玛纳斯河流域ET_0影响因子分析及对Hargreaves法的修正

准确估算作物蒸发蒸腾量对于农业水资源的规划和指导农田灌溉非常重要。该文以具有典型内陆河特征的玛纳斯河流域为例,根据1953-2008年的气象资料,采用Penman-Monteith(PM)法计算了流域内参考作物蒸发蒸腾量,并对影响参考作物蒸发蒸腾量的各气象因子进行了通径分析,结果表明在玛纳斯河流域温度是影响参考作物蒸发蒸腾量的最主要因子。以PM法计算得到的参考作物蒸发蒸腾量为标准值,对Hargreaves法计算的参考作物蒸发蒸腾量进行比较分析,结果表明Hargreaves法计算结果偏差较大,在4-10月尤为明显。基于35 a气象资料,采用贝叶斯方法对Hargreaves公式进行修订,采用另外21 a气象资料对修订的Hargreaves公式进行验证,结果显示修正后的Hargreaves公式满足精度要求,且计算简便,可为内陆河流域参考作物蒸发蒸腾量的计算提供参考。

Hargreaves公式的全局校正及适用性评价

Hargreaves公式是计算参考作物腾发量(ET0)最为简便的经验公式之一,但目前对于该公式在不同气候类型区域的适用性及误差影响因素尚缺乏系统评价。在月时间尺度上,以Penman-Monteith公式计算的ET0为基准值,利用洗牌复合形进化算法(SCE-UA),在中国105个气象站对Hargreaves公式进行了全局校正。分析了校正后Har-greaves公式参数的地区分布规律和影响因素;同时,从长系列过程和年内季节性过程两方面,综合说明了校正后Hargreaves公式在中国7个区域的适用性;讨论了影响Hargreaves公式计算精度的气象因素。结果表明:校正后Hargreaves公式可以有效提高计算精度,但计算精度的地区差异仍然比较明显。校正后的Hargreaves公式,对于青藏高原及毗邻区和西南、西北地区大部分站点,在年内各月均具有较强的适用性;对于东北、华北和新疆地区,夏秋季节的计算精度较高,而在冬春季节计算精度较低;对于华南地区的绝大多数站点,仅在年内2～3个月份具有较高计算精度。同时,对于大部分站点,Hargreaves公式无法有效描述ET0中的空气动力学项是计算误差产生的主要原因。校正后Hargreaves公式在年内各月计算精度与空气动力学项占ET0的比例(K)、月平均降水量(P)具有显著相关性。一般而言,K值越大,Hargreaves公式计算精度越低;P越大,Hargreaves公式计算精度越高。各月计算精度与风速、相对湿度的关系则比较复杂,在不同区域表现各异。

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)。

分别利用Hargreaves和PM公式计算西北干旱区ET_0的比较

该文根据甘肃张掖气象站1991～2000年的气象资料,利用Hargreaves公式和Penman-Monteith公式计算了参照作物需水量（ET0）.对比分析结果表明：Hargreaves公式计算的ET0H年值比Penman-Monteith公式的计算ET0PM偏低,而在年内6、7、8月份,ET0H＞ET0PM,9月份两种方法计算结果几乎相等,其他月份ET0H＜ET0PM.造成这种结果的原因是风速和降雨的影响.根据两种方法的计算结果,提出了适合西北干旱区ET0的计算公式.

半干旱地区不同水文年Hargreaves和P-M公式的对比分析

该文运用P-M和Hargreaves公式,对河南新乡市4个典型水文年参考作物蒸散量进行了计算,并以P-M公式的计算结果为标准,对Hargreaves公式计算结果进行分析。研究结果表明:Hargreaves公式计算的年值偏差随降水量的增加而增大,但在各典型年的第1～12旬和31～36旬,两公式旬值计算结果没有显著差别;偏差出现在第13～30旬,各典型年Hargreaves公式的计算值均大于P-M公式的计算值。另外,该文建立了各典型年两公式在第13～30旬的回归关系,修正后的Hargreaves公式能很好的在新乡市应用,并且为其他类似的半干旱地区准确运用Hargreaves公式计算ET0提供参考。

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。

黄淮海地区Hargreaves公式主要参数的空间化处理

为了提高Hargreaves公式在不同地区的适用性和准确性,提高区域作物需水量的估算精度和罐区灌溉管理水平,该文基于黄淮海地区54个气象站1961-2012年的逐日气象资料,以最高温度、最低温度、大气顶太阳辐射为自变量,以Penman-Monteith公式计算的参考作物蒸发蒸腾量为因变量,对Hargreaves公式主要参数进行拟合,并采用普通克里格方法进行空间化处理。结果表明:黄淮海地区全年和夏季转换系数K变化趋势相同,均从西北向东南逐渐增大,春、秋、冬季变化趋势则相反;全年和夏季指数系数n变化趋势相同,均从黄淮海的东南向西北逐渐增加,春、秋、冬季则从东北向西南逐渐增加;温度偏移量Toff总体表现为从西南向东北逐渐增加。率定后的Hargreaves公式与P-M公式的相关指数,全年最大,为0.79,春秋次之,分别为0.70和0.71,冬季最小,为0.46,拟合后相应参数的标准误表明拟合值全年最准确,冬季最差。

