鞠 琴,高慧濱,王國慶,郝 潔,王振龍,堵同柱,郝振純

(1. 河海大學(xué)水文水資源與水利工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210098；2. 南京水利科學(xué)研究院水文水資源與水利工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210029；3. 安徽省·水利部淮河水利委員會(huì)水利科學(xué)研究院,安徽 蚌埠 233000)

過去1個(gè)世紀(jì)以來,全球氣候變暖已成為不爭的事實(shí),是全球普遍關(guān)注和重視的熱點(diǎn)問題[1- 3]。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)第六次評(píng)估報(bào)告指出,自1850—1900年以來,全球地表平均溫度已上升約1 ℃,從未來20 a的平均溫度變化來看,全球升溫預(yù)計(jì)將達(dá)到或超過1.5 ℃[4]。過去的30 a氣溫均創(chuàng)歷年新高,是北半球歷史上最熱的一段時(shí)間[5- 7],相比于IPCC前幾期評(píng)估結(jié)果,氣候變化比預(yù)想的更加嚴(yán)重[8]。氣溫的劇烈變化會(huì)顯著影響流域水文循環(huán)的蒸散發(fā)環(huán)節(jié)。流域的實(shí)際蒸散發(fā)是一個(gè)復(fù)雜過程,與所在區(qū)域的氣候、土壤和植被等要素緊密相關(guān),由于實(shí)際蒸散發(fā)觀測(cè)資料的缺乏,通常會(huì)根據(jù)潛在蒸散發(fā)來估算實(shí)際蒸散發(fā)。

潛在蒸散發(fā)(ET)是理想條件下下墊面可能達(dá)到的最大蒸散發(fā)量。目前潛在蒸散發(fā)的估算方法主要包括溫度法[9]、綜合法、輻射法[10]、水量平衡法和質(zhì)量傳導(dǎo)法[11]5類,但這些估算方法在不同地區(qū)存在適用性差異[12- 14],在具體應(yīng)用時(shí),需要首先進(jìn)行適用性評(píng)價(jià),并在必要時(shí)進(jìn)行參數(shù)修正[15- 16]。徐俊增等[17]在昆山利用蒸滲儀試驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)了11種常用參考作物蒸散發(fā)計(jì)算方法的適用性,認(rèn)為FAO56 Penman- Monteith(FAO56 P- M)方法在中國東部濕潤地區(qū)明顯優(yōu)于其他蒸散發(fā)計(jì)算方法；陽勇等[18]在黑河上游利用小型蒸滲儀觀測(cè)結(jié)果評(píng)價(jià)了3種蒸散發(fā)估算方法在高海拔山區(qū)草地的適用性,發(fā)現(xiàn)模擬結(jié)果具有明顯的季節(jié)差異；da Silva Farias等[19]基于線性回歸方法對(duì)不同的蒸散發(fā)估算方法進(jìn)行校正,發(fā)現(xiàn)校正后的計(jì)算結(jié)果較好；陶新娥等[15]基于線性回歸法對(duì)所提出誤差比例校正法的修正效果進(jìn)行了評(píng)價(jià),結(jié)果表明其在閩江流域的潛在蒸散發(fā)估算中具有較好的穩(wěn)定性。然而,目前大部分關(guān)于經(jīng)驗(yàn)估算方法修正的研究僅停留在通過線性回歸或逐月誤差比例校正來修正經(jīng)驗(yàn)公式中的參數(shù),對(duì)基于試驗(yàn)機(jī)理的經(jīng)驗(yàn)公式修正研究還不夠深入,有待進(jìn)一步探討。

