ارزیابی مدل های تبخیر- تعرق گیاه مرجع برای اقلیم گرم و خشک (مطالعه موردی: ایستگاه سینوپتیک زاهدان)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسنده

دانشگاه زابل-دانشکده آب و خاک- گروه مهندسی آب

چکیده

سابقه و هدف: تبخیر- تعرق (ET) مهمترین پارامتر در مطالعات اقلیمی و هیدرولوژیکی همچنین در مدیریت و برنامه‌ریزی آبیاری می-باشد. برآورد تبخیر- تعرق مرجع (ETo) به روشی ساده، مورد توجه زیادی، به‌خصوص در کشورهای توسعه یافته، که در آن اطلاعات هواشناسی مورد نیاز برای روش استاندارد پنمن- مونتیث فائو (PMF-56) تاقص و یا در دسترس نمی‌باشد، قرار گرقته است. لذا هدف این تحقیق، ارزیابی و مقایسه 30 روش‌ مختلف برآورد تبخیر- تعرق مرجع با توجه به روش استاندارد پنمن- مونتیث فائو و تعیین بهترین معادله برآورد تبخیر- تعرق مرجع از میان روش‌های ساده تجربی، به‌عنوان جایگزین مناسب برای روش پنمن- مونتیث فائو، در اقلیم گرم و خشک شهرستان و ایستگاه زاهدان می‌باشد.
مواد و روش‌ها: در این پژوهش 30 روش معمول برای برآورد تبخیر- تعرق شامل چهار گروه 1- روش‌های بر پایه ضریب تشت، 2- روش‌های بر پایه دما، 3- روش‌های بر پایه تشعشع، و 4- روش‌های بر پایه انتقال جرم، در مقایسه با روش PMF-56، برای برآورد ETo مورد بررسی قرار گرفتند و سپس بهترین و ضعیف‌ترین روش در هر گروه برای ایستگاه زاهدان با اقلیم گرم و خشک، انتخاب شدند. روش‌های مورد بررسی در این پژوهش عبارتند از: کوینکا، آلن و پروت، اشنایدر، اشنایدر اصلاح شده، پریرا، اورنگ، راگووانشی و والندر، فائو 56 (روش‌های بر پایه تشت)، اس‌کندل، 4 مدل ارائه شده از معادله هارگریوز توسط دروگرس و آلن و تراجکوویک، بلانی- کریدل (روش‌های بر پایه دما)، مک‌کینک، تورک، جنسن- هیز، پریستلی- تیلور و تابشی فائو 24 (روش‌های بر پایه تشعشع)، دالتون، ترابرت، مایر، راور، پنمن، آلبرت، روماننکو، بروکمپ و ونر، WMO و ماهرینگر (روش‌های بر پایه انتقال جرم).
یافته‌ها: در ابتدا، مقادیر میانگین ماهانه ETo (با استفاده از 30 مدل ارائه شده) تعیین و سپس کارایی آنها در مقایسه با ETo محاسبه شده با روش PMF-56، در هر گروه مورد ارزیابی قرار گرفت. ETo محاسبه شده از معادله اشنایدر (R2=0.85، NRMSE=0.08، PE=8.30)، هارگریوز- 4 (R2=0.93، NRMSE=0.04، PE=8.33)، تورک (R2=0.96، NRMSE=0.03، PE=6.52) و دالتون (R2=0.81، NRMSE=0.18 PE=12.89) به‌ترتیب از روش‌های بر پایه ضریب تشت، بر پایه دما، بر پایه تشعشع و بر پایه انتقال جرم، با کمترین درصد خطا از هر گروه، بهترین برآورد را نسبت به روش PMF-56 نشان دادند.
نتیجه‌گیری: به‌طور کلی، نتایج این پژوهش حاکی از این می‌باشد که روش‌های بر پایه انتقال جرم از نظر آماری ضعیف‌ترین عملکرد را نسبت به سایر روش‌ها در مقایسه با روش استاندارد نشان دادند؛ اما مدل‌های دمایی و تشعشعی مانند مدل تورک، جنسن- هیز، هارگریوز-4 و بلانی- کریدل می‌توانند جایگزین مناسبی برای روش ترکیبی نسبتا پیچیده پنمن- مونتیث فائو، برای اقلیم گرم و خشک شهرستان زاهدان باشند. با توجه به در دسترس نبودن اطلاعات کامل هواشناسی برای برآورد ETo با استفاده از مدل ترکیبی PMF-56 در بسیاری از مناطق جهان به‌ویژه در کشورهای در حال توسعه و همچنین نقاط مختلف کشور ایران، نتایج این پژوهش می‌تواند برای انتخاب روش ساده محاسبه ETo به عنوان جایگزینی برای روش استاندارد در شرایط اقلیمی گرم و خشک مناسب باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluation of reference evapotranspiration models for warm arid climate (Case Study: Zahedan station)