改进Hargreaves方法计算拉萨参考作物蒸发蒸腾量

根据拉萨站1955～2006年逐日气象资料，采用标准Pelnnan—Monteith方程和Hargreaves方法对西藏高原区拉萨的参考作物蒸发蒸腾量（ET0）进行了对比分析研究，计算结果发现在拉萨的春季和雨季采用Hargreaves方法计算的ET0存在着较大偏差。为了进一步提高Hargreaves方法在该地区的适宜性，引入了平均相对湿度因子，建立改进Hargreaves公式并进行了评价，为拉萨地区准确实用地确定作物需水量和合理的灌溉制度提供了一种简便方法和科学依据。

Priestley-Taylor和Hargreaves公式在高矮两种参考作物上的适应性与率定

以ASCE标准Penman-Montieth公式为基准,在不同气候区分别对Priestley-Taylor和Hargreaves这两种常用的参考作物蒸发蒸腾量EFref计算公式在高矮两种参考作物上进行适应性分析、地区率定以及率定公式验证。结果表明:以矮型参考作物为参考面时,Priestley-Taylor和Hargreaves公式分别在湿润区和干旱区具有较好的适应性,但对于EFref的估算仍具有较大的误差,两公式均不能直接应用于高型参考作物;经地区率定后两公式在干旱、半干旱半湿润、湿润3个气候区高型参考作物上的计算精度显著改善,但仍低于在矮型参考作物上的精度,Priestley-Taylor公式在气候区间的差异性不明显,Hargreaves公式在干旱区有更好的适应性。

Hargreaves公式的改进及其在高寒地区的应用

应用黑龙江省2个气象台的逐日气象资料,引入自由搜索(Free Search)算法求解模型参数,建立了日、旬、月3种时间步长的Hargreaves公式改进式,并对这些改进式的适用性进行了评价。结果表明,以Penman-Monteith公式计算的ET0为评价标准,Hargreaves公式改进式与FAO推荐的Hargreaves公式修正式的计算精度相当,且Hargreaves公式改进式解决了标准Hargreaves公式计算值为负数的问题,为发展Hargreaves公式提供了一种简便方法。

西安地区Priestley—Taylor和Hargreaves方法应用比较

以世界粮农组织推荐的Penman-Monteith方法作为计算参考作物蒸发蒸腾量的标准,对Priestley-Taylor和Hargreaves方法在西安地区的适用性问题进行了探讨,分别建立了这两个公式的回归关系式,并且对这两种方法进行修正。结果表明:Hargreaves方法在西安地区有着较好的准确度,相对误差较小。而Priestley—Taylor方法得到的结果虽然与Penman—Monteith方法计算结果呈相同的变化趋势,相关系数R2=0.94,但计算值有较大的差异;经过修正后相对误差明显减小。因此,在气象资料有限的条件下,可以直接用Hargreaves方法来计算参考作物蒸发蒸腾量;而Priestley-Taylor方法必须经过修正后才能使用。

用Hargreaves法与Penman-Monteith法计算ET_0——以太湖流域的应用为例

为了在太湖流域找到一种适合资料缺乏地区的蒸散发计算方法,利用太湖以西宜兴市梅林试验区的气象监测资料,以PM(Penman-Monteith)公式为标准,评价Hargreaves方法计算潜在蒸散发量(ET0,即参考蒸散发量)的效果。结果表明:在太湖流域应用Hargreaves方法计算的ET0与PM方法的计算结果吻合较好。Hargreaves法在日、旬、月尺度上结果与PM法结果均保持较好的变化趋势及峰值的一致性,误差随计算时间段的延长而减小。在阴雨天较多的夏季采用Hargreaves方法计算ET0,结果会明显偏高。两种方法具有很好的相关性,可以此为依据建立修正方程。经过线性回归方程修正的Hargreaves法计算结果平均相对误差明显下降,并且以日ET0结果改进最多。

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。

不同时间步长的Hargreaves公式修正式适用性研究

为比较不同时间步长的Hargreaves公式修正式的适用性,利用哈尔滨市气象台48年的逐日气象数据,应用Penman-Monteith公式和Hargreaves公式计算了哈尔滨市参考作物蒸发蒸腾量(ET0)的日、旬、月值,基于两公式计算的ET0数据,采纳FAO推荐的方法建立了Hargreaves公式修正式模型,通过分析模型的判定系数及计算结果探讨不同时间步长Hargreaves公式修正式的适用性。结果表明,利用历年逐日、逐旬、逐月ET0值建立的Hargreaves公式修正式计算精度不是很高,而利用ET0多年平均值建立的Hargreaves公式修正式计算精度相对较高,但在同一时间步长或不同时间步长之间,不宜互换应用Hargreaves公式修正式。

