不同面积蒸发池水温特征及Penman模型改进

分析蒸发池水温特征可深入认识蒸发池能量平衡特性,研究Penman模型计算误差来源并改进,对农业计划、水源评估和水文预报具有重要意义。基于太谷均衡实验站3个不同面积蒸发池的水温、蒸发量及气象数据,分析各蒸发池的垂向水温分布和蒸发量的变化特征,基于Penman模型探究适合3个蒸发池的模型参数。结果表明:1 m^(2)和5 m^(2)蒸发池4—8月水温随水深增加而显著降低,20 m^(2)蒸发池各月水温分布均比较均匀,且水温更高;1 m^(2)和5 m^(2)蒸发池各月蒸发量相近,与净辐射变化趋势一致,20 m^(2)蒸发池蒸发峰值滞后于净辐射峰值3个月;Penman模型中加入反映除净辐射外能量的综合影响参数可提高模型计算精度,夏季尤为明显,1、5、20 m^(2)蒸发池夏季的参数值分别为3.5、3.3和2.1。

基于多模型比较的云南地区蒸散量时空特性分析

准确估算蒸散量并了解其时空变化有助于促进水资源的综合利用、合理配置以及管理规划。为研究云南地区蒸散量及其时空变化特征,文章选用1990年~2019年云南地区25个气象站点的逐日数据,并使用R语言包Evapotranspiration中的Penman模型、AA模型及GG模型分别计算蒸散量,由于多种因素影响会导致模型所得结果存在差值,故需要研究模型的适用性以便更好地描述区域蒸散发。研究结果表明:1) Penman模型在云南地区蒸散量估算中具有较好的适用性好;2) 云南地区蒸散量具有明显的季节性特征,蒸散量集中在夏季,春冬季节较少;3) 随着地势从北到南逐渐降低,蒸散量逐渐增加,滇西北及滇东北地区蒸散量最少,在怒江、澜沧江流域多年平均蒸散量沿河流呈条带状变化。Accurately estimating evapotranspiration and understanding its spatiotemporal variations will contribute to promoting the further comprehensive utilization, rational allocation, and management planning of water resources. To study the characteristics of evapotranspiration and its spatiotemporal variations in Yunnan, the daily data of 25 meteorological stations from 1990 to 2019 was selected, and the evapotranspiration was calculated respectively by Penman, AA and GG models in R package “Evapotranspiration”. Due to the difference in the results caused by various factors, it is necessary to study the applicability of the model to better describe regional evapotranspiration. The results show that: 1) Penman method is more applicable to estimate evapotranspiration in Yunnan. 2) The evapotranspiration has seasonal characteristics in Yunnan, with evapotranspiration being concentrated in summer and relatively lower in spring and winter. 3) With the decrease of terrain from north to south, the evapotranspiration increases gradually, and the evapotranspiration is the least in Northwest and Northeast Yunnan. In the Nujiang and Lancangjiang river basins, the average annual evapotranspiration along the rivers changes in a zonal pattern.

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。

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。

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Penman模型的蔬菜大棚土壤水分平衡研究

为达到土壤水分平衡状态,获得蔬菜大棚中作物生长的最佳土壤墒情,则需要建立起有效的模型.本研究以Penman模型为基础,对参数进行简化,提出了改进的温室大棚土壤水分平衡模型,降低了计算复杂度,提高了模型的计算效率.通过采集温室蔬菜大棚的实时气象数据,包括土壤温湿度、大气温湿度、通风风速、土壤热通量,使得数据更加准确,提高了计算的精度.实验采集蔬菜大棚作物处于发育期内的数据进行验证,模型计算获得的数据与实测值相比误差非常小.结果表明,该模型完全可以作为蔬菜大棚滴灌控制的一种可靠依据,具有较高的实际应用价值.

