氣象資料缺測(cè)時(shí)Penman-Monteith溫室修正式的應(yīng)用

潘永安，范興科

(1 中國科學(xué)院 水利部 水土保持研究所，陜西 楊凌 712100；2 西北農(nóng)林科技大學(xué) 中國旱區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)研究院，陜西 楊凌 712100；3 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

氣象資料缺測(cè)時(shí)Penman-Monteith溫室修正式的應(yīng)用

潘永安1,3，范興科1,2

(1 中國科學(xué)院 水利部 水土保持研究所，陜西 楊凌 712100；2 西北農(nóng)林科技大學(xué) 中國旱區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)研究院，陜西 楊凌 712100；3 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

【目的】 Penman-Monteith公式(P-M公式)是目前計(jì)算大田作物蒸騰蒸發(fā)量(ETc)的主要方法，利用該方法可預(yù)測(cè)未來短期內(nèi)作物水分虧缺狀況，但由于溫室與大田之間的環(huán)境條件存在顯著差異且溫室氣象數(shù)據(jù)往往不全，故需要研究提高溫室作物水分狀況預(yù)測(cè)精確度的途徑?！痉椒ā?利用溫室番茄主要生育期氣象環(huán)境信息和土壤水分實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)基于水量平衡原理和P-M溫室修正式計(jì)算出的ETc結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，研究分析了P-M溫室修正式的可靠性與氣象資料缺測(cè)時(shí)P-M溫室修正式的應(yīng)用方法，同時(shí)對(duì)溫室氣象數(shù)據(jù)缺測(cè)時(shí)運(yùn)用P-M溫室修正式計(jì)算參考作物蒸騰蒸發(fā)量(ET0)的精度進(jìn)行了分析。【結(jié)果】 基于P-M溫室修正式計(jì)算出的ETc與水量平衡法計(jì)算出的ETc結(jié)果較吻合，相對(duì)誤差均小于10%。當(dāng)氣象資料缺測(cè)時(shí)，基于FAO推薦的幾種計(jì)算方法，運(yùn)用P-M溫室修正式計(jì)算的ET0相對(duì)誤差如下：由日照時(shí)數(shù)(n)估算太陽凈輻射(Rn)進(jìn)而求得ET0的方法相對(duì)誤差為17.35%；由氣溫(T)估算Rn進(jìn)而求得ET0的方法相對(duì)誤差為41.69%；由最低氣溫(Tmin)代替相對(duì)濕度(RH)計(jì)算實(shí)際水汽壓(ea)進(jìn)而求得ET0的方法相對(duì)誤差為19.09%；分別由n估算Rn，由Tmin計(jì)算ea進(jìn)而求得ET0的方法相對(duì)誤差為36.31%；Rn與ea均由T估算進(jìn)而求得ET0的方法相對(duì)誤差為61.23%?！窘Y(jié)論】 利用P-M溫室修正式可以較好地預(yù)測(cè)溫室作物的水分狀況，當(dāng)修正式的參數(shù)Rn缺測(cè)時(shí)可以用n計(jì)算Rn；當(dāng)參數(shù)RH缺測(cè)時(shí)，可以用Tmin代替RH計(jì)算ea。

Penman-Monteith溫室修正式；氣象資料缺測(cè)；FAO

Penman-Monteith公式(P-M公式)是目前計(jì)算作物蒸騰蒸發(fā)量的主要方法，由于它結(jié)合了空氣動(dòng)力學(xué)和水量平衡原理，具有較好的物理依據(jù)，計(jì)算精度較高[1-3]。當(dāng)P-M公式所需的環(huán)境參數(shù)缺測(cè)時(shí)，F(xiàn)AO給出了幾種相應(yīng)的計(jì)算方法[4]，劉鈺等[5]利用河北雄縣、望都2個(gè)氣象站的數(shù)據(jù)對(duì)這些方法進(jìn)行了檢驗(yàn)與評(píng)價(jià)，分析了這些方法的適用性。在日光溫室中，由于小氣候環(huán)境與露天環(huán)境下的水熱運(yùn)移模式有很大的不同，王健等[6]對(duì)P-M公式進(jìn)行了修正，提出了適合于溫室作物的Penman-Monteith溫室修正式(P-M溫室修正式)。那么，當(dāng)氣象資料缺測(cè)時(shí)，F(xiàn)AO推薦的計(jì)算方法是否適用于P-M溫室修正式還有待驗(yàn)證。為此，本研究利用溫室番茄栽培試驗(yàn)的觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)P-M溫室修正式計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，以期為P-M公式在溫室條件下的應(yīng)用與推廣提供參考依據(jù)。

