بخشی از مقاله
چکیده:
برای محاسبه تبخیر- تعرق علاوه بر روش های مستقیم، روش های تجربی زیادی مانند روش استاندارد فائو پنمن- مونتیث ارائه شده است . تمامی مدل های برآورد ETo با ساختار ریاضی متفاوت نسبت به پارامترهای هواشناسی در اقلیمهای مختلف حساسیت و خطاهای استاندارد متفاوتی دارند. از این رو لازم است عدم قطعیت در ساختار ریاضی این مدلها تجزیه و تحلیل گردد. در این تحقیق علاوه بر آنالیز حساسیت هفت مدل برآورد ETo نسبت به پارامترهای هواشناسی در ایستگاه کرمان، میزان انحراف استاندارد ETo بر اساس پراش و هم پراشی پارامترها و مشتقات جزیی مرتبه اول و دوم ETo نسبت به این پارامترها بدست آمد.
نتایج نشان داد که نااطمینانی دادهها در فصول سرد سال بیشتر از فصول گرم سال بوده و تمامی مدلهای منتخب به دو پارامتر Tmax و Tmin حساسیت بیشتری نسبت به سایر پارامترها داشتند. دامنه تغییرات پراش ETo در طی سال به ترتیب - 0/78-5/49 - ، - 2/43-8/5 - ، - - 1/75-8/61، - 0/18-1/03 - ، - 0/19-1/09 - ، - 0/16-0/96 - و - 0/15 -0/56 - میلیمتر در روز در مدل های فائو پنمن- مونتیث، بلینی کریدل اصلاح شده، پریستلی تیلور، هارگریوز سامانی، هارگریوز، ایرماک- Rs و ایرماک- Rn حاصل شد.
.1 مقدمه
در علم آبیاری، برآورد دقیق نیاز آبی گیاهان زراعی و محصولات باغی از پایه ای ترین رکن طراحی و محاسبات مهندسی به شمار می رود. با توجه به صرف هزینه و وقت زیاد در استفاده از روش های مستقیم برای برآورد تبخیر- تعرق مرجع استفاده از مدل های ریاضی - ترنت وایت، 1948؛ بلانی کریدل، 1950؛ جنسن و هیز، 1963؛ هارگزیوز و سامانی، - 1985 با اندازه گیری های پارامترهای هواشناسی به عنوان متغیرهای مستقل اجتناب ناپذیر می باشد. معادله ترکیبی پنمن- مونتیث توسط آلن و همکاران - 1998 - به عنوان معادله ای استاندارد برای برآورد تبخیر- تعرق مرجع - ETo - بهبود یافت، و برای واسنجی سایر معادلات توسط سازمان های بین المللی مانند FAO و سایر پژوهشگران مورد استفاده قرار گرفته است.
- سابورایان و همکاران، 2011؛ زارع ابیانه و همکاران . - 1389 این روش در مقایسه با سایر روش ها مانند بلینی– کریدل، پریستلی- تیلور، تورک، ایرماک، ماکینگ، هارگریوز و هارگریوز سامانی نیاز به پارامترهای زیادتری از قبیل حداکثر و حداقل مقادیر روزانه دمای خشک و مقادیر میانگین روزانه برای سایر متغیرهای آب و هوایی در مقیاس زمانی 24 ساعته دارد. استفاده از متغیرهای آب و هوایی روزانه قابل دسترس در ایستگاه های هواشناسی برای برآورد ETo، همراه با منابع مختلف خطا می باشد. اولین منبع خطا، خطای در خصوصیت حسگر و تنظیمات دستگاههای اندازهگیری و یا قرائت داده ها توسط تکنیسینها است - مایر و همکاران 1989، ریچی و همکاران . - 1996 دومین منبع خطا در نتیجه برآورد متغیر های جوی دیگر بر اساس داده های هواشناسی قابل دسترس مانند برآورد تشعشع خورشیدی از درصد ساعت آفتابی یا درصد پوشش ابر میباشد. سومین منبع خطا مربوط به فواصل زمانی نمونهبرداری از دادههای آب و هوایی است.
چهارمین منبع خطا، که برآورد متوسط روزانه ETo را تحت تاثیر قرار میدهد و معمولا در سوابق تحقیق به آن اشاره نمیشود، مربوط به پراش و همپراشی داده ها و تاثیر مشترک آن ها در برآورد خطای استاندارد ETo است. علاوه بر این، وابستگی پراش و هم پراشی داده ها در برآورد خطا برای هر یک از متغیرهای آب و هوایی و مدل های مختلف، متفاوت خواهد بود. از اینرو در این تحقیق تاکید بر برآورد خطای اخیر و تجزیه و تحلیل آن در معادلات مختلف میباشد.
.2 مواد و روشها
.1-2 محدوده مطالعاتی و خصوصیات آب و هوایی آن
در این مطالعه آمار 25 سال 1984-2008 - میلادی - داده های هواشناسی روزانه از ایستگاه سینوپتیک کرمان با مشخصات جغرافیایی 30° 15´ عرض شمالی و 56° 58´ طول شرقی و ارتفاع 1754 متر از سطح دریا استفاده گردیده است. میانگین 25 ساله در دوره آماری مورد مطالعه برای پارامترهای مختلف هواشناسی این ایستگاه از جمله دما 16/1 درجه سانتی گراد، رطوبت نسبی 34/1 درصد، بارندگی 108 میلیمتر در سال، تبخیر از سطح تشت 2681 میلیمتر در سال 25 - برابر باران سالانه - ، ساعت آفتابی 9 ساعت در روز، سرعت باد - در ارتفاع دو متری - 2 متر بر ثانیه می باشد.
