基于Priestley-Taylor模型的豫北玉米生长季水热通量研究

使用Priestley-Taylor模型(P-T模型)估算蒸散量时,计算精度主要取决于模型系数α的本地化程度。以河南北部夏玉米田为研究对象,基于涡度协方差技术及气象数据信息,选取6-9月玉米生长季数据,进行不同时间尺度的水热通量特征分析;并确定P-T模型系数α变化特征并对其进行修正,提出其在河南北部农田的参考值。结果表明,在逐日尺度下夏玉米生育期内水热通量的变化呈“倒U形”单峰曲线。在月尺度上,6月下旬及9月感热通量与潜热通量相差较小,潜热通量(6月均值33.57 W/m^(2),9月均值19.88 W/m^(2))略高于感热通量(6月均值27.75 W/m^(2),9月均值16.62 W/m^(2));生育中期潜热通量逐渐增大(7月均值42.30 W/m^(2),8月均值51.52 W/m^(2)),感热通量减小(7月均值18.05 W/m^(2),8月均值9.59 W/m^(2)),二者相差明显。土壤热通量随总辐射量的波动而变化且存在一定的滞后性,在逐月尺度下总辐射量随季节的更替有较明显的变化,潜热通量整体上随总辐射量的波动产生相应的变化。α系数修正后P-T模型模拟精度明显提高,修正的α值(6月1.12、7月1.12、8月1.32、9月1.24)可以作为P-T模型的适宜参数。

基于改进的双作物系数模型与Priestley-Taylor模型估算温室黄瓜蒸散量

为估算温室黄瓜植株蒸腾(T_(r))与土面蒸发(E_(g)),基于2018年春夏茬和秋冬茬温室内实测微气象数据、黄瓜作物叶面积指数(LAI)及根区土壤水分数据,对FAO-56推荐的双作物系数模型(Dual-K_(c))及Priestley-Taylor(P-T)模型中参数进行修正,应用修正后的Dual-K_(c)和P-T模型(M-PT)估算温室黄瓜蒸散量(ET_(c)),利用2019年春夏茬和秋冬茬实测数据对模型精度进行验证.结果表明:改进后的Dual-K_(c)和M-PT模型估算的温室黄瓜ET_(c)和T_(r)与实测值有较好的一致性,但M-PT模型的估算误差高于Dual-K_(c)模型,Dual-K_(c)模型估算春夏茬与秋冬茬黄瓜ET_(c)与实测值的均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)、偏离率(Bias)和相关系数(R^(2))分别为0.36 mm/d,0.28 mm/d,-0.10和0.98(春夏茬)及0.28 mm/d,0.22 mm/d,-0.11和0.97(秋冬茬);M-PT模型的RMSE,MAE,Bias和R^(2)分别为0.48 mm/d,0.42 mm/d,-0.17和0.97(春夏茬)及0.41 mm/d,0.31 mm/d,-0.24和0.95(秋冬茬).尽管M-PT模型估算误差较Dual-K_(c)略高,但其结构简单、所需参数较少,在温室作物蒸散量估算中更值得推广.

Priestley-Taylor与Penman法计算参照作物腾发量的结果比较

利用北京气象站 5 0年的气象资料 ,对两种常用的计算参照作物腾发量的公式—— Priestley-Taylor和 Penm an方法的计算结果进行了比较。年值序列比较显示 ,Priestley-Taylor结果远小于 Penm an结果 ,前者比后者低 15 %～ 3 1% ,两者最大相差 3 78.3 mm ,最小相差 15 0 .9mm ,多年平均相差 2 5 5 .9m m。对历年逐月序列分析显示 ,两种方法在 7、8月份的结果十分接近 ,没有显著差异 ,但其它月份均存在显著差异。造成这种显著差异的原因 ,既有降雨的影响 ,又有 Penm an中空气动力学项的影响 ,而后者的影响可能更大些。空气动力项与辐射项之比与两种方法的吻合程度呈显著负相关。该比值越大 ,两种方法的吻合程度越差 ;反之 ,吻合程度越好。

Priestley-Taylor模型参数修正及在蒸散发估算中的应用

准确估算和模拟植被蒸散可为提高水分利用效率、合理配置水资源,及生态系统可持续经营管理提供科学依据。Priestley-Taylor模型因其所需参数较少而在蒸发散估算中得到广泛应用。介绍了该模型的计算方法和发展情况,总结分析了Priestley-Taylor模型参数α的各种修正方法及适用条件,简要介绍了其在农田生态系统和森林生态系统蒸散估算研究中的应用情况,并指出了该模型今后的应用和发展方向,以期为Priestley-Taylor模型的进一步深入研究和广泛应用提供参考。

Priestley-Taylor和Hargreaves公式在高矮两种参考作物上的适应性与率定

以ASCE标准Penman-Montieth公式为基准,在不同气候区分别对Priestley-Taylor和Hargreaves这两种常用的参考作物蒸发蒸腾量EFref计算公式在高矮两种参考作物上进行适应性分析、地区率定以及率定公式验证。结果表明:以矮型参考作物为参考面时,Priestley-Taylor和Hargreaves公式分别在湿润区和干旱区具有较好的适应性,但对于EFref的估算仍具有较大的误差,两公式均不能直接应用于高型参考作物;经地区率定后两公式在干旱、半干旱半湿润、湿润3个气候区高型参考作物上的计算精度显著改善,但仍低于在矮型参考作物上的精度,Priestley-Taylor公式在气候区间的差异性不明显,Hargreaves公式在干旱区有更好的适应性。

Priestley-Taylor模型在江西省适用性研究

为了提高Prietley-Taylor(P-T)模型在江西省的适用性和精度,提高区域作物需水量估算精度和水资源优化配置水平,使用了江西省26个气象站1961-2010年逐日气象数据,以FAO Penman-Monteith(P-M)模型为标准,使用对P-T模型参数进行了全年率定(PT1)和分季率定(PT2),并对P-T模型模拟结果进行了评价和精度分析,并使用周边省份17个站点气象数据建立模型,对模型参数进行了空间插值。结果显示:全年率定参数α介于1.05~1.18之间,且参数呈现北部平原最高,西部山区较低的趋势。分季率定模式下,春季和夏季参数值较小,冬季最大,并呈现一定程度的高估。P-T模型两种率定方法在年尺度和月尺度上均呈现出了较好适用性,但t检验结果显示,分季率定模式数据一致性更高。PT2对P-T模型随季节变化的响应能力得到了增强,精度和适应性得到了提高,可用于在气象资料缺乏条件下江西省ET0的简化计算。

基于Priestley-Taylor模型的低丘红壤区水热通量变化及影响因素

Priestley-Taylor参考作物蒸散模型系数的本地化是提高区域蒸散模拟精度的关键。以江西省低丘红壤区农田为研究对象,基于大孔径闪烁仪的观测数据,利用通径分析方法对农田不同时间尺度水热通量特征进行了定量研究。同时,采用Priestley-Taylor模型模拟了红壤区作物蒸散,与实测蒸散进行了比较,并对该模型的系数进行了修正,评价了P-T1.26及P-T1.07模型在本地模拟蒸散的适用性。结果表明,逐日尺度下农田水热通量变化曲线呈单峰形且受天气条件影响明显,逐月尺度下净辐射通量、潜热通量及土壤热通量呈减小的变化趋势;净辐射通量、空气温度及水汽压亏缺是影响潜热通量的主导因子,均对潜热交换有促进作用;P-T1.26模拟的蒸散比实测偏高13.77%,P-T1.07模拟的蒸散比实测偏低3.39%,参数修正后的P-T1.07模型模拟精度明显提高,α=1.07可以作为研究区Priestley-Taylor模型的本地化适宜参数。