1 溫室環(huán)境因素特征與P-M溫室修正式

1.1 溫室環(huán)境因素特征

溫室是一種人工控制條件下進(jìn)行作物生產(chǎn)的小氣候室，其環(huán)境條件與室外自然環(huán)境條件有很大差異，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

(1)溫室內(nèi)溫度明顯高于室外溫度。溫室是一種可以透光的半密封空間，具有較好的保溫性，通常室內(nèi)溫度要高于室外，尤其在室外溫度較低的冬、春季節(jié)和夜間及早晨，部分溫室內(nèi)設(shè)增溫設(shè)備，室內(nèi)外溫差可達(dá)20 ℃[7]。所以即使在寒冷的冬季，溫室內(nèi)溫度也很少出現(xiàn)低于0 ℃的情況。溫室的溫度可以通過覆蓋草簾或通風(fēng)來調(diào)節(jié)，是溫室栽培中相對(duì)容易調(diào)節(jié)控制的因子。

(2)日光輻射低于室外。太陽光照是日光溫室的熱量來源，也是綠色植物光合作用的能量來源。溫室內(nèi)的光照環(huán)境由于受溫室方位、結(jié)構(gòu)類型、覆蓋材料等多種因素的影響，使日光溫室內(nèi)透光率低，光照不足，光照強(qiáng)度略低于室外[8]；日照時(shí)數(shù)受覆蓋的保溫被、草簾揭蓋時(shí)間的直接影響，一般比露地要短。

(3)溫室濕度顯著高于室外自然環(huán)境。由于溫室是封閉環(huán)境，室內(nèi)空氣濕度主要受土壤水分蒸發(fā)和植物體內(nèi)水分蒸騰的影響。高濕是溫室環(huán)境的突出特點(diǎn)，特別是夜間隨著氣溫的下降，溫室內(nèi)相對(duì)濕度逐漸增大，往往能達(dá)到飽和狀態(tài)。在溫室通風(fēng)進(jìn)行溫濕度調(diào)節(jié)的時(shí)段，溫室內(nèi)相對(duì)濕度日變化趨勢(shì)與露地基本一致?？諝庀鄬?duì)濕度在P-M公式中用于計(jì)算實(shí)際水汽壓進(jìn)而計(jì)算水汽壓差。羅衛(wèi)紅等[9]的研究認(rèn)為，溫室作物蒸騰速率日變化主要取決于太陽輻射的日變化，與水汽壓差(VPD)的日變化關(guān)系不大。

(4)空氣對(duì)流較弱。溫室是一個(gè)閉合體，只有頂窗或側(cè)窗可通風(fēng)，一般在氣溫達(dá)到30 ℃以上時(shí)，利用頂窗通風(fēng)排濕，當(dāng)氣溫低于25 ℃時(shí)，頂窗是關(guān)閉的，室內(nèi)氣流量很小，空氣流動(dòng)性差，在溫室無強(qiáng)制通風(fēng)時(shí)，風(fēng)速接近為零。對(duì)于日光溫室，通常能夠調(diào)節(jié)的環(huán)境氣象因子只有溫度和濕度，絕大部分日光溫室在實(shí)際管理中，主要的觀測(cè)數(shù)據(jù)也只有氣溫和相對(duì)濕度，缺測(cè)其他氣象數(shù)據(jù)。

綜上所述，由于溫室與大田環(huán)境特征的顯著不同，P-M公式不宜直接應(yīng)用于溫室環(huán)境條件下的作物水分狀況預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)。

1.2 P-M 溫室修正式

利用P-M公式計(jì)算參考作物蒸騰蒸發(fā)量的方程如下:

(1)

