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AnevaluationoftheHargreavesmethodforestimatingreferenceevapotranspirationindifferentgrasslandtypesinInnerMongolia,China

内蒙古不同类型草原区Hargreaves计算参考作物蒸散量的适用性分析



全 文 :书犇犗犐:10.11686/犮狔狓犫2015349 犺狋狋狆://犮狔狓犫.犾狕狌.犲犱狌.犮狀
孙小龙,武荣盛,李平,李丹.内蒙古不同类型草原区 Hargreaves计算参考作物蒸散量的适用性分析.草业学报,2016,25(5):1320.
SUNXiaoLong,WURongSheng,LIPing,LIDan.AnevaluationoftheHargreavesmethodforestimatingreferenceevapotranspirationindifferent
grasslandtypesinInnerMongolia,China.ActaPrataculturaeSinica,2016,25(5):1320.
内蒙古不同类型草原区犎犪狉犵狉犲犪狏犲狊计算
参考作物蒸散量的适用性分析
孙小龙1,武荣盛1,李平2,李丹1
(1.内蒙古生态与农业气象中心,内蒙古 呼和浩特010051;2.中国农业科学院草原研究所,内蒙古 呼和浩特010010)
摘要:参考作物蒸散量是各种气象条件对作物需水量影响的综合反映,是草地管理和水资源评价的重要依据。本
文选取内蒙古典型草原、草甸草原、荒漠草原6个气象站1971-2014年逐日的气象资料,以PenmanMonteith公式
计算参考作物日蒸散量为标准,比较和分析了 Hargreaves公式在内蒙古不同类型草原区的适用性,并按照草地类
型、季节对 Hargreaves模型进行订正。结果表明,与PenmanMonteith法相比 Hargreaves法计算出的参考作物日
蒸散量偏低,其日绝对偏差为0.539mm,日平均偏差为20.98%,夏季偏差较大,其他季节偏差相对较小;订正后其
相关系数大大提高,由订正前的0.494~0.874提升为0.863~0.985,订正结果的绝对偏差和相对偏差均显著降
低,月参考作物蒸散量的绝对偏差由订正前的38.82mm降低到5.84mm,相对偏差由36.79%降低为7.76%。非
参数检验结果表明两种方法所模拟ET0 无显著差异,其精度可以满足科研、生产等需要,在气象站点观测项目较少
的我国草原区应用前景广阔。
关键词:内蒙古草原;PenmanMonteith公式;Hargreaves公式;参考作物蒸散量  
犃狀犲狏犪犾狌犪狋犻狅狀狅犳狋犺犲犎犪狉犵狉犲犪狏犲狊犿犲狋犺狅犱犳狅狉犲狊狋犻犿犪狋犻狀犵狉犲犳犲狉犲狀犮犲犲狏犪狆狅狋狉犪狀狊狆犻狉犪狋犻狅狀
犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋犵狉犪狊狊犾犪狀犱狋狔狆犲狊犻狀犐狀狀犲狉犕狅狀犵狅犾犻犪,犆犺犻狀犪
SUNXiaoLong1,WURongSheng1,LIPing2,LIDan1
1.犐狀狀犲狉犕狅狀犵狅犾犻犪犈犮狅犾狅犵狔犪狀犱犃犵狉狅犕犲狋犲狅狉狅犾狅犵狔犆犲狀狋犲狉,犎狅犺犺狅狋010051,犆犺犻狀犪;2.犌狉犪狊狊犾犪狀犱犚犲狊犲犪狉犮犺犐狀狊狋犻狋狌狋犲狅犳犆犃犃犛,犎狅
犺犺狅狋010010,犆犺犻狀犪
犃犫狊狋狉犪犮狋:Referencecropevapotranspiration(ET0)isacomprehensiveindicationoftheeffectofmeteorological
conditionsoncropwaterrequirement,anditisanimportanttoolforgrasslandmanagementandwaterresource
monitoring.Usingmeteorologicaldatafrom1971to2014,ET0in6stationswascalculatedbyPenman
MonteithandHargreavesmodels,theperformanceoftheHargreavesmodelindifferenttypesofgrasslandin
InnerMongoliawasanalyzed,andtheHargreavesmodelwasrevised.ItwasfoundthatthedailyET0calculat
edwiththeHargreavesmodelwasbelowthatofthePenmanMonteithmodel.Thebiaserror(BE)andmean
biaserror(MBE)were0.539mmand20.98%,respectively.Thecorrelationcoefficientincreasedfrom
0.494-0.874to0.863-0.985afterrevision,andtheBEandMBEwerealsosignificantlyreduced,withthe
BEdecreasingfrom38.82mmto5.84mm,andtheMBEalsodecreasingfrom36.79%to7.76%ofmonthly
ET0.AnonparametrictestindicatedtherewasnosignificantdifferencebetweenPenmanMonteithandHar
第25卷 第5期
Vol.25,No.5
草 业 学 报
ACTAPRATACULTURAESINICA   
13-20
2016年5月
收稿日期:20150715;改回日期:20151013
基金项目:国家重点基础研究发展计划(973计划)(2014CB138806),国家自然科学基金项目(71403272),内蒙古自治区自然科学基金项目
(2014BS0709)和内蒙古自治区气象局科技创新项目(nmqxkjcx201406)资助。
作者简介:孙小龙(1982),男,内蒙古呼伦贝尔人,工程师,硕士。Email:sxldreamcast@163.com
通信作者Correspondingauthor.Email:lipingcau@126.com
greavesmodelsafterrevisionofthelatter.TherevisedHargreavesmodelissufficientlyaccuratetomeetthere
quirementsofresearchandpractice,andhaspotentialtobewidelyused,especialyinareaswhereweathersta
tiondataisrelativelyscarce,asisthecaseinmanyareasinChina.
犓犲狔狑狅狉犱狊:InnerMongoliasteppe;PenmanMonteithformula;Hargreavesformula;referencecropevapo
transpiration
参考作物蒸散量(ET0)是作物需水量计算的一个重要参数,也是水资源管理、灌溉工程设计、规划和环境评
价的一个重要依据。参考作物蒸散量是各种气象条件对作物需水量影响的综合反映,它是估算作物需水量的基
础,是确定气象因素对土壤-植被-大气体系(SPAC)中水分传输过程影响的指标,同时也是草地管理和水资源
评价的重要依据[13]。
根据联合国粮农组织定义,参考作物蒸散量是指高度一致(8~15cm)、生长旺盛、水分充足、完全覆盖地面
的绿色草丛植被(禾草或苜蓿犕犲犱犻犮犪犵狅狊犪狋犻狏犪)的蒸散量[45]。目前计算参考作物蒸散量的经验公式很多,可以
归纳为4种类型:辐射法、温度法、综合法和蒸发皿法。美国土木工程师学会(ASCE)采用分布在世界各地11种
不同气候条件下实测的蒸渗仪数据资料作为参照,分析比较了20种参考作物蒸散量计算公式的精度,结果表明,
无论是在干旱地区,还是在湿润地区,用PenmanMonteith公式计算的参考作物蒸散量与实测值都非常接
近[67]。1998年联合国粮农组织把该组织修订的PenmanMonteith(FAO)方法推荐为计算参考作物蒸散的唯一
标准方法,即FAO56方法[6]。使用PenmanMonteith公式所必需的气象资料包括最高气温、最低气温、相对湿
度、风速、日照时数等,然而,世界上许多地区的气象站都难以全部提供这些完整的资料数据,这在很大程度上限
制了该公式的使用[8]。Hargreaves公式是Hargreaves和Samina[9]在1985年提出的,该公式的最大优点是只需
要气温一个气象观测指标即可计算参考作物蒸散,使用简单方便,所以得到了比较广泛的应用,但其精度低于
PenmanMonteith公式,需进一步改进。近几年,国内很多学者对该方法在中国不同地区的应用情况进行了分析
研究。赵永等[10]利用陕西省杨凌区试验站的气象资料确定出 Hargreaves公式在当地应用的经验系数。李晓军
