基于天氣預(yù)報(bào)的湖北漳河灌區(qū)水稻灌溉需水預(yù)測(cè)

王 倩,熊 玉 江,王 玲,姚 付 啟

(1.魯東大學(xué) 水利工程學(xué)院,山東 煙臺(tái) 264010; 2.長(zhǎng)江科學(xué)院 農(nóng)業(yè)水利研究所,湖北 武漢 430010; 3.十堰市鄖陽區(qū)鮑峽水利管理站,湖北 十堰 442517)

0 引 言

近年來,隨著全球氣候變化,極端干旱事件頻發(fā),受災(zāi)范圍、強(qiáng)度、頻率均呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì),對(duì)全球水資源利用和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了嚴(yán)重影響。長(zhǎng)江流域作為世界三大流域之一,水資源總量9 755億m3,約占中國(guó)徑流總量的9/25,耕地占地0.308億hm2,約為中國(guó)耕地的1/4,產(chǎn)出了中國(guó)2/5的農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值,是中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及糧食生產(chǎn)的重要陣地[1]。受全球氣候變化影響,2022年7月以來,長(zhǎng)江流域遭遇1961年以來最嚴(yán)重的全流域性氣象干旱,受災(zāi)范圍涵蓋面積廣,降雨量同期偏低四成,出現(xiàn)汛期反枯且偏枯罕見現(xiàn)象,氣溫綜合強(qiáng)度突破歷史極值,蒸發(fā)量同期偏高15%～20%[2-3],干熱特征明顯,部分區(qū)域出現(xiàn)斷流,是一場(chǎng)多要素集合的極端干旱事件。前期汛期反枯且干枯罕見現(xiàn)象的出現(xiàn)加上長(zhǎng)歷時(shí)高溫少雨,一方面使得長(zhǎng)江中下游干流水位顯著低于歷史極值,沿江部分供水工程無法正常取水,另一方面使得長(zhǎng)江上游水庫群蓄水量同期偏低,三峽水庫首次出現(xiàn)秋季未蓄滿情況,給以三峽水庫為核心的長(zhǎng)江上游水庫群多目標(biāo)調(diào)度帶來了挑戰(zhàn)。尤其8月中下旬之后,正是長(zhǎng)江中下游地區(qū)水稻灌溉需水關(guān)鍵期,持續(xù)的旱情直接影響沿江取水灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉。因此,科學(xué)評(píng)估氣候變化與灌溉需水量之間的關(guān)系,合理預(yù)報(bào)灌溉保證水量供需平衡,對(duì)指導(dǎo)干旱條件下農(nóng)業(yè)灌溉水量配置工作具有重要的研究意義。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外針對(duì)灌溉需水預(yù)報(bào)方法主要是基于Penman-Monteith(PM)公式和作物系數(shù)法進(jìn)行計(jì)算[4]。Perera等[5]使用數(shù)值天氣預(yù)報(bào)輸出預(yù)測(cè)澳大利亞每日參考蒸散量,并對(duì)其預(yù)測(cè)性能進(jìn)行了評(píng)價(jià);馮培存等[6]利用PM公式結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行優(yōu)化預(yù)測(cè)ET0,提出模型在輸入含有效光照時(shí)長(zhǎng)在內(nèi)的3個(gè)及以上參數(shù)時(shí),整體適應(yīng)性及計(jì)算精度較好。但是PM公式涉及到的氣象參數(shù)較多,數(shù)據(jù)難以完整獲得,解析難度大,現(xiàn)有技術(shù)無法對(duì)所有參數(shù)進(jìn)行預(yù)報(bào),大多基于歷史實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行ET0的計(jì)算,對(duì)氣候異常年份不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè),更適用于中長(zhǎng)期預(yù)報(bào),短期預(yù)報(bào)的效果比較差。因此,近年來基于溫度、輻射等較少參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)或修正模型代替PM公式預(yù)測(cè)ET0的方法被廣泛推廣[7-9]。Qiu等[10]提出了一種改進(jìn)的PT模型對(duì)亞洲三個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行水稻ET0的短期預(yù)報(bào);晏成明等[11]比較了HS法、PT法、逐日均值修正法在青年運(yùn)河灌區(qū)的適用性;張倩等[12]利用HS法對(duì)漳河灌區(qū)的ET0進(jìn)行了預(yù)測(cè);錢坤等[13]基于三江平原的氣象數(shù)據(jù)比較了HS、TH、BC 3種預(yù)報(bào)模型的精度;譚鑫等[14]對(duì)3種ET0估算方法進(jìn)行預(yù)報(bào)評(píng)價(jià),得出適用于江西省的最優(yōu)模型。不少研究證明此類模型在缺少氣象參數(shù)的條件下,仍能達(dá)到較為理想的ET0預(yù)測(cè)效果,短期預(yù)報(bào)精度較高,但過往研究多是對(duì)單一模型或多個(gè)模型參數(shù)校正后進(jìn)行ET0預(yù)報(bào)精度評(píng)價(jià),少見其結(jié)合水量平衡原理對(duì)實(shí)際灌溉需水量進(jìn)行預(yù)報(bào)分析。