式中:ET0為參考作物蒸騰蒸發(fā)量(mm/d)，Δ為飽和水汽壓隨溫度變化的斜率(kPa/℃)，Rn為地表凈輻射(MJ/(m2·d))，G為土壤熱通量(MJ/(m2·d))，γ為干濕表常數(shù)(kPa/℃)，T為日平均氣溫(℃)，μ2為2 m高處日平均風(fēng)速(m/s)，es為飽和水汽壓(kPa)，ea為實(shí)際水汽壓(kPa)。

方程(1)由兩部分組成，前一部分為輻射項(xiàng)(ETrad),后一部分為空氣動(dòng)力學(xué)項(xiàng)(ETaero)。

如1.1節(jié)分析，溫室在無強(qiáng)制通風(fēng)條件下，風(fēng)速μ2接近為0，故公式(1)可簡(jiǎn)化為：

(2)

即空氣動(dòng)力學(xué)項(xiàng)(ETaero)為零，這顯然違背了水汽擴(kuò)散理論[10-11]。為此，王健等[6]對(duì)公式(1)中與風(fēng)速有關(guān)的空氣動(dòng)力學(xué)項(xiàng)進(jìn)行修正，推導(dǎo)出適于溫室大棚的P-M溫室修正式：

(3)

2 試驗(yàn)概況與P-M溫室修正式驗(yàn)證

2.1 試驗(yàn)概況

試驗(yàn)在陜西楊凌節(jié)水示范園日光溫室內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)年平均氣溫13.0～13.4 ℃，無霜期221 d，年日照時(shí)數(shù)2 300～2 900 h。試驗(yàn)地土壤類型為砂壤土，土壤容重1.25 g/cm3，田間持水量23.22%。栽植作物為番茄，品種為“金鵬十號(hào)”，幼苗于2013-02-28移栽到溫室大棚中，采用寬窄行覆膜一壟雙行種植，株距33 cm，行距40 cm。作物生育期劃分為：02-28-04-08為幼苗期，04-09-05-20為開花坐果期，05-21-06-28為盛果期。全生育期灌水計(jì)劃濕潤層為40 cm，灌水方式為膜下滴灌，灌水量通過數(shù)字水表計(jì)量,在灌水前后用取土烘干法測(cè)算土壤水分變化情況，用HOBO自動(dòng)氣象站進(jìn)行氣溫、相對(duì)濕度、日照、太陽輻射等氣象參數(shù)的觀測(cè)。

2.2 P-M溫室修正式驗(yàn)證

P-M公式是通過計(jì)算參考作物蒸騰蒸發(fā)量(ET0),再與作物系數(shù)(Kc)相乘, 得到實(shí)際作物蒸騰蒸發(fā)量(ETc)的，即：

ETc=Kc×ET0。

(4)

Kc可選用FAO推薦的分段單值平均作物系數(shù)法計(jì)算[12]。本試驗(yàn)計(jì)算出的番茄開花坐果期和盛果期作物系數(shù)分別為:Kcmid=1.09,Kcend=0.72。

為了驗(yàn)證P-M溫室修正式計(jì)算ETc的可靠性，本文選用水量平衡法對(duì)其進(jìn)行對(duì)比分析。根據(jù)水量平衡原理，有：

I+P+G=ETc+D+R-ASW。

(5)

式中:I為時(shí)段內(nèi)的灌水量，P為時(shí)段內(nèi)的降水量，G為時(shí)段內(nèi)地下水的補(bǔ)給量，ETc為時(shí)段內(nèi)作物的蒸騰蒸發(fā)量，D為時(shí)段內(nèi)深層滲漏量，R為時(shí)段內(nèi)測(cè)定區(qū)域的地面徑流量，ASW為土壤儲(chǔ)水量的變化量。本試驗(yàn)在溫室進(jìn)行，無降水；當(dāng)?shù)氐叵滤疃葹?～5 m，其補(bǔ)給量可忽略不計(jì)；采用滴灌灌水方式，每次灌水量較小(計(jì)劃濕潤層為40 cm)，基本不產(chǎn)生深層滲漏，故式(5)可轉(zhuǎn)化為：

ETc=I+ASW。

(6)

結(jié)合式(3)與式(4)計(jì)算出番茄04-21-05-20(開花結(jié)果期)和05-21-06-20(盛果期)的累積蒸騰蒸發(fā)量分別為131.29，100.40 mm；而采用式(6)計(jì)算出的番茄04-21-05-20與05-21-06-20的累積蒸騰蒸發(fā)量分別為119.43，108.52 mm，結(jié)果見圖1。

