基于辐射改进Penman-Monteith模型估算粮食主产区参考作物蒸散量

为进一步提高Penman-Monteith模型估算参考作物蒸散量(Reference crop evapotranspiration,ET0)的精度,以中国粮食主产区为研究对象,将其划分为温带湿润半湿润地区(THSZ)、温带干旱半干旱地区(TASZ)、暖温带半湿润地区(WTSZ)和亚热带湿润地区(SHZ),基于32个气象站点1994-2020年长序列实测逐日气象数据,将猎豹算法(CO)、沙猫算法(SCSO)、野狗算法(DOA)优化的时间卷积神经网络模型(TCN)和3种基于日照时数、3种基于温度的经验模型估算的辐射(R_(s))值与PM模型进行融合,得到改进PM模型。以均方根误差(RMSE)、决定系数(R^(2))、平均绝对误差(MAE)和效率系数(E_(NS))为精度评价体系,找出了粮食主产区不同分区的ET0最优估算模型,结果表明:基于日照时数模型的计算精度要优于温度模型,其中CO-TCN模型在全区内均表现出了较高的精度,在不同分区的RMSE、MAE、R^(2)和E_(NS)中位数取值分别为0.099~0.171 mm/d、0.057~0.111mm/d、0.984~0.998、0.983~0.997,由此可将CO-TCN模型估算的辐射值与PM模型融合,作为标准值用于估算粮食主产区ET0。

利用Penman-Monteith-Leuning模型和Sentinel-2数据的灌区蒸散发反演

针对目前基于Penman-Monteith-Leuning模型(PML)的蒸散发模拟研究中,存在因多种地表参数的时空尺度差异导致蒸散发反演误差这一问题,提出了一种耦合土壤含水量改进模型土壤蒸发系数f的参数化方案。通过Sentinel-2影像反演土壤含水量、LAI等模型关键参数,并基于土壤含水量计算f,在河套灌区建设二分干灌域开展蒸散发反演,结合地面观测数据进行验证。结果表明:模型反演结果与涡动相关站实测数据有较好的一致性;在植被覆盖度较低时,改进的f参数化方案能更好地反映土壤蒸发的实际情况;该反演结果较为准确地反映了不同下垫面的蒸散发空间异质性。文章对蒸散发反演方法和数据的尝试,可为高分辨率蒸散发反演方法提供参考,并为干旱区和半干旱区的农业用水管理提供技术支持。

基于Penman修正式和Penman-Monteith公式的作物系数差异分析

该文针对直接采用20世纪90年代初确定的中国主要作物的作物系数估算作物需水量存在的主要问题,分析了作物系数需要校正的原因:Penman修正式和Penman-Monteith公式在计算ET_0时差异较大,且对生育期较长的越冬作物的影响要高于生育期较短的夏季作物。同时利用河南省18站多年气象资料,分析了引起两公式差异的因素:辐射项处理的不同是引起两公式差异的主要原因。秋冬季,采用两公式计算的月ET_0、ET_rad值差异均高于春夏季,空气动力学项对ET_0值的影响与风速有关,较高的风速可能导致空气动力学项的影响高于辐射项;采用Penman-Monteith公式计算ET_rad值时,受季节、站点情况影响小,稳定性高,18站均表现为:平均气温对ET_rad的影响最小,1、11、12月相对湿度对ET_rad的影响较大,2-10月日照时数对ET_rad的影响较大。并根据2种不同的ET_0估算方法的关系,提出了基于Penman-Monteith公式的作物系数校正方法,对于提高作物需水量的估算精度有重要意义。

基于Penman-Monteith方程的日光温室番茄蒸腾量估算模型

为寻求适合于温室栽培条件下番茄植株蒸腾量的计算模型,该文以Penman-Monteith方程为基础,针对日光温室特定的小气候环境,对番茄冠层整体气孔阻力、空气动力学阻力等参数进行了修正,建立了包含气象数据、番茄叶面积指数和冠层高度为主要参数的日光温室番茄蒸腾量估算模型。分别采用2009-05-02-2009-05-13(开花坐果期)和2009-06-09-2009-06-20(成熟采摘期)2个时段内的实测蒸腾量对模型模拟结果进行验证,2个时段内模型模拟结果的平均相对误差分别为8.48%和9.20%,表明所建模型可以较好地计算日光温室番茄的蒸腾量。该研究提出的蒸腾量估算模型对日光温室番茄需水规律的深入研究具有参考价值。