本文以湖北省漳河灌區(qū)作為長(zhǎng)江流域典型灌區(qū),根據(jù)未來的氣候特點(diǎn)以及公共天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù),采用BC校正公式對(duì)ET0進(jìn)行預(yù)測(cè),結(jié)合水量平衡原理,模擬不同預(yù)見期下的2019～2022年灌溉需水量,通過逐日推求田間水層深度、田間含水率,預(yù)測(cè)水稻在未來時(shí)間段的灌水時(shí)間、灌水次數(shù)、灌水定額,以期提出科學(xué)的調(diào)水控灌方案,從干旱監(jiān)測(cè)的角度動(dòng)態(tài)編制用水計(jì)劃,為提高干旱預(yù)警與綜合應(yīng)對(duì)能力提供參考,為長(zhǎng)江流域抗旱減災(zāi)提供科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況

漳河灌區(qū)位于長(zhǎng)江流域中游支流漳河?xùn)|段,灌溉面積涉及荊州、荊門、宜昌3個(gè)地級(jí)市,是湖北省最大的灌區(qū),有效灌溉面積14.91萬hm2。灌區(qū)以漳河水庫為主要水源,配合灌區(qū)內(nèi)300多座中小型水庫及8.16 萬座塘堰,構(gòu)成了蓄引提相結(jié)合的長(zhǎng)藤結(jié)瓜式灌溉系統(tǒng)。灌區(qū)屬亞熱帶大陸性氣候,多年平均年降雨量969.7 mm,年際間變化較大,汛期多集中在4～10月,多年平均氣溫15.6～16.4℃,年蒸發(fā)量在700～1 000 mm 之間,具有長(zhǎng)江流域灌區(qū)的特征,本文將其作為長(zhǎng)江流域典型灌區(qū)開展灌溉需水研究。其中根據(jù)統(tǒng)計(jì)年鑒顯示,長(zhǎng)江流域內(nèi)灌區(qū)以水稻為主要灌溉作物,多年平均條件下水稻及旱作物灌溉面積比例為 9∶1,大部年份旱作物依靠降水無需灌溉,且在5月中旬之后,高溫干旱情況下正值長(zhǎng)江流域水稻生長(zhǎng)關(guān)鍵期,水稻作為農(nóng)業(yè)灌溉的大頭,受災(zāi)最為嚴(yán)重,因此本文灌溉需水量預(yù)測(cè)研究主要針對(duì)水稻進(jìn)行。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文以漳河灌區(qū)附近的鐘祥國(guó)家氣候站(北緯31°06′、東經(jīng)112°08′)歷史逐日氣象資料和天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)作為研究灌區(qū)灌溉需水模型率定和需水預(yù)報(bào)的數(shù)據(jù)。通過中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(http:∥data.cma.cn)收集了鐘祥站2000～2022年(2016年與2018年6～9月、2022年10～12月數(shù)據(jù)缺失)的歷史觀測(cè)逐日氣象數(shù)據(jù),包括每日最高溫度、最低溫度、平均溫度、大氣壓強(qiáng)、相對(duì)濕度、平均風(fēng)速、日照時(shí)數(shù)和降雨量。通過中國(guó)天氣網(wǎng)(http:∥www.weather.com.cn)抓取了2019～2022年(2022年10～12月數(shù)據(jù)缺失)預(yù)見期為7 d的公共天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù),預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)包括預(yù)見期7 d的每日最高最低溫度。