如圖1所示，可以看出2種方法計(jì)算結(jié)果有較好的一致性。同時(shí)計(jì)算出2個(gè)階段相對(duì)誤差分別為9.9%和7.5%，均小于10%，說明P-M溫室修正式的計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值較吻合，精確度較高。這一結(jié)果與前人研究結(jié)果相吻合[1,6,13]，可見P-M溫室修正式用來計(jì)算溫室作物需水量是可行的。

3 P-M公式所需氣象數(shù)據(jù)缺測(cè)時(shí)FAO推薦的計(jì)算方法

3.1 凈輻射缺測(cè)

太陽凈輻射(Rn)是對(duì)ET0影響最大的因子[5]，如果Rn缺測(cè)，采用下面的公式進(jìn)行計(jì)算：

(7)

式中：α表示日照返照率(取值0.23)，σ為波茲曼常數(shù)，Rs表示太陽短波輻射，Tmax,k、Tmin,k分別表示開爾文制的最高、最低溫度，ea為實(shí)際水汽壓，Rs/Rs0表示相對(duì)短波輻射。

由式(7)可知，Rn的計(jì)算取決于太陽短波輻射(Rs),FAO給出了2種計(jì)算Rs的方法：

1)用日照時(shí)數(shù)(n)計(jì)算Rs：

(8)

式中：Ra表示大氣上邊界太陽輻射(可通過經(jīng)緯度和日期計(jì)算獲取)；a、b為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，a取值0.25，b取值0.5；n為實(shí)際日照時(shí)數(shù)；N為可能日照時(shí)數(shù)。

2)利用最高、最低溫度計(jì)算Rs：

Rs=Kr(Tmax-Tmin)0.5Ra。

(9)

式中：Tmax是最高氣溫(℃)；Tmin是最低氣溫(℃)；Kr是調(diào)節(jié)系數(shù)(℃1/2)，取0.19。

3.2 相對(duì)濕度缺測(cè)

如上文分析，相對(duì)濕度(RH)在P-M公式中用于計(jì)算實(shí)際水汽壓(ea),當(dāng)RH缺測(cè)時(shí),實(shí)際水汽壓可用最低氣溫(Tmin)近似計(jì)算:

(10)

式中：eo表示飽和水汽壓(kPa)。

式(10)的基本假定條件是日最低氣溫近似等于露點(diǎn)溫度,這對(duì)地表有草覆蓋的站點(diǎn),大多時(shí)期內(nèi)是能夠滿足的[3]。

3.3 凈輻射和相對(duì)濕度均缺測(cè)

1)用n計(jì)算Rs，Tmin計(jì)算ea。利用式(7)和式(8)計(jì)算出Rn，利用式(10)計(jì)算出ea。

2)分別用氣溫(T)計(jì)算Rs和ea。氣溫對(duì)ET0的影響較大,在僅有氣溫?cái)?shù)據(jù)的情況下,可利用式(9)計(jì)算出Rs，利用式(10)計(jì)算出ea。

4 計(jì)算結(jié)果的對(duì)比分析

4.1 Rn、ea實(shí)測(cè)值與估算值的對(duì)比分析

為了驗(yàn)證氣象資料缺測(cè)時(shí)，F(xiàn)AO推薦的幾種方法在溫室環(huán)境中的適用性，以溫室內(nèi)設(shè)置的自動(dòng)氣象站在04-21-06-20采集的氣象數(shù)據(jù)為依據(jù)，對(duì)溫室環(huán)境參數(shù)Rn、ea的實(shí)測(cè)值與估算值進(jìn)行對(duì)比分析。