FAO56 P- M法作為被列入現(xiàn)行《灌溉試驗(yàn)規(guī)范：SL13—2015》的潛在蒸散發(fā)估算方法,在中國常被用作不同區(qū)域蒸散發(fā)估算方法適用性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[20]。基于淮北平原五道溝水文水資源實(shí)驗(yàn)站(簡稱五道溝實(shí)驗(yàn)站)的水文氣象觀測(cè)資料,陳言等[21]評(píng)估了包括FAO56 P- M、1948 Penman、FAO24 Penman、Priestley- Taylor等在內(nèi)的7種潛在蒸散發(fā)估算方法在該地區(qū)的適用性,結(jié)果表明這些方法均存在較大誤差,其中Penman系列方法的精度最高,但與實(shí)測(cè)值整體上仍存在10%～15%的低估誤差。由此可見,潛在蒸散發(fā)的計(jì)算方法仍有一定的提升空間。

本文以淮北平原五道溝實(shí)驗(yàn)站小型蒸滲儀的潛在蒸散發(fā)試驗(yàn)為基礎(chǔ),基于能量平衡原理和波文比,構(gòu)建了一種新的潛在蒸散發(fā)計(jì)算模型,采用3組實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證,并與現(xiàn)有方法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,以期為該地區(qū)潛在蒸散發(fā)計(jì)算提供新思路。

1 研究區(qū)概況及試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

1.1 研究區(qū)概況

五道溝實(shí)驗(yàn)站(117°21′E,33°09′N)位于安徽省蚌埠市新馬橋鎮(zhèn)原種場(chǎng)內(nèi)(圖1),是一所平原區(qū)大型綜合實(shí)驗(yàn)站。站點(diǎn)所在地區(qū)位于淮河流域南北氣候分界線附近,屬北亞熱帶和暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候,四季分明；氣溫年際變化小,多年平均氣溫為14.6 ℃,1月平均氣溫最低,7月最高；太陽輻射充足,多年平均日照時(shí)數(shù)約2 100 h,多年平均無霜期為212 d,多年平均蒸發(fā)量為1 181.3 mm；因常處在冷暖氣團(tuán)交鋒過渡帶,降水量年際差別大,多年平均降水量為899.0 mm,最大年降水量可達(dá)1 212.2 mm,但年內(nèi)分布相對(duì)集中,汛期通常為6—9月,其降水量可占全年2/3。

圖1 五道溝水文水資源實(shí)驗(yàn)站位置Fig.1 Location of the Wudaogou hydrological experimental station

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

為了研究土壤含水量和氣象要素對(duì)土壤蒸發(fā)及草地蒸散發(fā)能力的影響,本文采用五道溝實(shí)驗(yàn)站氣象場(chǎng)內(nèi)的小型稱重式蒸滲儀群進(jìn)行蒸散發(fā)能力試驗(yàn),氣象場(chǎng)同期觀測(cè)要素還包括氣溫、相對(duì)濕度、E601水面蒸發(fā)、風(fēng)速、地溫和水溫等。PVC材質(zhì)的圓柱筒形小型蒸滲儀內(nèi)徑20 cm,深50 cm,底部密封,以取自大田的原狀土填充。

試驗(yàn)方案如表1所示,蒸滲儀布設(shè)如圖2所示。蒸滲儀按照1—6號(hào)依次編號(hào),分成3組進(jìn)行平行試驗(yàn),取每組2個(gè)蒸滲儀的觀測(cè)平均值為該組條件下的蒸散發(fā)能力。根據(jù)是否有覆被,蒸滲儀分為裸土和覆被草皮(狗牙根,低矮植被)2類,分別用于觀測(cè)裸土表面和草地覆被條件下的蒸散發(fā)能力。覆被草皮的蒸滲儀有固定質(zhì)量和固定水位2種加水方式,其中,1號(hào)和4號(hào)蒸滲儀每次加水至固定質(zhì)量,此時(shí)土壤體積含水率約為50%,王振龍等[22]指出五道溝實(shí)驗(yàn)站的田間持水量為28%～30%,滿足本次試驗(yàn)所需要的按蒸散發(fā)能力蒸發(fā)的飽和狀態(tài);2號(hào)和5號(hào)蒸滲儀每次加水至固定水位,水面高于土壤表面5 mm。

