一种确定参考作物蒸散量的方法技术

本发明专利技术公开了一种确定参考作物蒸散量的方法，属于农业科学研究领域。本发明专利技术方法包括下列步骤：计算ｍ个气象站点在ｎ年内每年７２个候的蒸散量ｐＥＴ↓［０］和ｈＥＴ↓［０］；进而计算ｐＥＴ↓［０］／ｈＥＴ↓［０］；然后计算该比值基于候的平均值Ｋ↓［ｓ］和各个候内的该比值基于年的平均值Ｋ↓［ｓｊ］；通过空间插值方法，得到目标区域内任何位置上的Ｋ↓［ｓ］，Ｋ↓［ｓｊ］；针对目标区域内的目标位置计算ｈＥＴ↓［０］；根据ＥＴ↓［０］＝Ｋ×ｈＥＴ↓［０］计算目标位置的参考作物蒸散量，所述Ｋ＝Ｋ↓［ｓ］或Ｋ↓［ｓｊ］。本发明专利技术方法所需的基础气象数据少，仅需要待测量时间段内的平均最高和最低气温，且计算简便，易于掌握，同时又不失精度。本发明专利技术适合计算大陆范围内任何地点和任何时间内的参考作物蒸散量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，尤其涉及一种仅通过有限气象数据精确 求算区域内参考作物蒸散量的方法。属于农业科学研究领域。
技术介绍
由降雨、水面蒸发、土壤蒸发、植物蒸腾等过程构成的陆地水分循环是维持陆地生 态系统的基本要素，其中土壤蒸发和植物蒸腾被合称为蒸散量(ET)，作物蒸散量是制定 作物灌溉制度和区域灌溉需水量计划的基木依据，是区域水量平衡、农田灌溉、水资源管 理等众多领域需要必须考虑的。但是，在实测作物蒸散量过程中，往往有很多影响因素难 以控制，因此需要研究作物蒸散量的估算方法。目前，运用广泛的作物蒸散量计算方法是通过参考作物蒸散量五7;和作物系数i^确定某种作物的蒸散量五7;，艮卩五7; = i:e￡7;参考作物蒸散量(Reference crop evapotranspiration)系指高度一致(8-15 cm)，生长茂盛， 水分充足，完全覆盖地而的绿色草丛植被(禾草或苜蓿)的蒸散量。目前计算五r。的方法主要有FAO Penman-Monleilh公式、Prieslley—Taylor公式、Makkink公式、Penman公式、FAO-24 Blaney-Griddle公式、Hargreaves公式等。在诸多求算五7;的方法中，Penman-Monteith模型(PM)精确度高、理论基础强，在全世界得到了广泛采用，被联合国粮农组织FAO确定为计算参考作物需水量的标准方法。但 是PM要求具备气温、湿度、光照、风速、日照等众多的气象数据，而世界上许多地方根 本无法提供PM模型所需要的全部数据，而且PM参数众多、计算繁琐，非专业技术人员 难以掌握，使得其适用范围受到了很到的限制。因此，在许多情况下，需要一种能够运用 较少气象数据、计算简洁的方法去估算参考作物需水量。其中1985年Hargreaves等提出 的Hargreaves公式(HG)只需要平均最高气温和平均最低气温，计算也比较简单，在FAO 56 中被唯一推荐为替补PM模型的方法。但是全世界范围的研究充分说明Hargreaves方法与 PM之间存在较大偏差，不是比PM大了，就是比PM小了，使得Hargreaves方法并没有 得到普遍采用，进一步使得，世界上许多地方难以获得参考作物需水量数据。设Penman-Monteith公式所确定的参考作物需水量用； ￡7;表示，FAO 56 Penman-Monteith公式<formula>formula see original document page 4</formula>式中；xE7;用Penman-Monteith模型确定的参考作物蒸散量; T表示离地表2米高处的空气温度; ^表示离地表2米高处的风速; e,表示饱和水气压; e。表示实际水气压;A表示水气压曲线斜率; r表示湿度计常数。设Hargreaves公式所确定的参考作物需水量用/^r。表示，Hargreaves 1985式 /^r。 = 0.0023 *o.408(rM+i7.8)(r_ -r讓)。乂式中Mr。用Hargreaves 1985式确定的参考作物蒸散量; rmax表示离地表2米高处的平均最高气温; r,表示离地表2米高处的平均最低气温; 7;^表示离地表2米高处的平均气温rC]， r,工^薩;i a表示天体辐射，对于任何空间位置上的具体天序，A是固定的，不会因为年份的不同而不同，因此A可以通过经纬度和 天序来计算，或者查阅文献得到。现有方法存在下列不足1. FAO 56 Penman-Monteith模型要求气象参数多，计算繁琐；2. 其余方法精确度较低；