分別結(jié)合式(8)和式(7)、式(9)和式(7)計(jì)算Rn，與氣象站實(shí)測(cè)的Rn進(jìn)行比較，結(jié)果如圖2所示。由圖2可以看出，用公式計(jì)算的Rn和氣象站實(shí)測(cè)的Rn整體變化趨勢(shì)較為一致，但用Tmax、Tmin估算Rs進(jìn)而求出的Rn較實(shí)測(cè)的Rn整體偏大，平均相對(duì)偏差達(dá)64.68%；而用n計(jì)算的Rn與實(shí)測(cè)的Rn結(jié)果較為相近，平均相對(duì)偏差為22.60%。對(duì)于用2種方法計(jì)算的Rn值明顯大于實(shí)測(cè)值(平均相對(duì)偏差大于50%)的數(shù)據(jù)點(diǎn)，經(jīng)過實(shí)際氣象數(shù)據(jù)調(diào)查和分析發(fā)現(xiàn)，這些相對(duì)偏差較大的數(shù)據(jù)多是n為0時(shí)(陰雨天)的數(shù)據(jù)，因?yàn)闇厥业谋刈饔茫沟脺囟扰c日照時(shí)數(shù)和輻射量不太協(xié)調(diào)，所以由氣溫?cái)?shù)據(jù)估算的Rn要比實(shí)測(cè)的Rn大。

圖2 太陽凈輻射(Rn)實(shí)測(cè)值與估算值的對(duì)比
Fig.2 Comparison of measured and simulated values of net solar radiation (Rn)

圖3 實(shí)際水汽壓(ea)實(shí)測(cè)值與估算值的對(duì)比
Fig.3 Comparison of measured and simulated values of actual water vapor pressure (ea)

以溫室氣象站實(shí)測(cè)RH計(jì)算出的ea為標(biāo)準(zhǔn)，與用Tmin計(jì)算(式(10))的ea進(jìn)行比較分析，結(jié)果如圖3所示。從圖3可以看出，計(jì)算值與實(shí)測(cè)值變化趨勢(shì)具有一定的相似性，但整體上用Tmin估算出的ea較用實(shí)測(cè)RH計(jì)算出的ea小。分析其原因是我國北方進(jìn)入5月以后，氣溫升高，溫室內(nèi)的溫度也迅速升高，為了給作物生長提供一個(gè)適宜的環(huán)境，溫室側(cè)窗通常晝夜處于打開狀態(tài)，由于溫室外空氣干燥、濕度較低，棚內(nèi)濕度較大，溫濕度的內(nèi)外交換相對(duì)較為劇烈，溫室內(nèi)的最低溫度會(huì)低于其濕度所對(duì)應(yīng)的露點(diǎn)溫度，所以其實(shí)際水汽壓較按最低氣溫算出的值要高一些。

4.2 ET0實(shí)測(cè)值與估測(cè)值的對(duì)比分析

4.2.1 計(jì)算結(jié)果 基于對(duì)基本參數(shù)Rn、ea的實(shí)測(cè)值與估算值的對(duì)比分析，同樣選取試驗(yàn)區(qū)04-21-06-20的氣象資料，進(jìn)行ET0計(jì)算結(jié)果的比較與分析。分別假定太陽凈輻射缺測(cè)、相對(duì)濕度缺測(cè)、太陽凈輻射和相對(duì)濕度均缺測(cè)3種情況，利用FAO提出的相應(yīng)計(jì)算方法并結(jié)合P-M溫室修正式計(jì)算ET0，與各參數(shù)全為實(shí)測(cè)值時(shí)運(yùn)用P-M溫室修正式求得的ET0進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如圖4至圖8所示。同時(shí)，利用式(11)對(duì)二者進(jìn)行線性擬合，并分別計(jì)算出氣象數(shù)據(jù)缺測(cè)時(shí)各種方法算出的ET0與數(shù)據(jù)全為實(shí)測(cè)值時(shí)算出的ET0之間的方差(S2，式(12))、平均絕對(duì)誤差(MAE)、平均相對(duì)誤差(MRE)[14-15]，結(jié)果如表1所示。

ET0(資料缺測(cè))=a×ET0(資料完整)。

(11)

(12)