和李取生[11]发现 Hargreaves方法可适用于东北地区,尤其是亚湿润地区,但相对于PenmanMonteith公式还存
在偏差,特别是半干旱地区,需对其进行修正。王声锋等[1]运用PenmanMonteith和 Hargreaves公式计算了河
南新乡不同水文年参考作物蒸散量,为在半干旱地区准确运用 Hargreaves公式计算ET0 提供参考。李志[12]对
6种ET0 简易估算方法在黄土高原地区的适用性进行了评估,结果表明FAO24BC和Hargreaves的结果较好。
杨永红和张展羽[13]分析了Hargreaves公式在拉萨地区的适宜性,引入平均相对湿度因子,对Hargreaves公式进
行了改进。
草地资源是我国最重要的国土资源之一,充分合理的利用这种资源禀赋,直接关系着我国经济的发展与生态
环境的可持续[14]。天然草地不仅具有截留降水的功能,而且比空旷裸地有较高的渗透性和保水能力,对涵养土
壤中的水分有着重要意义[15]。中纬度半干旱草原是全球陆地生态系统的重要类型之一,也是我国北方主要的地
表类型,由于半干旱草原特殊的气象条件、地表植被和土壤特性,其陆面水分输送过程不同于干旱区和一般湿润
区。Hargreaves公式是依据美国西北部较为干旱地区的资料建立的,决定了该公式在类似地区的代表性较强,
但对于半干旱地区特别是半干旱草原区该公式的应用还面临一些问题[1617]。鉴于此,本文拟选取内蒙古典型草
原、草甸草原、荒漠草原6个气象站1971-2014年逐日的气象资料,利用PenmanMonteith和 Hargreaves公式
计算参考作物蒸散量(ET0),以PenmanMonteith公式计算结果为标准,分析 Hargreaves公式在内蒙古不同类
型草原区计算ET0 的适用性,从而为半干旱草原区确定草地蒸散量和研究草原水分循环提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
选取额尔古纳、鄂温克气象站为草甸草原代表站点,锡盟牧业气象实验站、镶黄旗气象站为典型草原代表站
点,乌拉特中旗、达茂旗气象站为荒漠草原代表站点,各站点的主要地理信息和气候特征见表1。
41 ACTAPRATACULTURAESINICA(2016) Vol.25,No.5
表1 不同草原区主要地理信息和气候特征
犜犪犫犾犲1 犜犺犲犿犪犻狀犮犺犪狉犪犮狋犲狉犻狊狋犻犮狊狅犳犵犲狅犵狉犪狆犺狔犪狀犱犮犾犻犿犪狋犲
草原类型
Type
站点
Station
经度
Longitude
(°)
纬度
Latitude
(°)
海拔
Altitude
(m)
年降水
Annualprecipitation
(mm)
年均温度
Meanannual
temperature(℃)
年日照时数
Annualsunshine
hours(h)
草甸草原
Meadowsteppe
额尔古纳Eergu’na 120.18 50.25 581.4 373.7 -2.5 2592
鄂温克Ewenki 119.75 49.15 620.8 345.6 -1.5 2939
典型草原
Typicalsteppe
锡林浩特 Xilinhaote 116.12 43.95 989.5 286.6 2.6 2970
镶黄旗 Xianghuangqi 113.83 42.23 1322.1 269.3 3.5 3003
荒漠草原
Desertsteppe
乌拉特中旗 Wulatezhongqi 108.52 41.57 1288.0 199.8 5.3 3164
达茂旗 Damaoqi 110.43 41.70 1376.6 261.4 4.2 3043
1.2 研究方法
利用各代表站点1971-2014年逐日的气象资料,分别采用PenmanMonteith和 Hargreaves公式计算参考
作物蒸散量(ET0),并以PenmanMonteith计算结果为参照标准,检验 Hargreaves公式在内蒙古半干旱草原区
的计算精度。使用1971-1990年数据构建订正模型,对 Hargreaves法进行修正,并利用1991-2014年数据对
订正结果进行检验。
1.2.1 参考作物蒸散量的计算方法  1)PenmanMonteith公式的基本形式为:
犈犜0犘=
0.408Δ(犚狀-犌)+γ 900犜+273狌2
(犲狊-犲犪)
Δ+γ(1+0.34狌2)
(1)
式中,犈犜0犘为应用PenmanMonteith公式计算的参考作物蒸散量,mm/d;犚狀 为作物冠层表面的净辐射,MJ/
(m2·d);犌为土壤热通量,MJ/(m2·d);Δ为饱和水汽压与温度曲线的斜率,kPa/℃;犜为2m高度处的日平均