基于Priestley-Taylor模型的贵州省涟江流域蒸散发时空变化及其影响因素分析

开展蒸散发时空变化及其驱动因素研究,对流域水土资源开发管理和可持续利用具有重要意义。基于Priestley-Taylor模型,结合地表温度、地表反照率、NDVI、太阳天顶角、DEM、土壤和土地利用覆盖类型等多源遥感数据,对贵州省涟江流域2005—2014年ET(Evapotranspiration,蒸散发)时空格局及其影响因素进行研究。结果表明:Priestley-Taylor模型在涟江流域的反演精度良好,相对误差为-1.39%~12.05%,估算结果能够满足该区的蒸散发研究需求;涟江流域2005—2014年ET多年均值为901.08 mm/a,总体呈波动增加趋势,增长率为36.8 mm/(10a),年内ET呈春、夏季节高而秋、冬季节低的单峰变化形式;流域ET的空间差异明显,总体呈东南、东北高,西部和中部地区低的空间分布格局,春、夏、秋季ET的空间分布与多年平均空间分布基本一致,而冬季的空间分布较为不同;不同土地覆盖类型的蒸散强度表现为:常绿针叶林>永久湿地>落叶阔叶林>裸地或低值被覆盖地>城市建成区,高植被覆盖区的蒸散发大于低植被覆盖区;不同土壤类型的蒸散发表现为:石灰土>黄壤>红壤>水稻土>紫色土。石灰土的土层较薄,蒸散量较大,不利于土壤水分涵养。

Priestley-Taylor模型在浮球覆盖下水面蒸发量估算中的应用

针对漂浮覆盖下干旱区平原水库防蒸发节水效果的评估问题,采用Priestley-Taylor(P-T)模型对浮球覆盖下水面蒸发量进行估算.结合完整非冰冻期内浮球覆盖下整体表面能量平衡组分变化权重,通过以下两种方法计算P-T模型系数α:(1)引入波文比β建立P-T模型系数α_1的计算公式;(2)以P-T模型中辐射项为自变量,实测水面蒸发量对应的潜热通量为因变量,通过线性拟合法得出P-T模型系数α_2值.根据波文比β和系数α的月际变化特征,在完整非冰冻期、单数月、双数月3种时间尺度下,对应用于P-T模型的估算效果进行分析.结果表明:P-T模型可较好地估算浮球覆盖下的水面蒸发量,而且系数α_2(0.42~0.44)对应的P-T模型模拟效果优于系数α_1(0.39~0.60)对应的P-T模型模拟效果.该研究结论对科学评价浮球覆盖下干旱区平原水库防蒸发节水效果具有参考价值.

内陆小型水体水汽传输系数和Priestley-Taylor系数的量化

小型水体(面积<1 km2)数量众多,面积占全球内陆水体总面积的40%以上,在天气气候系统、水循环和水资源管理中扮演着重要角色.选取安徽省全椒县官渡村一处养殖鱼塘作为小型水体的代表,自2017年6月至2020年5月利用涡度相关方法对蒸发量进行连续观测,基于体积传输方程插补了缺失数据,在月尺度上强迫能量闭合,并利用Priestley-Taylor模型研究平流影响.研究结果表明小型水体的水汽传输系数存在夏高冬低的季节变化特征,变化范围为1.9×10^(-3)~3.4×10^(-3),与风速、水面和空气温度差存在显著的相关关系.但是全球内陆水体水汽传输系数与水体面积的相关关系不显著.小型水体月尺度Priestley-Taylor模型α变化范围为1.14~1.78,8月最小,2月最大,最大值高于大型湖泊的开阔水面.与其他内陆水体相同,小型水体α系数呈现暖季低值、冷季高值的季节变化特征,说明夏季无明显平流影响,而冬季平流影响比较强烈.年尺度上,全球大型水体和小型水体的蒸发均会受到微弱的平流影响.

基于径向基神经网络预测日参考作物需水量

为了利用有限的气象数据准确预测蓄水坑灌果园的日参考作物需水量,利用蓄水坑灌试验基地逐日温度与湿度数据,构建了基于径向基神经网络的ET0预测模型,并将其模拟结果及Hargreaves、Priestley-Taylor两种常用ET0计算模型的计算结果同FAO-56 Penman-Monteith(FAO56-PM)公式计算的标准值进行对比。结果表明:径向基神经网络预测模型的模拟结果与标准方法FAO56-PM公式的计算结果最接近,而Hargreaves、Priestley-Taylor两个常用计算模型的计算结果比标准值偏大,在实际应用中应对其进行校正。