表1 氣象數(shù)據(jù)用途Tab.1 Usage of meteorological data

1.3 灌溉需水預(yù)報(bào)方法

1.3.1ET0預(yù)測(cè)方法

采用Blaney-Criddle(BC)公式計(jì)算參考作物需水量ET0,其基本公式如下[15]:

ET0,BC=Ρ(0.46Tmean+8.13)

(1)

(2)

ωs(J)=arccos(-tanΦtanδ)

(3)

(4)

(5)

Ρ(J)=[N(J)/NYEAR]×100

(6)

式中:ET0,BC為BC公式計(jì)算的參考作物蒸發(fā)騰發(fā)量,mm/d;Ρ為該日日照小時(shí)數(shù)占全年總?cè)照招r(shí)數(shù)的百分比,%,與緯度和日序數(shù)有關(guān);Tmean為每日平均氣溫,℃,Tmean=(Tmax+Tmin)/2;ωs為日落角,rad;Φ為緯度,rad;δ為赤緯,rad;N為日照時(shí)數(shù),h;J為日序數(shù)(1～365);NYEAR為年日照時(shí)數(shù),h。

為了提高BC模型的精度,需要對(duì)公式進(jìn)行校正,本文采用以Penman-Monteith公式及歷史實(shí)測(cè)氣象數(shù)據(jù)計(jì)算得出的ET0作為校正BC模型參數(shù)的準(zhǔn)確值,對(duì)BC模型進(jìn)行多元線性回歸,校準(zhǔn)系數(shù)α和β的值,經(jīng)過驗(yàn)證期驗(yàn)證后,在校正后的BC公式中輸入逐日平均氣溫預(yù)報(bào)數(shù)據(jù),即得到ET0的預(yù)報(bào)值ET0,BC。具體關(guān)系如下:

ET0,PM=αET0,BC+β

(7)

式中:ET0,PM是由PM模型計(jì)算的參考ET0,mm/d;ET0,BC是BC原模型計(jì)算值,mm/d;α和β均為校準(zhǔn)系數(shù)。

PM公式表達(dá)式為[16]

(8)

式中:Δ為飽和蒸氣壓曲線正切值,kPa/℃;Rn為達(dá)到作物冠層凈輻射,MJ/(m2·d);G為土壤熱通量,MJ/(m2d);T為2 m高度處的日均溫度,℃;u2為2 m高度處的風(fēng)速,m/s;es和ea分別為飽和蒸氣壓和實(shí)際蒸氣壓,kPa;γ為干濕表常數(shù),kPa/℃。

1.3.2灌溉需水量計(jì)算方法

1.3.2.1 灌溉制度

本文所建立的計(jì)算方法是在控制灌溉制度的基礎(chǔ)上,結(jié)合水量平衡方法計(jì)算每日田間水層推求土壤含水率,當(dāng)田間水層深度或土壤墑情達(dá)到灌溉下限時(shí),灌至灌溉上限,由此循環(huán)運(yùn)算田間水量平衡公式,得到灌水時(shí)間、灌溉定額預(yù)報(bào)。其中稻田只在水稻移栽后的返青期間進(jìn)行淺水灌溉,保持5～25 mm薄水層以提高水稻的活顆率,而在水稻的其他生育階段,不再在田面上建立灌溉水層,而是根據(jù)根層土壤含水率來進(jìn)行灌溉控制,灌溉具體水層控制標(biāo)準(zhǔn)參考見表2。