نویسنده [English]

  • parisa kahkhamoghadam
university of zabol
چکیده [English]

Background and objectives: Evapotranspiration (ET) is an important parameter for climatological and hydrological studies, as well as for irrigation planning and management. Evaluation of simple reference evapotranspiration (ETo) methods has received considerable attention in developing countries where the weather data needed to estimate ETo by the Penman–Monteith FAO 56 (PMF-56) model are often incomplete and/or not available. So the goal of this study, was to Evaluation and Comparison 30 different methods according to the standard method of reference evapotranspiration PMF-56 equation and determine the best equation, as a Replace to PMF-56, in a warm arid climate is the city and station of Zahedan.

Materials and methods: In this study, 30 commonly used ETo equations that belonged to four groups: (1) pan evaporation-based methods, (2) temperature-based methods,(3) radiation-based methods, and (4) mass transfer-based methods were evaluated against the PMF-56 standard model; and the best and worst equations of each category were determined from the Zahedan station located in a warm arid climate.The assessed methods were: Cuenca, Allen and Pruitt, Snyder, Modified Snyder, Pereira, Orang, Raghuwanshi and Wallender, FAO-56 (pan evaporation-based), Schendel, four new types of Hargreaves equation reported by Droogers and Allen and Trajkovic, Blaney–Criddle (temperature-based), Makking, Turk, Jensen–Haise, Priestley- Taylor, FAO-24 (radiation-based), Dalton, Trabert, Meyer, Rohwer, Penman, Albrecht, Romanenko, Brockamp and Wenner, WMO and Mahringer (mass transfer-based).

Results: Initially, in each group the monthly mean values ETo (using 30 model) were determined and compared their relative performance with respect to PMF-56 ETo estimates in the study.
The ETo calculated by the Snyder equation (R2=0.85، NRMSE=0.08، PE=8.30), Hargreaves- 4 (R2=0.93، NRMSE=0.04، PE=8.33), Turk 24 (R2=0.96، NRMSE=0.03، PE=6.52) and Dalton (R2=0.81، NRMSE=0.18 PE=12.89), pan evaporation-based, temperature-based, radiation-based and mass transfer-based respectively best matched the ETo estimates by the PMF-56 equation with the lowest errors rates.