Penman-Monteith模型在森林植被蒸散研究中的应用

准确模拟森林植被蒸散可以为提高水分利用效率、合理配置水资源、森林生态系统可持续经营管理提供科学依据。Penman-Monteith模型在蒸散研究中被广泛应用,本文介绍了该模型的发展情况和计算方法,总结分析了Penman-Monteith模型及其各种修正式在森林植被蒸散研究中的应用状况及存在的问题,并指出了今后的发展方向,以期为Penman-Monteith模型的进一步深入研究和广泛应用提供参考。

应用Penman-Monteith方程推算北京地区苜蓿的灌溉定额

该文对应用Penman-Monteith方程和分段单值平均作物系数法推算苜蓿灌溉定额的方法进行了详细的分析,并结合北京市永乐店农业节水中心气象资料和苜蓿试验的有关资料,推算了该地区2003年苜蓿的净灌溉定额,并得到了试验的初步验证,在此基础上推算了在永乐店土壤条件下不同水平年及不同节水灌溉方式下的毛灌溉定额,为苜蓿灌溉管理或灌溉计划提供参考依据。该文推算苜蓿灌溉定额的方法也可用于其它作物灌溉用水定额的估算。

Penman-Monteith与Penman修正式计算塔里木盆地参考作物潜在腾发量比较

利用1989～1996年阿克苏水平衡试验站的气象资料,对Penman-Monteith公式和Penman修正式计算的参考作物潜在腾发量进行了比较。Penman修正式计算的参考作物潜在腾发量年值略大于Penman-Monteith公式计算的年值,绝对偏差为42～128mm,相对偏差为3.3～9.8%,且年际间变化不大。各月的参考作物潜在腾发量变化较大,绝对偏差可正可负,1、2、12月小于0,3～10月大于0,相对误差1、12月较大,2、11月较小,其它月份变化不大。导致计算偏差的原因在于两种公式采用了不同的辐射项和空气动力项计算公式和参数。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。

基于Penman-Monteith方程的节水灌溉稻田蒸散量模型

为利用Penman-Monteith方程直接计算非充分灌溉条件下的稻田蒸散量,该文根据国家"863"节水农业重大专项试验资料,在K-P表层阻抗模型修正研究基础上,提出改进的稻田蒸散量模拟模型。结果表明:根据土壤相对含水率修正后的K-P模型较好地模拟了水稻表层阻抗,且反映出不同土壤水分状况下表层阻抗的变化规律;采用改进的Penman-Monteith方程模拟水分胁迫条件下的稻田蒸散量后,误差从改进前的18.57%降低至10.84%,且对冠层未完全覆盖条件下的稻田蒸散量也具有较好的模拟效果;土壤含水率、空气温度和空气湿度是改进的Penman-Monteith方程最为敏感的因子,它们的准确观测对于提高模型的估算精度至关重要;模型回归系数(c1、c0)的变化对模型估算结果的影响较小。表明当某一特定作物的回归系数值确定后,改进的Penman-Monteith方程可应用于不同地区、不同灌溉模式下作物蒸发蒸腾量的估算。

Penman-Monteith蒸散模型及其在森林下垫面中参数的确定

Penm an-M on te ith公式是在蒸散研究中应用最多,也是变化形式最多的方法,该文在对目前Penm an-M on te ith模型在森林下垫面中应用总结的基础上,阐述了其中众多参数的意义和常用的确定方法,着重探讨了影响该模型精确性的关键因子净辐射、空气动力学阻力和冠层阻力的计算方法,并分析了Penm an-M on te ith模型在实际应用中存在的一些问题,提出了该模型在今后森林蒸散研究中发展的思路。

基于遥感和Penman-Monteith模型的内陆河流域不同生态系统蒸散发估算

遥感数据具有很好的时空连续性,它是区域蒸散发通量估算的有效方法。引入了一个简单的具有生物物理基础的Penman-Monteith(P-M)模型,分别利用黑河流域高寒草地阿柔站和干旱区农田盈科站2008—2009年的气象数据和MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer)叶面积指数(LAI),实现了2008—2009年日蒸散发的估算,并同时实现了对植被蒸腾和土壤蒸发的分别估算。结果表明,利用P-M公式模拟的蒸散发与实测的蒸散发具有较好的一致性,日蒸散发模拟的决定系数(R2)超过0.8。估算的高寒草甸和干旱区农田玉米全年平均的蒸腾分别为0.78 mm/d和1.20 mm/d,分别占总蒸散发的60%和61%,土壤蒸发分别为0.53和0.77 mm/d,占总蒸发的40%和39%。可见两种生态系统的作物蒸腾均强于土壤蒸发,同时农田玉米蒸腾强于高寒草甸蒸腾。研究结果证明了基于遥感的P-M公式可以很好地实现对高寒草地和干旱区农田生态系统蒸散发的估算。通过考虑土壤水分变化对气孔导度的影响,可以提高模型对农田蒸散发的模拟精度。