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。

彭曼模型在预测作物需水量中的应用--以沈阳地区为例

采用水量平衡法实测和Penman-Menteith模型模拟对沈阳地区在采用新兴的高产品种情况下的作物需水量进行对比研究,从而验证了彭曼模型在沈阳地区应用的有效性,并为沈阳地区作物需水情况及确定作物灌溉制度的进一步研究提供基础资料。

扎龙湿地参照作物蒸散发估算的经验模型

湿地参照作物蒸散发量是湿地水量平衡的重要因素。本研究选取了扎龙湿地周边8个气象台站1961-2000年的历史数据,通过拟合经典的FAO56 Penman-Monteith模型,建立了估算扎龙芦苇湿地逐月参照作物蒸散发的经验模型。建模时考虑到各气象因子对潜在蒸散发的作用,尝试了不同的组合方式及拟合模型,最终采用月最高气温、月最低气温、月降雨量和月平均风速四个因子,建立了非线性e指数方程。该模型与Blaney-Criddle、Priestley-Taylor、Hargreaves等三个常用经验模型进行了比较,得到较好的结果。新建模型在各气象站的应用表明,能够显著逼近FAO56 Penman-Monteith模型结果,计算的逐月参照作物蒸散发具有理想的精度。

几种蒸发模型的分析

在水文资源分析中，测定陆面蒸发是十分重要的．目前为止，尚未获得可应用的能提供一定精度的测定方法，所以，人们试图利用可获得的水文气象资料建立蒸发模型来估算蒸发量．目前世界上常用的蒸发模型可归纳为三类：１．仅利用气象资料所作的经验及半经验蒸发模型；２．由水量和能量平行法推导出的蒸散发模型，３．由大气边界原理论确定水溶液中离子的变化及其它各种新概念的蒸散发模型．这三种模型中，仅利用气象资料估算的蒸散发模型应用最为方便和广泛，蒸发学者们建立了各种不同地区和不同时段的这类蒸发模型．本文对几个目前有代表性的蒸发模型作一讨论．

蒸散发模拟的Valiantzas方法在中国的应用

根据一种简化的Penman模型,建立了一个无需风速的参考作物蒸散发模型(Penman-Valiantzas模型),在此基础上又结合Hargreaves辐射方程建立了无需风速和日照时数的Penman-Valiantzas-Hargreaves模型。利用世界粮食组织的CLIMWAT数据库中156个气象站点多年月平均资料对此模型在中国的适用性进行了分析。通过与FAO Pen-man-Menteith标准参考作物蒸散发量比较发现,这两个模型的相关性分别为96.64%和93.44%,均方根误差分别为0.32 mm/d和0.43 mm/d,比目前广泛使用的Priestley-Taylor模型、Hargreaves模型都具有更高的模拟精度。此外,利用北京延庆站的长期气象观测资料对Penman-Valiantzas模型进一步验证,模拟结果与FAO Penman-Menteith估算值和蒸发皿观测值的相关性分别为97.84%、86.38%;在北京站的应用表明,Penman-Valiantzas-Hargreaves模型在日尺度模拟方面也具有较高精度。研究认为,Valiantzas方法适宜在中国使用,是风速、日照时数数据缺乏情况下参考作物蒸散发模拟的较好方法。

甘肃黄土高原区潜在蒸散量时空变化与成因研究

基于甘肃黄土高原区12个气象站点1960—2008年逐日气温、降水、风速、日照时数、太阳总辐射和相对湿度数据,应用Penman—Monteith模型和Kriging插值法,分析了其潜在蒸散量的时空变化及其影响因子。结果表明:近49a来,陇中北部冷温带半干旱区和陇中南部冷温带半湿润区的潜在蒸散量均呈上升趋势。在四季中,潜在蒸散量的值夏季最大,春秋季次之,冬季最小。潜在蒸散量空间差异显著,潜在蒸散量的值表现为自北向南递减,其中最大值在景泰为1 105.82mm,最小值在岷县为772.31mm。相关分析表明,研究区年均潜在蒸散量所受气候因子的影响不尽相同,其中,陇中北部冷温带半干旱区为太阳总辐射和日照时数,而陇中南部冷温带半湿润区为太阳总辐射和最高气温。辐射项主要受太阳总辐射和最高气温影响,动力项主要受风速影响,辐射项的值都远大于动力项。不同气候区辐射项均呈上升趋势,但动力项有所不同,在陇中北部冷温带半干旱区呈下降趋势,斜率为-0.631mm/a,在陇中南部冷温带半湿润区呈上升趋势,斜率为0.415mm/a。

