采用MikeSHE模型与Penman-Monteith模型计算蒸散发比较

论文总字数：14633字

目 录

摘要 1

Abstract 2

1 引言 3

2 材料与方法 4

2.1 站点概况 4

2.2 测定指标 4

2.3 蒸散量的估算方法 4

2.3.1 MikeSHE模型 4

2.3.2 PM模型 6

2.3.3 实际蒸散发量 7

2.3.4 模型结果误差评价 7

3 结果分析 8

3.1 实际蒸散发与日平均温度 8

3.2 MikeSHE模型与实际蒸散发量对比 9

3.3 PM模型与实际蒸散发量对比 10

3.4 PM模型与MikeSHE模型的对比 11

4 结论 13

参考文献 13

致谢 14

采用MikeSHE模型与Penman-Monteith模型计算蒸散发比较

陈泽

, China

Abstract: In order to study the corn in the growth process of actual evapotranspiration, in the automatic weather station data, the determination of height, temperature, humidity and wind speed based on the estimation of ET PM model and MikeSHE model, and the flow meter to determine permeability tester of evaporation for comparison in transpiration and evaporation and the micro stem. PM model and MikeSHE model can well reflect the actual evapotranspiration of maize volume, from the two results, and the sap flow of transpiration and micro lysimeter compared measured evaporation, the MikeSHE model and the actual evapotranspiration is more consistent, the middle time PM model and actual evapotranspiration the amount of fat is more consistent, in contrast to the PM model and MikeSHE model, two methods are relatively close in evaluating the actual evapotranspiration of the data. But the MikeSHE model of the requirements for the data is more accurate, compared to the PM model, in the treatment of more trouble in the calculation, the data requirements are higher, but the actual evapotranspiration calculation of PM model is the international standard volume method. Therefore, the PM model can better estimate the evaporation of maize fields in Nanjing area.

Key words: Penman-Monteith Equation MikeSHE ETsoil evaporation Liquid flow

引言

中国是农业大国，未来将建设成农业现代化，现代农业注重水资源的管理。使用现代高新技术制定灌溉制度可以有效的提高水资源利用率，缓解水资源季节性匮乏问题。中国农业目前存在灌溉水资源浪费的问题，蒸散发是农田水资源消耗占很大比例。为了优化水资源配置，需要加强对蒸散发（ET）的研究，来解决农业灌溉的浪费问题，这可以实现中国农业的现代化及可持续发展。

蒸散发的量化对于现代农业有指导意义，常见的研究ET的方法包括实际测定和模型方法，其中实际测定包括水量平衡，蒸渗仪，涡度相关法等；模型估算包括Penman-Monteith模型法和MikeSHE模型法^[1]。众所周知，英国H.L.彭曼提出PM公式计算蒸散发能力ET₀的半经验半理论公式^[2]能够有效地预估出农作物的蒸散发量。

MikeSHE模型是目前使用最广泛得分布式水文模型其中之一^[3]。采用控制变量法，研究对象不变，使用不同的理论方法。最后可以利用比较结果来指导我们未来的农业生产，指导南京地区夏玉米的生产，提升水资源的农业利用率^[4]。能大大的帮助减缓水资源的不足与农业生产之间的冲突^[5]。

钟华^[6]研究发现在众多研究计算方法中彭曼模型可以应用于无论干旱还是湿润地区都是可行的。受水分胁迫影响下，地区的蒸散发情况会更为复杂。在资料更加完备的情况下，彭曼模型可以获得更为理想的结果^[7]

而林波^[8]的研究发现水文模型是描绘流域水文物理过程的物理模型，是为了模拟水循环的经过过程而构建的，而其中的彭曼蒸发公式标志着水文模拟技术取得重要进展，随后水文模型从集总式发展到分布式。也得知了模型在处理像湿地这种复杂的非线性系统，处理拥有诸多不确定性和随机性特征比起传统方法拥有优势。