4.2.2 結(jié)果分析與討論 由圖4、圖5及表1可以看出，當(dāng)Rn缺測(cè)時(shí)，第1種方法由n計(jì)算出Rs進(jìn)而求得的ET0與數(shù)據(jù)全為實(shí)測(cè)時(shí)算出的ET0有顯著相關(guān)性，回歸方程斜率為1.001 0，相關(guān)系數(shù)為0.864 7，且計(jì)算精度較高，平均相對(duì)誤差為17.35%；第2種方法采用最高、最低溫度估算Rs進(jìn)而算出的ET0較數(shù)據(jù)全為實(shí)測(cè)時(shí)算出的ET0整體偏大，相關(guān)性較差，回歸方程斜率為1.097 5，相關(guān)系數(shù)0.437 4，且精度很低，平均相對(duì)誤差達(dá)41.69%。由4.1節(jié)結(jié)果可知，n為0時(shí)(陰雨天)Rn實(shí)測(cè)值與估算值的誤差相對(duì)較大，對(duì)比剔除n為0時(shí)的數(shù)據(jù)后ET0的計(jì)算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)第1種方法的平均相對(duì)誤差減小為7.85%，第2種方法平均相對(duì)誤差為12.38%，均小于15%，說明這2種方法在晴天應(yīng)用時(shí)誤差都會(huì)相對(duì)減小。

圖7 太陽凈輻射(Rn)由日照時(shí)數(shù)(n)計(jì)算、實(shí)際水汽壓(ea)由最低氣溫(Tmin) 計(jì)算與數(shù)據(jù)全為實(shí)測(cè)時(shí)參考作物蒸騰蒸發(fā)量(ET0)的對(duì)比
Fig.7 Comparison of evapotranspiration of reference crop (ET0) when net solar radiation (Rn) was calculated with sunshine duration (n),the actual water vapor pressure(ea) was calculated with the lowest temperature(Tmin)and when weather data was complete

圖8 太陽凈輻射(Rn)和實(shí)際水汽壓(ea)均由氣溫(T)計(jì)算與數(shù)據(jù)全為實(shí)測(cè)時(shí)參考作物蒸騰蒸發(fā)量(ET0) 的對(duì)比
Fig.8 Comparison of evapotranspiration of reference crop (ET0) when both net solar radiation (Rn) and actual water vapor pressure(ea)were calculated with temperature (T) and when weather data was complete

圖6及表1結(jié)果表明，RH缺測(cè)時(shí)，由Tmin計(jì)算ea進(jìn)而求得的ET0值與數(shù)據(jù)全為實(shí)測(cè)時(shí)算出的ET0之間有很好的相關(guān)性，回歸方程斜率為1.086 4，相關(guān)系數(shù)為0.867 7；同時(shí)，由于用Tmin估算出的ea較用實(shí)測(cè)RH算出的ea小，所以總體上前者算出的ET0值較后者稍大一些。

由圖7、圖8及表1可知，當(dāng)Rn與RH均缺測(cè)時(shí)，用n計(jì)算Rs、Tmin估算ea的方法求得的ET0與數(shù)據(jù)全為實(shí)測(cè)時(shí)算出的ET0回歸方程斜率為1.086 2，相關(guān)系數(shù)為0.683 9，受ea估算值的影響，計(jì)算結(jié)果整體偏大；用T分別估算Rs與ea的方法算出的ET0與數(shù)據(jù)全為實(shí)測(cè)時(shí)算出的ET0相關(guān)性極差(相關(guān)系數(shù)為0.014 0)，且整體偏大(平均相對(duì)誤差達(dá)61.23%)。根據(jù)文中分析可知，溫室的保溫作用使得用T估算的Rn偏大，使用T估算的ea偏小，二者的疊加作用使得誤差更大。

5 結(jié) 論

結(jié)合前人研究論證與本試驗(yàn)驗(yàn)證可以看出，P-M 溫室修正式適用于溫室作物需水量的計(jì)算。因此，本文以P-M溫室修正式為基礎(chǔ)，驗(yàn)證了FAO推薦的氣象數(shù)據(jù)缺測(cè)時(shí)ET0的計(jì)算方法在溫室中的適用性。結(jié)合分析結(jié)果可以看出，溫室內(nèi)氣溫T和日照時(shí)數(shù)n是利用P-M溫室修正式計(jì)算溫室作物ET0的基本要素。(1)當(dāng)Rn缺測(cè)時(shí)，可以用n計(jì)算Rs進(jìn)而求得Rn，計(jì)算誤差較小，精確度高，且晴天比陰雨天的應(yīng)用效果更好；(2)當(dāng)RH缺測(cè)時(shí)，可以用Tmin估算ea的方法，計(jì)算結(jié)果與數(shù)據(jù)全為實(shí)測(cè)值時(shí)算出的ET0結(jié)果較為一致，誤差較?。?3)在Rn和ea都缺測(cè)的情況下，分別利用n計(jì)算Rs、Tmin計(jì)算ea，最終計(jì)算出的ET0較實(shí)測(cè)值偏大，但二者相關(guān)性較高，可參考使用。