河南省参考作物蒸散量变化特征及其气候影响分析

基于河南省111个气象站1971-2010年逐日平均气温、最高气温、最低气温、相对湿度、风速和日照时数等气候要素资料,应用Penman-Monteith模型计算各站点逐日参考作物蒸散量(ET0),结合数理统计方法,分析近40a来河南省年ET0的时空变化特征,并对其主要影响因子进行探讨。结果表明,Penman-Monteith模型对河南省ET0的模拟能力较强,模拟值与同期小型蒸发皿蒸发量的相关系数r=0.84(P<0.01)。近40a,河南省年ET0平均值为796.1mm(±102.2mm,n=4169),在空间分布上,总体表现出北高南低的特征,并以24.7mm.10a-1(P<0.01)的线性倾向率减少,呈明显减少的站点主要分布在34°N以北地区。偏相关分析表明,全省各地(市)年ET0与各气象要素关系密切,除济源外,年ET0均表现出与风速呈负相关且相关系数最大。逐步回归分析显示,年ET0与平均气温、日照时数、风速和相对湿度的关系密切;风速、日照时数和平均气温对年ET0的贡献为正效应,而相对湿度为负效应。近40a,风速减小是导致河南省年ET0呈显著减小的主要原因;但从综合影响看,这是各气象因素综合作用的效果,且各因子的贡献存在区域差异。

东北地区近50年农作物生长季干旱趋势研究

采用Penman-Monteith模型计算了东北三省72个台站1960-2008年生长季的潜在蒸散量,进而计算了潜在蒸散量与降水量的比值,得到各站生长季干燥度。东北三省1960-2008年生长季干燥度总体上表现出从西南向东北方向逐渐减小的变化特征,大值区位于辽西地区,小值区位于黑龙江省北部。东北区生长季降水量与潜在蒸散量相当;东北南部生长季略干,东北北部较为湿润。东北地区生长季干燥度近50年增加趋势通过显著性检验;东北地区干燥度序列在1996年发生了突变。东北三省1973年以来干旱绝收面积、成灾面积占旱作农作物播种面积比例的增加趋势均通过了显著性检验。以1996年为分界点,1997-2007年成灾面积、绝收面积占旱作农作物播种面积比例分别是1973-1996年均值的1.99倍和5.58倍,上升幅度非常明显。从而证明了采用Penman-Monteith模型得到的干燥度公式来评价东北地区生长季干旱是符合实际的。

鲁西平原参考作物蒸散量变化及气候影响分析

基于聊城市7个国家一般站和1个国家基准站的1970-2012年的气候要素资料,利用FAO Penman-Monteith模型分析了鲁西平原43年潜在的参考蒸散量(ET0)时空分布特征,并采用偏相关分析法探讨了气候对于蒸散量的主导因素。结果表明,鲁西平原日最大蒸散量为11 mm,最小为0.3 mm,年均蒸散量为1 095 mm,春、夏、秋、冬蒸散量分别为324、428、237和100 mm;年平均蒸散量和各季节蒸散量均呈逐年减小的趋势。鲁西地区蒸散量自南向北呈现增大的趋势,其中最大值为1 337 mm,最小值为854mm。偏相关分析表明,气温、风速和日照时数对于蒸散量的贡献为正相关,相对湿度为负相关。不同站点气象要素对ET0影响有所差异。其中风速、日照时数是引起蒸散量变化的主导因素。Penman-Monteith模型能较好地模拟鲁西平原日、季与年的参考蒸散量,为鲁西平原合理用水和科学灌溉提供科学依据。

