不同e_a计算方法对Penman-Monteith公式的影响

实际水汽压eα是Penman—Monteith公式中计算参考作物蒸发蒸腾量的重要过程参数．为了研究在湿度缺测条件下，露点温度法替代相对湿度法计算eα在我国长江三角洲地区的适用性，选用江苏南通2000-2004年的旬气象资料，采用FAO推荐的相对湿度法和露点温度法两种方法计算了实际水汽压ea和旬参考作物蒸发蒸腾量E710，分析了这两种方法计算结果的误差及其与影响因素间的关系．结果表明：这两种方法计算结果间误差较小，有98％以上的计算结果其误差小于20％；实际水汽压间的误差差异与最高最低温差相关关系最强，旬参考作物蒸发蒸腾量间的误差差异与最低温度的相关性最强；在湿度缺测条件下，可以采用露点温度法替代相对湿度法计算eα并进一步计算ET0．

近30年吐鲁番哈密地区植被生态需水估算

新疆吐鲁番哈密地区(简称“吐哈地区”)属极端干旱区,光照时间长、昼夜温差大,生态环境脆弱,生态环境问题尤为突出,水资源有效利用对生态环境保护具有重要作用。吐哈地区植被生态需水在总需水量中占据显著比重,对于维护区域生态平衡和可持续发展具有重要意义。基于生态保护重要性分级,统计研究区总植被面积与各生态保护等级区植被面积,分别采用改进的彭曼公式法、潜水蒸散发法与生态分区综合计算法估算1990—2020年吐哈地区不同生态保护等级的植被生态需水量。结果表明:(1)三种方法估算的吐哈地区总植被生态需水量在1990—2020年期间呈现波动变化,改进的彭曼法估算结果由50.18亿m^(3)变化到57.8亿m^(3),潜水蒸散法估算结果由54.42亿m^(3)变化到51.85亿m^(3),生态分区估算结果由45.58亿m^(3)变化到52.03亿m^(3)。(2)极重要生态保护等级区的近30年植被需水量在三种估算方法下均增长,其中改进的彭曼公式法估算结果增长最大,由12.12亿m^(3)增长到18.54亿m^(3)。(3)对比三种植被生态需水估算方法,1990—2020年每5年期间估算的植被生态需水总量变化趋势基本一致,每种方法估算的相应生态保护等级区内植被生态需水量变化趋势一致,说明生态分区估算植被生态需水量的方法是合理的,可为植被生态需水的估算提供参考。

应用Penman-Monteith简化公式计算极端干旱区参考作物潜在腾发量

【目的】用Penman-Monteith(P-M)简化公式代替标准的Penman-Monteith公式计算参考作物的潜在蒸腾量。【方法】通过2008～2010年鄯善试验站的气象资料,对Penman-Monteith简化公式(忽略饱和差项)计算的参考作物潜在腾发量(ET0)与FAO推荐的P-M公式计算的参考作物潜在腾发量(ET0(PM))进行比较。【结果】Penman-Monteith简化公式计算的ET0年值略小于Penman-Monteith公式计算的年值,其绝对偏差为75～114 mm,相对偏差为10.5%～14.3%,变异系数分别为0.04和0.06,简化公式的计算稳定性略好于标准的PM公式。两种方法计算的参考作物潜在腾发强度的月变化相近,统计分析的标准差分别为0.80和0.83,变异系数分别为0.23和0.2。空气动力学项中的饱和差项是Penman-Monteith简化公式和标准Penman-Monteith公式的主要差别,通过回归分析表明两种公式计算的参考作物潜在腾发量具有显著的线性相关性,各月a值很接近,差值最大为0.08,最小仅为0.004 1,较好的说明了空气动力学项中的饱和差项对参考作物潜在腾发量的影响较小。【结论】在极端干旱区可利用Penman-Monteith简化公式代替标准的Penman-Monteith公式计算参考作物的潜在蒸腾量。

Penman－Monteith公式中冠层阻抗的合成方法

根据有关学者提出的几种植冠阻抗参数化的代表性理论，由单叶气孔阻抗实测值，结合叶面积垂直分布资料，提出了３种计算冠层阻抗的合成方法。利用由Ｐ－Ｍ公式反推出的冠层阻抗及由波文比仪测算出的麦田蒸散值对各合成方法进行了效果分析。

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。

不同覆盖条件下岱海蒸发消减效果模拟试验研究

为了量化不同覆盖措施条件下大型湖泊的蒸发消减效果,结合试验观测和数值模拟技术,采用遗传算法对Penman-Monteith(P-M)公式参数进行修正,模拟不同覆盖试验条件下的蒸发过程,并估算不同覆盖条件下的岱海蒸发消减量。结果表明:修正参数后的P-M公式能有效模拟覆盖试验的蒸发量,误差为-5.1%~12%;PE球相比苯板的蒸发抑制效果更好,8 cm黑色PE球的减蒸效果最好;模拟在2021年7月—2023年10月期间采用8 cm黑色PE球对岱海进行覆盖,预计可减少0.81亿m3蒸发水量损失。该项研究结果的实施可减少湖泊蒸发,对维持干旱半干旱地区的湖泊生态系统可持续性具有重要作用。

