本章向用户介绍标准的一种从气象数据计算参考蒸散量 (ETo) 的方法的必要性。推荐使用粮农组织 Penman-Monteith 方法作为确定参考蒸散量的唯一 ETo 方法。本章描述了该方法及推导过程所需的气象资料以及参考面的相应定义。
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FIGURE 7
Simplified representation of the (bulk) surface and aerodynamic resistances for water vapour flow
图7 水蒸气流在(体积)表面和空气动力中阻力的简化表示法
组合公式的 Penman-Monteith 形式为:
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式中 Rn 为净辐射,G 为土壤热通量,(es - ea) 表示空气的蒸汽压亏缺,ρa为恒压下的平均空气密度,cp 为空气的比热,∆表示饱和蒸汽压温度关系的斜率,γ 是湿度常数,rs 和 ra 是(体积)表面和空气动力阻力。方程的参数在第 3 章中定义。
上面公式化的 Penman-Monteith 方法包括控制能量交换的所有参数和来自均匀植被的相应潜热通量(蒸散)。大多数参数是测量的,或者可以很容易地从天气数据中计算出来。该公式可用于直接计算任何作物的蒸散,因为表面和空气动力阻力是作物特定的。
Aerodynamic resistance (ra) 空气动力阻力 (ra)
热量和水蒸气从蒸发表面转移到冠层上方的空气中是由空气动力阻力决定的:
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其中 ra 空气动力阻力 [s m-1],
zm 测风高度 [m],
zh 湿度测量高度 [m],
d 零平面位移高度 [m],
zom 控制动量传递的粗糙度长度 [m],
zoh 控制热量和蒸汽传递的粗糙度长度 [m],
k von Karman 常数,0.41 [-],
uz 高度 z [m s-1] 处的风速。
该方程仅适用于中性稳定条件,即温度、大气压力和风速分布遵循近似绝热条件(无热交换)。在短时间内(每小时或更短时间)应用该方程式可能需要包括稳定性修正。然而,在预测含水良好的参考表面中的ETo时,热交换很小,因此通常不需要进行稳定性校正。
许多研究探索了植物冠层中风的性质。当表面被植被覆盖时,必须考虑零位移高度和粗糙度长度。这些因素取决于作物高度和结构。已经开发了几个用于估计d、zom和zoh的经验公式。Box 4 中给出了草基准面的空气动力阻力推导。
(Bulk) surface resistance (rs) (整体)表面阻力(rs)
“整体”表面阻力描述了蒸汽流经蒸腾作物和蒸发土壤表面的阻力。如果植被没有完全覆盖土壤,阻力系数实际上应该包括土壤表面蒸发的影响。如果作物没有以潜在速率蒸腾,那么阻力也取决于植被的水分状况。对于茂密的全覆盖植被表面阻力的更复杂关系,可接受的近似值为: