برآورد تبخیرتعرق گیاه مرجع تحت سناریوهای کمبود داده (مطالعه موردی: استان کرمانشاه)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار دانشکده مهندسی آب، دانشگاه بوعلی سینا، همدان

2 دانشجوی دکتری آبیاری و زهکشی، گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بوعلی‌ سینا

3 استادیار گروه آبیاری زهکشی پردیس ابوریحان دانشگاه تهران

چکیده

در دهه­های اخیر مطالعات بسیاری با هدف ارزیابی روش­های مختلف برآورد تبخیرتعرق، به عنوان یکی از پارامترهای مهم مدیریت منابع آب و آبیاری، انجام شده که در نتیجه این مطالعات، روش پنمن- مانتیث  فائو (PM) به عنوان روش استاندارد محاسبه تبخیرتعرق گیاه مرجع شناخته شده ­است. این روش نیازمند داده­های هواشناسی متعددی از جمله دمای هوا، تابش خورشیدی، کمبود فشار بخار و سرعت باد می­باشد. از آنجا که در بسیاری از مناطق ایران ایستگاه هواشناسی موجود نیست و یا تمامی داده­های هواشناسی مذکور اندازه­گیری نمی­شوند، بنابراین بررسی روش­هایی جهت برآورد تبخیرتعرق در چنین شرایطی ضروری است. در این مطالعه، سناریوهای مختلف در زمان کمبود یک، دو و سه پارامتر هواشناسی (رطوبت نسبی، سرعت باد و ساعات آفتابی) مورد ارزیابی قرار گرفته­اند. همچنین، روش­های پیشنهادی فائو (PM-R )، PM-CI (محاسبه- سپس- درونیابی)،  PM-IC(درونیابی- سپس- محاسبه) و هارگریوز سامانی (HS) با استفاده از پارامترهای آماری مختلف با روش PM  به عنوان روش استاندارد محاسبه تبخیرتعرق گیاه مرجع مورد مقایسه قرار گرفتند. نتایج نشان می­دهد که در شرایطی که سرعت باد در اختیار نباشد، روش PM-IC تبخیرتعرق را با دقت بیشتری برآورد می­کند (R2>0.96). در حالی که در شرایط کمبود سایر پارامترهای هواشناسی (ساعات آفتابی و رطوبت نسبی)، دقت روش PM-R بیشتر می­باشد (R2≈0.99). همچنین، در شرایط استفاده از روش­های مبتنی بر دما (کمبود سه پارامتر هواشناسی)؛ روش  HS( PBIAS=-3.091، ME=-0.156،MAE=0.337) نتیجه قابل قبول­تری نسبت به سایر روش­ها ارائه می­دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Assessment of reference evapotranspiration (ETo) methods under data scarcity scenarios (case study: Kermanshah)

نویسندگان [English]

  • samira Akhvan 1
  • Fatemeh Mousabeygi 2
  • Seyyed Ebrahim Hashemi Garmdareh 3
2 Ph.D. Student of Irrigation and Drainage Engineering, Department of Water Engineering, College of Agriculture, Bu-Ali Sina University, Hamedan, Iran
3 Irrigation and drainage Dep., Aburaihan campus, University of Tehran
چکیده [English]

Many studies have evaluated different methods to estimate evapotranspiration as one of the most important parameters of water resources and irrigation management in recent decades. The result of these studies confirmed that the FAO Penman-Monteith (PM) is the standard method for calculating reference evapotranspiration. This method requires numerous meteorological data such as air temperature, solar radiation, air humidity and wind speed. Since in most regions of Iran, the weather station is not available or all of the meteorological data is not measured, hence investigation of methods to estimate evapotranspiration is necessary in these situations. In this study, data scarcity scenarios, (when one, two and three meteorological variables are not available: relative humidity, wind speed and sunshine hours), have been evaluated. Also, the FAO-56 manual recommended methods (PM-R), PM-CI (computation-then-interpolation), PM-IC (interpolation-then-calculation) and Hargreaves–Samani (HS) were compared using different statistical parameters. The results showed that in absence of wind speed (when one or two meteorological parameters are not available), the PM-IC method estimated more accurately (R2> 0.96), while precision of the PM-R method is higher (R2 ≈ 0.99) in absence of other weather parameters (sunshine hours and air humidity). Also, the HS method, temperature-based methods (absence of three meteorological data), provided a more acceptable result (PBIAS = -3.091, ME = -0.156, MAE = 0.337) than other methods.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Reference Evapotranspiration
  • Kermanshah
  • Data scarcity
  • Spatial Interpolation