Conclusion: In general, the comparative results showed that the mass transfer-based equations had the worst performances, while the radiation-based and temperature-based models (as Turk, Jensen–Haise, Hargreaves- 4 and Blaney–Criddle) were the best-suited equations for estimating ETo in this Warm arid climate (Zahedan). Considering the unavailability of full weather data for applying the PMF-56 model for estimation of ETo in many regions of the world and in different parts of the Iran, especially in developing countries, the results will be useful for choosing the simpler ETo methods in Warm arid climates. It is better to achieve real results for other places with similar climatic conditions to be assessed.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Penman- Monteith FAO
  • Turk
  • Hargreaves- Samani
  • Zahedan
1.Allen, R.G. 1996. Assessing integrity of weather data for use in reference. Evapotranspiration
estimation. J. Irrig. Drain. Eng. ASCE. 122: 2. 97-106.
2.Allen, R.G., Pereira, L.S., Raes, D., and Smith, M. 1998. Crop Evapotranspiration -
Guidelines for Computing Crop Water Requirements, FAO Irrigation and Drainage Paper
56, FAO, 1998, ISBN 92-5-104219-5.
3.Allen, R.G., Jensen, J.L., Wright, J.L., and Burman, R.D. 1989. Operational estimate of
evapotranspiration. Agron. J. 81: 650-662.
4.Droogers, P., and Allen, R.G. 2002. Estimating reference evapotranspirationunder inaccurate
data conditions. Irrig. Drain. Syst. 16: 33-45.
5.Hargreaves, G.L., and Samani, Z.A. 1985. Reference crop evapotranspiration from
temperature. Appl. Eng. Agric. 1: 2. 96-99.
6.Khoshhal, J., Zare Abyaneh, H., and Joshani, A.R. 2015. Evaluation of different methods to
estimate the reference evapotranspiration by pan evaporation FAO in the catchment area of
the East and South East. Physical Geography Research. 28p. (In Persian)
7.Landeras, G., Ortiz-Barredo, A., and Lopez, J. 2008. Comparison of artificial neural network
models andempirical and semi-empirical equations for dailyreference evapotranspiration
estimation in the Basque Country (Northern Spain). AgriculturalWaterManagement.
95: 5. 553-565.
8.Nasajizavareh, M., and Sadeghifar, R. 2007. Estimating reference evapotranspiration using
different methods (Case study: Karaj station). 2007. Iranian’s 9th - national Seminar on
Irrigation& Evaporation Kerman, Iran, 2007. (In Persian)
9.Priestley, C.H.B., and Taylor, R.J. 1972. On the assessment of surface heat flux and
evapotranspiration using large scale parameters. Mon Weather Rev. 100: 81-92.
10.Raghuwanshi, N.S., and Wallender, W.W. 1998. Converting from pan evaporation to
evapotranspiration. J. Irrig. Drain. Eng. 118: 6. 977-980.
11.Sabziparvar, A.A., Tabari, H., Aeini, A., and Ghafouri, M. 2010. Evaluation ofclassA pan
coefficient models for estimation of reference cropevapotranspiration in cold-semi arid and
warm arid climates.Water Resour. Manage. 24: 909-920.
12.Sabziparvar, A., Tafazoli, F., Zare Abyaneh, H., Mosavi Byegi, M., Ghafouri, M., Mohseni
Movahed, A.A., and Maryanji, Z. 2008. Comparison of some crop reference
evapotranspiration models in a cold semiarid climate to optimize the use of radiation models.
J. Water Soil. 22: 2. 328-340. (In Persian)
13.Sentelhas, P.C., Gillespie, T.J., and Santos, E.A. 2010. Evaluation of FAO Penman-Monteith
and alternativemethods for estimating reference evapotranspirationwith missing data in
Southern Ontario, Canada. Agricultural Water Management. 97: 5. 635-644.
14.Tabari, H., Grismer, M.E., and Trajkovic, S. 2013. Comparative analysis of 31 reference
evapotranspiration methods under humid conditions. Irrig. Sci. 31: 107-117.
15.Trajkovic, S. 2007. Hargreaves versus Penman-Monteith under Humid Condition. J. Irrig.
Drain. Eng. ASCE. 133: 38-42.
16.Trajkovic, S., and Kolakovic, S. 2009. Evaluation of reference evapotranspiration equations
under humid conditions. Water Resources Management. 23: 14. 3057-3067.
17.Turc, L. 1961. Evaluation des besoins en eau irrigation, l’evapotranspirationpotentielle.
Ann. Agron. 12: 13-49.