利用彭曼公式计算作物需水量
植物蒸散耗水量计算方法综述
植物蒸散耗水量计算方法综述摘要：本文综述了植物蒸散耗水量的计算方法及其优缺点。
通过对基于观测数据的估算方法、基于蒸散方程的模拟方法和基于遥感技术的监测方法等研究现状的介绍，总结了每种方法的成果和不足。
本文旨在为相关领域的研究者提供参考，以推动植物蒸散耗水量计算方法的发展。
引言：植物蒸散耗水量是指植物在生长过程中通过叶片气孔蒸发的水分总量，是植物水分循环的重要环节。
准确计算植物蒸散耗水量对于水资源管理、生态保护和农业生产等领域具有重要意义。
本文将对植物蒸散耗水量的计算方法进行综述，旨在为相关领域的研究者提供参考。
研究现状：随着观测技术的发展，植物蒸散耗水量的计算方法不断得到改进和完善。
目前，主要有基于观测数据的估算方法、基于蒸散方程的模拟方法和基于遥感技术的监测方法等三种研究现状。
基于观测数据的估算方法：该方法通过观测植物生长环境中的气象要素如气温、湿度、辐射等，结合植物生理特征如叶面积、气孔导度等，估算植物蒸散耗水量。
具体步骤包括观测数据的搜集和处理、参数的设置和优化、结果的分析和评估等。
该方法的优点是相对直观和简单，但受观测条件和环境因素的影响较大。
基于蒸散方程的模拟方法：该方法通过建立蒸散方程，模拟植物蒸散耗水过程。
常用的蒸散方程如Penman-Monteith方程、Budyko方程等。
具体步骤包括建立蒸散方程、设定参数、模拟计算等。
该方法的优点是考虑因素全面，可模拟复杂环境条件下的植物蒸散耗水过程，但需要较为精确的参数和复杂的计算。
基于遥感技术的监测方法：该方法利用遥感技术获取植物生长状况和环境信息，结合植物蒸散耗水模型，计算植物蒸散耗水量。
具体步骤包括遥感数据的获取和处理、模型的建立和验证、结果的分析和评估等。
该方法的优点是可以大范围、实时地监测植物蒸散耗水状况，但需要选择合适的遥感数据和模型，且对数据质量和处理技术要求较高。
基于观测数据的估算方法：该方法在简单环境中相对准确，但受观测条件和环境因素影响较大，且无法考虑复杂的生态和生理过程，因此在大范围或长时间尺度上应用时精度较低。
农田水利学问答题精华版
1、简述农田水利学得研究对象与内容。
研究对象:（1)调节农田水分状况（2） 改变与调节地区水情1)调节农田水分状况得水利措施一般有：(1）灌溉措施:补充水分不足(2）排水措施：控水,排盐 ； 调节农田水分状况需要研究得内容:(１）农田水盐运动规律（２)节水灌溉理论与技术（３）灌排系统布置（4）灌排系统管理2）地区水情：地区水资源得数量、分布情况及其动态。
调节地区水情得工程措施:蓄水保水措施与地区间调水、排水措施.改变与调节地区水情需要研究得内容:(１）制定水土资源规划（2）水资源合理配置（３)洪涝规律第一章 农田水分状况与土壤水分运动5、何谓吸湿系数、凋萎系数与田间持水率?凋萎系数与田间持水率两者各有什么用途?一般常将田间持水量作为重力水与毛管水以及有效水分与过剩水分得分界线。
凋萎系数与田间持水量就是农田作物根系层土壤得含水量下限与上限。
据此决定灌水时间与定额。
７、何谓作物田间需水量与田间耗水量？作物需水量：植株蒸腾量与株间蒸发量之与,又称为腾发量田间耗水量:作物整个生育期中,农田消耗得总水量。
稻田：作物需水量＋田间渗漏量=田间耗水量、 旱地：作物需水量＝田间耗水量 ９、什么就是作物需水临界期？了解作物需水临界期有何意义?需水临界期:在作物全生育期中,对缺水最敏感，影响产量最大得时期。
了解作物需水临界期得意义:（１）合理安排作物布局,使用水不至过分集中；（2)在干旱情况下,优先灌溉正处需水临界期得作物.1０、计算作物田间需水量常用方法有哪些？个适合于什么情况？各自如何计算某生育阶段作物需水量?(详见课件第二章P9—21）一类就是根据田间试验直接测定得作物需水量（作物需水量得田间测定方法主要包括器测法、田测法、坑测法等)与其影响因素之间经验关系，直接计算出作物需水量得方法； 在我国采用较多得有蒸发皿法、产量法与多因素法.另一类就是先计算参照作物得蒸发蒸腾量或潜在蒸发蒸腾量,再根据不同作物得实际情况及土壤实际含水率状况计算实际作物得需水量得半经验方法。