表1 土壤蒸發(fā)和草地蒸散發(fā)能力試驗(yàn)方案

試驗(yàn)過程中,每天8:00向蒸滲儀加水至飽和,以保證充分供水狀態(tài)。蒸滲儀觀測(cè)時(shí)間為每天8:00和20:00,觀測(cè)電子稱的精度為1.0 g,約等于小型蒸滲儀中0.053 71 mm的蒸散發(fā)。蒸滲儀上覆滑動(dòng)頂棚,用于雨天時(shí)遮擋,減少降水對(duì)蒸散發(fā)測(cè)量的影響以保證觀測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性,但出現(xiàn)暴雨天氣時(shí),強(qiáng)降水會(huì)引起土柱淹沒,測(cè)量結(jié)果受降水影響出現(xiàn)異常值,因此,實(shí)際計(jì)算時(shí)需要剔除異常測(cè)量值。本次試驗(yàn)觀測(cè)時(shí)間為2014年8月1日至2015年8月31日,標(biāo)準(zhǔn)氣象場(chǎng)的氣象要素觀測(cè)與蒸滲儀觀測(cè)同步進(jìn)行。

圖2 小型蒸滲儀的布設(shè)Fig.2 Installation and arrangement of small lysimeters

2 基于能量平衡的潛在蒸散發(fā)模型構(gòu)建

基于五道溝實(shí)驗(yàn)站2014年8月1日至2015年8月31日的水文氣象觀測(cè)資料,本文建立了考慮能量平衡的潛在蒸散發(fā)計(jì)算模型(LY- ET模型)。

2.1 潛熱通量計(jì)算公式的推導(dǎo)

忽略極少部分進(jìn)入植物用于光合作用的能量消耗,地表能量平衡可以寫為

Rn=λET+H+G

(1)

式中：Rn為到達(dá)地表的凈輻射,MJ/(m2·d)；λET為潛熱通量,MJ/(m2·d)；H為顯熱通量,MJ/(m2·d)；G為地表熱通量,G≈0.1Rn,MJ/(m2·d)。

λET和H可由下式計(jì)算：

(2)

(3)

式中：ρ為空氣密度,kg/m3；CP為空氣定壓比熱容,J/(kg·K)；γ為濕度計(jì)常數(shù),與氣壓有關(guān),標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下為0.066 4 KPa/℃；e0和e2分別為蒸發(fā)面和2 m高度處的水汽壓,kPa；T0和T2分別為蒸發(fā)面和2 m高度處的氣溫,K；ra為空氣動(dòng)力學(xué)阻抗。

由于實(shí)踐中ra的直接計(jì)算和測(cè)量有很大局限性,因而潛熱通量和顯熱通量也很難通過式(2)和式(3)計(jì)算,一般可通過渦度相關(guān)技術(shù)直接獲取,兩者之比稱為波文比(B)：

(4)

因此,結(jié)合式(1)的能量平衡原理和式(4)的波文比概念得到潛熱通量的計(jì)算方法為

(5)

2.2 對(duì)潛熱通量計(jì)算公式的修正

2.2.1 平流運(yùn)動(dòng)動(dòng)力項(xiàng)

潛熱計(jì)算公式(式(5))雖然基于能量平衡理論,但是沒有考慮土壤表面水平方向的能量交換,需要引入一個(gè)平流運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力項(xiàng)(Ea)。與Dalton公式[23]的原理類似,Ea主要考慮風(fēng)速、水汽壓差和溫度對(duì)蒸散發(fā)的影響,計(jì)算方式如下：

(6)

f(u)=X1(1+X2u2)

(7)

式中：T″0和Ta分別為土壤表面溫度和氣溫， ℃；es為地表溫度對(duì)應(yīng)的飽和水汽壓,kPa；ea為氣溫對(duì)應(yīng)的實(shí)際水汽壓,kPa；u2為2 m處風(fēng)速,m/s；X1和X2為擬合系數(shù)。

