三江源区高寒草原蒸散发模型的适用性研究

【目的】明确参考作物蒸散发(Reference crop evapotranspiration,ET0)计算模型在三江源高寒草原区的适用性,优选出适宜于气象资料模拟的ET0模型。【方法】基于2020-2021年微气象站及称重式蒸渗仪自动观测连续数据,分析高寒草原实际蒸散发(Evapotranspiration,ET)的季节变化趋势,并以实测ET为标准,对FAO 56 Penman‐Monteith、Priestley‐Taylor、Mcloud、Mahringer、Dalton、DeBruin‐Keijman 6种常用ET0估算模型进行适用性评价,以此推演2009-2019年最适ET0变化趋势。【结果】1)季节尺度上,1-8月ET呈上升趋势,8月呈现最高值(3.93 mm/d),9-12月逐渐下降,ET年累积量达到339.66 mm,生长季ET占全年ET的70.49%;2)ET估算值和实测值对比分析表明,PM拟合效果最好(RMSE=0.85 mm/d;MBE=0.49 mm/d;PE=53.17%),更适合该地区ET估算;3)根据PM模型推演ET0变化趋势,发现2008-2014年基本平稳,2015-2019年逐步下降,下降幅度为61.89 mm/a。【结论】6种模型中PM模型估算高寒草原ET0结果最适宜,可为蒸散发从点到面的尺度推广奠定理论基础。

几种参考作物蒸散量计算方法的比较

对FAO-Penman-Monteith公式、Hargreaves公式、Priestley-Taylor公式、FAO-17 Pen-man公式进行比较,应用这4种方法计算了河北省石家庄市的参考作物蒸散量。计算结果表明:FAO-17 Penman公式与Penman-Monteith公式具有很好的一致性,可代替Penman-Monteith公式计算参考作物蒸散量;Hargreaves公式与Penman-Monteith公式相比,其相关性并不显著,使用时需要进行修正;而Priestley-Taylor公式的计算值与FAO-Penman-Monteith公式的计算值相比,差异较为显著,是由于Priestley-Taylor公式没有考虑空气动力项对参考作物蒸散量的影响。因此,在使用Priestley-Taylor公式计算参考作物蒸散量时必须根据不同月份对公式中的常数项重新进行修正。

榆林市参考作物蒸发蒸腾量随时间序列变化的规律

根据选取的榆林市5个代表气象站1985-2006年22年的气象资料,应用FAO-Penman-Monteith公式计算了各站历年各月的参考作物蒸发蒸腾量（ETo）,并分析了ETo随时间序列变化的规律。结果表明：榆林市5个代表站5、67、月份的ETo之和占全年的比例最大; 各代表站的ETo主要在1996年以后随时间呈极显著增加趋势,在1985-1996年,定边、横山的ETo随时间呈极显著减少的趋势,绥德、榆阳、神木的ETo随时间呈极显著增加的趋势,但是增加的趋势线斜率均小于1996年以后的趋势线斜率; 榆林市的ETo与平均气温、日照时数、风速呈极显著的正相关,与相对湿度呈极显著的负相关; ETo与最高气温呈显著正相关,与最低气温除了定边站呈极显著正相关外,与其它各站均呈极显著负相关; 平均气温是影响榆林市ETo变化的主要气象因子。

基于FAO-Blaney-Criddle方法的河套灌区参考作物蒸散发量估算

实时灌溉预报是河套灌区管理科学化与信息化的要求,利用天气预报中相对准确的气温数据估算参考作物蒸散发量对实时灌溉预报非常重要,因此需要建立一种基于温度的参考作物蒸散发量估算方法。利用FAO-Penman-Monteith方法估算河套灌区解放闸灌域历史参考作物蒸散发量,以此作为标准值率定FAO-Blaney-Criddle公式中逐旬的修正系数,得到基于温度的参考作物蒸散发量估算方法。结果表明,在作物的生长季(4-9月),FAO-Blaney-Criddle方法与FAO-Penman-Monteith方法的估算结果相近。率定期各旬相对误差均<5%,标准误差<0.65 mm/d,验证期各旬相对误差均<9%,标准误差<0.70 mm/d。10 d滑动平均的参考作物蒸散发量估算精度,Nash效率系数达到0.75,误差0.5 mm/d的精确度达到了68%,误差在1 mm/d以内的准确率达到95%。FAO-Blaney-Criddle方法可以应用于河套灌区的灌溉预报中。另外,FAO-Blaney-Criddle方法的参数具有较强的地区差异性,需要针对不同地区的气象数据进行率定和验证。

