内蒙古地区ET_0时空变化与相关分析

该文根据内蒙古135个站点,30年气象资料,利用Penman—Monteith公式计算得参考作物腾发量(ET0)。在此基础上,对ET0在我国北方干旱寒冷区时空上变化进行了分析,同时就ET0与4项主要气象因子(温度T、湿度RH、风速U、日照时数N)的关系进行了分区分月的分析,提出了适合我国北方干旱寒冷地区不同条件下的ET0计算模型。

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计算方法在川中丘陵地区的比较及改进

为了获取川中丘陵地区参考作物蒸散量(ET0)在气象资料短缺条件下不同类型的简化计算方法,选用FAO-56Penman-Monteith(PM)法、Hargreaves法、Hargreaves校正法、Priestley-Taylor法和Irmark-Alleen拟合法计算简阳站1999-2005年逐日的ET0。以PM公式为标准,对其他4种方法进行评价及改进。结果表明,Hargreaves校正法计算误差最小,Irmark-Alleen拟合法和Hargreaves法次之,Priestley-Taylor法计算误差最大。通过灵敏度分析,得出川中丘陵地区影响ET0的主要气象因子是相对湿度,因此该文对在湿润气候条件下应用的Priestley-Taylor法和Irmark-Alleen拟合法的参数进行逐月修正,改进后的计算方法精度得到明显提高。Hargreaves校正法、该文提出的Priestley-Taylor修正法和Irmark-Alleen拟合改进法可以作为川中丘陵地区气象资料短缺条件下ET0的简化计算方法。

应用自适应神经模糊推理系统(ANFIS)的ET_0预测

参照作物腾发量是计算作物需水量和进行灌溉预报的基础要素。该文利用自适应神经模糊推理系统(ANFIS)所具有的直接通过模糊推理实现输入层与输出层之间非线性映射能力,和神经网络的信息存储和学习能力,将其应用于参照作物腾发量预测中。根据相关分析,输入变量选择日照时数和日最高气温;用5年共1827个数据组对系统进行训练,建立了参照作物腾发量预测系统。利用该系统对近年213个数据组进行了实际预测,与Penman-Monteith方法计算结果进行比较,结果相关性良好。

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。

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。

ET_0计算模型及其主要输入因子的影响分析评估

采用内蒙古中部呼和浩特1961—2003年，43年的气象资料，对计算ET0的修正Penman模型与MontdthPenman模型中输入的主要气象因子（气温、风速、湿度、太阳辐射或日照）分析评估。结果显示：单纯的模型计算对比难以评价哪一种模型更适合中国复杂的地理及气候环境，必须利用Lysmiets等实验结果对各种模型进行率定考核。同时ET0模型中，输入的某些主要气象因子对ET0值的影响非常明显：不同地区、不同的作物、不同生长期，净辐射计算Angstrom公式中的a、b值应不同；年平均气温增加2．1℃时，北方干旱、半干旱区4—10月份ET0值增加3．9％-5．2％；当风速增加20％时，作物生育期内（4—10月份）ET0增加3．9％-8．0％，春夏之交4—6月份ET0增加值占全生育期的61．9％；而半干旱区相对湿度的改变对ET0值影响很小。对二种模型中输入各因子影响程度的分析评估有助于ET0的认识深化及应用推广。

ET_0计算公式的设定条件和重要影响因子的实验率定研究

对ET0计算公式设定条件和重要影响因子的实验率定研究:揭示了Penman-Motheith(PM)等公式定义中叶面冠层阻力、反射率及Angstrom公式中的a、b值不是定值,而是一个随作物生长变值,并建议将变化的叶面冠层阻力、反射率及季节a、b值代入计算公式,可得到更加切合实际的ET0值;鉴于参考作物有两种:牧草和紫花苜蓿,不同的参考作物蒸发蒸腾量计算公式对应着不同的参考作物,求得两种参考作物蒸发蒸腾量的转换系数Kr可进行不同参考作物间的转换计算;揭露了参考作物(苜蓿)冠层光合有效辐射(PAR)及冠层顶部光合有效辐射(PARCAN)在一定程度上影响ET0值,气孔导度和物质积累等生理、生化作用也与ET0的变化过程十分相关;并对ET0标准ASCE-PM、PM、MP公式中主要气象输入因子对ET0、ETa、ETr值的潜在支配作用进行了研究。有助于ET0学科中重要问题的引领研究及精确估计。

