豫北地區參考作物需水量計算方法比較與評價

田春娜 段磊 劉小飛

摘要 [目的]比較豫北地區參考作物需水量的計算方法。[方法]利用新鄉站點連續47年氣象資料，采用Hargreaves公式和Priestley Taylor公式計算參考作物需水量，以Penman-Monteith公式計算結果作為對照，用統計學方法對Hargreaves公式和Priestley Taylor公式計算結果進行對比評價。[結果]Hargreaves公式和Priestley Taylor公式計算結果均與Penman-Monteith公式結算結果呈線性關系，相關系數分別為0.946 1和0.922 2，擬合度分別為98%和97%。[結論]在豫北地區可以用Hargreaves公式和Priestley Taylor公式代替Penman-Monteith公式計算參考作物需水量，并且Hargreaves公式比Priestley Taylor公式計算更精準。

關鍵詞 參考作物需水量；Penman-Monteith公式；Hargreaves公式；和Priestley Taylor公式；豫北地區

中圖分類號 S162 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2017）18-0158-03

Abstract [Objective] The research aimed to compare the calculation methods of the reference crop water requirement in the north area of Henan Province.[Method]Using the meteorological data in Xinxiang station for 47 consecutive years，the Hargreaves formula and the Priestley Taylor formula were used to calculate the reference crop water requirement，with the result of PenmanMonteith formula as control，the results of Hargreaves formula and Priestley Taylor formula were compared by statistical method.[Result]Both the Hargreaves formula and the Priestley Taylor formula had a linear relationship with the PenmanMonteith formula，and the correlation coefficients were 0.946 1 and 0.922 2，respectively，and the fitting degrees were 98% and 97%，respectively.[Conclusion]In the northern area of Henan Province，the reference crop water requirement can be calculated using the Hargreaves formula and the Priestley Taylor formula instead of the PenmanMonteith formula，and the Hargreaves formula is more accurate than the Priestley Taylor formula.

Key words Reference crop water requirement；PenmanMonteith formula；Hargreaves formula；Priestley Taylor formula；Northern area of Henan Province

參考作物需求量（ET0）是計算作物耗水量、進行灌區設計規劃必不可少的一項指標。目前參考作物需水量計算主要依據聯合國糧農組織1998年提出的修正Penman-Monteith公式[1]計算。在應用Penman-Monteith公式計算參考作物需水量時，需要的氣象數據（最高溫度、最低溫度、平均溫度、輻射或日照時數、相對濕度、風速）較多，對于一些氣象數據缺失或氣象數據不全的地區的應用受到影響，因此利用較少氣象數據計算參考作物需水量成為研究的熱點。Hargreaves公式[2]是利用溫度資料估算參考作物需水量的方法之一，此方法簡單易行，對氣象數據要求較少，是計算參考作物需水量的一種好辦法。不少學者運用Hargreaves公式的計算參考作物需水量[3-6]，但相關報道說明此公式計算值有很大偏差[7-9]。Priestley Taylor公式是FAO推薦的用輻射計算參考作物需水量的一種方法[10]，近年來也得到了廣泛應用[11-15]。但這2種方法在華北平原計算參考作物需水量時精度如何，至今鮮見報道，筆者主要研究這2種方法豫北地區相對Penman-Monteith公式的計算精度及其評價。

1 資料與方法

1.1 研究區及相關氣象資料

河南省新鄉市氣象局東郊觀測站位于新鄉市東郊東牧村（113.53°E、35.19°N，海拔72.7 m），多年平均降雨量610 mm，多年平均氣溫13.5 ℃，大于0 ℃以上的積溫5 070.2 ℃·d，年累積日照時數2 497 h，無霜期220 d。研究中所用氣象數據為該站1951—1998年逐旬平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、相對濕度、日照時數、2 m高度處風速。

1.2 參考作物需水量的計算公式

2 結果與分析

2.1 參考作物需水量年變化

從圖1可以看出，1951—1998年新鄉地區參考作物需水量呈減小趨勢，參考作物需水量最大值為1 200 mm左右，最小值為900 mm左右。如果作物系數不變的話，那么作物需水量也呈減小的趨勢，氣溫逐漸升高，所以豫北地區屬于“蒸發悖論”現象。HA和PT計算公式的結果均偏大，HA和PM計算公式的結果變化趨勢更一致，初步說明使用HA公式比 PT公式精確度高。

2.2 參考作物需水量月變化

從圖2可以看出，從3月份開始，隨著氣溫回升，輻射逐漸增大，參考作物需水量從最小值約20 mm也逐漸增大，到6月份增加至最大值，約180 mm，之后又逐漸降低，總體趨勢呈倒“V”型。