利用彭曼公式计算作物需水量
利用彭曼公式计算作物需水量作物需水量的计算方法很多,过去常采用经验公式,即采用主要气象因子与作物需水量的经验关系进行估算,误差较大.近年来,国内外采用较多的是利用彭曼公式计算作物需水量,即通过采用参考作物需水量ETO与作物系数KC的计算方法.彭曼公式理论基础可靠,计算精度较高,但计算较复杂.本文简要介绍利用彭曼公式计算作物需水量的方法和过程.一,计算参考作物需水量参考作物在供水充足条件下的需水量彭曼公式为:.一A.R+EEToF’式中各项的意义及确定方法如下:(一)FPo?A因子式中,P.为海平面标准大气压,kPa;P为计算地点的实际气压,kPa;A为饱和水汽压一温度曲线上的斜率;为湿度计常数,kPaFC.已知计算点的海拔高度及气温,便可方便地从农田水利学课本或有关规范的附表中查得?令.(二)净辐射因子RR为达到地表的净辐射,可以用辐射平衡表直接测量.没有直接测量数据时,可以用下式计算:尼=凡一尼o1.净短波辐射:凡=0.75(Ⅱ+6)几兄为大气外圈接收阳光的辐射,可根据计算点的纬度从地平面大气边缘太阳辐射表中查出不同月份的兄值.用H代表0.75(.+b等),N值为不同月份天文上可能出现的最大日平均日照时数,它决定于纬度的多少,n为当地实际日照时间,温带地区a值为0.18,b值为0.55.有了H值便可算得到达地表的净波辐射能量R:HR..2.净长波辐射损失:R:(0.56—0.079)在大气层和地表之间有长波辐射存在,通常从大气层向地表的长波辐射量小于从地表向大气层的长波辐射量,二者之差即为净长波损失掉的能量,其大小与黑体辐射量,实际水气压ed和n/N值有关.在黑体辐射量中,or为斯提芬一保勒斯曼常数,可取0.2,为绝对温度,=T+273.有了温度,可以计算或从黑体辐射量表中查得or值,以mm/d表示.实际水气压e,通常各气象站都有实测记录.如无实测记录,可间接计算而得.根据平均相对湿度Rh计算,即ed=eb×肋…其中e为饱和水气压,从饱合水气压与温度关系表中查得不同温度下的e值.(三)干燥力因子=0.26(1+Bu2)(et,一ed)式中前半部分谓之风函数,(u),F(Ⅱ)=0.26(1+Bu2)式中u:是离地面2m高处的风速,以m/s计.我国各气象站的风速值大多为风标高处的风速,需乘以0.75后改正为2m高处的风速”:.B为风速改正系数,在日最低气温平均值大于5qC且日最高气温与日最低气温之差的平均值大于12℃时,B=0.7一0.265,其余条件下,B=0.54.式中后半部分谓之饱和差,以d表示(d=e6一ed).有些气象站已有饱和差观测记录,可以直接利用;如无d值记录,可依据前面的方法分别求得e及e值,再算出d值.在分别得出譬?令,R及E,后,即可由E式计算出ETo值来.‘二,计算实际作物需水量参考作物蒸发蒸腾是相对于一定的参照面而言的,并不能代表实际农田的蒸发蒸腾量.通常把某一时段作物实际蒸发蒸腾(ETC)与参考蒸发蒸腾(ET.)之比称为作物系数(Kc).作物需水量的计算公式是:ETc=Kc×E.式中:ETo为参考作物蒸发蒸腾量;K为综合作物系数,与作物种类,品种,生育期和作物的群体叶面管良技术服务积指数等因素有关,是作物自身生物学特性的反映.K可由当地或邻近灌溉试验站取得,或从作物需水量等值线图中查得.30亩以上的灌区宜按下式计算:Kc=a+bLAI式中:a,b为经验系数,可取当地或邻近灌溉试验站试验资料, LAI为叶面积指数.?47?利用彭曼公式计算作物需水量口刘明。
作物需水量实时预报及系统开发
4. 基于天气预报的ET0预报
Luo et al. 2014. Short-term forecasting of daily reference evapotranspiration using the Hargreaves–Samani model and temperature forecasts. Agricultural Water Management. 36: 42–51.