高原山区主要气候因子对ET_0影响分析研究

根据云南省4个站30~40年的逐日气象资料,应用FAO-56 Penman-Monteith计算了参考作物的逐日需水量（ET0）,分析了ET0的年内年际变化特征;采用了Mann-Kendall方法,对ET0时间序列趋势进行了检验分析;采用了偏相关分析方法研究了各主要影响因子（水汽压、风速、日照、蒸发、降雨、海拔、纬度）对ET0的影响,结果表明：各站点的时空分布特征明显,各站的ET0呈下降趋势,最大值发生在20世纪70~80年代,最小值发生在21世纪,风速的变化对各站ET0的影响最大,水汽压和降雨最小,ET0随海拔的增加而降低,随纬度的增加而增加,反映了高原山区ET0的变化特点。

贵州省ET_0时空演变规律的成因分析

为了明确贵州省参考作物腾发量(ET_0)的时空变化规律及其驱动原因,利用贵州省19个气象站点1959-2015年的日气象数据,运用FAO-56PM公式进行ET_0的计算,分别采用MK趋势检验法、IDW插值法和偏导数计算法分析了贵州省多年ET_0的年际变化趋势、空间分布特征和ET_0变化的气象因子灵敏度分析,并结合多年相对变化率进行贡献率分析。结果表明:贵州省不同地区的多年ET_0表现出不同程度的变化趋势和分布特征,多年年平均ET_0为785~989mm,总体上呈现为由西南到东北递减的分布特征;贵州省ET_0对相对湿度最为敏感,但日照时数(即太阳辐射)是引起贵州省多年ET_0变化的主要驱动因子。对于贵州省ET_0呈现上升趋势的地区应根据其主导驱动因子采取相应的科学措施,以缓解该区域水资源的供需水矛盾,研究结果可为贵州省农作物种植结构调整和水资源的合理配置提供指导依据。

四种ET0计算方法在荆州地区的适用性分析

选取荆州气象站1953-2008年气象资料,以Penman-Monteith公式法计算ET0值为标准,对Hargreaves、Priestley-Taylor、Mc-Cloud和Irmak-Allen等4种公式计算的ET0结果进行分析比对。结果表明,Hargreaves公式和Priestley-Taylor公式在荆州地区的适用性好,其平均相对误差均处于10左右,相关系数均大于0.96,一致性指数均在0.98以上,可直接用于当地参考作物腾发量的计算;Mc-Cloud公式的平均相对误差结果均在40以上,且相关性较差,一致性指数均小于0.90,平水年的相关系数也不足0.90,不适用于荆州地区参考作物腾发量的计算;Irmak-Allen经过修正后可用于荆州地区参考作物腾发量的计算,修正式分别为:ET′0IA1.0957 ET0IA-9.0201(丰水年P25)、ET′0IA1.1375 ET0IA-12.299(平水年P50)、ET′0IA1.1244 ET0IA-12.056(枯水年P75)、ET′0IA1.1244 ET0IA-12.056(特旱年P90)。

气象资料缺测条件下武汉地区计算ET_0方法适用性分析

运用Priestley-Taylor公式、Hargreaves公式和Penman-Monteith公式,对武汉市各典型水文年参考作物腾发量ET0进行计算,以Penman-Monteith公式的计算结果为标准,对Priestley-Taylor和Hargreaves公式的计算结果的适用性进行分析。结果表明:各典型年Hargreaves公式计算的ET0值与Penman-Monteith公式的计算值无显著性差,在气象资料缺测的条件下可直接代替Penman-Monteith公式在该地区使用;而Priestley-Taylor公式与Penman-Monteith公式计算结果有很大差异,使用前须进行修正。

Penman-Monteith公式与Penman修正式在计算ET_0中的比较研究

利用1961-2001年关中中部地区3个气象站的月气象资料,分别用Penman-Monteith公式和Penman修正式计算3站的ET0,并对计算的结果进行了比较。结果表明,Penman-Monteith公式计算的ET0年值大于Penman修正式计算的ET0的年值,且两种方法逐年的计算结果比较稳定。绝对误差ΔET0的变化为-138～44 mm;相对误差变化为0.17%～13.90%。ET0多年月均值在全年各月变化较大,绝对误差ΔET0在4-7月大于0,其他月份都小于0;相对误差1、10、11和12月相对较大,而在其他月份相对较小。导致差异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,其中春、夏两季空气动力学项的不同是引起结果差异的主要原因,而在秋、冬两季辐射项不同是引起结果差异的主要原因。两种公式计算的ET0具有显著的线性相关性。

