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题 目 粮农组织对Penman-Monteith方法小时 计算参考ETo标准化表面阻力的建议
粮农组织对Penman-Monteith方法小时计算参考ETo标准化表面阻力的建议
摘要：全球电子气象站网络的持续发展增加了按小时计算ETo的天气数据的可用性。对Penman-Monteith（PM）方程的表面阻力（rs）参数的适当表达和参数化以及应用简化形式FAO-PM方程的相关系数现仍有争议。本文回顾了每小时使用rs= 70s m-1并在白天使用较低的rs= 50s m-1和在夜间使用rs= 200s m-1的FAO-PM方法的性能。rs在地点和日期中的小时趋势变化使得难以为rs建立一致的算法。然而，当在白天使用常量rs= 50s m-1时，ET0的相对较高的准确性给出了推荐该值作为标准化参数和ET0计算系数的充分理由。根据美国的一项全国性研究和欧美研究人员的研究，作者建议FAO56应用的FAO-PM ET0方法每小时或更短时间时使用rs=50s m-1，夜间rs= 200s m-1。平均而言，这种使用将保证与24小时时间基础上计算结果的一致性。对于每天（24小时）的时间长度，应继续使用FAO-PM方法的rs= 70s m-1。
关键词：蒸散；标准化；Penman-Monteith；粮农组织；参考蒸散量
1 介绍
粮农组织第56号Penman-Monteith（FAO-PM）由粮农组织出版的第56号灌溉和排水文件（Allen等人，1998）在包括美国在内的世界大部分地区获得了有利的接受和应用，用于建立作为天气参数函数的参考蒸散（ET0）指数。FAO-PM方法的大部分应用都是在总结和报告24小时的天气数据的基础上做出的，因此计算时间步长一般为24小时。随着世界各地电子气象站网络的开发和安装日益增多，天气数据逐渐可以按小时计算ET0。关于PM方程的表面阻力（rs）参数的适当表达和参数化以及小时应用的简化型FAO-PM方程的相关系数，一直存在疑问和争议以及研究。 目前，粮农组织56（Allen等人，1998）推荐使用与24小时时间步长相同的rs值（70s m-1）作为每小时时间步长。
24小时计算时间步长已被证明是相对一致和准确的估计ETo（Doorenbos和Pruitt等，1997；Jensen等，1990）和许多基于流量计的研究已经使用24小时时间步骤作为ET0方法的校准或验证的基础，其中包括FAO-PM（Allen等人，1989； Steduto等，1996；Ventura等人，1999；Todorovic，1999；Howell等人，2000； Berengena和Gavilan，2005年）。该ASCE- EWRI（2005） 已经使用了ASCE-PM方程和相关的分量方程（Jensen等，1990）在24小时计算时间步骤上，作为最近在美国进行参考ET0计算标准化研究和开发的基础（Itenfisu等，2003）。ASCE-PM组合方程成为粮农组织PM的主要依据（Smith等，1991）。由于组合方程（组合能量平衡和空气动力学分量）的理论上需要天气输入在许多研究中应用24小时（甚至每月）的时间步长，所以PM方程的良好性能有点令人惊讶。24小时时间步长的PM方法的总的一致性和准确性说明了给定一组特定气象条件下估计蒸发行为的组合方程的鲁棒性。
最近的几项研究表明，对于剪草而言，日间小时的rs小于70s m-1，标准化高度为0.12m，rs的较低值提供了更好的用ET0测量的一致性（Allen等，1996；Ventura等人，1999；Todorovic，1999；Wright等人，2000；Steduto等人，2003）。最近的一些研究（Ventura等人，1999；Itenfisu等，2003；ASCE-EWRI，2005；Irmak等人， 2005）在每小时ETo使用较低的rs值时，24小时时间步计算的小时ET0和ET0之间的一致性好于24小时时间步长。本文总结了这些和其他发现，并建议在夜间使用200s m-1作为rs，将50s m-1作为白天的rs。使用rs= 70 sm-1仍然被认为是一个合理的，可靠的和理想的常数，用于标准化ET0的24小时计算时间步骤，具有足够好的精度作为标准化参考和蒸发指数（艾伦和费舍尔，1990年；Ventura等人，1999；Todorovic，1999；Lecina等人，2003；ASCE-EWRI，2005年)。佩雷拉等人（1999年）回顾了参考ET0的概念以及与作物系数的关系，包括参考文献的优缺点。