基于气温：Hargreaves–Samani公式，Thornthwaite 公式、简化 的PM公式、McCloud 公式、Blaney-Criddle公式
其它…
2. 参考作物腾发量
公式率定：
Allen等（1994）推荐用正式来率定各种公式：
ET0,PM aET0,Eq b
a，b为待确定的参数，可通过最小二乘法求得
Ks-土壤水分系数；Kc-作物系数；ET0-参考作物腾发量
2. 参考作物腾发量
定义：
土壤水分充足、地面完全覆盖、生长正常、高矮整齐的
开阔（地块的长度和宽度都大于200m）矮草地（草高 8-15cm）上的腾发量(FAO Irrigation and Drainage Paper No. 56, 1998)
影响作物需水量的因素
影响
因素 气候
高 热 干 有风
无云
低 冷 湿 无风
有云 初始期/成熟期 稀疏 干燥
作物 土壤水分
中后期 密度大 湿润
1. 作物需水量
气象因素：
太阳辐射：为液态水转化成气态水提供能量 气温：确定空气可以容纳多少水 湿度：空气中有多少水 风速：水分运动到大气中的容易程度
4. 基于天气预报的ET0预报
作物蒸发蒸腾量计算公式
作物蒸发蒸腾量计算公式一、采用彭曼—蒙蒂斯（Penman —Monteith ）法计算参考作物蒸发蒸腾量（ET 0）1、彭曼—蒙蒂斯（Penman —Monteith ）公式彭曼—蒙蒂斯（Penman —Monteith ）公式是联合国粮农组织（FAO ，1998）提出的最新修正彭曼公式，并已被广泛应用且已证实具有较高精度及可使用性。
P-M 公式对参考作物的蒸发蒸腾量定义如下：参考作物的蒸发蒸腾量为一种假想的参考作物冠层的蒸发蒸腾速率，假想作物的高度为0.12m ，固定的叶面阻力为70s/m ，反射率为0.23，非常类似于表面开阔、高度一致、生长旺盛、完全覆盖地面且不缺水的绿色草地蒸发蒸腾量。
Penman ——Monteith 公式：)34.01()(273900)(408.0220U e e U T G R ET d a n ++∆-++-∆=γγ （1） 式中 0ET ——参考作物蒸发蒸腾量，mm/d ；∆——温度~饱和水汽压关系曲线在T 处的切线斜率，kPa∙℃-1；2)3.237(4098+⋅=∆T e a （2） T ——平均气温，℃e a ——饱和水汽压，kpa ；()3.23727.17ex p 611.0+=T T a e （3）R n ——净辐射，MJ/（m 2·d ）；nl ns n R R R -= （4）R ns ——净短波辐射，MJ/（m 2·d）；R nl ——净长波辐射，MJ/（m 2·d）；a ns R N n R )/5.025.0(77.0+= （5）n ——实际日照时数，h ；N ——最大可能日照时数，h ；Ws N 64.7= （6）Ws ——日照时数角，rad ；)tan tan arccos(δψ⋅-=s W （7）ψ——地理纬度，rad ；δ——日倾角，rad ；)39.10172.0sin(409.0-⋅=J δ （8）J ——日序数（元月1日为1，逐日累加）；R a ——大气边缘太阳辐射，MJ/（m 2·d）；)sin cos cos sin sin (6.37s s r a W W d R ⋅⋅+⋅⋅⋅=δψδψ （9）d r ——日地相对距离；)3652cos(033.01J d r π+= （10） )()14.034.0()1.0/9.0(1045.2449kn kx d nl T T e N n R +⋅-⋅+⋅⨯=- （11）e d ——实际水汽压，kpa ；100)(21100)(212)()(min max max min max min RH T e RH T e T e T e e a a d d d ⋅+⋅=+= （12） RH max ——日最大相对湿度，％；T min ——日最低气温；℃e a (T min )——T min 时饱和水汽压，kpa ，可将T min 代入（3）式求得；e d (T min )——T min 时实际水汽压，kpa ；RH min ——日最小相对湿度，％；T