乌鲁木齐参考作物蒸散量计算方法的比较

以Penman-Monteith方法为标准,利用Hargreaves方法,Priestley-Taylor方法和FAO-17 Penman方法计算乌鲁木齐的参考作物蒸散量ET0(Reference Crop Evapotranspiration),对计算结果分别作了对比分析,并对不同的方法进行相应的修正。结果表明:(1)乌鲁木齐的ET0季节分布极不均匀,表现出夏季、春季、秋季、冬季依次减小的趋势;(2)总的来说,PT和HG方法的估算值比PM的标准值要偏低,F17方法的估算值比PM方法的标准值要偏高,造成不同方法的估算偏差的主要原因是由于各自选用了不同的辐射项和动力项所致;(3)在气象资料缺乏、精度要求不高的时候,PT方法能够用来计算乌鲁木齐的ET0,如果精度要求较高,可以使用修正后的公式;(4)修正后的HG公式计算结果最接近PM方法的标准计算结果,如果使用HG方法估算乌鲁木齐的ET0,必须先进行修正;(5)F17方法采用了与PM方法不同的风速修正方案,修正前后的误差都较大,不适用于乌鲁木齐ET0的计算。上述方法在其它地区的适用性有待进一步检验。

内蒙古地区参考作物蒸散变化特征及其气象影响因子

为深入了解不同草原类型下参考作物蒸散特征及其对气候变化的响应,该文利用FAO Penman-Monteith公式研究了内蒙古地区46个站点1961-2010年参考作物蒸散量及其辐射项和动力学项的时空分布规律和变化特征,并对其主要影响因素进行了分析讨论。研究结果表明:近50a来内蒙古各站点参考作物蒸散量的年平均值均介于570~1 674 mm之间,该地区参考作物蒸散量及其构成项的值西高东低,而且从高到低的5个草原类型依次为:荒漠、草原化荒漠、荒漠化草原、典型草原、草甸草原。各区生长季内参考作物蒸散量约占全年的80%。内蒙古各站点年参考作物蒸散量的变化率在-48~50 mm/10a之间,荒漠、草原化荒漠、荒漠化草原和典型草原参考作物蒸散量变化均不明显,草甸草原参考作物蒸散量显著上升(P=0.001)。各区域参考作物蒸散量辐射项的年值和月值均呈显著的上升趋势,除草甸草原外各区域参考作物蒸散量动力学项的年值和月值呈下降的趋势。风速是影响荒漠、草原化荒漠、荒漠化草原和典型草原西部地区参考作物蒸散量变化的首要因子,风速下降导致该地区蒸散呈下降的趋势;日平均温度是次要因子,但气温升高对参考作物蒸散量变化的作用有限,参考作物蒸散量并未随气候变暖而显著增大;相对湿度是第三因子,与参考作物蒸散量呈负相关(P=0.006);日照时数是第四因子,其值降低导致参考作物蒸散量的下降。典型草原东部和草甸草原地区各站点受气象因子综合影响使参考作物蒸散量呈上升的趋势。该研究探讨了内蒙古各类型草原参考作物蒸散对气候变化的响应,为内蒙古各类型草原的生态保护和可持续发展提供科学依据。

祁连山北坡草地蒸散量及其与影响因子的关系

【目的】研究祁连山北坡草地蒸散与其环境因子的关系，为该牧区草场的科学经营、草地退化的防治以及区域草地生态环境建设等提供科学依据。【方法】以小型自动气象站（HOBO Weather Station，U．S．A）气象观测资料为基础，采用FAO Penman-Monteith方法估算了祁连山北坡草地参考作物蒸散量（ET0），并结合FAO-56的推荐值，分析了草地实际蒸散量（ETc）的动态变化，同时模拟研究了相关环境因子对实际蒸散量的影响。【结果】夏季（7和8月）草地的实际蒸散量较大，冬季（12和1月）较小，在7月中旬达到年度最高值，平均为3．40mm／d；按相关系数的高低，环境因子对实际蒸散量的影响表现为空气温度〉空气相对湿度〉土壤含水量（0～40cm）〉太阳辐射〉风速；土壤水分对实际蒸散量的影响表现为土壤深度越大，土壤水分对实际蒸散量的影响越小；太阳辐射量与实际蒸散量呈线性关系。【结论】祁连山北坡草地实际蒸散量的年际变化符合当地环境的变化规律，环境因子对其不同程度的影响表明，在今后的草场管理、退化防止、生态建设中应采取适当的措施，以确保草地的良性发展。

参考作物蒸散量的多种计算方法及其结果的比较

分别用 FAO Penman- Monteith公式 (模型 1 )、FAO Penman 修正式 (模型 2 )和国内Penman修正式 (模型 3)计算了泰安和西峰两地的参考作物蒸散量 ,对 3种方法的计算结果进行了比较 .模型 1得到的参考作物蒸散量大于后 2种模型 ,导致不同模型计算偏差的原因是 3种模型各自选用了不同的辐射项和动力项计算式 ,且计算偏差随季节和地理条件而变 .建议计算区域参考作物蒸散量用模型 1 ,计算单站逐日参考作物蒸散量 3种模型都可用 .

