بخشی از مقاله

*** اين فايل شامل تعدادي فرمول مي باشد و در سايت قابل نمايش نيست ***

بررسی روش هاي مختلف برآورد تشعشع، رطوبت نسبی و باد در محاسبه تبخیر و تعرق مرجع در شرایط کمبود داده با نرم افزار REF-ET و انتخاب مناسب ترین روشها(مطالعه موردي خراسان جنوبی)
چکیده
تبخیر و تعرق((ET یکی از مهمترین مؤلفه هاي چرخه آب در طبیعت است و تعیین دقیق آن براي ﻣﻄﺎﻟﻌﺎت بیلان آبی، آبیاري و برنامه ریزي و مدیریت منابع آب ضروري است. در برخی از ایستگاه ها بدلیل عدم وجود داده هاي تشعشع، رطوبت نسبی و یا سرعت باد باید این داده ها بطور غیر مستقیم تخمین زده شوند. لذا میبایست روش مد نظر براي تخمین این پارامترها در ایستگاه هاي هواشناسی ایران بررسی شوند. در همین راستا بدلیل عدم وجود تحقیقی در این خصوص در استان خراسان جنوبی در این تحقیق به بررسی این روابط پرداخته خواهد شد. بر این اساس براي تخمین تشعشع 3 روش 6) حالت)، تخمین باد یک روش 6) حالت)، رطوبت نسبی یک روش و دماي نقطه شبنم از سه روش و با کمک، مدل REF-ET، انجام گردید. بررسی ها بر روي سه ایستگاه بیرجند، فردوس و قائن در خراسان جنوبی، با روشهاي آماري فراسنجهاي خطایی RMSE, MAE,MBE,t و آزمون معنی داري میانگینهاي برآورد در مقایسه با مقادیر واقعی تبخیر و تعرق پنمن مانتیث فائو در سطح 95 درصد، انجام گردیده است. نتایج بدست آمده در خصوص برآورد تشعشع در شرایط کمبود داده، نشان میدهد، در کلیه ایستگاه روشهاي k*Ra و با مقدار KRs =O.16 به ترتیب بهترین برآوردها بوده و در سطح 95 درصد معنی داري قابل توصیه میباشد، که با پیشنهاد نرم افزار REF-ET و FAO-56 در مناطق خشک و نیمه خشک، همخوانی دارد. نتایج مربوط به سرعت باد نشان میدهد که کمترین مقادیر فراسنجهاي خطایی در هر سه ایستگاه در سرعت باد 5 متر در ثانیه، بوده. همچنین اهمیت اندازه گیري و انتخاب روشهاي مناسب برآورد سرعت باد و تاثیر قابل توجه آن در برآورد تبخیر و تعرق مرجع در نتایج، مشهود می باشد. بر اساس نتایج بدست آمده در خصوص برآورد داده هاي مفقود دماي نقطه شبنم و یا رطوبت نسبی چنین استنباط میشود که برآورد تبخیر و تعرق مرجع وابستگی و حساسیت قابل ملاحظه اي به برآورد داده هاي رطوبت نسبی و دماي نقطه شبنم داشته که نیاز به واسنجی روشهاي ارائه شده در مدل در مناطق مختلف میباشد.لذا در منطقه خراسان جنوبی بهترین برآورد دماي نقطه شبنم، رابطه Tdew Tmin − k و k=4 بدست آمده و در سطح 95 درصد معنی داري، قابل توصیه میباشد. آنچه از نتایج بدست آمده ضرایب همبستگی،کاملاً مشخص است، تاثیر گذار بودن تمام پارامترهاي هواشناسی در برآورد تبخیر و تعرق میباشد، بطوریکه تاثیر تمام پارامترها هواشناسی در برآورد تبخیر و تعرق در سطح 95 درصد معنی دار است.