2.3 參考作物需水量不同計算公式的相關性分析

由圖3可知，PT、HA公式計算的參考作物需水量大于PM公式計算值，其相關系數分別為0.946 1和0.922 2，總體上均呈線性關系。

2.4 參考作物需水量不同計算方法的誤差分析

以PM公式計算的參考作物需水量為標準，用HA和PT公式計算的參考作物需水量和PM進行比較，結果發現，HA方法的平均偏離誤差、相對平均偏離誤差分別為-0.03 mm/d和-0.93%，而PT方法模擬的平均偏離誤差、相對平均偏離誤差分別為-0.34 mm/d和-12.06%；PM、HA和PT公式計算的參考作物需水量平均值分別為2.84、2.86和3.18 mm/d，說明HA公式計算結果的平均值接近PM計算結果的平均值；HA公式計算的參考作物需水量的均方根誤差和相對均方根誤差分別為0.52 mm/d和18.241 2%，而PT公式計算的參考作物需水量的均方根誤差和相對均方根誤差0.55 mm/d和19.545 2%，表明PT公式計算的參考作物需水量的均方根誤差較大；HA公式和PT公式模擬參考作物需水量的擬合度分別為98%和97%。總的說來，HA公式計算的參考作物需水量比PT公式計算的參考作物需水量的各項誤差較小。

3 結論

在計算豫北地區參考作物需水量時，如果能滿足測量氣象因子的需要，能夠獲得足夠的氣象因子（最高溫度、最低溫度、平均溫度、風速、濕度、日照時數），最好用Penman-Monteith公式計算當地參考作物需水量；如果氣象因子較少，首先考慮運用Hargreaves公式，最后考慮運用Priestley Taylor公式計算當地參考作物需水量。

參考文獻

[1] ALLEN R G，PEREIRA L S，RAES D，et al.Crop evapotranspiration：Guidelines for computing crop water requirements.FAO Irrigation and Drainage Paper 56[R].Rome：FAOFood and griculture Organization of the United Nations，1998.

[2] HARGREAVES G H，SAMANI Z A.Reference crop evapotranspiration from temperature[J].Appl Eng Agric，1985，1（2）：96-99.

[3] VANDERLINDEN K，GIRALDEZ J V，MEIRVENNE M V.Assessing Reference evapotranspiration by the Hargreaves method in Southern Spain[J].J Irrig Drain Eng，2004，130（3）：184-191.

[4] RAZIEI T，PEREIRA L S.Estimation of ETo with HargreavesSamani and FAOPM temperature methods for a wide range of climates in Iran[J].Agric Water Manage，2013，121（2）：1-18.

[5] BERTI A，TARDIVO G，CHIAUDANI A，et al.Assessing reference evapotranspiration by the Hargreaves method in northeastern Italy[J].Agric Water Manage，2014，140（3）：20-25.

[6] LUO Y F，CHANG X M，PENG S，et al.Shortterm forecasting of daily reference evapotranspiration using the HargreavesSamani model and temperature forecasts[J].Agric Water Manage，2014，136（2）：42-51.

[7] MARTINEZCOB A，TEJEROJUSTE M.A windbased qualitative calibration of the Hargreaves ET0 estimation equation in semiarid regions[J].Agric Water Manage，2004，64（3）：251-264.

[8] GAVILN P，LORITE I J，TORNERO S，et al.Regional calibration of Hargreaves equation for estimating reference ET in a semiarid environment[J].Agric Water Manage，2006，81（3）：257-281.

[9] MART P，ZARZO M，VANDERLINDEN K，et al.Parametric expressions for the adjusted Hargreaves coefficient in Eastern Spain[J].J Hydrol，2015，529：1713-1724.

[10] PRIESTLEY C H B，TAYLOR R J.On the assessment of surface heat flux and evaporation using largescale parameters[J].Month Weather Rev，1972，100（2）：81-92.

[11] UTSET A，FARR I，MARTNEZCOB A，et al.Comparing PenmanMonteith and priestleytaylor approaches as referenceevapotranspiration inputs for modeling maize wateruse under Mediterranean conditions[J].Agric Water Manage，2004，66（3）：205-219.

[12] SUMNER D M，JACOBS J M.Utility of PenmanMonteith，PriestleyTaylor，reference evapotranspiration，and pan evaporation methods to estimate pasture evapotranspiration[J].J Hydrol，2005，308（1/2/3/4）：81-104.

[13] DING R，KANG S Z， LI F，et al.Evapotranspiration measurement and estimation using modified PriestleyTaylor model in an irrigated maize field with mulching[J].Agric For Meteorol，2013，168（1）：140-148.

[14] SZILAGYI J.Temperature corrections in the PriestleyTaylor equation of evaporation[J].J Hydrol，2014，519：455-464.

[15] BAIK J，CHOI M.Evaluation of geostationary satellite （COMS） based PriestleyTaylor evapotranspiration[J].Agric Water Manage，2015，159（6）：77-91.