卫星遥感监测蒸腾蒸发量(ET)精度校验--以北京市GEF海河项目为例

概述了GEF海河项目利用卫星遥感技术监测流域蒸腾蒸发量(ET)进行流域水管理的思路,介绍传统人工监测和卫星遥感监测ET的原理和方法。对2种监测结果进行分析比较,得出的结论是:北京市GEF海河项目中大部分区(县)卫星遥感监测系统精度为±5%以内,各年有1个区(县)精度不达标,待用其它方法继续校验。

陕西关中地区参考作物蒸发蒸腾量变化及原因

根据关中地区30个气象站41年的气象资料,采用FAO推荐的Penman-Monteith公式计算参考作物蒸发蒸腾量（ET0）,分析了陕西关中地区ET0的变化及原因,结果表明,从长期来看,关中地区ET0在减少趋势的基础上表现出周期性变化,从阶段性来看,1980年之前和之后则主要表现为增加趋势。关中地区年内ET0的最大值在1980年前主要出现在6月,1980年以后则主要出现在6月和7月,且以7月为多;1980年后5～8月ET0所占比值在减少,但仍在全年中占50%以上。关中地区平均气温、最高气温和最低气温表现为增加趋势,风速、日照时数和相对湿度表现为减少趋势。关中地区ET0与平均气温、最高气温和最低气温表现为不显著正相关,与风速和日照时数表现为显著正相关,与水汽压表现为显著负相关,与年降水量表现为不显著负相关,近一半地区的ET0与年蒸发量显著正相关。对关中地区ET0影响显著的气象因子的顺序为：风速〉日照时数〉水汽压〉年蒸发量。即风速和日照时数的减少趋势是引起关中地区ET0降低趋势的主要原因。

参考作物蒸发蒸腾量计算方法的应用比较

应用国家"863"节水农业重大专项子课题示范现场的气象资料,对4种分属于不同类型的参考作物蒸发蒸腾量ET0计算公式进行了日ET0值的验证计算。结果显示,在时间序列上,随气象因素变化各方法计算的日ET0值呈相同的变化趋势,但计算值有较大的差异;选取FAO56Penman-Monteith公式计算结果为标准,Priestley-Taylor(1972)方法结果与之最为接近,其余依次是Irmark-Allen拟合法和Hargreaves-Samani(1985)法;不同天气类型条件下,Priestley-Taylor(1972)结果与FAO56Penman-Monteith有较高的一致性,而其他2种方法随n/N的减小,误差急剧增加,尤其是Hargreaves-Samani(1985)方法。

基于天气预报估算参考作物蒸发蒸腾量的预测模型比较

参考作物蒸发蒸腾量(ET0)是计算作物需水量和进行灌溉预报的基础要素。利用天气预报可测因子和Penman Monteith公式计算ET0,分别建立多元线性回归模型(MLR)和自适应神经模糊推理系统模型(ANFIS),两种方法的估算值与Penman Monteith公式计算值没有明显的差异,自适应神经模糊推理系统预测值相对于多元线性回归模型具有整体吻合度好,相关性高。两种预测模型的输入项完全可以从当前短期气象预报中获得,程序运行操作简单,具有实用价值,为实时灌溉预报提供了理论基础。

遥感估算蒸腾蒸发量的时空尺度推演方法及应用

本文提出了适合任意蒸腾蒸发量(ET)的时空尺度推演方法,建立了不同土地类型区域的水分盈亏计算方法。利用NOAA/AVHRR和Landsat TM遥感数据分别反演出影像,获取当天的实际蒸腾蒸发量,通过Penman-Monteith公式并使用气象数据计算出参照蒸腾蒸发量,然后用空间和时间的推演法,形成高分辨率、长时间序列的遥感反演ET结果,同时对降雨量进行样条插值得到数字图像。以此为基础,通过区域水量平衡分析方法对通县1999年的区域水分盈亏状况进行了研究。