max ——日最高气温，℃e a (T max )——T max 时饱和水汽压，kpa ，可将T max 代入（3）式求得；e d (T max )——T max 时实际水汽压，kpa ；若资料不符合（12）式要求或计算较长时段ET 0，也可采用下式计算e d ，即⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=)(50)(50/max minT e T e RH e a a mean d （13） RH mean ——平均相对湿度，％；2min max RH RH RH mean += （14） 在最低气温等于或十分接近露点温度时，也可采用下式计算e d ，即()3.237min 27.17min exp 611.0+=T T d e （15） T ks ——最高绝对温度，K ；T kn ——最低绝对温度，K ；273max +=T T ks （16）273min +=T T kn （17）G ——土壤热通量，MJ/（m 2·d）；对于逐日估算ET 0，则第d 日土壤热通量为)(38.01--=d d T T G （18）对于分月估算ET 0，则第m 月土壤热通量为：)(14.01--=m m T T G （19）T d 、T d-1——分别为第d 、d-1日气温，℃；T m 、T m-1——分别为第m 、m-1日气温，℃；γ——湿度表常数，kpa·℃-1；λγ/00163.0P = （20）P ——气压，kpa ；26.5)2930065.0293(3.101Z P -= （21） Z ——计算地点海拔高程，m ；λ——潜热，MJ ·kg -1； T ⋅⨯-=-)10361.2(501.23λ （35）u 2——2m 高处风速，m/s ；)42.58.67ln(/87.42-⋅=h u u h （36）h ——风标高度，m ；u h ——实际风速，m/s 。
灌溉排水工程学习题集
灌溉排水工程学习题集编辑：迟道才夏桂敏张旭东孙仕军王丽学绪论思考题1.试述灌溉排水工程的基本任务。
2.试述我国水资源的特点。
3.试述我国灌溉排水分区特点。
4.排水工程学的主要研究内容有那些？5. 什么叫农田水分状况和地区水情？第一章农田水分状况及土壤水分运动思考题1.土壤是由哪几部分物质组成的？2. 农业土壤的剖面一般有哪几层？各层性质有何不同？3. 什么是水分常数？常用的水分常数有哪几种？并分别说明其含义。
4. 什么叫土壤的有效水？各类质地的土壤有效水范围是什么？5. 如何确定土壤有效水的最大贮量？生产实践中灌水时，为什么不能以凋萎系数作灌水下限？6. 分别说明土水势及各分势的基本概念。
7. 什么是土壤水分特征曲线？在实践中如何应用？如何测定？8. 作物体内水分存在的状态有哪两种、有何区别？它们在作物生理活动中起何作用？9. 什么是渗透作用？10. 作物吸收和运输水分的动力是什么？影响根系吸水的因素有哪些？11. 作物是通过什么途径进行蒸腾的？气孔的开闭及水分状况的关系？12. 水分不足和水分过多时对作物产生什么危害？13. 根区土壤水分平衡方程有什么作用？计算题1.某农田1m深以内土壤质地为壤土，其孔隙率为47%，悬着毛管水的最大含水率为30%，凋萎系数为9.5%（以上各值皆按占整个土壤体积的百分数计），土壤容重为1.40g/cm3，地下水面在地面以下7m 处，土壤计划湿润层厚度定为0.8m。
要求：计算土壤计划湿润层中有效含水量的上、下限，并分别用m3/亩，m3/ha和mm水深三种单位表示有效含水量的计算结果。
2.某土壤经试验测定，第一分钟末的入渗速率i1=6mm/min，α=0.4。
要求：运用土壤入渗经验公式计算30min内的入渗水量及平均入渗速率，以及第30分钟末的瞬时入渗速率。
3. 土壤蒸发计算某质土壤1m土层内初始含水率θ0=19%（体积，下同），小于临界含水率θc，蒸发处于强度递减阶段。
彭曼公式在确定农作物需水量灌溉定额中的应用