气温,℃;狌2 为2m高度处的风速,m/s;犲狊 为饱和水汽压,kPa;犲犪 为实际水汽压,kPa;犲狊-犲犪 为饱和水汽压差,
kPa;γ为干湿表常数,kPa/℃。公式中有关参数的计算详见参考文献[6]。
2)Hargreaves公式的基本形式为:
犈犜0犎=0.000939(犜mean+17.8)(犜max-犜min)0.5犚犪 (2)
式中,犈犜0犎为应用 Hargreaves公式计算的参考作物蒸散量,mm/d;犚犪 为大气层顶辐射,MJ/(m2·d),可以根据
纬度计算或由FAO提供的大气层顶辐射表查出;犜max,犜min和犜mean为最高、最低和平均气温。
1.2.2 统计分析方法  以PenmanMonteith计算结果为标准,采用绝对偏差(犅犈)、平均偏差(犕犅犈)两种指
标对Hargreaves公式计算结果进行评价,并通过非参数检验的符号秩检验(wilcoxon)方法和符号检验(sign)方
法检验修正前后两公式计算结果有无显著差异。其中,统计变量用公式表示为:
犅犈=犈犜0犘犻-犈犜0犎犻 (3)
犕犅犈=


犻=1
|犈犜0犘犻-犈犜0犎犻|/犈犜0犘犻

(4)
式中,犈犜0犘犻和犈犜0犎犻分别为PenmanMonteith公式和Hargreaves公式所计算参考作物蒸散量值,狀为样本总数,
犻为序列中第犻个值。
1.2.3 Hargreaves模型修正方法  Hargreaves模型对于观测资料要求较低,只需要最高、最低、平均温度即
可计算参考作物蒸散量,它在地广人稀、气象站点相对较少的草原区应用前景广阔,但该模型的模拟精度存在一
定的区域局限性。为更好反映内蒙古地区不同类型草原的实际蒸散情况,本文通过PenmanMonteith模型利用
校正系数法对Hargreaves模型进行订正,建立不同草地类型区域的修正系数,订正模型如下:
犈犜0犘=α×犈犜0犎+β
式中,犈犜0犘是采用PenmanMonteith公式计算犈犜0;犈犜0犎为 Hargreaves模型计算ET0;α和β为订正系数。
51第25卷第5期 草业学报2016年
使用1971-1990年逐日气象资料作为订正数据,利用公式(1)和公式(2)计算逐日PenmanMonteith与
Hargreaves参考作物蒸散量,在SPSS19.0中构建一元线性回归模型,计算修正系数α和β。
2 结果与分析
2.1 PM模型与 Hargreaves模型的比较分析
利用44年的站点观测气象数据,采用PenmanMonteith法和 Hargreaves法计算日参考作物蒸散量。图1
为6站点多年平均日参考作物蒸散量,可以看出两种方法计算得出的ET0 随季节变化的趋势是相似的,均呈单
峰形变化,冬季较小,4-10月ET0 最为活跃,同时也是牧草生长需水高峰时期。与PenmanMonteith法相比
Hargreaves法计算出的ET0 在全年都明显偏小,其日绝对偏差为0.539mm,日平均偏差为20.98%。
表2为两种计算方法年ET0 的相关分析与配对样本狋检验结果。两种方法计算的ET0 年际变异系数在
0.015~0.052之间,属于弱变异程度,这说明其计算的结果是比较稳定的;在6个站点中,两种方法计算的年
ET0 均显著相关,相关系数为0.494~0.874;从结果来看,不同草地类型其相关性并无显著差异,相关系数最高
与最低均出现在草甸草原区;两方法计算结果虽显著相关,但配对样本狋检验显示计算得出的年ET0 存在显著
差异。分析两种方法计算的月ET0 也得到了同样的结果:Hargreaves法计算得出的ET0 与PenmanMonteith
法的计算结果高度相关,但存在系统性的偏差,具体表现为在3种草地类型区域计算结果均偏低,夏季偏差较大,
其他季节偏差相对较小。草原区夏季空气湿度增加会导致PenmanMonteith公式中空气动力学项减小,而与
PenmanMonteith法相比,Hargreaves法仅考虑了气温和大气顶层辐射两种因子,这将造成在湿润季节两公式
计算结果偏差增大。以上分析表明,未经修正的Hargreaves模型直接在内蒙草原区应用存在误差较大、模拟精
度不够的缺点,需要根据草地类型和季节对其进行修正以提高精度。
图1 多年平均日参考作物蒸散量
犉犻犵.1 犃狀狀狌犪犾犪狏犲狉犪犵犲犱犪犻犾狔犈犜0 
表2 两种计算方法的年参考作物蒸散量相关分析及狋检验
犜犪犫犾犲2 犜犺犲犮狅狉狉犲犾犪狋犻狅狀犪狀犪犾狔狊犻狊犪狀犱狋狋犲狊狋狅犳犪狀狀狌犪犾犈犜0狑犻狋犺狋狑狅犿犲狋犺狅犱
项目
Item
草甸草原 Meadowsteppe
额尔古纳
Eergu’na