表2 漳河灌區(qū)稻田灌溉水層控制標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 Water layer control standard for rice field irrigation of Zhanghe Irrigation Area mm

1.3.2.2 灌溉需水量計(jì)算

(1) 田間水量平衡方程。本文基于田間水量平衡方程計(jì)算灌溉需水量并監(jiān)測(cè)水稻田面水層深度及根系層水分變化,采用的基本方程為

ht=ht-1+Pt-ETct-St+It-Dt

(9)

其中:

Dt=max{0,(ht-1+Pt+It-ETct-St-hut)}

(10)

式中:ht,ht-1分別為第t天,第t-1天稻田水層深度,mm;Pt為第t天降雨量,mm;ETct為第t天水稻需水量,mm;St為第t天稻田滲漏量,mm;It為第t天灌溉需水量,用深度表示,mm;Dt為第t天排水量,mm;hut為第t天稻田允許滯蓄水深,mm。

(2) 水稻需水量計(jì)算。本文采用BC模型計(jì)算逐日參考作物蒸發(fā)蒸騰量,結(jié)合作物系數(shù)及土壤水分脅迫系數(shù)利用雙作物系數(shù)法計(jì)算水稻逐日需水量,基本公式為

ETct,BC=Ks·Kc·ET0t,BC

(11)

式中:ETct,BC為第t天水稻需水量,mm;ET0t,BC為第t天水稻蒸散發(fā)量,mm;Kc為作物系數(shù),根據(jù)FAO推薦值和湖北省灌溉試驗(yàn)中心站多年灌溉試驗(yàn)取值,見表3;Ks為土壤水分脅迫系數(shù),計(jì)算結(jié)合了土壤含水率且根據(jù)作物類型與地區(qū)變異性引入經(jīng)驗(yàn)系數(shù)a、b、n進(jìn)行修正,具體公式參考文獻(xiàn)[17]。

表3 漳河灌區(qū)水稻全生育期Kc值Tab.3 Kc value of rice throughout its entire growth period of Zhanghe Irrigation Area

(3) 稻田滲漏量計(jì)算。在水稻田生態(tài)系統(tǒng)中,稻田滲漏是田間水分消耗的重要因素,滲漏量的大小受田埂具體特異性、水文性質(zhì)、地下水條件等環(huán)境因子綜合作用。根據(jù)達(dá)西定理,稻田田間水層深度與稻田水分滲透速度之間具有函數(shù)關(guān)系,因此根據(jù)有水層和無水層兩種情況,分別對(duì)滲漏量與田間水層深度建立模型估算滲漏量[18]:

(12)

式中:a,b為擬合參數(shù);K0為飽和水力傳導(dǎo)度,其取值范圍為0.1～1.0 m/d;α為經(jīng)驗(yàn)常數(shù),與地區(qū)差異性有關(guān),一般為50～250;Tt為土壤飽和含水率達(dá)到第t天水平時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間,d;其他參數(shù)同上。

(4) 灌溉需水量計(jì)算。灌溉受作物土壤水分收支程度控制,為了防止作物水分虧缺嚴(yán)重,動(dòng)態(tài)補(bǔ)充作物滿足自身正常生長(zhǎng)所需的水分,一般當(dāng)觀測(cè)的稻田田面水層深度或水稻根系層土壤含水率達(dá)到規(guī)定的灌溉下限控制指標(biāo)時(shí)觸發(fā)灌溉,計(jì)算灌溉需水量的具體公式如下:[19]

當(dāng)以水層深度為灌溉下限控制指標(biāo),即hdt>0時(shí)

(13)

式中:Iut為第t天灌溉水層上限控制指標(biāo),mm;θst為第t天水稻根系層土壤飽和含水率,%;θt為第t天水稻根系層土壤含水率,%;hdt為灌溉水層下限控制指標(biāo),mm;其他參數(shù)同上。