رحیمی خوب، ع. بهبهانی، م. نظری فر، م. 1388. بررسی استفاده از حداقل داده های هواشناسی در معادله پنمن مانتیث- مطالعه موردی استان خوزستان. علوم کشاورزی: 12(3).   

توکلی ،ا. قهرمان،ب. اوری،ک. انصاری،ح. 1392. برآورد تبخیر- تعرق مرجع در شرایط کمبود داده (مطالعه موردی: استان خراسان شمالی). علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، علوم آب و خاک: 17(65).

علیزاده، ا.، کمالی، غ. 1386. نیاز آبی گیاهان در ایران، دانشگاه امام رضا.

قائمی بایگی, مریم, رائینی سرجاز, محمود, موسوی بایگی, محمد. 1392. برآورد ضریب گیاهی و تبخیر – تعرق گندم رقم گاسکوژن در مشهد با استفاده از روش تراز انرژی. نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران. 58-68:(3)3.

موسوی بایگی،م. عرفانیان،م. سرمد، م. 1388. استفاده از حداقل داده های هواشناسی برای برآورد تبخیر و تعرق گیاه مرجع و ارائه ضرایب اصلاحی (مطالعه موردی: استان خراسان رضوی). پژوهشهای آب و خاک:23(1).

وزیری، ژ، ع. سلامت، م. انتصاری، م. مسچی، ن. حیدری، ح. دهقانی سانیچ. 1387. تبخیر-تعرق گیاهان (دستورالعمل محاسبه آب مورد نیاز گیاهان). کمیته ملی آبیاری و زهکشی ایران.

هژبر, حسن, معاضد, هادی, شکری کوچک, سعید.1393. برآورد تبخیر و تعرق مرجع با استفاده از مدل‌های تجربی، مدل‌سازی آن با شبکه عصبی مصنوعی و مقایسه آن‌ها با داده‌های لایسیمتری در ایستگاه کهریز ارومیه. نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران.13-25:(3)3

Allen, Richard G., Luis S. Pereira, Dirk Raes, and Martin Smith. 1998. Crop Evapotranspiration-Guidelines for computing crop water requirements-FAO Irrigation and drainage paper 56. FAO, Rome 300, no. 9: D05109.

Dadaser‐Celik, Filiz, Eda Cengiz, and Ozge Guzel. 2016. Trends in reference evapotranspiration in Turkey: 1975–2006. International Journal of Climatology 36.4: 1733-1743.

Dinpashoh, Yagob. 2006. Study of reference crop evapotranspiration in IR of Iran. Agricultural Water Management 84.1: 123-129.

Droogers, Peter, and Richard G. Allen. 2002. Estimating reference evapotranspiration under inaccurate data conditions. Irrigation and drainage systems 16, no. 1: 33-45.

Espadafor, M., et al. 2011. An analysis of the tendency of reference evapotranspiration estimates and other climate variables during the last 45 years in Southern Spain. Agricultural Water Management 98.6: 1045-1061.

Fouladmand, H. and Sepaskhah, A.R., 2005. Evaluation and calibration of three evapotranspiration equations in a semi-arid region.