在夜间每小时时间步长使用rs= 50s m-1和夜间每小时时间步长使用200s m-1的建议旨在提供ET0每小时计算的短期标准化）与粮农组织56一致，适用于24小时的时间步长。该建议不打算取代研究模拟模型和其他包含PM方程或其他多层方法的直接应用的应用。
2 FAO-Penman-Monteith方程
完整形式的Penman-Monteith（PM）方程可以表示为：
其中ET0是以每单位时间的深度表示的蒸散率通量，Delta;是饱和蒸气压与温度曲线的斜率，Rn表面处的净辐射通量密度，G是从表面到土壤的显热通量密度，rho;a空气密度，cp恒定压力下潮湿空气的比热，es空气温度下饱和蒸汽压力，ea实际蒸气，ra湍流热或蒸气从表面到表面以上某些z高度的气体传递的空气动力学阻力，rs描述流动阻力的体积表面阻力，rho;w是液态水的密度，lambda;是蒸发潜热。（1）中的所有参数单位都必须取消。
完整形式的PM可以应用于各种植被条件，包括具有不同叶面积和不同高度的系统。描述了该方程的一些标准化参数化，包括空气动力学阻力，以用于参考ET0中 Allen等人（1989年）, Jensen等人（1990）, Allen等人（1994）, Allen等人 (1998) 和 ASCE-EWRI（2005）。 当ra，ra和lambda;的支持参数减少并且合并到PM方程中时，粮农组织称为“简化形式”的方程结果ASCE-EWRI（2005）:
其中ET0的单位为mmd-1（24小时时间步长）或mmh-1（小时时间步长），Rn和G为MJm-2d-1或MJm-2d-1，T表示每日或每小时空气温度（℃），u2平均每日或每小时2米高的风速（ms-1），Cn的单位是K mm s3mg-1d-1或K mm s3mg-1h-1，并且Cd的单位是sm-1。
Cn和Cd的数值列于表格1中。对于FAO-PM，计算草地参考ET0时，24小时的Cn= 900
和Cn= 37的小时时间步长。这些值是0.12米高的草地的特征。参数Cd=0.34。Allen等人（1998）对于粮农组织的所有时间步骤，代表rs= 70s m-1。(2)式也被雇用在 ASCE-EWRI（2005）标准化的ET0与FAO-PM类似，标准化的简短参考标准代表了冷季草的剪切高度为0.12米，每小时使用Cn= 900和Cn= 37（表格1）。对于Cd，ASCE-EWRI标准化偏离粮农组织PM，其中Cd= 0.24（对于Rngt; 0）和Cd= 0.96在夜间每小时一步。小时应用的Cd的0.24和0.96值源于夜间使用rs= 50sm-1和夜间使用rs=200sm-1，而不是假设每小时rs =70 sm-1。对于24小时的计算时间步长，ASCE-PM使用70 sm-1，这与FAO-PM相同，并对方程中所有参数进行了标准化计算（对于Rn，G，es，ea和g）与FAO-PM（ASCE-EWRI，2005年）。除了（2）的草地参考的应用之外， ASCE-EWRI（2005）为Cn和Cd提供了应用于标准化苜蓿参考ET。在用于24小时计算时间步长的PM56和ASCE-EWRI应用中，es计算为每日最大和每日最小气温下饱和蒸气压的平均值。
3 参考表面的表面电阻的传统参数化
PM中的表面阻力rs表示对通过叶片气孔和土壤内的蒸汽流动阻力的耦合效应。rs在冠层结构内还包含阻力对蒸汽流动的一些影响（Alves等，1998；阿尔维斯和佩雷拉， 2000）。对于湿（饱和）表面，rs根据定义基本上为零，并且（1）恢复到与原始彭曼方程类似的形式。对于密集生长的植被，表面阻力经常在PM中作为有效叶面积的函数进行计算，假定所有叶子都作为阻力并联起作用：
其中rl是每单位叶面积（LAI）（sm-1）的植物体积气孔（或表面）抗性，而LAIEFF是涉及平均能量交换的有效叶面积指数，从而有助于ET。 参数rl是每单位叶面积的气孔导度的倒数。一些早期的研究已经确定rl在100 sm-1下对于水分充足的农作物的价值（Monteith，1965；Szeicz和龙，1969年； Allen等人，1989）计算是在24小时的基础上进行的。然而人们认识到rl在一天的过程中会随着太阳辐射，叶片温度和蒸气压梯度（Jarvis，1976； Stewart，1989）和rl随着环境压力如土壤水分亏缺（1988年，斯图尔特；Stewart和Verma，1992；哈特菲尔德和 艾伦，1996年)。
建议LAIEFF的标准化估算值用于密植草和苜蓿参考作物 Allen等人（1989年）, Jensen等人（1990）, Allen等人（1994）和 ASCE- EWRI（2005）基于 Szeicz和Long（1969）如：
0.5乘数表明，密集的冠层只有一半（上
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