四种参考作物蒸散量综合法的比较

参考作物蒸散量(ET0)的估算是作物需水量计算的关键,诸多估算方法在不同地区具有不同的适应性。本文利用中国农业主产区6个代表站点的气象数据,以FAO 56 Penman-Monteith(PM)为标准,对常用的1963 Penman(Pen63)、FAO 1979 Penman(FAO 79)、FAO 24 Penman(FAO 24)及1996Kimberly Penman(Kpen)共4种参考作物蒸散量综合方法进行比较评价。结果表明:(1)Pen63、FAO 79及Kpen的日估算值均比PM估算值偏高,FAO 24偏低,其平均偏差分别为0.28、0.52、0和-0.17mm?d-1,相对偏差为16.0%、25.2%、2.4%、-5.3%,相对均方根误差为12.1%、22.4%、14.2%和13.5%。(2)Pen63、FAO79的月估算值显著高于PM值,在高估最大的5月份平均偏高12.5mm(10.8%)和28.2mm(22.6%)。FAO24表现为低估,低估最大的月份平均偏低11.4mm(8.1%),但在南方站点多数月份的估算值与PM估算值无显著差异。Kpen月估算值与PM估算值相比,既有高估(5-10月),也有低估,高估最大的月份平均偏高19.7mm(14.5%),且在南方站点的秋冬季有近6个月与PM无显著差异。(3)Pen63和FAO79的年值均显著大于PM年值,平均偏高103.8mm(11.8%)和191.5mm(21.3%)。FAO24年平均低估PM值60.9mm(6.3%),Kpen则平均高估50.5mm(5.8%)。(4)时间尺度对评价结果具有一定影响,4种综合法依据日、年值的评价效果排序分别为Pen63>FAO24>Kpen>FAO79和Kpen>FAO24>Pen63>FAO79。在日尺度下4种方法更适于湿润气候,但年尺度下仅FAO79和FAO24较适于湿润气候。可见,4种综合法以Pen63普适性最好,FAO79最低,因此使用FAO79前对其进行适应性评价尤为重要。

华北山区短时段参考作物蒸散量的计算

短时段参考作物蒸散量的估算是研究华北山区小尺度范围内的水分循环和转化的重要环节。因受观测条件的限制,北方半湿润半干旱山区短时段参考作物蒸散量的研究相对较少。本文利用FAOPenman-Monteith公式、FAOPenman修正式和Priestley-Taylor公式对华北山区东台沟小流域观测到的4个月的气象数据进行了逐日的参考作物蒸散量计算,结果显示,FAOPenman修正式的计算值比FAOPenman-Monteith公式的计算值平均偏大16%左右,而且经过统计分析,它们具有很好的相关性,即在代表流域内使用FAOPenman修正式计算出参考作物蒸散量之后,再乘以一个折算系数(如0.84),即可得到与FAOPenman-Monteith公式的计算值较为相近的结果;而Priestley-Taylor公式的计算值与FAOPenman-Monteith公式的计算值相比,差异比较显著。分析其原因,我们认为是由于Priestley-Taylor公式没有考虑空气动力项对参考作物蒸散量的影响。因此,如果在华北山区使用Priestley-Taylor公式计算参考作物蒸散量,必须根据季节对公式中的常数项α重新进行修正。本文通过对2003年8月～2004年8月期间逐日计算得到的ET0(P-T)和ET0(P-M)值进行对比分析后,给出了修正后的不同季节的α值,为华北山区计算作物蒸散量提供了依据。

几种常用净辐射计算方法在黄淮海平原应用的评价

Penman修正式和FAO Penman-Monteith公式是利用气象资料计算参考作物蒸散量方法中应用最广泛的。这些公式中净辐射是根据温度、日照时数、湿度以及一些当地的参数来计算的。用实测数据评价净辐射计算方法的研究还很少。该文作者利用中国科学院禹城综合试验站实测数据对两个公式中净辐射计算方法在黄淮海平原的应用进行了评价。在Penman修正式中，别尔良德法、彭曼法、布朗特法和邓根云法是常用的净长波辐射计算方法。结果表明：在Penman修正式净辐射公式中，采用别尔良德净长波计算方法误差最小，而且与FAO Penman-Monteith公式中净辐射计算精度一致，但都存在相对误差在11～1月份比其他月份偏大的现象。进一步建立了适合本地区的用总辐射推算净辐射的经验公式。