.2-2 معادلات برآورد تبخیر- تعرق مرجع
با توجه به اینکه در این تحقیق داده های روزانه مورد بررسی قرار گرفته است بنابراین از بین معادلات تجربی موجود برای محاسبه ETo، معادلاتی انتخاب شد که اول - برای مقیاس روزانه مناسب باشند، دوم - قبلا توسط سایر پژوهشگران مورد استفاده واقع شده باشند به عبارت دیگر رایج باشند و سوم - بعضی از آنها حداکثر و بعضی دیگر حداقل پارامتر را نیاز داشته باشند. بر این اساس هفت معادله تجربی انتخاب شد که نام و روابط ریاضی آن ها در جدول 1 آورده شده است.
.3-2 تعیین ضریب حساسیت
در این مطالعه، ضریب حساسیت نسبی بدون بعد - باون، - 1979 برای تعیین واکنش ETo به تغییرات پارامترهای هواشناسی به صورت جداگانه و برای مدلهای مختلف از رابطه زیر بدست آمد: که در آن:
:Si ضریب حساسیت بدون بعد پارامتر -i ام و -Vi: iامین پارامتر هواشناسی می باشد. مثبت یا منفی بودن ضریب حساسیت هر متغیر، نشان دهنده این است که با افزایش آن، مقدار ETo افزایش یا کاهش مییابد.
.4-2 خطای استاندارد ETo
خطای استاندارد - پراش - یک رخداد هیدرولوژی مانند تبخیر - تعرق بصورت زیر محاسبه می شود - کایت، : - 1985 که در آن: :VarETo خطای استاندارد - پراش - تبخیر - تعرق مرجع - mm2d-2 - ، xi و :xj پارامترهای مختلف هواشناسی - واحد خود پارامتر - ، : مشتق جزیی ETo نسبت به هر پارامتر، :Var - xi - پراش هر پارامتر - مربع واحد - xi، :Cov - xi,xj - هم پراشی جفت پارامترها - حاصلضرب واحد xi در - xj و : مشتق جزئی مرتبه دوم ETo نسبت به جفت پارامترهای غیر یکسان، :nmax تعداد پارامترهای مورد نیاز هر معادله. در این مطالعه برای یکسان شدن واحد های ETo و خطای آن، از انحراف معیار - ETo - ETo استفاده میشود. انحراف معیار مهمترین و معتبرترین شاخص آماری برای نشان دادن پراکندگی داده ها نسبت به میانگین است.
ایرماک- 0.489 + 0.289 Rn + 0.023 Tave Ir-Rn Alkaeed et al. - 2006 - Rn ETo تبخیر و تعرق گیاه مرجع - mm day-1 - ، Rn تابش خالص در سطح پوشش گیاهی - MJ m-2 day-1 - ، G شار گرمایی خاک - MJ m-2 day-1 - که در دوره های زمانی روزانه مقدار G صفر فرض می شود، ثابت سایکرومتری - kPa oC-1 - ، Tave دمای متوسط در ارتفاع 2 متری - oC - ، U2 سرعت باد در ارتفاع 2 متری - m s-1 - ، es فشار بخار اشباع - kPa - ، ea فشار بخار واقعی - kPa - ، شیب منحنی فشار بخار - kPa oC-1 - ، a و b ضرائب اقلیمی می باشند که به Rhmin، n، N و U2 بستگی دارند - علیزاده، P . - 1385 درصد ساعات روشنایی برای یک روز در ماه مورد نظر در مقایسه با ساعات روشنایی روز در طول یک سال - علیزاده، - 1385، ضریب تجربی بدون بعد و معادل 1/26، KRs ضریب اصلاحی است که مقدار آن بین 0/16 تا 0/19 تغییر می نماید. مقدار کمتر برای مناطق خشک و نیمه خشک و مقدار بزرگتر برای مناطق ساحلی می باشد.
Tmax و Tmin حداکثر و حداقل دمای روزانه هوا - oC - ، Ra تابش فرا زمینی - MJ - m-2 day-1 و Rs تابش موج کوتاه - MJ m-2 day-1 - می باشد. به دمای حداقل و حداکثر، به دمای حداقل و حداکثر و فشار هوا، Ra به روز ژولیوسی و عرض جغرافیایی و Rs به ساعت آفتابی بستگی دارد. کوواریانس یا هم پراشی یک شاخص آماری است که چنانچه دو متغیر همبستگی نداشته باشند - مستقل باشند - و به عبارت دیگر تحت تاثیر عوامل مشترکی نباشند، هم پراشی آن ها برابر با صفر میباشد. اگر همبستگی دو متغیر مثبت باشد هم پراشی نیز مثبت است و اگر همبستگی منفی باشد هم پراشی نیز منفی خواهد بود. در عمل از هم پراشی برای تعیین درجه همبستگی استفاده نمیگردد، زیرا مقدار هم پراشی نسبت به واحد اندازهگیری تغییر مینماید. بنابراین با