基于Penman公式修正式估算大豆田生长季地表蒸散量

Penman公式是目前国内外计算水面蒸发和可能蒸发的主要方法,可用于推算某区域实际蒸发量,但其多为经验公式,精度受当地小气候和环境影响,故很多专家学者根据当地小气候和环境对公式进行了修订。为使Penman公式可实际应用于三江平原,本文利用2011、2012年三江平原大豆田小气候观测资料,着重对Penman公式的干燥力项(Ea)经验公式进行区域适用性修正,得出Penman公式修正式,其实测值与模拟值回归方程的截距0.47,斜率0.71,相对方差(RRMSE)值0.31,标准误差(RMSE)值0.68,模型效率(ME)0.87,决定系数R2=0.62,接近理想值,与修正前Penman公式得出的干燥力Ea相比,修正后的公式更为精确;以三江平原大豆田的实测蒸散量为依据,对模型修正前后模拟值和实测值的相对误差进行了检验,修正后模型年相对误差(18.41%)较修正前(71.39%)降低了52.98个百分点,精度明显提高,说明修正后模型更适用于三江平原地区大豆田生长季地表蒸散量的估算。

三江平原ET_(0)时空特征及其未来情景下预测研究

参考作物蒸发量(Reference crop evapotranspiration,ET_(0))的预测对作物需水量计算与田间水分管理具有重大意义,可为农业节水和水资源高效利用提供重要的科学依据。基于三江平原6个气象站1961—2010年逐日气象资料,采用Penman-Monteith(P-M)公式计算ET_(0),对历史期(1961—2010年)ET_(0)及相关气象要素的时空特征进行分析;依据美国国家环境预报中心再分析数据以及大气环流模型(GCM)中加拿大CanESM2模式的预报因子日序列的输出数据,采用统计降尺度模型(SDSM)对未来RCP4.5和RCP8.5两种排放情景下的ET_(0)进行预测。结果表明:历史期ET_(0)呈上升趋势,多年年平均气温与ET_(0)趋势相同,而年平均风速、相对湿度和净辐射整体呈下降趋势,空间分布上多年年平均ET_(0)总体表现为中部高于周边、西部高于东部的趋势;模拟精度检验方面,基于CanESM2模式下historical情景模拟的ET_(0)模拟值与P-M公式的ET_(0)计算值进行检验,两者对应率定期+验证期(1961—2005年)的纳什效率系数(NSE)为0.46~0.61,决定系数R2为0.53~0.61,说明SDSM模拟效果较好。未来2011—2100年年内ET_(0)变化中,两种情景下2011—2040年、2041—2070年、2071—2100年3个未来时段月平均日值的变化趋势与历史期基本一致,均似开口向下的抛物线状,且表现为不同程度的上升趋势;未来2011—2100年年际ET_(0)变化中,未来ET_(0)较历史期为上升趋势,RCP4.5情景下3个未来时段较历史期分别增加11.11%、18.70%、20.24%,其中2011—2040年时段多年ET_(0)为较明显上升趋势,2041—2070年、2071—2100年时段总体为较缓下降趋势;RCP8.5情景下3个时段较历史期分别增加13.01%、24.05%、34.46%,3个时段内多年ET_(0)均为上升趋势。研究区未来ET_(0)的升高可能导致水资源短缺问题进一步加剧,研究结果可为研究区水资源优化管理和灌溉制度制定提供科学参考。

干旱区受损植被生态恢复需水量——以新疆哈巴河县平原区为例

[目的]分析干旱区受损植被恢复过程中生态需水量,为生态恢复不同阶段所需水资源量及水资源优化配置提供科学依据。[方法]基于1990,2000,2010,2015,2020年Landsat系列影像,采用遥感技术,结合改进的彭曼公式法,对新疆哈巴河县平原区植被耗水量时空演变特征及生态恢复需水量进行了定量研究。[结果]①1990—2020年天然植被平均耗水量为7.55×10^(8)m^(3),以3.60×10^(7)m^(3)/5 a的速率减小,与之对应的是天然植被面积以17.36 km 2/a的速率减小,植被覆盖度从高植被覆盖度向中植被覆盖度转化,生态受损严重。②区域内植被耗水量时空分布均存在较大差异:空间上高值主要分布于哈巴河流域,别列则克河流域植被耗水量整体偏低;时间上年际变化以2000年植被耗水量为最高,年内植被耗水量则主要集中在生长中期。③绿洲区生态恢复需水量如下:维持现状(2020年)生态需水量为4.62×10^(8)m^(3),恢复到1990—2020年生态平均水平生态需水量为6.65×10^(8)m^(3),达到1990—2020年生态最佳水平(2000年)生态需水量为9.55×10^(8)m^(3)。[结论]在人为与自然二元作用下,灌区1990—2020年生态环境整体呈现退化趋势,生态耗水空间分配失衡,受损植被生态恢复需水量时空配置应根据耗水时空分布进行优化完善。

三种蒸散发测算方法的比较——以青藏高原风火山地区为例

作为全球气候变化的敏感器和放大器,青藏高原的水文过程是目前的研究热点,其中,蒸散发是青藏高原水文循环最难估算的分量。借助青藏高原腹地风火山地区涡度相关系统、蒸渗仪、气象观测系统获取的观测数据,采取涡度相关法、蒸渗仪测定和FAO56 Penman-Monteith公式三种方式,对2019年风火山地区生长季实际蒸散发量进行了评价。结果表明:在青藏高原风火山地区高寒草甸生长季前期、中期、后期作物系数分别为0.93、1.11、1.14;三种方法获得的生长季实际蒸散发值基本相似,生长季蒸散发量(495.00±21.69) mm大于同时期降水量377.89 mm;风火山地区生长季蒸散发量日均值为(2.70±0.12) mm,风火山地区生长季不同阶段蒸散发量日均值表现为生长季中期[(3.03±0.10) mm]>生长季后期[(2.49±0.12) mm]>生长季前期[(2.23±0.18) mm]。文章中求取的不同生长阶段作物系数、蒸散发量为青藏高原类似地区蒸散发观测和模拟提供了基础资料。

内蒙古达茂旗饲草燕麦需水规律与灌溉定额

为内蒙古达尔罕茂明安联合旗(以下简称达茂旗)地区饲草燕麦的灌溉提供科学依据。采用联合国粮农组织推荐的彭曼-蒙特斯公式法,分析30 a(1991—2020年)的气象数据,针对内蒙古达茂旗地区的饲草燕麦需水规律和灌溉定额进行研究。内蒙古达茂旗饲草燕麦第1、第2茬和全生产期需水量分别为497、422 mm和919 mm,需水强度分别为5.5、4.1 mm/d和4.8 mm/d,灌溉需水量分别为435、292 mm和728 mm,灌溉定额分别为512、344 mm和857 mm。

基于BP神经网络的灌溉决策系统设计开发

适时适量的灌溉对提高农作物的产量至关重要。针对中国传统粗放型农业生产中的盲目灌溉,开发了基于BP神经网络的灌溉决策系统。根据气象信息,运用彭曼公式或BP神经网络预测计算出ET0值(参考作物蒸发蒸腾量),再结合农作物的生长周期、生长环境得出精确的作物需水量。其中,BP神经网络预测算法写成m文件的形式,系统检测现有气象数据,通过动态调用MATLAB执行对应的m文件来完成灌溉决策。实验表明,该系统各部分工作良好,具有一定的实用价值。

1956～2000年中国潜在蒸散量变化趋势

利用1956～2000年全国580个气象站的逐月气候资料,采用FAO推荐的彭曼-孟蒂斯公式计算潜在蒸散量,对中国及十大流域这45年的潜在蒸散量时空分布特征和变化趋势进行了分析,并采用偏相关分析方法,对造成潜在蒸散量变化的主要气候影响因子进行了探讨.结果表明：45年中除松花江流域外,全国绝大多数流域的年和四季的潜在蒸散量均呈现减少趋势,南方各流域（西南诸河流域除外）年和夏季潜在蒸散量减少趋势尤其明显.1980～2000年和1956～1979年两时段多年平均年潜在蒸散量差值表明,我国大部地区1980～2000年时段较前一时段减少,山东半岛、黄河和长江源区、西南诸河的中西部以及宁夏等地则增多.分析还表明,全国及大多数流域的年和四季潜在蒸散量与日照时数、风速、相对湿度等要素关系密切,但这45年日照时数和/或风速的明显减少可能是导致大多数地区潜在蒸散量减少的主要原因.