Ghamarnia, H., Mousabeygi, F., Amiri, S. and Amirkhani, D., 2015. Evaluation of a Few Evapotranspiration Models Using Lysimeteric Measurements in a Semi-Arid Climate Region. Int J Plant Soil Sci, 5(2), pp.100-109.

Hargreaves, George H., and Richard G. Allen. 2003. History and evaluation of Hargreaves evapotranspiration equation. Journal of Irrigation and Drainage Engineering 129, no. 1: 53-63.

Hargreaves, George H., and Zohrab A. Samani. 1982. Estimating potential evapotranspiration. Journal of the Irrigation and Drainage Division 108, no. 3: 225-230.

Hargreaves, George H., and Zohrab A. Samani. 1985. Reference crop evapotranspiration from temperature. Applied engineering in agriculture 1, no. 2: 96-99.

Hart, Q. J., et al. 2009. Daily reference evapotranspiration for California using satellite imagery and weather station measurement interpolation. Civil engineering and environmental systems 26.1: 19-33.

Hashem, A., et al. 2016. Performance Evaluation and Development of Daily Reference Evapotranspiration Model. Irrigat Drainage Sys Eng 5.157: 2.

Irmak, Suat, et al. 2012. Trend and magnitude of changes in climate variables and reference evapotranspiration over 116-yr period in the Platte River Basin, central Nebraska–USA. Journal of Hydrology 420: 228-244.

Jabloun, M. de, and A. Sahli. 2008. Evaluation of FAO-56 methodology for estimating reference evapotranspiration using limited climatic data: Application to Tunisia.= Agricultural water management 95.6: 707-715.

Liu, Y., et al. 1997. Update definition and computation of reference evapotranspiration comparison with former method. Journal of hydraulic engineering 6.3: 27-33.

López-Moreno, J. I., T. M. Hess, and S. M. White. 2009. Estimation of reference evapotranspiration in a mountainous mediterranean site using the Penman-Monteith equation with limited meteorological data. Pirineos 164: 7-31.

Luo, W., M. C. Taylor, and S. R. Parker. 2008. A comparison of spatial interpolation methods to estimate continuous wind speed surfaces using irregularly distributed data from England and Wales. International journal of climatology 28, no. 7: 947-959

Mardikis, M. G., D. P. Kalivas, and V. J. Kollias. 2005. Comparison of interpolation methods for the prediction of reference evapotranspiration—an application in Greece. Water Resources Management 19.3: 251-278.

McVicar, Tim R., et al. 2007. Spatially distributing monthly reference evapotranspiration and pan evaporation considering topographic influences. Journal of hydrology 338.3: 196-220.

Raziei, Tayeb, and Luis S. Pereira. 2013. Estimation of ET o with Hargreaves–Samani and FAO-PM temperature methods for a wide range of climates in Iran. Agricultural water management 121: 1-18.

Savva, Andreas P., and Karen Frenken. 2002. Crop water requirements and irrigation scheduling. Harare: FAO Sub-Regional Office for East and Southern Africa.

Shenbin, Chen, Liu Yunfeng, and Axel Thomas. 2006. Climatic change on the Tibetan Plateau: potential evapotranspiration trends from 1961–2000. Climatic Change 76.3-4: 291-319.

Steidle Neto, Antonio J., et al. 2015. Reference evapotranspiration estimates based on minimum meteorological variable requirements of historical weather data. Chilean journal of agricultural research 75.3: 366-374.

Thomas, Axel. 2000. Spatial and temporal characteristics of potential evapotranspiration trends over China. International Journal of Climatology 20.4: 381-396.

Todorovic, Mladen, Biljana Karic, and Luis S. Pereira. 2013. Reference evapotranspiration estimate with limited weather data across a range of Mediterranean climates. Journal of Hydrology 481: 166-176.

Tomas-Burguera, Miquel, et al. 2017. Accuracy of reference evapotranspiration (ETo) estimates under data scarcity scenarios in the Iberian Peninsula. Agricultural Water Management 182: 103-116