2.2.2 地表凈輻射修正系數(shù)

式(5)中的Rn一般可由Penman系列公式計(jì)算：

Rn=Rns-Rnl

(8)

式中：Rns為短波凈輻射，MJ/(m2·d)；Rnl為長波凈輻射,MJ/(m2·d),詳細(xì)計(jì)算公式見文獻(xiàn)[24- 25]。

五道溝實(shí)驗(yàn)站布設(shè)有渦度塔梯度觀測(cè)系統(tǒng),該系統(tǒng)可以直接觀測(cè)地表凈輻射。為進(jìn)一步驗(yàn)證通過Penman公式計(jì)算地表凈輻射的可靠性,本文將渦度塔同期觀測(cè)數(shù)據(jù)(2014年8月1日至2015年8月31日)與Penman公式計(jì)算值進(jìn)行比較分析,結(jié)果如圖3所示。從圖3(a)可以看出,Penman公式的計(jì)算值與渦度塔觀測(cè)值線性關(guān)系較好,相關(guān)系數(shù)(R)達(dá)0.93；Rn的Penman公式計(jì)算值(平均值為7.54)整體大于渦度塔觀測(cè)值(平均值為6.74),但計(jì)算值的變幅(變差系數(shù)Cv=0.52)小于觀測(cè)值(Cv=0.71)。由此可以看出,如果直接采用傳統(tǒng)的Penman公式對(duì)Rn進(jìn)行計(jì)算,會(huì)導(dǎo)致潛在蒸散發(fā)的計(jì)算結(jié)果偏大,這在一定程度上也說明了本文提出地表凈輻射修正系數(shù)(C)的必要性。

圖3 地表凈輻射觀測(cè)值與計(jì)算值比較Fig.3 Comparison of observed Rn and simulated Rn

考慮到Penman公式得到的Rn計(jì)算值相較渦度塔觀測(cè)值偏大,因此修正系數(shù)可能與地表凈輻射負(fù)相關(guān)的氣象要素有關(guān)。綜合考慮相對(duì)濕度、水汽壓差和溫度等氣象要素與Rn的相關(guān)性后,發(fā)現(xiàn)Rn與相對(duì)濕度正相關(guān),但相關(guān)系數(shù)僅為0.13,故不考慮相對(duì)濕度這個(gè)因子。而Rn與水汽壓差和溫度的相關(guān)系數(shù)分別達(dá)0.81和0.80,相關(guān)性都較好。因此,本文采用波文比中溫度差與水汽壓差比值的形式來反映溫度和水汽壓差對(duì)Rn的綜合影響。通過計(jì)算,Rn與B的負(fù)相關(guān)系數(shù)達(dá)0.79,存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系,修正系數(shù)可由下式計(jì)算：

(9)

式中：X3為擬合系數(shù)。

2.3 LY- ET模型

對(duì)潛熱通量計(jì)算公式(式(5))引入平流運(yùn)動(dòng)動(dòng)力項(xiàng)(式(6)、式(7))和凈地表輻射修正系數(shù)(式(9))后,最終得到LY- ET模型為

(10)

2.4 精度評(píng)價(jià)指標(biāo)

模型的適用性主要通過納什效率系數(shù)(ENS)和均方根誤差(ERMS)進(jìn)行評(píng)價(jià)。以ENS為主要依據(jù),ENS越接近1,表示模型擬合效果越好,若ENS遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于0,則表示估算方法不可信；當(dāng)不同方法的ENS接近時(shí),再通過ERMS綜合判斷,ERMS越小,則模型擬合效果越好。變差系數(shù)是衡量數(shù)據(jù)離散程度的指標(biāo),可用于比較不同單位的數(shù)據(jù)差異,Cv越大代表數(shù)據(jù)離散程度越大。各指標(biāo)計(jì)算方法如下：

(11)

(12)

(13)