黄河上游流域蒸散量及其影响因子研究

利用彭曼公式计算 80年代以来黄河上游流域蒸散量 ,分析了该地区蒸散量、日照时数、气温、空气饱和差等气候因子的变化趋势 ,并着重研究了诸因子对蒸散量的影响。研究发现 ,黄河上游流域蒸散量呈逐年增大趋势 ,并以每年 3.2 5 mm的速度递增 ;而作为主要影响因子的日照时数则以每年 3.6小时的速度增加 ;气温同样表现出逐年升高的趋势 ,其气候倾向率为 0 .4℃ /1 0年 ;空气饱和差也以每年 0 .0 2的速度递增 ;因此 ,可以认为 ,黄河上游流域日照时数、气温及饱和差的增加 ,加剧了草地蒸散量的增大 。

黄河上游流域蒸散量及其影响因子研究

利用彭曼公式计算了 80年代以来黄河上游流域蒸散量 ,分析了该地区蒸散量、日照时数、气温、空气饱和差等气候因子的变化趋势 ,着重研究了诸因子对蒸散量的影响。研究发现 ,黄河上游流域蒸散量呈逐年增大趋势 ,并以每年 3.2 5mm的速度递增 ;而作为主要影响因子的日照时数则以每年 3.6小时的速度增加 ;气温同样表现出逐年升高的趋势 ,其气候倾向率为 0 .4℃ /1 0 a;空气饱和差也以每年 0 .0 2 h Pa的速度递增。因此 ,可以认为 ,黄河上游流域日照时数、气温及饱和差的增加 ,加剧了草地蒸散量的增大 ,而蒸散量的增大和降水量的减少则直接影响到了黄河上游流量的减少和草地荒漠化的蔓延。

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。

干旱气候条件下Priestley-Taylor方法应用探讨

根据华北地区6个气象站点的历史气象资料,以Penman法结果作为对照,对较为常用的另一计算参照作物腾发量的方法—Priestley Taylor方法的适用性问题进行了探讨。年值序列比较显示,在华北干旱半干旱的气候条件下,Priestley Taylor结果比Penman结果低11%～27%,两者最大相差346 5mm,最小相差112 2mm,多年平均相差240 5mm。对历年逐月序列分析显示,Priestley Taylor方法在7、8月份的应用效果很好,与Penman结果没有显著差异;但在其它月份应用效果较差,与Penman结果均存在显著差异。年值及月值序列的相关分析均显示,空气动力项与辐射项之比是影响Priestley Taylor方法应用效果的重要因素,且二者呈显著负相关。该比值越小,2种方法的吻合程度越好,Priestley Taylor方法应用效果也越好;反之,应用效果越差。随着Priestley Taylor方法在作物模拟模型中的广泛应用,干旱气候条件下如何对Priestley Taylor公式参数进行适当订正,值得进一步研究。

华北平原参考作物蒸散量变化特征及气候影响因素

参考作物蒸散量是估算作物需水量的关键因子,对指导农田灌溉是有十分重要的现实意义。在气候变化的背景下,利用Penman-Monteith方法,计算华北平原典型站点1961 2007年逐日参考作物蒸散量,并从能量平衡和动力学角度对其分解,分析年际变化和季节变化特征;结合数理统计方法,研究影响参考作物蒸散量及其构成项变化的主次气候因子,为该区农田水分管理提供更有效的科学指导。研究结果表明:在华北平原全区温度显著上升、日照时数,相对湿度,平均风速呈显著下降的背景下,绝大部分站点参考作物蒸散量及构成项呈显著下降趋势。夏季的参考作物蒸散量和辐射项值相对最高,冬季值最低;春季的空气动力学项值相对比例最高。辐射项与空气动力学项年际间呈负相关关系,春夏两季之间呈不显著正相关趋势,秋冬两季呈不显著负相关趋势。辐射项的变化主要受日照时数、风速及温度的影响,其中风速的贡献是负效应;空气动力学项的变化主要受风速、相对湿度及平均温度的影响,相对湿度的贡献是负效应。参考作物蒸散量的变化主要受日照时数、相对湿度、温度日较差和风速的综合影响。此外,降水与其呈显著负相关关系,下降幅度略高于参考作物蒸散量的变化幅度。

参考作物腾发量计算方法适用性分析

受地区间气象、地形和地貌时空异质性的影响,不同参考作物腾发量计算公式适用性各不相同。以湖南省83个站点1971～2000年气象观测资料为样本,论述了Penman-Monteith公式和FAO-Monteith修正式主要方程、参数以及适用范围的差异性。结果表明：根据生育期作物需水特点,运用标准化的Penman-Monteith公式计算南方地区参照作物潜在腾发量是合适的。

参考作物蒸散计算方法及其评价

介绍了符合Penman Monteith公式要求的参考作物蒸散的新定义 ,对比了该公式和FAO 17Penman修正式的基本方程和主要参数的异同 应用辽宁 33个气象站 30a的平均气象资料 ,分别计算了作物生育期内 (月 )平均参考作物蒸散量 结果表明 ,两者既具有一定的差异 ,又呈显著的线性相关 产生差异的主要原因是由辐射项引起 建议国内推广应用标准化的Penman Monteith公式计算参考作物蒸散量 。