69%;由最低气温(Tmin)代替相对湿度(RH)计算实际水汽压(ea)进而求得ET0的方法相对误差为19.09%;分别由n估算Rn,由Tmin计算ea进而求得ET0的方法相对误差为36.31%;Rn与ea均由T估算进而求得ET0的方法相对误差为61.23%。【结论】利用P-M温室修正式可以较好地预测温室作物的水分状况,当修正式的参数Rn缺测时可以用n计算Rn;当参数RH缺测时,可以用Tmin代替RH计算ea。

三江源区高寒草原蒸散发模型的适用性研究

【目的】明确参考作物蒸散发(Reference crop evapotranspiration,ET0)计算模型在三江源高寒草原区的适用性,优选出适宜于气象资料模拟的ET0模型。【方法】基于2020-2021年微气象站及称重式蒸渗仪自动观测连续数据,分析高寒草原实际蒸散发(Evapotranspiration,ET)的季节变化趋势,并以实测ET为标准,对FAO 56 Penman‐Monteith、Priestley‐Taylor、Mcloud、Mahringer、Dalton、DeBruin‐Keijman 6种常用ET0估算模型进行适用性评价,以此推演2009-2019年最适ET0变化趋势。【结果】1)季节尺度上,1-8月ET呈上升趋势,8月呈现最高值(3.93 mm/d),9-12月逐渐下降,ET年累积量达到339.66 mm,生长季ET占全年ET的70.49%;2)ET估算值和实测值对比分析表明,PM拟合效果最好(RMSE=0.85 mm/d;MBE=0.49 mm/d;PE=53.17%),更适合该地区ET估算;3)根据PM模型推演ET0变化趋势,发现2008-2014年基本平稳,2015-2019年逐步下降,下降幅度为61.89 mm/a。【结论】6种模型中PM模型估算高寒草原ET0结果最适宜,可为蒸散发从点到面的尺度推广奠定理论基础。

内蒙古河套灌区ET0不同计算方法的对比研究

为了提出适合内蒙古河套灌区ET0计算方法,该文根据实测田间微气象资料,分别对5种参考作物腾发量(ET0)的计算方法(FAO56Penman-Monteith,Priestley-Taylor、FAO Penman、Hargreaves-Samani、Irmark-Allen拟合)进行对比分析,并评价各方法的适用性。结果表明,FAO Penman法的计算结果与FAO56 Penman-Monteith计算结果最为接近,其平均绝对误差与平均相对误差分别为0.43mm/d,12.50%;其他方法在不同季节具有不同的正负偏差。其中,在整个计算时段内,Irmark-Allen拟合法与Hargreaves-Samani法计算值与Penman-Monteith计算结果偏差较大,不适于在此地区气候条件下使用。FAO Penman法与FAO56 Penman-Monteith法基本相同,适用于大多数气候条件;Hargreaves-Samani法适用于在温差较小地区计算ET0;Irmark-Allen法与Priestley-Taylor法适用于在相对湿度较大地区应用。

祁连山北坡草地蒸散量及其与影响因子的关系

【目的】研究祁连山北坡草地蒸散与其环境因子的关系，为该牧区草场的科学经营、草地退化的防治以及区域草地生态环境建设等提供科学依据。【方法】以小型自动气象站（HOBO Weather Station，U．S．A）气象观测资料为基础，采用FAO Penman-Monteith方法估算了祁连山北坡草地参考作物蒸散量（ET0），并结合FAO-56的推荐值，分析了草地实际蒸散量（ETc）的动态变化，同时模拟研究了相关环境因子对实际蒸散量的影响。【结果】夏季（7和8月）草地的实际蒸散量较大，冬季（12和1月）较小，在7月中旬达到年度最高值，平均为3．40mm／d；按相关系数的高低，环境因子对实际蒸散量的影响表现为空气温度〉空气相对湿度〉土壤含水量（0～40cm）〉太阳辐射〉风速；土壤水分对实际蒸散量的影响表现为土壤深度越大，土壤水分对实际蒸散量的影响越小；太阳辐射量与实际蒸散量呈线性关系。【结论】祁连山北坡草地实际蒸散量的年际变化符合当地环境的变化规律，环境因子对其不同程度的影响表明，在今后的草场管理、退化防止、生态建设中应采取适当的措施，以确保草地的良性发展。