参考作物蒸发蒸腾量计算方法在额尔齐斯河流域的适用性研究

基于额尔齐斯河流域5个气象站哈巴河、吉木乃、福海、阿勒泰、富蕴站1962-2012年的日观测气象资料,选用7种方法计算各站历年逐日参考作物蒸发蒸腾量(ET0),并以FAO Penman-Monteith法计算结果为标准,建立7种方法间的拟合关系,以比较日尺度与月尺度下各计算方法的精度与地区适宜性。结果表明:在额尔齐斯河流域,7种方法计算的参考作物蒸发蒸腾量变化趋势基本相同,但数值上有一定差异;Kimberly Penman法、HargreavesSamani法与FAO Penman-Monteith法计算结果接近,适用性较好;对于缺少气象资料地区,使用Hargreaves-Samani法可获得较好估值;同时分析了7种方法计算的ET0与实测的水面蒸发量之间的关系,利用拟合公式,可以用水面蒸发资料估算该地区ET0值。

参考作物蒸发蒸腾量计算方法在甘肃省不同区域的适用性分析

【目的】分析参考作物蒸发蒸腾量计算方法在甘肃省不同区域的适用性。【方法】把甘肃省划分为4个区域(Ⅰ区,河西干旱区;Ⅱ区,陇中北部半干旱区;Ⅲ区,陇中南部半湿润区;Ⅳ区,陇南-甘南湿润区),在此基础上,采用甘肃省26个国家气象站点1980—2019的气象资料,并以FAO-56 Penman Monteith(P-M)法作为计算ET_(0)的标准方法,同时选用Hargreaves-Samani(Har)法、FAO-24 Penman(24PM)法、FAO 1948 Penman(48PM)法、Makkink(Mak)法、Priestley-Taylor(PT)法5种简化方法计算甘肃省各个站点的ET_(0),对5种简化方法在4个分区的适用性进行分析。【结果】5种简化方法在甘肃省不同分区的计算精度存在明显差异,Har法和Mak法分别与P-M法的相关系数更接近1,拟合曲线的拟合程度更好,表现出了较高的计算精度,适用性较好,但Har法在高海拔地区计算精度明显下降;48PM法和24PM法比P-M法计算结果偏大,计算精度居中;PT法计算精度整体较低。不同计算方法在各区的适用性顺序为,Ⅰ区:Mak法>Har法>48PM法>24PM法>PT法;Ⅱ区、Ⅲ区、Ⅳ区:Har法>Mak法>48PM法>24PM法>PT法。【结论】当气象资料出现缺失时,推荐在Ⅰ区选用Mak法,在Ⅱ区、Ⅲ区和Ⅳ区选用Har法。

陕西地区参考作物蒸发蒸腾量空间分布特征

根据FAO提供的Climate Information Tool获取陕西省地理网格各节点的多年月平均气象数据,通过对代表站点采用Penman-Monteith公式计算了陕西省历年各月参考作物蒸发蒸腾量ET0,分析得出:陕西地区参考作物蒸发蒸腾量月际变化比较大,6月至8月的ET0总和在全年中占的比例较大,约为50%左右;并绘制列陕西地区多年平均各月ET0等值线图,发现陕西地区的参考作物蒸发蒸腾量ET0整体变化趋势由西南向东北逐渐增加。

简化参考作物蒸发蒸腾量计算方法在都江堰灌区的应用

为探究都江堰灌区在缺乏气象要素的情况下采用简化方法准确计算参考作物蒸发蒸腾量,选取郫都区作为典型区域,根据2015~2019年逐日气象资料数据,采用FAO-56 Penman-Monteith法、Hargreaves法、两种改进的Hargreaves法、Priestley-Taylor法及Irmark-Allen拟合法计算逐日E_(ET_(0)),以FA0-56 PenmanMonteith法计算出的E_(ET_(0OM))为标准,分别与其他5种简化方法计算出的F_(ET)_(0i))进行线性拟合和二次拟合得到修正参数,对5种简化方法进行修正得到F_(ET_(0i))^(*),并评价和分析了修正的精度。为了使修正后的简化方法在都江堰灌区的适用性更具说服力,选择都江堰温江灌区2020年气象数据进一步验证说明。结果表明,两种拟合方法修正的简化方法计算结果与标准E_(ET_(0PM))的误差较小,可有效提高计算精度。因此简化方法经修正后可作为都江堰灌区在气象资料短缺条件下的E_(ET_(0))计算方法。