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的无法兼顾计算简便和结果精确的问题，提供 一种仅通过有限的气象数据即可通过简便的计算方法精确求算区域内参考作物蒸散量的 方法。本专利技术专利技术人经过长期的研究后发现，将Hargreaves公式所确定的/lE7;乘上一个修订 系数K后，与Penman-Monteith公式所确定的/^r。的误差大大减少了，基本上可以将其替代。专利技术人同时发现，这样的K具有强烈的时空变异特征，据此专利技术人研制了中国每个候 (大部分候为5天，3、 5、 7、 8、 10、 12月的第6候为6天，2月的第6候为3天或4天) K的空间分布图，和总K值图(包括电子版和纸质版)，因此可以通过查阅打印出来的纸质K地图或将地名和经纬度等与电子K值地图匹配等途径十分方便地获得全中国大陆地区 任何地点各个候的K值，形成了一种仅仅依靠平均最高气温、平均最低气温这两个最容易 得到的气象数据就可以确定参考作物需水量的方法。 本专利技术确定参考作物蒸散量的方法包括下列步骤a) 针对目标区域内的m个气象站点，分别采用Penman-Monteith公式和Hargreaves 公式，计算n年内每年72个侯的参考作物蒸散量，并分别用pETo和hET()表示；所获得的 两种蒸散量数据均有m*n*72个；此处的m和n均优选不小于3 ，即m^3且论3;b) 计算各个站点在各个侯的所述蒸散量的比值pETVhETo;c) 计算各个站点的所述比值的平均值Ks和/或Ky，其中Ki=;Z2]K"， Ksj=—I]KW ， Kij表示各个站点在第i年的第j候的所述比值;,'=1 乂=1 n ,.=1可见，对于每一个站点，均有一套IQ和/或Ksj数据；对于每个站点的数据而言，Ks是基于各年内所有候的算术平均；而Ksj则是针对每个候基于年的算术平均；因此Ks只有一个，而Kj则有72个，每个候具有一个Ks」；d) 通过空间插值方法，得到目标区域内任何位置上的IQ和/或Ksj;其中，空间插值工具优选使用商业GIS软件；空间插值方法优选使用Kriging方法； 并优选通过对已知站点的加权平均获得所述Ks和Ksj，所述加权平均的权重在0~1之间， 而且与距离有关，距离越大，权重越小；上述a)-d)可以认为是本专利技术方法的第一阶段，旨在获得上述pETo/hETo比值的平均值 K和Ks」，而下列步骤则可用于计算所述目标区域内任何位置在任何时段内的参考作物蒸 散量，所需基础数据仅包括平均最高温度和平均最低温度；e) 针对目标区域内的目标位置，采用Hargreaves公式计算参考作物蒸散量hETo;f) 针对所述目标位置，采用ETtrKxhETo公式计算所述目标位置的参考作物蒸散量， 所述J^Ks或K^。另外，在步骤d)获得任何位置上的Ks和/或Ksj之后，优选将所述K值绘制成K值地 图，既可以是纸质的，也可以的电子的，以便后续应用过程中可以方便快速地获得目标位置的K值。和现有技术相比，本专利技术具有下述优势1. 要求气象数据少，仅需要待测量时间段内的平均最高和最低气温；2. 计算简洁，非专业人员也能很快掌握；3. 计算结果准确，近似于精确计算。附图说明图1是本专利技术实施例获得的第1侯的K值地图； 图2是本专利技术实施例获得的第19侯的K值地图3是本专利技术实施例获得的第37侯的K值地图； 图4是本专利技术实施例获得的第55侯的K值地图； 图5是本专利技术实施例获得的不考虑时间因素的K值地图。具体实施例方式下面通过具体实施例对本专利技术作更详细的描述。本实施例获得K值图的过程较为复杂，概括地讲包括三步壹，根据中国大陆地区811个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种确定参考作物蒸散量的方法，包括下列步骤：　ａ）针对目标区域内的ｍ个气象站点，分别采用Ｐｅｎｍａｎ－Ｍｏｎｔｅｉｔｈ公式和Ｈａｒｇｒｅａｖｅｓ公式，计算ｎ年内每年７２个侯的参考作物蒸散量，分别用ｐＥＴ↓［０］和ｈＥＴ↓［０］表示；　 　ｂ）计算各个站点在各个侯的所述蒸散量的比值ｐＥＴ↓［０］／ｈＥＴ↓［０］；　ｃ）计算各个站点的所述比值的平均值Ｋ↓［ｓ］和／或Ｋ↓［ｓｊ］，其中：　Ｋ↓［ｓ］＝１／ｎ.７２＊＊Ｋ↓［ｉ，ｊ］，Ｋ↓［ｓｊ］＝１／ｎ＊Ｋ↓［ｉ ，ｊ］，Ｋ↓［ｉｊ］表示各个站点在第ｉ年的第ｊ候的所述比值；　ｄ）通过空间插值方法，得到目标区域内任何位置上的Ｋ↓［ｓ］和／或Ｋ↓［ｓｊ］；　ｅ）针对目标区域内的目标位置，采用Ｈａｒｇｒｅａｖｅｓ公式计算参考作物蒸散量ｈＥＴ↓［ ０］；　ｆ）针对所述目标位置，采用ＥＴ↓［０］＝Ｋ×ｈＥＴ↓［０］公式计算所述目标位置的参考作物蒸散量，所述Ｋ＝Ｋ↓［ｓ］或Ｋ↓［ｓｊ］。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：龙怀玉，段淑辉，张认连，雷秋良，
申请(专利权)人：中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]