温室甜瓜营养生长期日蒸腾量估算模型

建立了基于温室环境参数、甜瓜生长发育参数和土壤水分参数的温室甜瓜日蒸腾量估算模型,以研究温室条件下甜瓜蒸腾量的估算方法.根据温室内特定环境对Penman-Monteith方程中空气动力项进行修正,推导出了适于计算温室条件下参考作物蒸腾量的温室环境因子子模型;以甜瓜叶面积指数为自变量构建了作物因子子模型,模型形式为线性函数;以土壤相对有效含水量为自变量构建了土壤水分因子子模型,模型形式为对数函数.采用分期播种法,根据周年不同播期实测数据对模型参数进行估计和分析.采用土壤相对含水量分别为80%、70%、60%的实测蒸腾数据,对模型在充分灌溉和节水灌溉条件下的预测精度进行了检验,模拟值的平均相对误差分别为11.5%、16.2%、16.9%.所建蒸腾模型是对Penman-Monteith公式在温室环境和节水灌溉条件下的有益探索,具有重要推广应用价值.

基于SIMETAW模型的北京地区主要作物需水量估算

应用北京近56年气象数据对SIMETAW模型进行校正,并利用模型估算北京地区主要大田作物需水量。结果表明:SIMETAW模型对参考作物腾发量的模拟与彭曼-蒙特斯公式计算值较为接近,r>0.94,结果可靠。北京地区主要大田作物的需水量和作物系数在全生育期内均呈现"单峰型"曲线;果树类作物需水量相对较大,其次是粮经作物,其中春花生、棉花、春甘薯和冬小麦需水量较大,均在430 mm以上;蔬菜类作物由于生育期较短,单季耗水量小,均在400 mm以下。

利用区域遥感ET分析山东省地表水分盈亏的研究

论文利用MODIS遥感数据和常规地面气象观测数据基于SEBAL模型定量反演了山东省区域地表蒸散量(Evaportranspirations,ET),并利用站点Lysimeter实测ET资料与经联合国粮农组织修正的Penman-Monteith公式计算的ET对遥感反演的ET进行验证,获得了较高的精度,日模拟值的平均相对误差约为11.34%,相关系数为0.872,一致性指数达0.917。在此基础上,结合气象站点降水量的空间分布格局,分析了研究区不同土地利用/覆被类型下2005年和2006年逐月与季节的水分盈亏状况。研究结果表明在2005年3—11月期间山东省总的实际蒸散量平均为637.45 mm,降水量为639.61 mm,降水量基本满足ET消耗;而2006年同期蒸散量为578.48 mm,但降水量仅为443.98 mm,水分亏损量为134.50 mm。春秋季节水分亏缺严重,旱情发生的几率较高;夏季水分亏损量相对较小,降水量满足地表蒸散耗水需求。

西藏高海拔地区气象数据缺失条件下的ET_0计算研究

西藏高海拔地区低氧低压(平均不足海平面的2/3)、太阳辐射强(年太阳辐射6 000~8 000 MJ/m2)、近地层空气湿度变化大,加之西藏地区气象资料系列短、站点少,该地区ET_0计算具有特殊性及不便性。本研究基于西藏地区9个典型站点20年逐日气象资料,通过引入海拔因子与修正温度常数对Hargreaves(HS)模型进行改进,旨在得到一种少参、准确的高海拔地区ET_0简易计算方法。结果表明,海拔2 000 m以上地区Hargreaves-Elevation(HS-E)改进模型在不同时间尺度条件下的修正结果均明显优于HS模型且避免了原HS模型在高海拔地区ET_0计算出现负值的情况,提升了ET_0计算值的实用性与精度。以PM模型ET_0计算值为标准进行误差分析,HS-E模型逐日ET_0计算的纳什效率系数(NSE)、均方根误差(RMSE)和平均相对误差(MRE)分别为0.8、0.53mm/d和13.80%,逐月ET_0计算的NSE、RMSE和MRE分别为0.84、11.90 mm/month和12.50%;对比不同时间尺度条件下(日、月)误差分析结果可知,计算时间尺度越大HS-E模型结果越优。HS-E改进模型在高海拔地区适应性较强,具有较高的计算精度,可作为西藏海拔2000 m以上地区气象数据缺失条件下ET_0计算的推荐模型。