海河流域ET0演变规律及灵敏度分析

根据国家气象站1956-2000年逐日气象资料,采用Penman-Monteith公式和灵敏指数法,分析了海河流域潜在蒸发蒸腾(ET0)的演变规律及与气象要素的灵敏关系。结果表明:全流域45年ET0呈下降趋势,但年际间呈现4个阶段;逐旬呈倒"V"字型,61.6%集中于4月中旬到8月上旬。在空间上,年和旬值呈现上游小下游大。通过ET0与气象要素演变的比较及灵敏性分析发现,全流域年ET0演变与年均风速、日照时数以及短波辐射相似,与温度相反。旬ET0演变与旬平均温度、实际水汽压、日照时数以及短波辐射相似,但对各要素的灵敏系数以短波辐射最大,其它要素则随时空变化,且彼此的灵敏系数相差较大。分析表明在气象要素的综合作用下,造成全流域ET0降低的主要原因可能在于短波辐射、日照时数的变化。

陕西关中地区ET_0计算公式的适用性评价

为明确参考作物蒸发蒸腾量(ET0)计算公式在陕西关中地区的适用性,该文按照FAO(1994)对Penman-Monteith公式的设定条件,采用称重式蒸渗仪测定ET0。以该实测值为标准,对具有代表性的ET0计算公式:FAO-17Modified-Penman(FAO-MP)、裴步祥修订的Modified Penman(PBX-MP)、Penman-Monteith(PM)、ASCEPenman-Monteith(ASCE-PM)公式进行对比分析,研究不同ET0计算公式在该地区的适用性及计算值产生偏差的原因。试验结果表明,ASCE-PM计算值与实测值最接近,线性回归系数为1.03(R2=0.87),绝对误差为0.31mm;其次为PM、PBX-MP、FAO-MP。气象因子对辐射项和空气动力项的不同影响造成各计算值与实测值的差异,其中,大气温度、日照时数及相对湿度对辐射项影响较大,风速对空气动力项影响较大。ASCE-PM公式可应用于陕西关中半湿润地区ET0计算。

不同ET_0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%,R2>0.92),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。

ANFIS与多元回归模型在ET_0实时预报中的对比研究

以气象数据为自变量,Penman Monteith方程计算值ET_0为应变量,分别建立了多元回归模型和自适应神经模糊推理系统(ANFIS)模型,对ET_0预测结果对比分析,ANFIS预测ET_0结果相对于多元线性回归具有精度高(1<ET_0<5)。预测结果与输入的Penman Monteith方程计算得ET_0相关性高。ANFIS预测ET_0模型输入项完全可以从当前短期气象预报中获得,程序运行操作简单,在辽阳市实时灌溉预报中有一定的推广意义,具有实用价值。

基于GA-BP网络的西藏高海拔地区ET_0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。

基于偏最小二乘回归的塔里木盆地北缘区ET_0预测

利用气象因子计算ET0时,各气象因子之间经常存在多重相关性现象,从而导致所建多元回归模型失真,预测精度低。本文以新疆塔里木盆地北缘区的尉犁县为例,采用偏最小二乘回归建立ET0模型,利用主成分分析与典型相关分析思想,采用成分提取的方法,有效解决了各气象因子间的多重相关性问题,所建ET0模型取得较好效果。