Rn是影響作物蒸騰蒸發(fā)量的關(guān)鍵因子，溫室中太陽輻射受室內(nèi)結(jié)構(gòu)等影響與露地環(huán)境有一定差異。本文用于驗(yàn)證的Rn是由溫室內(nèi)氣象站測(cè)得，測(cè)點(diǎn)的代表性及不同結(jié)構(gòu)溫室Rn的測(cè)定還需進(jìn)一步研究確定。如果使用n計(jì)算Rn，需要考慮溫室覆蓋的保溫被、草簾等揭蓋時(shí)間的影響。同時(shí)，P-M溫室修正式是在假定溫室風(fēng)速為零的前提下提出的，對(duì)于溫室有強(qiáng)制通風(fēng)且風(fēng)速無法忽略的情況還需進(jìn)一步研究[16]。

利用P-M溫室修正式預(yù)測(cè)溫室作物未來的水分狀況，在觀測(cè)溫室氣溫與相對(duì)濕度的基礎(chǔ)上，建議增加室內(nèi)日照時(shí)數(shù)的觀測(cè)或借用當(dāng)?shù)貧庀笳镜挠^測(cè)結(jié)果，同時(shí)剔除陰天和保溫設(shè)備對(duì)采光有明顯影響的日期，以提高預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度。

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Application of modified Penman-Monteith in greenhouse with limited weather data

PAN Yong-an1,3,FAN Xing-ke1,2

(1InstituteofSoilandWaterConservation,CAS&MWR,Yangling,Shaanxi712100,China;2InstituteofWater-savingAgricultureinAridAreasofChina(IWSA),NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China;3UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China)

【Objective】 Penman-Monteith equation is the main method to calculate the evapotranspiration (ETc) of field crops,which can be used to predict short-term water status in future.However,due to the differences in water and heat movement patterns between greenhouses and fields and limited weather data,it is necessary to improve the accuracy for predicting the water status of greenhouse crops.【Method】 Using meteorological and soil moisture data in the main growth period of tomato in greenhouse,the modified Penman-Monteith equation and the principle of water balance were compared forETccalculation,and the accuracy of the modified Penman-Monteith equation to calculate evapotranspiration of reference crop (ET0) in greenhouse with limited weather data was analyzed.【Result】 The modified Penman-Monteith equation had high accuracy to calculateET0with mean relative error (MRE) of less than 10%.Based on FAO recommended methods,the modified Penman-Monteith equation calculatedET0had different errors with limited weather data.The method using sunshine duration (n) to calculate net solar radiation (Rn) hadMREof 17.35%.The method using temperature (T) to calculateRnhadMREof 41.69%.The method using lowest temperature (Tmin) to calculate actual water vapor pressure (ea) had theMREof 19.09%.The method usingnandTminto calculateRnandeahad theMREof 36.31%.The method usingTto calculate bothRnandeahad theMREof 61.23%.【Conclusion】 The modified Penman-Monteith equation can be used to predict future short-term water status of crops in greenhouse.Rncan be calculated withnandeacan be calculated withTminwhenRHis missing.

the modified Penman-Monteith equation in greenhouse;limited weather data;FAO

2013-09-22

國家“863”高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2011AA100509)

潘永安(1989-)，男，陜西咸陽人，在讀碩士，主要從事節(jié)水灌溉新技術(shù)研究。E-mail:xiyuelvyou@126.com

范興科(1964-)，男，陜西岐山人，研究員，主要從事節(jié)水灌溉新技術(shù)和灌溉產(chǎn)品開發(fā)研究。 E-mail:gjzfxk@vip.sina.com

時(shí)間:2014-12-12 09:30

10.13207/j.cnki.jnwafu.2015.01.009

S625

A

1671-9387(2015)01-0117-08

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