鄂温克
Ewenki
典型草原 Typicalsteppe
锡林浩特
Xilinhaote
镶黄旗
Xianghuangqi
荒漠草原 Desertsteppe
乌拉特中旗
Wulatezhongqi
达茂旗
Damaoqi
相关系数Correlationcoefficient 0.494 0.874 0.842 0.721 0.797 0.605
标准差Standarddeviation 37.79 31.97 48.58 55.71 51.28 72.55
均值标准误 Meanstandarderror 5.70 4.82 7.32 8.40 7.73 10.94
狋 33.59 63.14 65.89 69.44 78.54 52.82
显著性Sig 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
 注:相关系数中表示显著相关,狋检验Sig(双侧)中表示差异显著,犘<0.05。
 Note:indicatessignificantcorrelationincorrelationcoefficient,indicatessignificantdifferencesin狋test,犘<0.05.
61 ACTAPRATACULTURAESINICA(2016) Vol.25,No.5
2.2 Hargreaves模型订正
利用校正系数法对Hargreaves模型进行订正。表3中给出了3种草地类型各季节的修正系数,季节按照气
象季节划分,并使用非参数检验方法对订正结果进行了检验。从表3中可知,订正后 Hargreaves模型与Pen
manMonteith模型相关系数大大提高,由订正前的0.494~0.874提升为0.863~0.985;订正结果反映出了一定
的季节性差异,春季和秋季订正效果更佳,在春季和秋季相关系数均超过了0.95;不同草地类型间的差异不明
显,其中夏季荒漠草原的订正效果较好,相关系数为0.918,草甸、典型草原夏季相关系数均低于0.90,Har
greaves模型是依据美国西北部较为干旱地区的资料建立的,在类似地区其代表性更强;使用Sign方法和 Wilc
oxon法进行非参数检验,各草地类型、各季节对应的犘 值均大于显著水平0.05,订正后的 Hargreaves模型与
PenmanMonteith模型所计算的ET0 已无显著差异。
表3 各季节修正系数及检验
犜犪犫犾犲3 犞犪犾狌犲狊狅犳狉犲狏犻狊犻狅狀犮狅犲犳犳犻犮犻犲狀狋犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋狋狔狆犲狅犳犵狉犪狊狊犾犪狀犱
季节Season 草原Steppe
修正系数Correctionfactor
α β
相关系数
Correlationcoefficient
非参数检验 Nonparametrictest
符号检验Sign 符号秩检验 Wilcoxon
春季Spring 草甸草原 Meadowsteppe 2.120 -34.789 0.985 0.663 0.606
典型草原 Typicalsteppe 2.382 -39.795 0.982 0.794 0.808
荒漠草原 Desertsteppe 2.463 -33.045 0.981 0.338 0.364
夏季Summer 草甸草原 Meadowsteppe 2.081 -55.207 0.889 0.931 0.655
典型草原 Typicalsteppe 2.654 -92.525 0.864 0.542 0.901
荒漠草原 Desertsteppe 2.964 -106.871 0.918 0.931 0.875
秋季Autumn 草甸草原 Meadowsteppe 1.636 1.164 0.962 0.433 0.510
典型草原 Typicalsteppe 1.782 3.184 0.967 0.663 0.875
荒漠草原 Desertsteppe 1.828 1.041 0.971 0.542 0.898
冬季 Winter 草甸草原 Meadowsteppe 0.695 4.818 0.863 0.192 0.683
典型草原 Typicalsteppe 1.131 3.286 0.864 0.098 0.500
荒漠草原 Desertsteppe 1.561 0.050 0.870 1.000 0.956
 注:相关系数中表示显著相关,犘<0.05。
 Note:indicatessignificantcorrelation,犘<0.05.
2.3 Hargreaves模型检验
图2 订正前后月犎犪狉犵狉犲犪狏犲狊与犘犲狀犿犪狀犕狅狀狋犲犻狋犺结果散点图
犉犻犵.2 犜犺犲狊犮犪狋狋犲狉犱犻犪犵狉犪犿狅犳犎犪狉犵狉犲犪狏犲狊犪狀犱
犘犲狀犿犪狀犕狅狀狋犲犻狋犺犫犲犳狅狉犲犪狀犱犪犳狋犲狉狉犲狏犻狊犲犱
 
采用1991-2014年24年代表站点历史气象
数据,使用订正后的Hargreaves模型计算月ET0
检验模拟精度。图2为订正后 Hargreaves模型
与PenmanMonteith模型计算的月ET0 对比结
果。可以看出,订正前 HargreavesPM 散点分布
于1∶1线下方,趋势线斜率为0.5145,其模拟结
果偏低;订正后,模拟结果的犚2 由0.9389提高为
0.9822,趋势线斜率也更接近于1(0.9821),这都
说明经过订正的 Hargreaves模型更接近于Pen
manMonteith模型的估算结果,其误差和模拟精
度均得到了显著提高。
为进一步检验订正后 Hargreaves模型的模
拟精度,使用绝对偏差、平均偏差对订正前、后的
71第25卷第5期 草业学报2016年
Hargreaves模型与PenmanMonteith模型的模拟结果进行比较(表4)。其中,草甸草原的绝对偏差由订正前的
1.52~63.63mm降低为订正后的0.97~9.18mm,平均偏差由13.79%~44.54%降低为3.53%~12.30%,在
典型、荒漠草原均得到了类似的结果;使用Sign方法和 Wilcoxon法对订正后结果进行非参数检验,各草地类型、
各月对应的犘值均大于显著水平0.05,订正后的Hargreaves模型与PenmanMonteith模型所模拟的ET0 已无
显著差异。由此可知,经过订正的Hargreaves模型可以替代PenmanMonteith模型在内蒙古草原区直接应用。
表4 订正前后绝对偏差与平均偏差月比较
犜犪犫犾犲4 犜犺犲犮狅犿狆犪狉犻狊狅狀狅犳犱犲狏犻犪狋犻狅狀犫犲犳狅狉犲犪狀犱犪犳狋犲狉狉犲狏犻狊犻狀犵

Month
草甸草原 Meadowsteppe
订正前 Original
绝对偏差
BE(mm)
平均偏差
MBE(%)
订正后 Revised
绝对偏差
BE(mm)
平均偏差
MBE(%)
典型草原 Typicalsteppe
订正前 Original
绝对偏差
BE(mm)
平均偏差
MBE(%)
订正后 Revised
绝对偏差
BE(mm)
平均偏差
MBE(%)
荒漠草原 Desertsteppe
订正前 Original
绝对偏差
BE(mm)
平均偏差
MBE(%)
订正后 Revised
绝对偏差
BE(mm)
平均偏差
MBE(%)
1 1.52 13.79 0.97 9.73 4.22 19.11 2.51 13.18 9.94 31.91 3.18 11.17
2 1.68 10.72 1.44 9.59 5.62 16.74 4.10 15.38 15.64 34.36 4.19 9.93
3 5.79 12.70 3.20 8.27 21.35 30.92 4.15 6.60 39.82 43.99 4.06 4.55
4 35.16 36.57 4.83 4.94 60.56 46.13 7.83 6.00 74.44 50.61 5.19 3.53
5 63.63 40.97 9.18 6.04 86.31 47.72 9.80 5.64 103.80 51.97 10.65 5.72
6 52.49 34.50 5.45 3.53 73.82 42.48 9.61 5.54 96.29 48.73 9.80 4.76
7 40.96 29.80 7.68 5.97 62.25 38.24 10.50 6.90 80.38 44.32 11.23 6.52