當(dāng)以根系層土壤含水率為灌溉下限控制指標(biāo),即θdt時(shí)

(14)

式中:θdt為第t天土壤含水率控制下限,%;其他參數(shù)同上。

1.4 統(tǒng)計(jì)指標(biāo)

為了保證ET0預(yù)報(bào)的整體質(zhì)量,選擇準(zhǔn)確性(ACC)、平均絕對(duì)誤差(MAE)、均方根誤差(RMSE)和相關(guān)系數(shù)(R)4個(gè)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)來評(píng)估氣溫和每日ET0的預(yù)報(bào)性能[15]。其中預(yù)測(cè)溫度的準(zhǔn)確性定義為準(zhǔn)確預(yù)測(cè)溫度的天數(shù)占所考慮總天數(shù)的百分比,如果預(yù)報(bào)的最高(最低)溫度與觀測(cè)最高(最低)溫度的絕對(duì)誤差小于3 ℃,則認(rèn)為溫度預(yù)報(bào)準(zhǔn)確。預(yù)測(cè)ET0的準(zhǔn)確性定義為準(zhǔn)確預(yù)測(cè)ET0的天數(shù)占所考慮總天數(shù)的百分比,如果預(yù)測(cè)的ET0的絕對(duì)誤差小于2 mm/d,則認(rèn)為ET0預(yù)測(cè)準(zhǔn)確。其他統(tǒng)計(jì)指標(biāo)公式如下:

(15)

(16)

(17)

2 結(jié)果與分析

2.1 改進(jìn)BC模型計(jì)算效果評(píng)價(jià)

以PM公式計(jì)算的ET0,PM為基準(zhǔn)值,對(duì)BC公式計(jì)算值進(jìn)行多元線性回歸,確定α和β分別為0.844和-1.072,并分析評(píng)價(jià)其模擬效果(見圖1和圖2)。總體看BC公式能夠較好地反映ET0季節(jié)性變化特征,BC公式校正前后計(jì)算的ET0值與PM公式計(jì)算的ET0值擬合的0截距直線的斜率分別為1.43和0.92,率定前的BC公式高估了ET0值,尤其是11月到次年2月,而率定后的BC公式則能夠較好地與PM公式計(jì)算值吻合。且由表4可知,原始BC公式計(jì)算值的準(zhǔn)確率為66.22%,而校正后率定期和驗(yàn)證期的BC公式計(jì)算值的準(zhǔn)確率分別為97.37%和95.66%;校正的BC公式率定期和驗(yàn)證期的計(jì)算值MAE分別為0.84,0.89 mm/d,RMSE分別為0.90,0.99 mm/d?？傮w來看,校正后的BC公式對(duì)于ET0的計(jì)算精度明顯提高,可以作為預(yù)報(bào)ET0的方法。

圖1 BC公式、PM公式計(jì)算值與實(shí)測(cè)ET0比較Fig.1 Comparison of measured ET0 between BC formula and PM formula

圖3 不同預(yù)見期BC公式ET0預(yù)報(bào)值與PM實(shí)測(cè)值比較Fig.3 Comparison of ET0 predicted values and PM measured values of BC formula in different forecast periods