两种Penman-Monteith公式计算草坪草参考腾发量的适用性

为了揭示ASCE和FAO56两种Penman-Monteith公式在计算小时参考作物腾发量(ET0)时的差异,开展了充分供水草坪草腾发量观测试验。基于自动气象站的小时气象数据和蒸渗仪试验结果,在对比两公式计算结果差异基础上,以实测的日草坪腾发量为标准评价了2种计算公式小时ET0的日累积结果及以日的计算结果。结果表明:2种Penman-Monteith公式计算的小时ET0结果存在一定差异,ET0较高的时段差异也比较大。白天FAO56 Penman-Monteith公式的计算结果低于ASCEPenman-Monteith公式的计算结果,夜晚则正好相反,原因在于Cd取值的差异。与实测日ET0结果相比2种公式小时时段的ET0结果的累积值误差均比较大,ASCE的改进并没有使Penman-Monteith在计算结果上取得实质性的改进,相比之下以日为时段的Penman-Monteith公式(ASCE同FAO56)取得了与实测结果最为一致的效果。进一步根据实测的小时ET0数据以及更长序列的日ET0实测结果,评价FAO56Penman-Monteith和ASCEPenman-Monteith结果的地区适用性将是今后研究内容之一。

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．

基于天气预报和Penman-Monteith公式的短期逐日参考作物腾发量预报

为探索精确预报未来短期参考作物腾发量（EL）的方法，提出基于天气预报和Penman-Monteith（PM）公式进行ET0预报。收集了南京2012年5月24—2013年1月31日逐日对未来7d的气象预报数据，在气温预报的基础上，将风力等级和天气类型转换成平均风速和日照时数后，采用简化的PM公式进行逐日ET0预报，并与用实测气象数据和PM公式计算的ET0值进行比较。结果表明，预见期1～7d内，ET0预报值与计算值的变化趋势基本一致，率定期和验证期准确率分别达66．3％和94．0％，均方根误差分别为1．51mm／d和0．93mm／d，但相关系数仅为0．55和0．44。误差的原因在于风力预报和天气类型预报准确度较低。提出的方法具有一定物理基础和数据较为容易获取的优点，为较准确地预报ETO进行了有益的探索。

干旱荒漠草原应用Penman-Monteith与Penman修正式计算ET_0的偏差分析

甘肃天祝草原位于我国西北干旱荒漠草原,应用天祝县二道墩试验站2005年的实测气象资料,利用Penman-Monteith公式和Penman修正式计算参考作物腾发量(ET0)并进行了比较。Penman修正式计算的参考作物腾发量ET0值略小于Penman-Monteith公式计算的值,最大绝对偏差0.5 mm/d。分析发现生育期辐射项ETrad是导致参考作物腾发量ET0产生偏差的主要原因。2种方法计算的空气动力项ETaero差别较小,最大绝对偏差不超过0.2 mm/d。导致计算偏差的原因在于2种公式采用了不同的辐射项和空气动力学项计算公式和参数。2个公式计算的参考作物腾发量具有显著的线性相关性。

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。

应用Penman-Monteith模型估算稻田蒸散的误差分析

通过对Penman-Monteith模型（PM模型）进行微分处理,从理论上分析了土壤热通量、储热项、表面层阻力和空气动力学阻力对PM模型模拟稻田蒸散的误差贡献;在此基础上提出储热项修正和稳定度修正建议,并对水稻4个生育期修正后的PM模拟结果与原始模型模拟结果进行比较.分析表明：按照一般量级关系,净辐射、土壤热通量、储热项、表面层阻力、空气动力学阻力误差分别为5％、10％、100％、20％和20％时,对蒸散误差的贡献率分别为26.8％、5.36％、53.6％、11.11％、3.17％.在水稻移栽-拔节、拔节-抽穗、抽穗-灌浆、成熟4个生育期,10cm土层的储热量均大于田间水层的储热量,且土层和水层储热量均随生育期推进而降低.水层储热在前两个生育期对蒸散的影响比后两个生育期大,与原始模拟值相比,前两个生育期仅考虑土壤储热修正后7：00-14：00蒸散降低幅度为0.04～ 0.073、0.02 ～0.11mm ·h-1,仅考虑水层储热修正后蒸散降低幅度为0.006～0.038、0.003～0.015mm·h-1;仅考虑空气动力学阻力修正后4个生育期的蒸散值平均降低了0.00064、0.0134、0.0055、0.0024mm·h-1.