水蒸散发的深入讨论对于农业水灌溉利用率的提高很有价值，采用更加恰当的研究方法将事半功倍。从肖金强^[9]的论文研究论述中知道MikeSHE模型属于分布式水文模型，能够帮助我们更好地掌握水循环的演变和过程在不同时间和空间上的。同时正如杨琴^[10]研究里所说MikeSHE模型具有很强的物理过程，描绘整个流域的水循环过程。

金鑫^[11]研究发现分布式水文模型是用众多理论公式将水循坏分成众多子过程来描述，进而描述整个水循坏过程。水文模型受益于地理信息系统（GIS）技术和遥感（RS）技术在近几年所取得的巨大进步，也取得进展。MikeSHE模型目前运用来评价水资源，地表水污染的监管和农业灌溉。

王盛萍^[12]研究表明MikeSHE分布式水文模型的三维描述方式能更好地描述实际情况。当地的流域水文受气候因素和土地利用方式的影响，其中土地利用方式影响最为显著。

赵玲玲^[13]的研究表明水文模型计算法主要有两大类整体折算法和分类汇总法。她同时表明无论是彭曼模型还是分布式水文模型对于数据需求都要精确详细，因此在实际研究中如果选取潜热蒸散发方程方法不当反而模拟达不到预期效果甚至更差，她强调在为了降低模型的不确定性，在选取潜热蒸散发方程和土壤干燥度折算函数上一定要选取与之复杂度相匹配的。最后她预计水文模型将来会更加的普及简单易懂。

从毛晓敏^[14]的研究中发现农作物的水来源分为潜水蒸发和灌溉补给，前期依靠潜水蒸发，后期依靠灌溉补给。她表明还农作物主要水分消耗都在于蒸散发，在试验中要保持相同的灌溉量，由于农作物的生长和根部水分含量差别不大，所以对于蒸散发影响不大。

黄粤^[15]的研究中表明用MikeSHE水文模型依靠遥感（RS）和地理信息系统（GIS）模拟气象站点稀少，观测数据不连续的地方。黄粤发现在大尺度流域即使缺少数据的情况下模型效率系数在0.7左右，模拟情况与实际径流高度相关，具有很好的适用性。

面对越来越严峻的污染问题和当前水资源短缺，分布不均带来的实际挑战，我们不难发现在目前这种情形下，更加需要科学的去用水，要多方位的去做到从源头节水。不管是地表输送，还是土壤的渗透蓄水，降水，植物的蒸发蒸腾，地下输送这些水循坏的流通环节，还是农业灌溉，工业废水处理及回收再利用^[16]。

从以上研究发现南京地区目前为止还没有用MikeSHE在估算农作物实际蒸散发量上运用过，所以在南京针对夏玉米进行研究，为了更直观的判别出该法的优劣，将两种方法与茎流计和微型蒸渗仪分别测出的蒸腾蒸发之和进行比较，最后得到估算ET的最优方法。

材料与方法

站点概况

研究站点位于试验站试验田（N32°03'，E118°46'），属于南京市浦口区。该站点是亚热带季风气候，年平均降雨量1100mm，年平均气温15.1℃。田间持水率0.28cm³/cm³,土壤平均容重1.47g/cm³,凋萎体积分数0.04cm³/cm³。研究站点有自动气象站，常年记录气象数据。

测定指标

（1）气象数据采自自动气象站里，需要的有标准高度2m处风速，温度，降雨量等。

（2）玉米株高与叶面积指数。玉米株高使用皮尺一周测量一次,叶面积指数使用照片法一周测量一次。

（3）液流法测量玉米蒸腾。采用热平衡法测定玉米茎秆液流，具体原理是在玉米茎上套加热外套,持续加热茎秆,在玉米茎秆上绑上传感器,来测量其温度，然后根据能量守恒原理来间接算玉米茎秆内液流量。

（4）微型蒸渗仪测定土壤蒸发量。微型蒸渗仪采用PVC外筒，铁皮内筒，高度为20cm，内筒直径为10cm，在试验田中设置3个重复，在每天下午6点的时候采样用精度0.1g的电子秤对微型蒸渗仪称量，称量2次结果之差就是土壤蒸发量。

蒸散量的估算方法

MikeSHE模型

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