彭曼公式在确定农作物需水量灌溉定额中的应用作者：杨翠娥来源：《乡村科技》 2017年第32期［摘要］目前，确定农作物需水量最有效、最准确的方法是利用彭曼公式，与土壤性质、气候条件、农业技术关系密切，农作物需水量是确定农作物灌溉定额的依据，数据准确、可靠，能够为灌溉工程设计、制订灌水计划和灌区管理提供科学决策。
［关键词］农作物；需水量；彭曼公式［中图分类号］ S274 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-7909（2017）32-91-3农作物需水量是指农作物在适宜的外界环境条件下正常生长发育达到或接近达到该农作物品种的最高产量水平所消耗的水量。
农作物需水量是农田水利灌溉设计的基础数据，受气象、农作物种类等限制，直接影响灌溉定额的计算结果，是灌区规划设计、灌溉管理的依据。
由于灌区所处地理位置不同，农作物需水量有很大差别，计算方法有蒸发皿法、产量法等经验公式法和彭曼法。
经验公式法计算简单但结算结果粗略；彭曼法理论基础可靠，计算精度较高，但计算较复杂，所需基础数据较多。
1 影响农作物需水量的因素影响田间农作物需水量的主要因素有气象条件、农作物种类、土壤性质和农业措施等。
气温高，空气干燥，风速大，农作物需水量就大；生长期长、叶面积大、生长速度快、根系发达以及蛋白质或油脂含量高的农作物，需水量大；土壤含水量大，沙性大，则需水量大。
而通过一定的农业技术措施可以改善农作物需水量，如地面覆盖、滴灌等。
2 彭曼法计算农作物需水量彭曼法是英国科学家彭曼于1949 年首次提出，又于1963年简化了的公式。
彭曼法计算农作物需水量时分两步。
2.1 计算出潜在需水量潜在需水量是指农作物在供水充足条件下的需水量，计算公式如下：式（1）中，P0为标准大气压；P 为计算地点平均大气压；Δ 为平均气温时饱和水气压；γ 为湿度计常数；Rn为太阳净辐射。
2.2 计算实际农作物的需水量实际农作物的需水量计算公式如下：式（2）中，KC为农作物系数。
作物需水量和灌溉制度讲解
而这一时段末灌水定额m
m =Wmax -Wmin= 667nH（θmax – θmin) m =Wmax -Wmin= 667H（θ′max – θ′min)
式中 m— 灌水定额，m3/亩； H— 该时段内土壤计划湿润层深度，m； n—计划湿润层内土壤的空隙率（以占土壤体积的%计）
2、基本资料的收集
P0=P-P地
(2-15)
降雨入渗量也可用降雨入渗系数来表示：
P0=αP
(2-16)
α—降雨入渗系数，其值与一次降雨量、降雨强度、降雨延续时
间以及土壤性质、地面覆盖及地形等因素有关。
一般认为一次降雨量小于5mm时，α为0； 当一次降雨量在5～50mm时，α约为0.1.～0.8； 当次降雨量大于50mm时，α=0.7～0.8。
计算思路
计算ET0； 根据作物系数Kc对ET0进行修正即可求出 作物的实际需水量ET；ET=KcET0 作物实际需水量则可根据作物生育阶段分 段计算。
(一)参照作物需水量的计算
其基本思想是：将作物腾发看作能量消耗的过程，通 过平衡计算求出腾发所消耗的能量，然后再将能量折 算为水量，即作物需水量。
要求的范围内。
ET
ET
ET
m
P0
K
1、水量平衡方程
Wt - W0 = Wr + P0 + K + M - ET
式中： Wt, W0 — 时段初和任一时间t时的土壤计划湿润层 内的储水量； Wr — 由于计划湿润层增加而增加的水量； P0 — 保存在土壤计划湿润层内的有效雨量 K— 时段t内的地下水补给量，即K =kt； M— 时段t内的灌溉水量； ET—时段t内的作物田间需水量，即ET=et，e为t时段内平 均每昼夜的作物田间需水量。mm 或 m3/亩
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利用彭曼公式计算
作物需水量
作物需水量的计算方法很多，过去常采用经验公式，即采用主要气象因子与作物需水量的经验关系进行估算，误差较大.近年来,国内外采用较多的是利用彭曼公式计算作物需水量,即通过采用参考作物需水量ETO 与作物系数KC的计算方法.彭曼公式理论基础可靠，计算精度较高，但计算较复杂•本文简要介绍利用彭曼公式计算作物需水量的方法和过程.