遥感Penman-Monteith模型中土壤含水量与土壤蒸发的关系

土壤含水量是影响土壤蒸发的重要因素,分析土壤含水量变化对土壤蒸发的影响,对水资源管理有积极作用。遥感Penman-Monteith(P-M)模型是利用遥感手段进行蒸散发模拟的重要方法,且能分别对土壤蒸发和植被散发进行计算。利用遥感P-M模型对望都站的蒸散发进行模拟,并结合地表土壤含水量数据分析了土壤含水量变化对模型参数及土壤蒸发的影响。结果表明:(1)遥感P-M模型对望都站蒸散发取得较好效果,纳什效率系数(NSE)为0.559;(2)土壤含水量变化与遥感P-M模型的土壤蒸发系数间具有不确定性;(3)在本研究的模拟期内,与植被散发相比,土壤含水量变化与土壤蒸发间的一致性更强。

应用Penman-Monteith公式和土壤湿度指数估算区域地表蒸散

准确计算地表蒸散对于水资源合理利用具有重要意义。Penman-Monteith公式具有坚实的理论基础,被广泛应用于计算地表蒸散,但表面阻抗计算的复杂性阻碍了其向区域应用的进一步推广。本文首先利用地表温度(Ts)-植被指数(Fv)特征空间计算土壤湿度指数,进而计算土壤阻抗,改进和发展了Penman-Monteith蒸散算法,简称为PM-SMI。将该算法与地表温度-植被覆盖特征空间蒸散算法以及Penman-Monteith系列另一种算法(PM-Yuan)进行比较。利用美国南部大平原12个波文比观测数据进行模型比较和验证。研究区域主要覆盖农田和草地,植被覆盖度较低。结果表明在瞬时和日值两个时间尺度PM-SMI整体上都优于其他两种算法,PM-SMI方法适合用于区域地表蒸散估算。

基于Penman-Monteith模型的林木日蒸腾模拟

忽略大气层结,考虑气压订正,用冠层整体气孔阻力(rst)代换冠层阻力(rc),蒸散面的净辐射值(Rn)采用冠层截留净辐射(Rnl),便可在叶面积指数(LA I)、林木单叶平均气孔阻力(rsi)和气象要素实测数据的基础上,应用修正后的Penm an-M onteith模型进行林木蒸腾量的模拟。本研究通过对Rn、LA I、rsi的实地观测,确定了林冠截流净辐射(Rnl)、消光系数(k)、冠层阻力转换系数(K')、空气动力学阻力(ra)和冠层整体气孔阻力(rst),对青海大通地区紫果云杉(P icea purpurea)、华北落叶松(L arix p rincip is-rupp rechtii)、沙棘(H ippophae rhamnoid es)、白桦(B etu la p latyphy lla)和青杨(P opu lus cathayana)的日蒸腾过程进行了模拟,与用快速称重法订正的L i-1600稳态气孔仪实测蒸腾结果对比,模拟的相对误差在±15%以内;模型敏感性分析发现,温度、LA I以及rsi是决定模拟结果的主要参数,模型对各参数变化反应不敏感。

基于系统动力学的黑河中游地区FAO Penman-Monteith模型评价研究

研究利用系统动力学软件STELLA构建FAO Penman—Monteith模型，进行系统动力学建模与生态建模相结合的尝试。研究发现，实际太阳辐射模拟值与GIS空间插值结果基本吻合，变化趋势一致；潜在蒸散发量估算值与SEBS模型估算值接近，基于时间序列的变化趋势基本相同，较好地反映了逐日蒸散发量的时间异质性；敏感性分析发现潜在蒸散发量对反照率、回归常数、辐射系数和研究区纬度值（取值范围为37°～39°）变化不敏感；系统动力学在分析复杂系统动态、模拟不同条件下系统N子之间相互作用以及响应过程中具有明显优势；STEL—LA本身强大的建模功能及友好图形界面在生态学及相关研究领域中有广阔前景；多学科方法、多时空尺度、多物理过程相耦合的研究将是以后该领域研究的重点和趋势之一。