مقدمه
تنها فاکتورهاي تأثیر گذار در ETo پارامترهاي اقلیمی می باشد. طی یـک تحقیـق توسـط مشـاورین متخصص در می 1990، روش فائو پنمن مانتیس به عنوان روش استاندارد براي تعریف و محاسـبه تبخیـر و تعرق مرجع پیشنهاد شد (علیزاده، .(1383 با توجه به مصرف حدود 70 درصـد منـابع آب قابـل استحصـال جهان در بخش کشاورزي، و نیز بحران بسیار جدي کمبود منابع آبی خصوصا در کشورهایی چون ایران و نیز بحثهاي تغییر اقلیم، تخمینهاي قابل اطمینان از تبخیر نعرق و نیاز آبی گیاهان و اصلاح روشهاي تعییین آن، از راهکارهاي مهم در این خصوص می باشد. در این میان، یکی از مشکلات برآورد تبخیر و تعرق در بسـیاري از مناطق، عدم دسترسی به داده هاي قابل اطمینان از رطوبت، تابش و سرعت بـاد، مـی باشـد. روش پـنمن مانتیث بعنوان معادله استاندارد برآورد تبخیر و تعرق توسط سازمان FAO معرفی شده است. بنابراین جهت استفاده از این روش نیاز به تخمین داده هاي مورد نیاز هواشناسی در شرایط کمبود داده، میباشد که در این تحقیق روشهاي برآورد تابش، سرعت باد و رطوبت نسبی بـا اسـتفاده از مـدل REF-ET مـورد اسـتفاده و ارزیابی قرار گرفته است. منطقه مورد مطالعه خراسـان جنـوبی بـوده و ایسـتگاه هـاي سـینوپ تیک بیرجنـد، فردوس، و قائن میباشد. خراسان جنوبی در اقلیم خشک و نیمه خشک واقع شـده اسـت و میـانگین بـارش سالانه در مرکز آن 173 میلیمتر میباشد (محمدیان، .(1382 براي ارزیابی تبخیـر و تعـرقگیـاه مرجـع از دادههاي هواشناسی ایستگاه سینوپتیک بیرجند، قائن و فردوس استفادهگردیـد . جـدول 1 میـانگین روزانـه دادههاي مورد استفاده را در طی سالهاي مورد بررسی براي کلیه ایستگاهها 18 سال 1987) الی (2005 را نشان میدهد.

بر این اساس در این تحقیق براي محاسبه تبخیر و تعرق گیاه مرجع از نرم افزار REF-ET استفاده شد. لازم به ذکر است در این تحقیق از روش فائو پنمن مانتیث 56 استفاده شده است. دلیل استفاده از مدل REF-ET، محاسبه تبخیر و تعرق با روش فائو پنمن مانتیث 56 بر اساس روشهایی، جهت برآورد داده هاي گم شده ي تشعشع، باد، رطوبت نسبی و دماي نقطه شبنم میباشد. در نهایت برآوردهاي محاسبه شده، با
داده هاي تبخیر و تعرق واقعی مقایسه و بهترین روشها، توصیه گردیده است.

مواد و روشها
اگر دادههاي روشنایی یا تابش موجود نباشد و یا اگر چند پارامترهاي اقلیمی در دسترس باشد با هر تابشی می توان محاسبه را انجام داد، در ذیل قواعد محاسبه آورده شده است :
- روش اول (تفاوت دماي حداقل و حداکثر) : اگر تابش خالص (Rn) موجود نباشد، Rs با استفاده از معادله ي 1 که با تنوع اقلیمی تعدیل و توسط هارگریوز و سامانی پیشنهاد شده، برآورد میگردد:

که Ra تابش برون زمینی
Tmax حداکثر دماي هوا (oC)
Tmin حداقل دماي هوا (oC)،
KRs ضریب اصلاحی اقلیم .
به عبارت دیگر براي برآورد داده هاي ناقص تشعشع توسط روشهاي بالا از نرم افزار REF_ET کمک گرفته شد (شکل .( 1 همانطور که در شکل زیر نیز مشخص است در روش اول مقدار KRs بین 0/16 الی 0/19 تغییر میکند، که در مناطق ساحلی و غیر ساحلی متفاوت میباشد. طبق پیشنهاد مدل و نشریه FAO56 براي مناطق غیر ساحلی، ضریب اصلاحی KRs، 0/16 در نظر گرفته میشود. بر این اساس در این تحقیق نیز مقدار KRs مقادیر 0/16، 0/17، 0/18 و 0/19 در نظر گرفته شده است.
- روش دوم : (island ) طبق رابطهRs =0/7 Ra-4 میتوان نسبت به برآورد تشعشع اقدام نمود که براي جزایر پیشنهاد شده است.
روش سوم(:(kR طبق رابطهRs =kR*Ra ، با انتخاب مقـادیر مناسـب بـراي kR، میتـوان تشعشـع را برآورد نمود. شایان ذکر است ضریب kR بر اساس اقلیم و منطقه تعیین و بین 0/1 تا 1 پیشنهاد شده اسـت که در این تحقیق بر اساس نتایج سبزي پرور((2007 مقدار 0/25 در نظر گرفته شده است.

در خصوص سرعت بادژ در این تحقیق سرعت باد از مقدار 2 الی 7 متر در ثانیه بطور یک واحـد یـک واحد افزایش داده شد و نتایج برآورد تبخیر تعرق مورد ارزیابی قرار گرفت. دلیل انتخـاب سـرعت 7 متـر در ثانیه نیز بدلیل این بوده که اغلب سرعت باد در این مناطق کمتر از 7 می باشند.

در خصوص رطوبت هواژ در این تحقیق مطابق شکل 3 با کمک مـدل صقوکقص در صـورت نبـود داده هاي دماي نقطه شبنم، با توجه به رهنمود موجود در نرم افزار مقدار ثK (مربوط به اقلیمهاي مختلف) بـراي مناطق خشک و نیمه خشک 2 درجه پیشنهاد شده است. لازم به ذکر است که در این تحقیق مقـدار 2، 3 و 4 براي ثK در نظر گرفته شده و نتایج برآورد مورد ارزیابی قرار گرفت.

همانطور که در قبل نیز ذکر شد هدف برآورد تاثیر روش هاي برآورد مقادیر فوق در مقدار تبخیر و تعرق محاسبه شده توسط پارامترهاي برآورد شده فوق است. لذا در ابتدا با ورود داده هاي ثبـت شـده در ایسـتگاه هاي مورد بررسی مقدار تبخیر و تعرق توسط روش فائو پنمن مانتیث 56 با استفاده از نرم افـزار REF-ET محاسبه گردید. سپس با ورود داده هاي برآورد شده تشعشع، سرعت باد، رطوبت نسبی و دماي نقطه شـبنم به جاي داده هاي ثبت شده، اقدام به برآورد تبخیر و تعـرق گردیـد. درایـن تحقیـق بـراي ارزیـابی کـارایی روشهاي ﻣﺤﺎﺳﺒﻪ تشعشع، سرعت باد و رطوبت نسبی از معیار هايجـذر میـانگین مربـع خطـا RMSE 4 ، میانگین خطاي گرایشMBE 5 و میانگین خطاي مطلقMAE 6 و شاخص ﺗﺮﮐﯿﺒـﯽ جاکویـدز t، اسـتفاده گردید. روابط مربوط به این آمارهها بصورت زیر میباشد (گراسیو و همکاران، :(2008

در نهایت جهت تکمیل نتایج آماري ، مقدار z درآزمون مقایسـه میانگینهـاي هـر روش بـا روش مرجـع استخراج و در
سطوح معنی داري 95 درصد مورد بحث قرار گرفته است.

در متن اصلی مقاله به هم ریختگی وجود ندارد. برای مطالعه بیشتر مقاله آن را خریداری کنید