作物蒸腾量-彭曼penman计算方法Word文档格式.docx
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植物蒸腾量ETc由参考作物蒸腾量ET0和作物系数Kc决定,ETc的计算方法如式6所示。
ETc=ET0×
Kc(6)
Penman-monteith公式依据的是能量平衡原理和水汽扩散原理及空气的热导定律,1948年由英国的科学家彭曼提出,由于它的准确性和易操作性,为作物ET0的计算开辟了一条严谨和标准化的新途径,FAO-56重新将Penman-monteith公式推荐为新计算ET0的标准方法,成为当前国内外通用的计算ET0的主流,并编入我国《灌溉试验规范》,是现今被广泛应用来计算作物蒸腾量的方法。
Penman-monteith公式以时间尺度分为小时、天和月三种计算方法,在能够获取小时环境数据的情况,小时为尺度的Penman-monteith公式更为准确。
本文采用小时计算方法计算当前的ET0,采用天计算方法预测未来三天的ET0。
Penman-monteith公式以小时为尺度的计算公式如式7。
ET0=0.408ΔRn-G+γ37Thru2es-eaΔ+γ1+0.34u2(7)
其中各变量的含义为:
ET0[mmday-1],小时内的参考作物蒸发量;
Rn[MJm-2day-1],小时内的作物表面的平均净辐射;
G[MJm-2day-1],土壤热通量;
Thr[°
C],小时内的平均温度;
u2[ms-1],小时内两米处的平均风速;
es[kPa],饱和水汽压;
ea[kPa],实际水汽压;
D[kPa°
C-1],Δ为饱和水汽压温度曲线上的斜率(kPa/℃);
r[kPa°
C-1],γ为温度计常数(kPa/℃)。
公式中,T、u2可以通过测量获得,γ、es、ea、Δ、Rn可以利用可获取的参数通过计算获得,G一般认为夜间是Rn的0.5倍,白天是Rn的0.1倍。
温度计常数γ与大气压力相关,在已知海拔高度的情况下可以利用公式8计算得到。
γ=0.665×
10-3×
101.3293-0.0065z2935.26(8)
其中z为海拔高度。
es为饱和水汽压,是一个与温度相关的参数,可以通过公式9获得。
es=e0Thr=0.6108exp17.27ThrThr+237.3(9)
ea为实际的水汽压,在已知空气湿度的情况下,可以由公式10计算获得。
ea=e0ThrRHmean100(10)
RHmean小时内的平均空气湿度。
Δ为饱和水汽压温度曲线上的斜率,它是一个空气温度的函数,可以由公式11计算得到
∆=40980.6108exp17.27ThrThr+237.3Thr+237.32(11)
小时内作物表面的平均净辐射Rn由净太阳辐射与净长波辐射的差决定,如公式12。
净太阳辐射可以由式13计算,式13中Rs为太阳辐射传感器获取的数值,α为作物表面的反射率。
净长波辐射Rnl可以利用宇宙辐射Ra,平均温度Thr,太阳辐射Rs和实际的水汽压ea利用公式14计算获得,宇宙辐射的计算方法如公式15。
公式15中的φ、δ、ω1、ω2在已知经纬度和时间的情况下可以通过计算获得。
Rn=Rns-Rnl(12)
Rns净太阳辐射,Rnl净长波;
Ra宇宙辐射。
辐射。
Rns=(1-α)Rs(13)
Rnl=σThr42(0.34-0.14ea)1.35Rs(0.75+2×
10-5)Ra-0.35(14)
Ra=12(60)πGscdr[ω2-ω1sinφsinδ+conφcosδ(sinω2-sin(ω1))](15)
Gsc[MJm-2min-1,],太阳系数=0.0820;
dr[m]太阳到地球的距离;
d[rad]太阳入射角;
j[rad]经度;
w1[rad]太阳起始入射角;
w2[rad]太阳最终入射角。
通过以上方法的计算,可以获得每个小时的ET0,对于每天的ET0可以用累加的方法获得。
在进行未来ET0预测时,主要依靠气象部门提供的天气预报数据,无法得到精确的每小时的数值。
为此,在预测ET0时,采用了以天为尺度的Penman-monteith公式,如公式15。
以天为尺度的Penman-monteith公式与以小时为尺度的Penman-monteith公式的主要区别在于空气温度由最高气温与最低气温的平均值确定。
另外,目前可获取的气象预报信息中,还没有包括太阳辐射,因此,太阳辐射可以根据公式16获得。
由于气象预报中的风速多为距地面10米处的风速,需要将其转换为距地面2米的风速,其转换公式为是17。
推荐值as=0.25,bs=0.50。
ET0=0.408ΔRn-G+γ900T+273u2(es-ea)Δ+γ(1+0.34u2)(15)
Rs=(as+bsnN)Ra(16)
n[hour]实际日照时数;
N[hour]最大可能日照时数;
n/N[-]日照系数;
Ra[MJm-2day-1]星际辐射;
as星际辐射回归系数(阴天,n=0);
as+bs到地球星际辐射衰减系数(晴天,n=N)。
u2=uz4.87ln(67.8z-5.42)(17)
Uz为距地面z米的风速,气象预报中的风速多为距地面10米处的风速U10。
参考作物蒸腾量与作物系数Kc的乘积就是作物蒸腾量,作物系数(Kc)与叶面积指数(LAI)具有高度相关性,其拟合模型为如公式18,叶面积指数可以采用专业设备获取,通常采用本地区作物不同生育期典型值代入。
Kc=0.4280LAI0.6988(18)
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