基于波文比的半湿润地区葡萄园蒸发蒸腾估算

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葡萄是陕西关中地区正在大力发展的特色经济水果,是农民致富增收的重要产业之一。但是关中地区地处我国半干旱半湿润地区,水资源较为短缺,降水时空分布不均,降雨多集中于夏季,春季降雨较少,对生育期内生态系统的良性运转以及葡萄产量与品质的提高都造成了严重的阻碍。因此,准确掌握葡萄园内土壤水分状况以及需水量,从而确定合理的灌溉制度,为半湿润地区葡萄园水分管理提供理论依据,对于维持葡萄良好的生长环境,提高葡萄的产量与品质具有重要意义。本研究于2018年4月1日至8月23日在陕西省咸阳市杨凌区君度·唯尔葡萄庄园开展,基于波文比法(BREB)探究了我国半湿润地区葡萄园适用的蒸发蒸腾量测定与模拟方法,取得了以下主要结果:(1)根据水热平衡中不同分量之间存在的方向性制约关系和波文比测量系统中温湿度传感器的精度,确定波文比采集数据取舍范围,进行数据筛选;以水量平衡法的蒸散量结果为参考,对比分析波文比-能量平衡法的估算结果发现,利用波文比法可以较好地反映葡萄园蒸发蒸腾量变化规律,监测结果具有较高精度。(2)分析了葡萄园下垫面水热通量在不同生育阶段和典型天气条件下的分配特征及潜热通量对相关气象因素的响应,并运用BP神经网络对葡萄园潜热通量进行预测,根据预测模型,分析比较潜热通量对环境因子变化的敏感性。水热通量的日变化特征表现为单峰二次曲线,从上午7:00左右开始增长,中午12:30左右达到峰值后开始减小,夜间基本不变。感热通量在全部生育期都占了地表能量的绝大部分,潜热通量较小,所占比例随生育期时间逐渐增大,在果实膨大期达到最大后开始减小。雨天,水热平衡各分量都比晴天小,潜热通量略大于显热通量;而阴天潜热通量的日变化波动明显比其他天气条件下都大。BP神经网络根据气象因子模拟出的潜热通量与波文比法的计算值相关性较高,同时,潜热通量的变化对净辐射和土壤热通量的改变最为敏感,而对风速u变化的敏感程度较低。(3)探究了葡萄生育期蒸发蒸腾规律,采用单、双作物系数法估算半干旱半湿润地区葡萄蒸散量(ET),将计算结果与波文比-能量平衡法进行对比分析其在半湿润气候区葡萄园的适用性。从全生育期来看,葡萄蒸发蒸腾量的变化特征呈现较为明显的季节性,在萌芽期和新梢期,日均蒸发蒸腾量分别为1.32 mm/d、1.25 mm/d;葡萄开花期每日蒸发蒸腾量的平均值为1.22 mm/d;在果实膨大期累积蒸发蒸腾总量达到91.56 mm/d;在着色与成熟期,随着温度不断升高,葡萄蒸发蒸腾量的日平均值不断增大,达到2.34 mm/d。葡萄的基础作物系数Kcb在生育初期处于较低水平,均值为0.13,在生育中期增幅较大,后维持在较大值,Kcbmid为0.34,至后期逐渐减小至0.32。土壤蒸发系数Ke整体上在发育初期较大,初期均值为0.72,在中期达到最小值0.34,后期为0.39。单、双作物系数法与波文比能量平衡法两种方法计算的结果具有较好的一致性,而单、双作物系数法相比而言,后者的估算结果可靠程度更高,因此,双作物系数法可以为本地区葡萄的蒸发蒸腾量估算提供更为准确的参考。(4)采用P-M模型与S-W模型对半湿润地区葡萄的蒸发蒸腾量进行了初步的模拟,以波文比-能量平衡法为实际值,比较了模型估算值和实测值的大小,分析了P-M模型与S-W模型在我国半湿润地区葡萄蒸发蒸腾量估算的适用性。实测的葡萄全生育期蒸发蒸腾总量平均值为1.69 mm/d,P-M模型模拟平均值为2.65 mm/d,对2018年葡萄园的蒸发蒸腾量存在一定程度上的高估,二者的决定系数R2为0.68,平均绝对误差MAE为0.63,均方根误差为0.53 mm/d。S-W模型估算均值为1.79,R2为0.73,MAE为0.51,均方根误差为0.61 mm/d。从整体上看,S-W模型估算效果更好,偏差相对较小,但对生育期内葡萄的蒸发蒸腾量存在一定的高估。
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