3 結(jié)果與討論

3.1 土壤蒸散發(fā)能力試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

基于小型蒸滲儀的蒸散發(fā)試驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)間序列為2014年8月1日至2015年8月31日,氣象場(chǎng)的觀測(cè)與蒸滲儀觀測(cè)同步進(jìn)行。依據(jù)蒸滲儀實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)測(cè)算蒸散發(fā)量采用水量平衡原理,方法如下：

(14)

式中：ET為潛在蒸散發(fā),mm；M1和M2分別為第1天和第2天蒸滲儀及其內(nèi)水土的總質(zhì)量,g；S為蒸滲儀底面積,cm2。

實(shí)測(cè)蒸散發(fā)和水面蒸發(fā)(E601組)對(duì)比如圖4所示。從整體序列來看,2組草地覆被的蒸散發(fā)試驗(yàn)中,固定質(zhì)量的E14組與固定水位的E25組變化趨勢(shì)基本一致,相關(guān)性最好,R達(dá)到0.95；裸土蒸發(fā)的E36組與2組有草地覆被的E14和E25組的相關(guān)性相對(duì)較弱,R分別為0.83和0.89；而E601組和3組蒸滲儀實(shí)測(cè)結(jié)果的相關(guān)性都不是很好,R的范圍為0.73～0.79,與E36組相關(guān)系數(shù)最高,E25組次之,E14組最差。從相關(guān)性的季節(jié)分布上來看(圖5),3組蒸散發(fā)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)整體在夏、秋季線性關(guān)系最好,冬、春季較差。

圖4 蒸滲儀潛在蒸散發(fā)試驗(yàn)觀測(cè)值和水面蒸發(fā)觀測(cè)值對(duì)比Fig.4 Comparison of observed ET of different groups and pan evaporation

圖5 不同試驗(yàn)組觀測(cè)結(jié)果的相關(guān)關(guān)系Fig.5 Correlation between observation results of different groups

3.2 模型率定及驗(yàn)證

3.2.1 參數(shù)率定結(jié)果

為了綜合考慮潛在蒸散發(fā)的年內(nèi)變化,將每個(gè)季節(jié)內(nèi)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)均分為2段,以每個(gè)季節(jié)的前半段實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為率定期,后半段實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為驗(yàn)證期。例如,春季(3—5月)選取3月1日至4月15日為模型率定期,4月16日至5月31日為模型驗(yàn)證期,其他季節(jié)以此類推。以實(shí)測(cè)值與模擬值均方差最小為目標(biāo)函數(shù),首先對(duì)擬合參數(shù)X1、X2、X3賦初值,然后進(jìn)行最優(yōu)化求解。以3組蒸滲儀實(shí)測(cè)蒸散發(fā)數(shù)據(jù)率定參數(shù)X1和X2,以同期渦度塔實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)率定X3,綜合率定結(jié)果后的最終參數(shù)方案為：X1=0.77,X2=0.54,X3=0.49。

LY- ET模型率定期的模擬結(jié)果如圖6所示,有草地覆被的E14(R=0.92)和E25(R=0.93)2組的實(shí)測(cè)值與模擬值相關(guān)關(guān)系較好,而裸土表面的E36組實(shí)測(cè)值與模擬值相關(guān)性較低(R=0.86)。由此可以看出,基于能量平衡的土壤潛在蒸散發(fā)模型在一定程度上更適用于有草地覆被情況下的蒸散發(fā)模擬。

圖6 率定期潛在蒸散發(fā)實(shí)測(cè)值與模擬值比較Fig.6 Comparison of observed ET and simulated ET during calibration period