五种潜在蒸散发公式在汉江流域的应用

以汉江流域14个测站1960-2009年逐日气象资料为数据源,采用FAO-56 Penman-Monteith以及Hargreaves,Blaney-Criddle,Thornthwaite,Hamon 4种温度法计算各测站逐日以及逐月潜在蒸散发量,利用反距离加权插值法得到流域面平均年潜在蒸散发量。以FAO-56 Penman-Monteith结果为标准,与温度法年潜在蒸散发量计算结果进行对比,修正温度法计算公式的经验系数,分析修正公式在汉江流域的适用性。结果表明:参数修正前温度法计算结果存在较大误差,相对偏差最大可达41.34%。修正后计算结果相对误差明显减小,最大偏差小于0.1%,并显示出较好的变化趋势和峰谷一致性。修正后的Hargreaves公式与FAO-56 Penman-Monteith公式相关性最好,相关系数达到0.94,其次为Hamon公式和Thornthwaite公式,最后是Blaney-Criddle公式。

渭河流域关中段潜在蒸发量时空变化特征

根据渭河流域关中段11个主要代表气象站点1955~2012年逐日气象数据,以FAOPenman-Monteith公式得出潜在蒸发量,分析渭河流域关中段潜在蒸发量的时空变化特征。结果表明:1渭河流域关中段年平均潜在蒸发量在1 073.9~1 284.1 mm,流域内多年平均蒸发量随着海拔的降低逐渐增高。2夏季潜在蒸发量在327.6~547.2mm,占全年的34%~42%,变化趋势与全年潜在蒸发量变化趋势高度一致。3渭河关中段随气温上升,潜在蒸发量减少。4年均潜在蒸发量与日较差、平均气温、平均风速、日照时数呈正相关,与相对湿度和水汽压呈负相关。

黑河中游地区湿草地蒸散量试验研究

干旱区湿草地蒸散量的估算对区域草地生态环境建设、草场的科学管理和湿地保护等具有重要的意义.但目前为止,对湿草地蒸散的观测和研究非常少.以气象观测资料为基础,采用不同的方法估算了黑河中游湿草地的参考作物蒸散量(ET0),并对5种方法计算结果进行了对比.结果表明,除Priestley-Taylor法外,其余几种方法计算结果十分接近,相关性好.用FAOPenman-Monteith公式计算结果对ET0的变化作了分析:在一个完整年度内,试验地ET0为1193.9mm,日均3.26mm.d-1.在牧草不同生长季节,ET0变化剧烈,非生长期、生长初期、生长中期、生长末期分别为0.92mm.d-1、2.13mm.d-1、5.33mm.d-1和2.52mm.d-1,其蒸散量分别占全年蒸散总量的7.85%、5.02%、70.90%和16.23%.ET0在2月中下旬迅速增大,4月增大幅度最大,此后进一步增大直到7月达到最大,随后逐步减小,在11月中旬随着牧草生长期的结束降至年最低值.确定了牧草非生长期、生长初期、生长中期、生长末期的Kc分别为0.30、0.40、0.90和0.88,计算的牧草地年实际蒸散量为962.0mm,日均2.63mm·d-1.

小流域水文循环过程中蒸散发量模拟方法评价

蒸散发(ET)在农业灌溉和水资源管理中起着重要作用。ET可通过FAO-Penman-Monteith方法(ET_(FPM))进行准确估算,ET_(FPM)方法是ET估算的标准参考方法,此方法需要提供更为详实的气象数据。对于ET的估算,需要寻找使用较少的输入数据,而不会影响预测准确性的替代方法。研究运用5个基于辐射的模型,包括Makkink(ET_(MAK))、Priestley和Taylor(ET_(PT))、Abtew(ET_(ABT))、Jensen-Haise(ET_(JH))、McGuinness和Bordne(ET_(MB)),3个基于温度的模型,包括Hargreaves and Samani(ET_(HS))、Hamon(ET_(HAM))和Linacre(ET_(LIN)),以及1个基于空气动力学的模型Penman(ET_(PEN)),通过使用韩仓河流域周边6个气象水文站的长期数据,将选取的模型与ET_(FPM)模型在月尺度和生长季节尺度上进行比较评价。结果表明,ET_(JH)、ET_(HAM)分别是67%,33%研究区域每月ET的最佳预测方法。在研究区域中,基于辐射的方法优于基于温度的方法。植被生长季节ET累积值表明,Jensen-Haise和Hamon方法在暖季和秋冬季生长期表现最佳,而春季生长期最佳预测方法仅包括Jensen-Haise方法。最佳替代方法和ET_(FPM)方法之间的差异表明,最佳替代方法在某些地区的估算可信度不高,因此在使用之前应考虑ET模型可预测性能的时空变化。

基于云模型的四川省潜在蒸散量时空分布研究

为了研究四川省潜在蒸散量(ET0)的时空分布特性,利用FAO-56 Penman-Monteith方法计算四川省4个分区45个站点1960—2010年51 a潜在蒸散量(ET0),首次采用云模型描述ET0的时空分布特性。结果表明:51 a来四川省ET0先减小,2000年后有增加的趋势;4个分区ET0在时间上分布都不均匀,四川盆地、盆周山地和川西南山地的不均匀性较川西北高原稳定。ET0的空间分布较时间分布更不均匀,不均匀性更加不稳定。川西南山地区的多年平均ET0最大,川西北高原次之,四川盆地和盆周山地较小。ET0空间分布的不均匀性在这51 a先增强,2000年后有所减弱。1991—2010年ET0空间分布不均匀性的稳定性较前30 a减弱,但2000年后稳定性有增强的趋势。

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)。

基于多源遥感数据的三江平原日蒸散量估算

采用FAO Penman-Monteith(P-M)模型,结合多源遥感数据,实现空间尺度上的扩展,对三江平原生长季(5—9月)不同气象条件和不同下垫面条件下的日实际蒸散量进行了估算,并利用波文比观测数据对模拟结果进行了验证。结果表明:(1)观测站日实际蒸散发的模拟值与实测值较为一致,R2达到0.824,RMSE为0.493,研究所采用的基于遥感驱动的PM模型适用于三江平原日蒸散发的估算。(2)生长季内,三江平原的月蒸散发量呈单峰性分布,7月达到峰值;蒸散发量的空间分布与植被盖度和水分供给状况密切相关。(3)净辐射和气温是影响三江平原实际蒸散发的两个主要因子,其次为比湿和风速,此外,降水可以明显增加实际蒸散量,是影响区域蒸散发的关键因素。

气候变暖背景下山西区域地表干湿状况变化

利用1961-2017年山西省67个台站观测资料和FAO Penman-Monteith模型,运用统计学方法,研究了山西省近57 a地表干燥度的时空变化,分析了干湿区界限的年代际波动和面积变化,探讨了影响本区域干燥度的主要影响因素,结果表明:以年干燥度指数2.0为标准,山西全省可划分为半干旱和半湿润2个分区,其分区与植被覆盖度十分吻合;山西省北部和东南部地区呈变湿趋势,2000年之后尤为明显,而西南部大部为变干趋势;干燥度指数在1960-1990年代呈波动上升趋势,之后呈下降趋势;降水量在1990年代前呈下降趋势,之后呈上升趋势;蒸散量的变化分3个阶段,1960-1970年代为上升趋势,1980-2000年代较为稳定,之后呈增加趋势;干湿区界限经历了1960-1990年代的东南向位移和之后的西北向位移2个阶段,相应的干旱区面积占总面积的比例由52%扩展到73%,之后缩减到23%;降水量和蒸散量均同干燥度有显著相关性,且降水量同干燥度的相关性大于蒸散量,而相对湿度、平均风速和日照时数同干燥度相关不显著,但同蒸散量显著相关,最高和最低气温同干燥度或蒸散量的相关性均不显著;晋西北沙漠化年代际变化趋势与干燥度变化趋势一致,干湿状况是晋西北沙漠化变化趋势的重要影响因子。

东北地区参考作物蒸散确定方法研究

运用FAO Penman monteith方法和Hargreaves方法对中国东北地区4个气候大区16个气象台站的参考作物蒸散(ET0)进行了研究,并对FAO Penman monteith方法和Hargreaves方法的计算结果进行分析。发现:Hargreaves方法可适用于东北地区,尤其是亚湿润地区,但是相对于FAO Penman monteith方法,该方法还存在偏差,特别是半干旱地区。为了进一步提高Hargreaves方法的精度,对其进行了修正,得出比Hargreaves方法精度更高的适于东北地区参考作物蒸散计算的方程,为精确、实用地确定作物需水量和合理的灌溉制度提供了科学依据,有利于水资源的合理利用,尤其是水资源缺乏的半干旱地区。