基于多源遥感数据的蒸散发时空融合研究——以贵州省后寨河小流域为例

获取具有高时空分辨率的蒸散发数据对于喀斯特区域水资源管理和规划具有重要意义。基于增强型自适应时空融合模型和MS-PT蒸散发估算模型,设计输入参数融合方案,构建喀斯特区域具有高时空分辨率的蒸散发数据集。结果表明:基于MS-PT模型在该地区估算蒸散发与实测值较为接近;自适应时空融合模型在地表复杂的喀斯特区具有较好的适用性;对于输入参数融合方案,融合后的蒸散发与实测蒸散发具有可靠的融合精度。

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。

基于称重式蒸渗仪实测日值评价16种参考作物蒸散量(ET_0)模型

参考作物蒸散量(ET_0)的准确估算是作物需水量及区域农业水分供需计算的关键,尽管已提出大量方法,但缺乏基于实测值的严格检验。本文利用北京小汤山2012年称重式蒸渗仪实测日值,检验16个ET_0模型,包括5个综合法、6个辐射法、5个温度法模型。依据均方根误差RMSE值,各模型估算效果的排序为FAO79 Penman=1963 Peman>1996 Kimberly Penman>FAO24 Penman>FAO56 Penman-Monteith(PM)>Turc>FAO24 Blaney-Criddle(BC)>DeBruin-Keijman>Jensen-Haise>Priestley-Taylor(PT)>FAO24Radiation>Hargreaves>Makkink>Hamon>Mcloud>Blaney-Criddle(BC)。总体而言,综合法表现最好,其RMSE在1.33~1.47mm·d^(-1),以FAO79 Penman和1963 Penman为最好;辐射法次之,其RMSE在1.48~1.77mm·d^(-1),以Turc最好;温度法检验效果最差,其RMSE在1.50~2.68mm·d^(-1),以FAO24 BC为最好。FAO79Penman和1963 Penman比最好的辐射法和温度法模型的精度分别高10%和13%。综合法、辐射法模型普适性好于温度法的原因在于其均含有影响ET_0的关键因子——辐射或饱和水汽压差VPD。所有模型均具有低蒸发条件下高估、高蒸发条件下低估的阈值特点,综合法及辐射法平均低估0.14mm·d^(-1)和0.33mm·d^(-1),而温度法平均高估0.52mm·d^(-1)。前两类方法 ET_0阈值相对较低,更适于低蒸发力条件,而温度法较适于高蒸发力条件。所有综合法、辐射法模型及温度法的Hargreaves和FAO24 BC法估算值与实测值变化趋势一致,说明模型结构合理,可通过参数校正提高精度;但对于与实测值趋势不吻合的温度法,模型结构尚需优化。VPD和最大湿度RHx是影响综合法、辐射法估算偏差的两大主要因子,其中VPD对低估类模型偏差影响最大,且偏差随着VPD增加而增大;而RHx对高估类综合法模型(1963 Penman、FAO79 Penman)偏差影响最大,且偏差随RHx增加而减小。校正后的PT(1.38)、Makkink(0.83)、Turc(0.014)及Hamon(1.248)系数大于原系数,而Hargreaves(0.0019)和BC(0.192)校正系数低于原系数。此外,PT与Hamon的系数利用最小相对湿度、Turc和Makkink系数利用VPD、Hargreaves和BC系数利用辐射或日照时数能得到最佳估算。FAO56 PM表现不佳(RMSE=1.47mm·d^(-1))的原因与站点气候干燥程度、较低的空气动力项权重有关。后人对原始Penman式的诸多修正并没有显著改善精度,因此建议在类似气候条件地区继续使用老版本Penman式。同时,对FAO56 PM的进一步检验将有助于回答"FAO56 PM是否真正比其它综合法具有优势,在何种气候下表现好,在高蒸发条件下低估是否为普遍现象"等科学问题。