3.2.2 潛在蒸散發(fā)模擬效果的驗(yàn)證及季節(jié)分布

根據(jù)上述參數(shù)率定結(jié)果計(jì)算驗(yàn)證期的ET,從實(shí)測(cè)值與模擬值的線性關(guān)系(圖7)來看,驗(yàn)證期的實(shí)測(cè)值與模擬值仍然具有很好的相關(guān)關(guān)系,有草地覆被的E14和E25 2組相關(guān)系數(shù)高于裸土表面的E36組。其中,固定水位加水方式的E25組整體表現(xiàn)(R=0.93)仍優(yōu)于固定質(zhì)量的E14組(R=0.88),并且驗(yàn)證期內(nèi)2組擬合精度之間的差異比率定期更明顯,表明植被生長引起的誤差在一定程度上不可忽略,在條件滿足的情況下,有覆被的蒸散發(fā)測(cè)量應(yīng)盡可能避免使用固定質(zhì)量方式,減小觀測(cè)誤差。

圖7 驗(yàn)證期潛在蒸散發(fā)實(shí)測(cè)值與模擬值比較Fig.7 Comparison of observed ET and simulated ET during verification period

從實(shí)測(cè)值與模擬值的季節(jié)分布(圖8)來看,相對(duì)于裸地表面的E36組,有草地覆被的E14和E25 2組模擬值與實(shí)測(cè)值的整體變化趨勢(shì)在4個(gè)季節(jié)更加一致。但是春、夏季輻射大,氣溫高,ET整體較大,波動(dòng)也更劇烈(LY- ET模型春、夏季Cv=0.53);秋、冬季ET偏小且更為集中(LY- ET模型秋、冬季Cv=0.34)；與模擬值相比,實(shí)測(cè)值整體變幅更大。

圖8 驗(yàn)證期潛在蒸散發(fā)實(shí)測(cè)值與模擬值的四季分布Fig.8 Seasonal distribution of observed ET and simulated ET during verification period

3.3 模型評(píng)價(jià)

現(xiàn)有的眾多潛在蒸散發(fā)估算方法各有其適用性和局限性,為了進(jìn)一步評(píng)估LY- ET模型的可靠性,本文選取1948 Penman、FAO24 Penman、FAO56 P- M、Priestley- Taylor、Hargreaves- Samani和Irmark- Allen共6種常用計(jì)算方法[26- 27]的模擬結(jié)果作為對(duì)比,進(jìn)一步評(píng)價(jià)LY- ET模型效果。

表2給出了各潛在蒸散發(fā)估算方法在驗(yàn)證期的模擬結(jié)果精度,其中，在有草地覆被的2組(E14和E25)中,LY- ET模型結(jié)果的ENS最接近1,同時(shí)ERMS最小,精度指標(biāo)均為最佳,隨后是Priestley- Taylor公式、Penman系列公式和其他經(jīng)驗(yàn)公式；但LY- ET模型對(duì)裸土表面的E36組的模擬效果不佳,ENS僅為0.46,與Penman系列公式精度存在較大差距。

表2 不同方法精度評(píng)價(jià)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

對(duì)整體模擬結(jié)果更優(yōu)的E25組進(jìn)一步繪制泰勒?qǐng)D(圖9),通過σ、R和ERMS的綜合表現(xiàn)可以更直觀地看出,LY- ET模型的計(jì)算結(jié)果最接近E25組實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)所代表的參考點(diǎn),整體表現(xiàn)最優(yōu),表明LY- ET模型在該地區(qū)草地覆被條件下的潛在蒸散發(fā)估算中具有很強(qiáng)的適用性。

圖9 基于E25組驗(yàn)證期實(shí)測(cè)結(jié)果的不同計(jì)算方法精度比較Fig.9 Performance comparison of different methods based on observed data from group E25 during verification period

目前已有的眾多潛在蒸散發(fā)估算模型及相應(yīng)改進(jìn)形式基本都只能在特定氣候條件下保證有效精度,例如得到廣泛認(rèn)可和應(yīng)用的Penman系列公式,常被作為無資料地區(qū)其他計(jì)算方法的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[28],但其對(duì)輸入資料要求高,且計(jì)算參數(shù)時(shí)會(huì)引入較大誤差[29],在濕潤地區(qū)也會(huì)出現(xiàn)較大偏差[30];而以Hargreaves為代表的基于溫度的估算方法在時(shí)間尺度較小時(shí)存在較大誤差[31]。因此,應(yīng)用研究區(qū)域?qū)崪y(cè)資料對(duì)計(jì)算方法進(jìn)行評(píng)估和修正能夠有效保證選用方法的適用性,進(jìn)而得到該地區(qū)實(shí)際氣象條件下的可靠計(jì)算結(jié)果。