基于蒸腾量温室番茄水肥灌溉决策研究

根据蒸腾量(ET0)决策灌溉模式,探讨不同水肥灌溉量对番茄生长的影响,为温室番茄的高效生产提供科学依据。试验于山西农业大学农业工程学院玻璃温室进行,在椰糠基质栽培条件下,采用无限生长型欧美佳番茄作为试验品种,灌溉模式分为100%ET0(W1)、80%ET0(W2)、60%ET0(W3)3种,探索不同灌溉量模式对番茄株高和茎直的影响,并采用本质非线性与多元二次多项式回归,建立基于辐照累积、每日平均温度和实际气压的株高和茎直模型。结果表明,所建模型在W1、W2、W3灌溉模式下的株高增长率分别为6.27%、6.34%和5.81%,茎直增长率分别为2.75%、3.18%和2.74%,W2模式下的株高和茎直增长率均高于W1和W3;番茄株高和茎直模型的决定系数分别为0.9977、0.9940。当灌溉量为ET0的80%时,番茄株高和茎直生长率最大,研究结果可为温室番茄灌溉方式提供参考。

多种ET_0计算方法在四川省湿润气候区适用性的评价研究

【目的】探究适合四川省湿润气候区的参考作物蒸发蒸腾量(ET0)计算方法,在气象资料缺乏条件下实现对ET0的精准计算。【方法】选用位于四川省湿润气候区的雅安站1954—2009年逐日气象资料,以FAO-56 Penman–Monteith法(FAO-56 PM法)计算结果为标准,对13种辐射法、12种温度法、3种物质传输法、5种综合法和3种简化后的FAO-56 PM法共36种ET0计算方法进行了适用性评价。【结果】1)辐射法中最适方法依次为Ritchie法、FAO-24Radiation法、Irmark法;2)温度法中最适方法依次为FAO-24 Blaney-Criddle法、Hamon法、Thornthwaite法;3)物质传输法中最适方法为Rohwer法;4)综合法中最适方法依次为Kimberly-Penman法、1948Penman法、Penman-Van Bavel法;5)简化后的FAO-56 PM法中最适方法为Valiantzas3法。【结论】最适用于四川湿润气候区的12种方法依次为Valiantzas3法、Ritchie法、Irmark法、FAO-24 Radiation法、Turc法、Valiantzas1法、FAO-24 Blaney-Criddle法、Kimberly-Penman法、Priestley-Taylor法、Debruin-Keijman法、Valiantzas2法、1948Penman法。可用这12种方法作为FAO-56PM法的替代在四川省湿润气候区中缺乏气象资料地区实现对ET0的精准计算。

不同补充灌溉量对番茄幼苗生长的影响

采用营养钵称质量的方法,研究补充80%、100%、120%蒸发量的不同灌溉量对番茄幼苗形态、干物质积累、水分生理等的影响。结果表明,按植株蒸腾蒸发量的100%补充灌溉,番茄幼苗的株高、茎粗、叶片数达最大值,且植株干物质积累增大,壮苗指数显著提高。因此认为番茄苗期最佳补充灌溉量为植株蒸腾蒸发量的100%。

作物需水量计算模型组件研究与应用

作物需水量的计算在农业用水、水资源与环境评价、作物生长模拟等方面的研究应用有着重要作用,国内外已形成了众多的研究成果与计算方法。通过对目前比较成熟的作物需量计算方法进行收集和筛选,在不同计算模型的特点和适应性分析基础上,对模型进行分类和归集,采用COM技术研究建立了通用性强、应用面广、内容齐全的计算模型组件。模型组件包含ET0计算模型20余个,以及作物系数等计算方法,既可以作为作物需水量计算和研究的工具,也可以作为研发相关系统软件的部件,为其提供中间支持。作物需水量计算组件的实现对促进农业用水软件资源共享,增强农业水资源现代化管理有较高的实用价值。

ET的遥感监测与流域尺度水资源管理

在水资源短缺、水环境质量恶化的形势下,为实现流域的真实节水,需要以卫星遥感监测的ET(蒸发蒸腾量)为依据,进行流域水资源的有效管理。这是一个新的理念和方法。文中综述了当前国际上几种较先进的遥感监测ET的方法。其中“陆面能量平衡算法(SEBAL)”,由于物理基础较好,近十多年来在许多国家有成功的业务化的应用,已被“GEF海河流域水资源和水环境综合管理”项目采用,以计算从日到季和年,从每个县每种土地利用到全流域的ET分布。以2002年的预分析为例介绍了有关结果。讨论了SEBAL的不足之处及改善意见。