8 35.05 29.83 6.40 5.20 53.41 37.67 8.57 5.98 62.48 42.00 6.54 4.38
9 33.00 36.44 8.57 10.29 50.13 43.81 7.80 7.13 52.06 44.54 8.40 7.51
10 26.72 44.54 6.20 9.73 38.66 47.96 6.44 7.84 39.46 47.03 4.73 5.50
11 8.50 35.93 2.58 12.30 19.02 45.54 3.89 10.67 21.09 45.43 3.29 7.38
12 3.08 26.05 1.24 10.19 7.68 33.46 3.01 12.13 11.87 39.19 2.67 8.61
3 结论与讨论
联合国粮农组织(FAO)推荐在气象资料缺乏的情况下使用 Hargreaves公式计算参考作物蒸散量。学者对
Hargreaves公式在不同地区的适用性进行了研究,得出的结论差异较大。以往的研究认为,季节尺度上由于空
气动力项和辐射项的影响,夏季 Hargreaves模型较PenmanMonteith模型计算结果偏低,而冬季偏高[18];地域
上由于日照时间和相对湿度的差异,长江流域、华南地区、云贵高原 Hargreaves模型结果偏高,而西藏、东北等地
区偏低[19]。内蒙古草原区6站点44年参考作物蒸散量计算结果表明,与PenmanMonteith法相比 Hargreaves
法计算出的参考作物日蒸散量在全年均偏低,其日绝对偏差为0.539mm,日平均偏差为20.98%;区域上表现为
在草甸、典型、荒漠3种草地类型区域结果均偏低,夏季偏差较大,其他季节偏差相对较小;相关分析表明两种方
法存在极显著的相关关系,可以利用校正系数法对其进行订正。
本文利用校正系数法使用1971-1990年逐日气象资料对 Hargreaves模型进行订正,并给出了3种草地类
型各季节的修正系数。利用1991-2014年逐日气象资料对订正后 Hargreaves模型进行检验,发现其计算结果
相关系数大大提高,由订正前的0.494~0.874提升为0.863~0.985,订正结果反映出了一定的季节性差异,春
季和秋季订正效果更佳,王永东等[20]指出Hargreaves模型采用了大气顶层辐射因子,其计算结果对温差较为敏
感,在内蒙古草原区春季和秋季为温差最大的季节。订正结果的绝对偏差和相对偏差均显著降低,月参考作物蒸
散量的绝对偏差由订正前的38.82mm降低到5.84mm,相对偏差由36.79%降低为7.76%。非参数检验结果
表明,订正后的Hargreaves模型与PenmanMonteith模型所模拟的参考作物蒸散量已无显著差异,经过订正的
Hargreaves模型可以替代PenmanMonteith模型在内蒙古草原区直接应用。FAO认为在平均风速大于3m/s
81 ACTAPRATACULTURAESINICA(2016) Vol.25,No.5
的情况下,Hargreaves模型计算得出的结果偏小,而当日照时间、相对湿度较大时得出的结果偏大[6]。从订正后
的相关系数和偏差来看,订正后Hargreaves模型不再只是气象要素缺乏时计算参考作物蒸散量的权宜之计,它
的精度可以满足科研、生产等的需要,在气象站点较少、观测项目较少的草原区应用前景广阔。
本文检验了 Hargreaves模型在草甸、典型、荒漠草原的适用性,但每种草地类型仅选取了2个站点,内蒙古
草地辽阔,即使相同类型草地其气候条件也可能差异较大,后续应选取更多、更具代表性站点进行 Hargreaves模
型适用性的分析,以期得到更为翔实的结论。
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