，计算参考作物需水量
参考作物在供水充足条件下的需
水量彭曼公式为：
R+E
ETo
F'
式中各项的意义及确定方法如
下：
（一）FPo?A 因子
式中,P为海平面标准大气压，
kPa;P为计算地点的实际气压，kPa;A为饱和水汽压一温度曲线上的斜率;为湿度计常数，kPaFC.
已知计算点的海拔高度及气温，
便可方便地从农田水利学课本或有关规范的附表中查得?令.
（二）净辐射因子R
R为达到地表的净辐射，可以用
辐射平衡表直接测量•没有直接测量数据时，可以用下式计算：尼=凡一尼o
1•净短波辐射：
凡=0.75（ n +6）几
兄为大气外圈接收阳光的辐射，可根据计算点的纬度从地平面大气边缘太阳辐射表中查出不同月份的兄值.
用H代表0.75(.+b等),N值
为不同月份天文上可能出现的最大日平均日照时数，它决定于纬度的多少,n为当地实际日照时间，温带地
区a值为0.18,b值为0.55有了
H值便可算得到达地表的净波辐射能
量 R:HR..
2•净长波辐射损失:R:
(0.56— 0.079)
在大气层和地表之间有长波辐射存在，通常从大气层向地表的长波辐射量小于从地表向大气层的长波辐射量，二者之差即为净长波损失掉的能量,其大小与黑体辐射量，实际水气压ed和n/N值有关.
在黑体辐射量中，or为斯
提芬一保勒斯曼常数，可取02 为绝对温度，二T+273.有了温度
，可以计算或从黑体辐射量表中查
得or值，以mm/d表示.
实际水气压e,通常各气象站都
有实测记录.如无实测记录，可间接计
算而得•根据平均相对湿度Rh计算，即ed=eb^肋…其中e为饱和水气压，从饱合水气压与温度关系表中查得不同温度下的e值.
(三)干燥力因子
=0.26(1+Bu2)(et, — ed)
式中前半部分谓之风函数，
(u),F( II )=0.26(1+Bu2)
式中u:是离地面2m高处的风速以m/s 计•我国各气象站的风速值大多为风标高处的风速，需乘以 0.75后改正为2m 高处的风速”:.
B为风速改正系数，在日最低气温平均值大于5qC且日最高气温与日最低气温之差的平均值大于12 C
时,B=0.7 一 0.265其余条件
下,B=0.54.
式中后半部分谓之饱和差，以
d 表示(d=e6 一 ed).
有些气象站已有饱和差观测记录,可以直接利用；如无d值记录，可依据前面的方法分别求得e及e 值再算出d
值.
在分别得出譬？令,R及E, 后,即可由E式计算出ETo值来.
二,计算实际作物需水量
参考作物蒸发蒸腾是相对于一定
的参照面而言的，并不能代表实际农田的蒸发蒸腾量•通常把某一时段作物实际蒸发蒸腾(ETC)与参考蒸发蒸腾(ET.)之比称为作物系数(Kc).作物需水量的计算公式是:ETc=KcX
E.
式中:ETo为参考作物蒸发蒸腾量;K为综合作物系数，与作物种类，品种，生育期和作物的群体叶面管
良
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积指数等因素有关，是作物自身生物学特性的反映.K可由当地或邻近灌溉试验站取得，或从作物需水量等值线图中查得.30亩以上的灌区宜按下式
计算:Kc二a+bLAI
式中:a,b为经验系数，可取
当地或邻近灌溉试验站试验资料LAI为叶面积指数.
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47?
利用彭曼公式计算作物需水量口刘明。