ET_0计算公式设定条件下冠层阻力的实验率定研究

本文通过对我国半干旱区参考作物(修剪苜蓿)ET0值的率定实验研究,揭示了在ET0计算公式设定条件下冠层阻力rc的变化规律,认为:随着作物生育期的延长,冠层阻力呈现递增趋势,且生育中期实验条件及结果比较接近ICID和FAO建议ET0值的设定条件,期间冠层阻力变化幅度在86.9 s/m和66.3 s/m之间;冠层阻力的日变化过程呈现"U"形,最低点出现在中午,低于50s/m,最高点出现在早晨8∶00、20∶00,普遍高于100s/m;在冠层阻力PM、Todorovic计算公式中,共同影响rc的主要参数有:ra、es-ea、Rn、ET0,采用PM公式对这几项参数与rc-PM值进行多元回归分析,表明ET0对rc-PM值的影响最显著,其次是ra、Rn值,而es-ea对rc-PM值的影响不显著,本研究有助于参考作物rc数值的动态揭示和影响因子分析。

ET_0的人工神经网络模型与评估研究

在对内蒙古135个站点,30年气象资料及利用Penman—Monteith公式计算获得参考作物腾发量(ET0)分析的基础上,运用人工神经网络中最成熟的BP网络对内蒙古各区域在作物生育期(4～9月)建立了方便可行的ET0计算模型。并利用辐射项(ETr)和空气动力学项(ETa)对所建模型进行了评估与适用条件的分析。研究表明,大量样本训练而得的作物生育期模型具有很高的可信度,分区与分月建立的模型在一定条件下可满足生产的需要。

ET_0计算公式在我国半干旱区的实验率定研究

通过对我国半干旱区(杨凌)参考作物(修剪苜蓿)ET0值的实验率定研究,揭示了在杨凌半干旱气候区,以天(旬、侯)为时间计算尺度时,实测ET苜蓿值与9种ET0计算公式的计算值比较结果。ASCE推荐的标准ASCE-Penman-Motheith(标准ASCE-PM)及Penman-Motheith(PM)公式计算ET0值与实测ET苜蓿值比较接近,再者是Priestley-Taylor和修正Penman(MP)公式,其它公式的适宜条件较差一些;以小时为时间计算尺度,若是晴天,标准ASCE-PM公式计算值比PM公式计算值更接近实测ET苜蓿值;若是昙天,PM公式计算值比标准ASCE-PM公式更接近实测ET苜蓿值;若是阴天,标准ASCE-PM、PM公式计算值与实测值相差较大。

基于气象参数的内陆干旱区作物生育期ET_0预测

为实现大田作物灌溉的精细化管理,研究了基于气象因素的生育期ET0预测模型。采用灰色理论对ET0与日均、日最高、最低温度,日均风速,相对湿度以及日照时数进行灰色关联度分析,结果表明ET0与温度(包括日均、最高、最低温度)及相对湿度的灰色关联度较高。在分析ET0与上述气象因素间的相关系数基础上,采用日均温度、日均风速以及日照时数作为模型的输入,ET0作为输出,建立了BP神经网络(BPNN)预测模型;采用日均温度、日均风速、日照时数及灰色关联度作为输入,建立了模糊最小二乘支持向量机(FLSSVM)预测模型。研究结果表明,BPNN模型的训练值决定系数为0.8643,平均相对误差6.29%,预测值决定系数为0.8099,平均相对误差7.83%;FLSSVM模型的训练值决定系数为0.9684,平均相对误差2.89%;预测值决定系数为0.9663,平均相对误差3.43%。BP神经网络与FLSSVM模型的精度均较高,可以用来预测ET0日值,这为大田作物的精细化灌溉管理提供理论与技术支持。

修正温度法计算农作物蒸散量ET_0研究

作物腾散量是农业灌溉管理方面最主要参数。目前确定作物腾散量的方法很多,根据新疆维吾尔自治区21个典型气象站1981～2000年的20年月平均气象资料运用FAOPenman-Monteith法(1990)与温度法进行计算和系统对比分析,结果表明二方法具有较好的相关性,样本总数为126个,相关系数为0.925。通过验证误差在允许的范围之内。因此为今后灌溉管理和产量评估提供了较为简便实用的模型。

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。

低纬高原地区ET_0多时间尺度变化特征及变化趋势分析

根据云南省滇中4个代表站30多a的逐日气象资料,应用Penman-Monteith方法系统分析了参考作物的逐日需水量ET0,采用小波理论分析各站点逐年ET0的变化特征,并利用R/S分析法对参考作物的逐年ET0变化趋势进行了分析,结果表明：各代表站点的年ET0变化并非线性的持续增加或减小,存在明显的5~30 a的动态变化周期;同时各代表站点ET0年序列具有一定的持续性,即在将来一段时间仍然保持与过去相一致的变化趋势,也即未来的总体趋势仍为减少趋势。