本文構(gòu)建的LY- ET模型雖然基于能量平衡理論,但是也充分考慮了水汽壓差、風(fēng)速、地表溫度和氣溫等因素的影響,模型適用范圍較廣；同時(shí),模型和方法的可靠性經(jīng)過了不同下墊面蒸滲儀實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證。需要指出的是,LY- ET模型對(duì)有草地覆被的2組(E14和E25)實(shí)測(cè)蒸散發(fā)能力的模擬效果明顯優(yōu)于Penman系列公式和其他經(jīng)驗(yàn)公式,但對(duì)裸土表面的E36組蒸滲儀觀測(cè)結(jié)果的模擬要劣于Penman系列公式結(jié)果,下墊面的不同可能是模擬效果出現(xiàn)差異的主要原因,從這個(gè)角度來看,本文構(gòu)建的LY- ET模型對(duì)于蒸發(fā)面為充分供水(達(dá)田間持水量)、有植被、大而均勻的土壤表面的適用性可能更具優(yōu)勢(shì),但目前涉及該方面的研究缺乏長期有效的觀測(cè)數(shù)據(jù)支撐,仍需進(jìn)一步研究證實(shí)。

4 結(jié) 論

本文從能量平衡原理入手,結(jié)合波文比的概念,引入地表凈輻射的修正參數(shù),建立了一種新的潛在蒸散發(fā)計(jì)算模型,基于小型蒸滲儀觀測(cè)試驗(yàn)的土壤蒸發(fā)和草地覆被蒸散發(fā)能力實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行了率定與驗(yàn)證,并進(jìn)一步對(duì)比分析了該模型與6種現(xiàn)有常見計(jì)算公式的模擬精度,以評(píng)價(jià)模型的適用性,主要結(jié)論如下：

(1) 2組草地覆被的蒸散發(fā)試驗(yàn)中,不同加水方式的觀測(cè)結(jié)果變化趨勢(shì)基本一致,具有較高的相關(guān)系數(shù),但都與裸土蒸發(fā)組相關(guān)性略差一些；E601水面蒸發(fā)組與裸土蒸發(fā)組實(shí)測(cè)結(jié)果的相關(guān)性最高,與有草地覆被組相關(guān)性較差；3組蒸散發(fā)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)均在夏、秋季線性關(guān)系最好,冬、春季較差。

(2) 率定期有草地覆被的固定質(zhì)量組(E14)和固定水位組(E25)模擬值與實(shí)測(cè)值相關(guān)關(guān)系非常好,而裸土表面的E36組實(shí)測(cè)值與模擬值相關(guān)性較低。不同加水方式的差異主要體現(xiàn)在驗(yàn)證期,E25組擬合效果優(yōu)于E14組,說明采用固定水位方式測(cè)量可以減少草皮生長導(dǎo)致的潛在蒸散發(fā)觀測(cè)誤差。

(3) 與6種現(xiàn)有常見計(jì)算公式相比,LY- ET模型的精度指標(biāo)在有草地覆被的E14組(ENS=0.75,ERMS=1.16)和E25組(ENS=0.86,ERMS=0.87)中均為最佳,整體表現(xiàn)最優(yōu)；對(duì)于裸土表面的E36組(ENS=0.47,ERMS=1.24)模擬效果劣于其他計(jì)算方法,表明LY- ET模型更適用于有草地覆被條件下的蒸散發(fā)估算,在淮北地區(qū)具有一定的適用性與優(yōu)勢(shì)。