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)。

基于云模型的四川省潜在蒸散量时空分布研究

为了研究四川省潜在蒸散量(ET0)的时空分布特性,利用FAO-56 Penman-Monteith方法计算四川省4个分区45个站点1960—2010年51 a潜在蒸散量(ET0),首次采用云模型描述ET0的时空分布特性。结果表明:51 a来四川省ET0先减小,2000年后有增加的趋势;4个分区ET0在时间上分布都不均匀,四川盆地、盆周山地和川西南山地的不均匀性较川西北高原稳定。ET0的空间分布较时间分布更不均匀,不均匀性更加不稳定。川西南山地区的多年平均ET0最大,川西北高原次之,四川盆地和盆周山地较小。ET0空间分布的不均匀性在这51 a先增强,2000年后有所减弱。1991—2010年ET0空间分布不均匀性的稳定性较前30 a减弱,但2000年后稳定性有增强的趋势。

扎龙湿地参照作物蒸散发估算的经验模型

湿地参照作物蒸散发量是湿地水量平衡的重要因素。本研究选取了扎龙湿地周边8个气象台站1961-2000年的历史数据,通过拟合经典的FAO56 Penman-Monteith模型,建立了估算扎龙芦苇湿地逐月参照作物蒸散发的经验模型。建模时考虑到各气象因子对潜在蒸散发的作用,尝试了不同的组合方式及拟合模型,最终采用月最高气温、月最低气温、月降雨量和月平均风速四个因子,建立了非线性e指数方程。该模型与Blaney-Criddle、Priestley-Taylor、Hargreaves等三个常用经验模型进行了比较,得到较好的结果。新建模型在各气象站的应用表明,能够显著逼近FAO56 Penman-Monteith模型结果,计算的逐月参照作物蒸散发具有理想的精度。

机器学习算法和Hargreaves模型在四川盆地ET_0计算中的比较

以四川盆地中部遂宁气象站2001-2010年逐日温度资料和大气顶层辐射(Ra)为输入参数,以FAO-56Penman-Monteith(PM)模型计算的参考作物蒸散量(ET0)为标准,分别利用广义回归神经网络(GRNN)和小波神经网络(WNN)两种机器学习算法建立ET0模拟模型,并对GRNN、WNN和Hargreaves(HS1)与两种改进的Hargreaves(HS2和HS3)模型的ET0模拟效果进行对比分析,利用2011-2014年数据对各模型模拟精度进行验证,分析仅有温度资料时不同模型在四川盆地的适用性。结果表明:GRNN模型和WNN模型均具有较强的适用性,GRNN模型均方根误差(RMSE)、模型效率系数(Ens)和决定系数(R2)分别为0.395mm?d^(-1)、0.924和0.902,WNN模型分别为0.401mm?d^(-1)、0.911和0.901,且两种模型计算精度均高于HS1(1.05mm?d^(-1)、0.885和0.334)、HS2(0.652mm?d^(-1)、0.892和0.736)和HS3(0.550mm?d^(-1)、0.881和0.812)模型。模型适用性验证进一步表明,GRNN和WNN模型在四川盆地西部和东部也具有较好的适用性,在输入参数中引入Ra能提高模型的模拟精度。因此,GRNN和WNN可以作为气象资料缺失条件下四川盆地ET0计算的推荐模型,且GRNN计算精度高于WNN,可优先选用。

内蒙古地区参考作物蒸散变化特征及其气象影响因子

为深入了解不同草原类型下参考作物蒸散特征及其对气候变化的响应,该文利用FAO Penman-Monteith公式研究了内蒙古地区46个站点1961-2010年参考作物蒸散量及其辐射项和动力学项的时空分布规律和变化特征,并对其主要影响因素进行了分析讨论。研究结果表明:近50a来内蒙古各站点参考作物蒸散量的年平均值均介于570~1 674 mm之间,该地区参考作物蒸散量及其构成项的值西高东低,而且从高到低的5个草原类型依次为:荒漠、草原化荒漠、荒漠化草原、典型草原、草甸草原。各区生长季内参考作物蒸散量约占全年的80%。内蒙古各站点年参考作物蒸散量的变化率在-48~50 mm/10a之间,荒漠、草原化荒漠、荒漠化草原和典型草原参考作物蒸散量变化均不明显,草甸草原参考作物蒸散量显著上升(P=0.001)。各区域参考作物蒸散量辐射项的年值和月值均呈显著的上升趋势,除草甸草原外各区域参考作物蒸散量动力学项的年值和月值呈下降的趋势。风速是影响荒漠、草原化荒漠、荒漠化草原和典型草原西部地区参考作物蒸散量变化的首要因子,风速下降导致该地区蒸散呈下降的趋势;日平均温度是次要因子,但气温升高对参考作物蒸散量变化的作用有限,参考作物蒸散量并未随气候变暖而显著增大;相对湿度是第三因子,与参考作物蒸散量呈负相关(P=0.006);日照时数是第四因子,其值降低导致参考作物蒸散量的下降。典型草原东部和草甸草原地区各站点受气象因子综合影响使参考作物蒸散量呈上升的趋势。该研究探讨了内蒙古各类型草原参考作物蒸散对气候变化的响应,为内蒙古各类型草原的生态保护和可持续发展提供科学依据。

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 Peman>1996 Kimberly Penman>FAO24 Penman>FAO56 Penman-Monteith(PM)>Turc>FAO24 Blaney-Criddle(BC)>DeBruin-Keijman>Jensen-Haise>Priestley-Taylor(PT)>FAO24Radiation>Hargreaves>Makkink>Hamon>Mcloud>Blaney-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。

扎龙湿地芦苇沼泽蒸散发计算与分析

根据水生植物芦苇生长期内的特点,利用扎龙湿地水文气象监测站 2003年 6月份的气象监测资料及FAO(56)推荐的P M公式,计算了扎龙湿地芦苇沼泽区域的参照作物蒸散发量,并采用单作物系数法计算了扎龙芦苇湿地的实际蒸散发量.

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。

典型喀斯特地区参考作物蒸散量的时空变化分析——以贵州省为例

喀斯特地区地表地下的二元储水结构导致地表水渗漏严重,而土被浅薄且分布不连续,土壤蓄水量不足,易导致作物出现缺水。以贵州省为例,基于FAO-56 Penman-Monteith公式和气象资料,估算了贵州省1961-2014年参考作物蒸散量ET_O,在此基础上运用反距离权重插值法对贵州省ET_O进行空间插值,分析了贵州省ET_O的时空变化特征,并用多元回归分析方法探讨了影响贵州省ET_O的主要因素。结果表明：贵州省西部地区的ET_O高于中、东部地区;1年之中ET_O主要集中于夏季和春季,冬季最少;60年代的ET_O高于多年平均值,70年代之后逐渐降低,90年代达到最低值,2000年以来ET_O急剧升高;从年际变化看,贵州省年平均ET_O总体呈波动上升趋势,1961-2002年持续降低,2003年以后显著升高;年际变化中秋季ET_O变化最大,其次为春季、夏季,冬季变化最小;影响贵州省ET_O的主导气象因素是日照时数,两者呈显著的正相关,地理纬度与ET_O存在明显的负相关。贵州省ET_O的时空特征研究及其影响因素分析将为其他喀斯特地区的农业发展和水资源合理配置提供科学依据。

参考作物蒸发蒸腾量的多元线性回归模型研究

利用FAOPenman Monteith(1992)公式,根据新疆生产建设兵团农七师127团2004年7月至8月每日的气象资料,计算了逐日参考作物潜在腾发量,建立与实测的日平均气温(T)、日照时数(N1)、风速(W)、相对湿度(RH)的相关关系,Y=0.005+0.162×T-0.03×RH+0.607×W+0.077×N1,Y=-3.382+0.205×T+0.679×W+0.118×N1,Y=3.738+0.131×T-0.047×RH,Y=-1.258+0.218×T。利用这些相关关系进行参考作物潜在腾发量的估算,通过验证精度较高,方法简单。

几种常用净辐射计算方法在黄淮海平原应用的评价

Penman修正式和FAO Penman-Monteith公式是利用气象资料计算参考作物蒸散量方法中应用最广泛的。这些公式中净辐射是根据温度、日照时数、湿度以及一些当地的参数来计算的。用实测数据评价净辐射计算方法的研究还很少。该文作者利用中国科学院禹城综合试验站实测数据对两个公式中净辐射计算方法在黄淮海平原的应用进行了评价。在Penman修正式中，别尔良德法、彭曼法、布朗特法和邓根云法是常用的净长波辐射计算方法。结果表明：在Penman修正式净辐射公式中，采用别尔良德净长波计算方法误差最小，而且与FAO Penman-Monteith公式中净辐射计算精度一致，但都存在相对误差在11～1月份比其他月份偏大的现象。进一步建立了适合本地区的用总辐射推算净辐射的经验公式。

五种潜在蒸散发公式在汉江流域的应用

以汉江流域14个测站1960-2009年逐日气象资料为数据源,采用FAO-56 Penman-Monteith以及Hargreaves,Blaney-Criddle,Thornthwaite,Hamon 4种温度法计算各测站逐日以及逐月潜在蒸散发量,利用反距离加权插值法得到流域面平均年潜在蒸散发量。以FAO-56 Penman-Monteith结果为标准,与温度法年潜在蒸散发量计算结果进行对比,修正温度法计算公式的经验系数,分析修正公式在汉江流域的适用性。结果表明:参数修正前温度法计算结果存在较大误差,相对偏差最大可达41.34%。修正后计算结果相对误差明显减小,最大偏差小于0.1%,并显示出较好的变化趋势和峰谷一致性。修正后的Hargreaves公式与FAO-56 Penman-Monteith公式相关性最好,相关系数达到0.94,其次为Hamon公式和Thornthwaite公式,最后是Blaney-Criddle公式。