2.2 ET0預(yù)報(bào)精度評(píng)價(jià)

2.2.1公共天氣預(yù)報(bào)精度分析

BC公式預(yù)報(bào)ET0需要輸入日平均溫度,因此溫度預(yù)報(bào)精度直接決定了ET0預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性。隨著天氣預(yù)見期增加,公共天氣預(yù)報(bào)氣溫的MAE和RMSE總體呈增加趨勢(shì)(見表5)。最低溫度、最高溫度、平均溫度預(yù)報(bào)的MAE分別為1.49～1.62 ℃、1.44～1.68 ℃、1.17～1.56 ℃,RMSE分別為2.92～3.44 ℃、2.94～3.62 ℃、1.81～3.13 ℃。而公共天氣預(yù)報(bào)氣溫準(zhǔn)確率和相關(guān)系數(shù)R則整體上隨預(yù)見期的增加呈下降趨勢(shì),最低溫度預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率由73.98%降至68.86%,相關(guān)系數(shù)R則由0.96降至 0.94;最高溫度預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率由81.84%降至65.15%,相關(guān)系數(shù)R的值由0.96降至0.93,平均溫度的準(zhǔn)確率由91.20%降至 71.66%,相關(guān)系數(shù)R值由0.98降至0.95?？傮w來看,基于公共天氣預(yù)報(bào)的最低溫度和最高溫度預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率均值均超過70%,相關(guān)系數(shù)R的均值均超過0.95,說明最低氣溫與最高氣溫預(yù)報(bào)值與實(shí)測(cè)值之間具有較強(qiáng)的相關(guān)性,且都達(dá)到一定精度,利用公共天氣預(yù)報(bào)進(jìn)行ET0預(yù)報(bào)具備可行性。

表5 不同預(yù)見期氣溫預(yù)報(bào)精度評(píng)價(jià)指標(biāo)Tab.5 Evaluation indicators for temperature prediction accuracy in different forecast periods

2.2.2ET0預(yù)報(bào)精度分析

隨著預(yù)見期的增加,ET0預(yù)報(bào)值的RMSE和MAE呈趨勢(shì)上升,R呈趨勢(shì)下降,整體精度逐漸降低(見表6),但RMSE、MAE平均值分別為0.91 mm/d、0.84 mm/d,R為0.83,預(yù)測(cè)精度整體水平較高。

表6 BC公式預(yù)測(cè)不同預(yù)見期ET0統(tǒng)計(jì)指標(biāo)Tab.6 Statistical indicators for BC formula predicting ET0 in different forecast periods

不同預(yù)見期ET0預(yù)報(bào)值與PM實(shí)測(cè)值總體趨勢(shì)一致,且不同預(yù)見期之間的預(yù)報(bào)值相差不大,說明ET0預(yù)報(bào)可以接受7 d內(nèi)的溫度預(yù)報(bào)誤差。但是BC公式對(duì)低值點(diǎn)預(yù)報(bào)較好,對(duì)6～9月的較大值預(yù)報(bào)較差,原因是這時(shí)期風(fēng)速和濕度變化較大,以PM公式計(jì)算的ET0考慮了輻射、氣溫、風(fēng)速和相對(duì)濕度等多氣象因素的影響,而校正后的BC公式則僅僅只考慮了與溫度的相關(guān)性。但是由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,對(duì)氣象數(shù)據(jù)的要求不高,且精度較高,因此較適用于短期的灌溉預(yù)報(bào)。

2.3 灌溉需水量預(yù)報(bào)分析

基于2019～2022年公共天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)計(jì)算了灌區(qū)不同預(yù)見期的灌溉需水量(見圖4),不同預(yù)見期預(yù)報(bào)灌溉需水量年際變化與實(shí)測(cè)灌溉需水量基本一致。2020年為豐水年,降雨量充沛,灌溉需水量最低,2022年受極端高溫的影響,水稻蒸發(fā)量大,出現(xiàn)氣象干旱,灌溉需水量大幅增加?；诓煌A(yù)見期氣象預(yù)報(bào)的灌水次數(shù)和灌水量接近:2019年預(yù)測(cè)灌溉次數(shù)都為6次,灌溉需水總量為292.78～310.65 mm,2020年預(yù)測(cè)灌溉次數(shù)都為5次,灌溉需水總量為251.80～258.76 mm,2021年預(yù)測(cè)灌溉次數(shù)都為4次,灌溉需水總量為267.48～276.75 mm,2022年預(yù)測(cè)灌溉次數(shù)都為6次,灌溉需水總量為286.90～298.84 mm。

