不同方法计算ET0及对长时间序列气象因素的响应

论文总字数：16054字

目 录

摘要 . 1

1.引言 3

2. 材料与方法 4

2.1 数据来源 4

2.2 研究方法: 4

2.2.1 ET₀的计算方法 4

2.2.2 模型评价指标 5

3. 结果与分析 6

3.1 各模型与P-M模型的相关性分析 6

3.2 各模型与P-M模型的分季节相关性分析 8

3.3 分析ET₀年际变化和各气象要素的年际变化趋势 9

3.4 P-T模型的讨论及修正 14

4.结论 15

参考文献： 16

不同方法计算ET₀及对长时间序列气象因素的响应

依帕热古丽

，China

Abstract：FA0-56 Penman-Monteith method proved to be the method of calculation of the highest precision ET0 ,but it requires wind speed, radiation, all the meteorological data of temperature and humidity, etc., is limited in practical application.In addition, Before using these methods ，it should verify its validity and Region suitability before using these method by applying the FAO-56 PM method.In this paper, FAO-56 P-M is regarded as the standard method of calculation, then compare the remaining nine methods and Analysis its regional applicability in Nanjing.These nine methods were Priestley-Taylor, Allen , Mc Cloud, Hargreaves Samani, Ravazzani et al (2012), Berti et al (2014):.. Modified Hargreaves, Romanenko method and the method of Trajkovic. On this basis,this paper also analysis the impact of Meteorological Elements to the interannual variability of ET0.It showed that whether from the viewpoint of the whole year or from the viewpoint of the season, the results of Allen model are closest to the standard model , Trajkovic、Ravazzani et al.（2012）、Modified Hargreaves are thereafter.Priestley-Taylor, Romanenko and Hargreaves Samani models’ accuracy are too low, so they can’t replace the P-M model to calculate ET0.The analysis found that during 1961-2012,the annual average ET0 calculated by P-M model showed a generally rising trend ,after analyzing ,it showed that Rn’s influence for this trend is greatest follwed by VPD and T, but the impact reduced after the year of 2005.

Key words: reference crop evapotranspiration, comparision of calculated model , meteorological factors

1.引言

水资源是人类社会发展的基本条件，但水资源短缺问题日益严重，影响着全球生物的生活.中国的水资源时空分布极不均衡.中国人均水资源2200m³，不足以世界平均水平的1/4，农业用水总量占国民经济用水总量的70%左右，而且农业用水的90%都用于灌溉.准确估算参考作物蒸发蒸腾量，也就可以准确估算实际蒸发量，这是可以优化水资源田间管理，缓解中国水资源紧缺状况，进行资源持续利用和农业持续发展的一项根本性措施^[1].实际蒸发蒸腾量估算方法概括起来分为两类，一种是直接计算法，比如Jesen-Haise法（1974）、A级蒸发皿方法、Behnke-Makey方法、Blanney-Criddle（1950）方法、Van Bhsinger方法等.另一种则是间接计算法即参考作物蒸散量ET₀再乘以作物系数的计算方法^[2].由于直接计算法需要参数多，且具有区域局限性，很多地方不能使用该方法.目前国内外常通过计算参考作物蒸发蒸腾量再乘以作物系数来间接估算作物蒸发蒸腾量的间接方法.参考作物是一种假定作物，其高度为0.12m，固定的叶面阻力为70sm^-1，反射率为0.23，非常类似于表面开阔、高度一致，生长旺盛，完全覆盖地面而不缺水的绿色草地 ^[3,4].参照物一般是指在这种条件下的首蓓草，因为这种参照作物的蒸发蒸腾量主要受气象条件的影响，所以都是根据当地的气象条件分阶段(月或旬)计算得来.

ET₀计算方法的研究已经有很多年的历史，最初的是利用了实验数据对气象因子或产量因子进行相关分析(Blaney-Morin等1942)方法，发展到Penman (1948)潜在蒸发计算公式.后来再经过了在试验中的多次修正，得到了Modified-Penman(MP）^{[ 5,6 ]}公式.随后，1990年3月在意大利罗马举行的作物需水量计算方法研讨会上推荐使用的FAO Penman-Monteith(PM)公式^[7]，1994年国际灌溉排水委员会(International Committee of Irrigation and Drainage, ICID)颁布FAO Penman方法作为计算作物蒸发蒸腾量的新标准，在国际上适用较广.直到American Society of Civil Engineer(ASCE)2005年再度以专业学术立场，推荐了标准ASCE-PM公式作为计算作物蒸发蒸腾量的最新方法^[8].