应用Hargreaves公式计算太子河流域参考作物腾发量的研究

应用Hargreaves公式和Penman-Montieth公式计算了太子河流域1960-2005年间逐月参考作物腾发量。将Hargreaves公式计算结果与Penman-Montieth公式结果比较发现,年内3-10月份Hargreaves公式计算结果偏高,其余月份偏低。两方法夏季差异最大,冬季差异最小。相对湿度和风速是两方法差异的主要原因,经分析太子河流域相对湿度的影响更大。利用Hargreaves公式计算结果与PM公式计算结果之间良好的线性关系,对Hargreaves公式系数进行了地区修正。修正后的Hargreaves公式简单、准确,为辽阳市及其类似地区ET0的计算提供了新方法。

内蒙古不同类型草原区Hargreaves计算参考作物蒸散量的适用性分析

参考作物蒸散量是各种气象条件对作物需水量影响的综合反映,是草地管理和水资源评价的重要依据。本文选取内蒙古典型草原、草甸草原、荒漠草原6个气象站1971-2014年逐日的气象资料,以Penman-Monteith公式计算参考作物日蒸散量为标准,比较和分析了Hargreaves公式在内蒙古不同类型草原区的适用性,并按照草地类型、季节对Hargreaves模型进行订正。结果表明,与Penman-Monteith法相比Hargreaves法计算出的参考作物日蒸散量偏低,其日绝对偏差为0.539mm,日平均偏差为20.98%,夏季偏差较大,其他季节偏差相对较小;订正后其相关系数大大提高,由订正前的0.494~0.874提升为0.863~0.985,订正结果的绝对偏差和相对偏差均显著降低,月参考作物蒸散量的绝对偏差由订正前的38.82mm降低到5.84mm,相对偏差由36.79%降低为7.76%。非参数检验结果表明两种方法所模拟ET0无显著差异,其精度可以满足科研、生产等需要,在气象站点观测项目较少的我国草原区应用前景广阔。

Hargreaves模型在黄土高原地区的应用与改进

利用黄土高原地区55个气象站30年的气象资料,以Penman-Monteith(PM)公式作为计算ET0的标准,探讨了Hargreaves公式在黄土高原地区的适用性,并对Hargreaves公式进行了修正。结果表明,Hargreaves公式不宜直接应用于黄土高原地区,但修正后的Hargreaves公式计算的3d或更长时间尺度的ET0与PM公式计算的结果吻合度较高。可见,修正后的Hargreaves公式在黄土高原地区具有可行性。

利用修正的Hargreaves公式计算青海湖流域参考作物潜在腾发量

根据青海湖流域刚察气象站1958—2006年的逐日气象资料,分别采用Penman-Monteith公式和Hargreaves公式对参考作物潜在腾发量进行了计算并对两种方法的计算结果进行了对比分析,发现两种方法的计算结果存在较大差异。为了提高Hargreaves公式在该地区的适用性,引入平均相对湿度因子对Hargreaves公式进行了修正,并利用刚察气象站2007—2012年的逐日气象资料对Hargreaves公式修正式的计算结果进行了验证,发现对Hargreaves公式的修正结果非常好,在青海湖流域可以作为计算参考作物潜在腾发量的一种计算方法而使用。

利用Hargreaves公式计算青海湖流域参考作物潜在腾发量的可行性分析

本文根据刚察气象站1958—2006年的气象资料,分别利用Penman-Monteith公式和Hargreaves公式计算了参考作物潜在腾发量,对比分析表明:利用Penman-Monteith公式计算的年参考作物潜在腾发量值显著大于Hargreaves公式计算的年参考作物潜在腾发量值,在一年中两个公式计算的月参考作物潜在腾发量值差异显著,风速、气压和降水是造成这种差异的原因。根据两种公式的计算结果,提出了适用于青海湖流域参考作物潜在腾发量的计算方法。

中国不同气候区域Hargreaves模型的修正

在计算参考作物蒸散量的模型中,FAO Penman-Monteith模型计算准确但需要气象参量过多,而Hargreaves模型只需要气温数据却无法保证较高的准确性。为了提高Hargreaves模型在中国不同气候类型条件下的适用性,以FAO Penman-Monteith模拟值为参考,建立了Hargreaves模型的修正系数。CLIMWAT数据库中156个站点的应用表明,修正前R2、RMSE分别为88.1%、3.803mm/d,修正后分别为97.3%、0.233mm/d;北京站多年的应用表明,修正前R2、RMSE分别为94.4%、4.861mm/d,修正后分别为97.2%、0.442mm/d。在此基础上,利用GIS分区运算工具建立了中国不同气候区域的修正系数表。研究结果有助于提高常规气象观测条件下(无风速、辐射观测)不同气候区域参考作物蒸散量的估算精度。