圖4 2019～2022年不同預(yù)見期灌溉需水量與實(shí)測(cè)灌溉需水量對(duì)比 Fig.4 Comparison of irrigation water demand under different forecast periods and measured irrigation water demand from 2019 to 2022

為復(fù)盤漳河灌區(qū)2022年干旱情況,以水稻抽穗開花期間連續(xù)7 d(2022年8月2～8日)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)水稻需水量和灌溉需水量(見表7)。在8月7日土壤含水率低于灌溉下限即干旱閾值點(diǎn),表征此時(shí)土壤進(jìn)入干旱狀態(tài),含水率衰減迅速,觸發(fā)灌溉,灌溉水量為54.14 mm。

表7 水稻抽穗開花期間實(shí)時(shí)灌溉預(yù)報(bào)Tab.7 Real time irrigation forecast for rice heading to flowering period

3 結(jié) 論

本文采用預(yù)見期7 d的逐日氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù),在氣溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上利用校正后的BC公式對(duì)ET0進(jìn)行預(yù)測(cè),結(jié)合水量平衡原理,逐日推求水稻的灌溉需水量,對(duì)灌水日期與灌水定額進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)報(bào),結(jié)果如下:

(1) 漳河灌區(qū)天氣預(yù)報(bào)精度較高,不同預(yù)見期內(nèi)最低、最高溫度準(zhǔn)確率均值都達(dá)到了70%以上,相關(guān)系數(shù)R均值都大于 0.95,溫度預(yù)報(bào)值與觀測(cè)值緊密性較好,精度可用于ET0的預(yù)報(bào)。

(2) 利用PM公式對(duì)BC公式進(jìn)行校正,校正系數(shù)α為 0.844,β為-1.072。校正后計(jì)算的ET0值與PM公式計(jì)算的ET0值擬合的0截距直線的斜率為 0.921 2,更接近1,準(zhǔn)確率增加到97.37%,MAE、RMSE下降顯著,校正后的BC公式對(duì)于ET0的計(jì)算精度明顯提高。校正后的BC公式的預(yù)報(bào)值與PM實(shí)測(cè)值的RMSE、MAE平均值為0.91 mm/d、0.84 mm/d,R為0.83,預(yù)測(cè)精度整體水平較高。數(shù)據(jù)結(jié)果對(duì)于氣象預(yù)測(cè)模型的優(yōu)化以及相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用具有一定的參考價(jià)值。

(3) 對(duì)比發(fā)現(xiàn)灌溉需水量預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值之間的年際變化以及對(duì)氣候的響應(yīng)基本趨于一致,且7 d預(yù)見期之內(nèi)灌溉需水總量差距較小,灌溉次數(shù)相同,灌溉日期接近,表明灌溉需水能接受預(yù)見期7 d內(nèi)的灌溉決策。

(4) 本文選取漳河灌區(qū)水稻抽穗開花期的一次 7 d 高溫?zé)o雨預(yù)報(bào)進(jìn)行實(shí)踐,從灌溉決策角度來說,在缺乏前期試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,對(duì)灌區(qū)的短期灌水預(yù)報(bào),動(dòng)態(tài)編制用水計(jì)劃具有指導(dǎo)意義,因此,該方法在灌溉決策上的應(yīng)用是合理有效的。

研究所建立的基于公共氣象預(yù)報(bào)的灌區(qū)灌溉需水預(yù)測(cè)方法是一種通用性方法,得出的結(jié)論同樣適用于長(zhǎng)江流域范圍內(nèi)其他水稻灌區(qū),但本研究?jī)H在湖北漳河灌區(qū)進(jìn)行了應(yīng)用驗(yàn)證,具有一定的區(qū)域局限性,且只考慮了水稻的灌溉需水情況,未針對(duì)旱作物及其他灌溉作物進(jìn)行研究。因此,在今后的研究中應(yīng)考慮該方法在多作物種植情況以及不同地區(qū)的適用性,以便得到更為精確的灌溉需水預(yù)報(bào),拓寬本研究方法的適應(yīng)范圍。