随着ET₀计算公式的不断出现和改进，使用作物系数法计算作物需水量的精度不断提高，为田间水分管理和建立水资源利用措施提供了依据.因此，特定地区ET₀计算方法的计算和验证真的可以为了当地的农业指导活动有现实意义.

计算ET₀的方法很多，除了推荐的P-M法等综合方法，还有基于温度的计算方法如Hargreaves-Samani等，基于辐射的计算方法如Priestley-Taylor 等以及Irmark，Allen等根据美国湿润地区资料得到的经验公式法.ET₀计算往往会受到实验数据，地形等因素，地区的气候造成的影响，各个公式在不同地区或对不同作物的计算结果差异较大，因此验证各ET₀计算公式的地区适用性是有必要的.有诸多研究表明，在众多ET₀计算公式中，无论在干旱地区还是湿润地区，FAO-56 Penman-Monteith方法计算出的结果精度是最高的^[9,10].该方法也因此被认为是在不同气候类型地区ET₀计算的标准方法.可是Penman-Monteith方法需要较多的气象资料（如湿度，风速，气温及太阳辐射）等，由于受到气象资料共享程度及站点分布不均等影响，很多时候不能获取全部参数的资料.因此，在气象资料缺乏时，需要验证一下不同的公式的计算ET₀的准确性.

另外，国内有很多学者已经研究过了在不同地区ET₀的分布和变化过程.;徐新良等^[11]的研究结果表明中国东北地区自从20世纪90年代以来的5 ~9月份日平均蒸散量逐年增大;李春强等^[12]的研究表明河北省近35年来，年参考蒸散量减少速率达43.58mm/ 10a;张方敏和申双和^[13]利用了1975 ~ 2004年气象资料的研究表明了我国华北地区多年平均参考作物蒸散量在900 ~ 1 000 mm之间；梁丽乔等^[14]研究发现松嫩平原西部1951 ~ 2000年ET₀呈增加趋势；;史建国等^[15]用Penman -Monteith公式(PM公式)结合GIS研究发现了黄河流域1957年来ET₀呈“下降一稳定一上升”趋势；李林等^[16]也得到了相似的结论.高歌等^[17]研究发现全国及十大流域的ET₀呈现减少趋势.谢贤群和王菱利用PM公式计算中国北方近50年潜在蒸发变化，结果表明潜在蒸发呈下降趋势;国内外学者在不同区域也研究了影响ET₀的主要因素.如Gong等^[18]在长江流域研究发现相对湿度、辐射、气温是影响该区ET₀的主要因子;王艳君等^[19]认为长江流域ET₀呈下降趋势是因为太阳净辐射和风速的下降;梁丽乔等^[20]在松嫩平原西部研究得到相对湿度和气温是影响该地区ET₀的主要因子;Bois等^[21]研究得到法国西南地区ET₀主要影响因子是气温，而东南地区则为辐射;段永红等研究了北京地区ET₀在年内的时空分布，认为海拔和地形是影响ET₀分布的主要因素，并指出风速、日照时数和相对湿度等气象要素及其综合作用对ET₀也会产生较大影响，李春强等发现影响河北省参考作物蒸散变化的主要因子是风速和日照时数(即太阳辐射)，风速降低和日照时数减少是河北省参考作物蒸散量下降的主要原因;但是没有研究分析南京地区ET₀的变化趋势，以及影响ET₀变化趋势的主要因素.

本文在1961年至2012年气象资料基础上，以FAO-56 Penman-Monteith 法的计算结果作为标准，研究多种不同方法计算结果在试验区全年和各个季节使用的有效性，以此得到确是资料时，估算ET₀的最优方法.此外用Penman-Monteith模型的值分析ET₀的年际变化趋势，并分析影响其变化趋势的主要因素.

1. 材料与方法

2.1 数据来源

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