内蒙古河套灌区ET0不同计算方法的对比研究

为了提出适合内蒙古河套灌区ET0计算方法,该文根据实测田间微气象资料,分别对5种参考作物腾发量(ET0)的计算方法(FAO56Penman-Monteith,Priestley-Taylor、FAO Penman、Hargreaves-Samani、Irmark-Allen拟合)进行对比分析,并评价各方法的适用性。结果表明,FAO Penman法的计算结果与FAO56 Penman-Monteith计算结果最为接近,其平均绝对误差与平均相对误差分别为0.43mm/d,12.50%;其他方法在不同季节具有不同的正负偏差。其中,在整个计算时段内,Irmark-Allen拟合法与Hargreaves-Samani法计算值与Penman-Monteith计算结果偏差较大,不适于在此地区气候条件下使用。FAO Penman法与FAO56 Penman-Monteith法基本相同,适用于大多数气候条件;Hargreaves-Samani法适用于在温差较小地区计算ET0;Irmark-Allen法与Priestley-Taylor法适用于在相对湿度较大地区应用。

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。

用稳定同位素方法估算大型浅水湖泊蒸发量——以太湖为例

湖泊蒸发量的准确估算对于水文学、气象学和湖泊学等研究有重要的意义.基于2013-2015年太湖水量收支资料、气象观测数据和稳定同位素观测资料,采用稳定同位素质量守恒模型、水量平衡法和Priestley-Taylor模型估算太湖蒸发量,分析太湖蒸发量的季节变化和年际变化特征,并以Priestley-Taylor模型结果为参考值,评价水量平衡法和同位素质量守恒方程的计算精度.结果表明:5-9月太湖蒸发量较高,冬季最低.2013-2015年太湖年总蒸发量分别为1069、894和935 mm,蒸发量的年际变化受到天气条件的影响.2013年12月2014年11月期间,用Priestley-Taylor模型计算的湖泊蒸发量为885 mm;同位素质量守恒模型的估算结果较一致,为893 mm;而水量平衡方程的估算结果明显偏高,为1247 mm.

干旱状况下小区域灌溉冬小麦农田生态系统水热传输

该文采用涡度相关技术测定小区域灌溉冬小麦农田实际蒸散量和农田能量平衡各分量,分析表征农田地表获取能量再分配经典参数Priestly-Taylor系数(α=LE/LEeq)的变化特征。结果表明,在华北地区冬小麦返青至成熟期内,日变化过程中白天时间段内,Priestley-Taylor系数呈"U"型变化趋势,7︰00～18︰00时刻内,α平均值为(1.324±0.334),正午前后保持在1.05～1.17之间。在冬小麦生育期季节变化过程中,Priestley-Taylor系数(α)平均值为(1.473±0.454),远高于在湿润下垫面时(α=1.26)的数值,在抽穗开花期内土壤水分充足时α最大值为2.317,拔节时期土壤水分胁迫时α值为0.410。干旱少雨状况下,进行小面积充分灌溉时,由于存在农田热平流现象将导致过多的蒸发蒸腾水分耗散,降低农田灌溉水的利用效率。

豫西北几种ET_0计算方法的比较及Hargeaves公式的修正

根据豫西北地区30年的气象资料,选用辐射法中的Makkink公式和Priestley-Taylor公式以及温度法的Hargreaves公式和McCloud公式计算了ET0,并以Penman-Monteith公式为标准,分别对各公式年值和旬均值的绝对误差、相对误差和累计误差进行分析,结果显示Hargreaves公式的精度最高。为了进一步提高Hargreaves公式的应用精度,建立了线形回归方程,并对其进行了修正。

应用地表温度与植被指数梯形空间关系估算陆面蒸散量

提出了以Priestley-Taylor方程为基础,综合利用地面气象观测数据与卫星遥感观测数据的陆面蒸散量估算方法。其基本思路是:基于地表能量平衡原理,利用遥感观测与地面气象观测数据,计算给定气温条件下全植被覆盖与祼土地面在极湿、极干状况下的地表温度,构建每个像元的地表温度(Ts)与植被指数(VI)的理论梯形空间,进而根据该象元Ts-VI坐标点在该梯形中的位置,计算其Priestley-Taylor系数,并利用Priestley-Taylor方程估算像元的蒸散比。利用美国一个半干旱地区的地面观测数据进行了精度验证,结果表明该方法具有较理想的精度,蒸散量估算的平均绝对误差约为35.5%。