بخشی از مقاله
چکیده
مدل SIMETAW به منظور تخمین تبخیر تعرق و مقدار خالص آب مورد نیاز آبیاری - ETaw - ارائه شده است. علاوه بر این، این مدل داده های هواشناسی روزانه را از روی داده های هواشناسی ماهانه شبیه سازی می کند. شبیه سازی اطلاعات آب و هوای روزانه در جایی که تنها میانگین های ماهانه وجود دارد، یک ابزار خوب برای پر کردن داده های گمشده است.
بخش شبیه ساز برنامه برای مطالعات اثر تغییر اقلیم بر مقدار خالص آب مورد نیاز آبیاری نیز مفید است. در مدل برای توصیف الگوهای بارش از یک رهیافت مشترک توزیع احتمالی گاما و مدل سازی زنجیره مارکوف دو حالته درجه اول استفاده می شود، برای شبیه سازی داده های روزانه ی سرعت باد فقط از تابع توزیع گاما استفاده می شود و داده های دما، تابش خورشیدی و رطوبت، معمولا از توزیع سری فوریه پیروی می کنند
مقدمه
یکی از مدل های ارائه شده در زمینه تولید و پیش بینی داده های هواشناسی و تبخیر تعرق پتانسیل، مدل SIMETAW1 می باشد. مدل SIMETAV v.1.0 با همکاری دانشگاه دیویس کالیفرنیا و بخش منابع آب ایالت کالیفرنیا در سال 2005 توسعه یافته است.
این برنامه با هدف کمک به برنامه ریزان بخش آب برای تخمین دقیق از میزان آب مناسب برای تولید گیاه در یک منطقه دارای حداقل داده، طراحی و تهیه شده است. مدل SIMETAW می تواند داده های هواشناسی روزانه را با استفاده از داده های ماهانه شبیه سازی کند، بخش شبیه ساز این مدل قادر است تنها با وارد کردن متوسط ماهانه دراز مدت متغیرهای هواشناسی، ریز مقیاس نمایی زمانی انجام داده و مقادیر روزانه تولید کند.
شبیه سازی اطلاعات هواشناسی روزانه در جایی که تنها میانگین های ماهانه وجود دارد، یک ابزار خوب برای پر کردن داده های گمشده است. زیربرنامه مولد داده می تواند در بررسی تاثیر احتمالی تغییر اقلیم در آینده بر روی متغیرهای اقلیمی و بخصوص نیاز آبی بکار گرفته شو. - . - 2 همچنین برنامه می تواند داده های هواشناسی شبیه سازی شده سال های زیادی را با استفاده از داده های اقلیمی ماهانه تولید کند، این توانایی مدل می تواند برای مطالعه ی اینکه چگونه تغییرات در میانگین های ماهانه می تواند بر آب و هوا در آینده اثر بگذارد استفاده شود. این امر می تواند پیامدهایی برای محافظت در برابر یخ زدگی داشته باشد که باعث خسارت های اقتصادی زیادی می شود - 2 - در این مقاله به نحوه ی شبیه سازی و معادله های اساسی به کار گرفته شده در مدل پرداخته شده است.
تئوری و پیشینه تحقیق
این مدل تاکنون در کشورهای مثل آمریکا ، چین و مصر ارزیابی شده است. در ایران نیز کارایی این مدل در زمینه شبیه سازی داده های هواشناسی و تبخیر تعرق پتانسیل در اقلیم های خشک و نیمه خشک ارزیابی شده است. در کشور مصر، شبیه سازی متغیرهای اقلیمی، تبخیر تعرق پتانسیل و نیاز آبیاری گیاه با مدل کامپیوتری SIMETAW در شرایط دلتای رود نیل انجام شد. در این تحقیق پس از واسنجی مدل با داده های ثبت شده ی 10 سال اخیر در دو نقطه از حوضه رود نیل، نیاز آبیاری برای این حوضه مدل شد. نتایج نشان داد که مدل SIMETAW دارای دقت خوبی در شبیه سازی داده های اولیه ی لازم برای محاسبه ی تبخیر تعرق و همچنین دارای توانایی و دقت بالایی در شبیه سازی طولانی مدت تبخیر تعرق است
مواد و روشها
توصیف مدل:
ورودی های مدل شامل دو بخش کلی می شوند: داده های هواشناسی و اطلاعات گیاه و خاک.
الف - وارد کردن داده های هواشناسی:
داده های روزانه و یا داده های ماهانه هر دو می توانند برای تعیین تبخیر تعرق آب کاربردی در SIMETAW استفاده شوند. فایل داده های روزانه شامل: داده های تابش خورشیدی، دمای حداقل، دمای حداکثر، دمای نقطه ی شبنم، سرعت باد و بارندگی است.
فایل داده های ماهانه شامل: داده های تابش خورشیدی، دمای حداقل، دمای حداکثر، دمای نقطه ی شبنم، سرعت باد، بارندگی، تعداد روز های ماه که بارش قابل توجهی دارند است - بارش قابل توجه، دو برابر مقدار تبخیر تعرق پتانسیل روزانه تعریف می شود - . بر اساس اینکه چه تعداد از متغیرهای هواشناسی ذکر شده در هر دو بخش - روزانه و ماهانه - در اختیار باشد، ده ترکیب مختلف برای وارد کردن داده های هواشناسی به مدل و شبیه سازی تبخیر تعرق پتانسیل وجود دارد. داده ها باید در قالب درست، که در فایل راهنمای مدل توصیف شده است آماده شوند. بعد از خوانده شدن داده ها توسط مدل، تبخیر تعرق آب کاربردی می تواند به طور مستقیم از داده های روزانه ی اولیه و یا شبیه سازی شده توسط مدل، محاسبه شود.
بارش:
مشخصه ها و الگوهای بارش به شدت متاثر از فصل و منطقه ی مورد نظر است، بدست آوردن یک الگوی عمومی فصلی که برای تمام مکان ها قابل استفاده باشد بسیار دشوار است. با علم به این موضوع که الگوهای فراوانی بارش دارای یک چولگی به راست هستند و وقوع یا عدم وقوع بارش در روز قبل بر بارش در روز جاری تاثیرگذار است؛ از یک رهیافت مشترک توزیع احتمالی گاما و مدلسازی زنجیره ی مارکف دو حالته درجه اول استفاده می شود. رویکرد مدلسازی زنجیره ی مارکوف و گاما اغلب برای توصیف الگوهای بارش برای دوره هایی که در آن ها الگوهای بارش نسبتا یکسان هستند، بکار گرفته می شوند. هر چند برای بدست آوردن پارامتر های مدل های مذکور به داده های روزانه ی بلند مدت نیاز است، مدل SIMETAW مقادیر متوسط ماهانه بارش و متوسط تعداد روزهای بارانی ثبت شده در هر ماه را برای بدست آوردن پارامتر های توزیع گاما و مدل زنجیره مارکف مورد استفاده قرار می دهد.
سرعت باد:
در شبیه سازی داده های روزانه ی سرعت باد از فرایند ساده تری استفاده می شود. در اینجا فقط از تابع توزیع گاما استفاده می شود. هرچند توزیع گاما مقادیر حدی باد را به خوبی شبیه سازی می کند، اما یک تمایل به سمت برآورد بیشتر در مقادیر تولیدی سرعت باد مورد استفاده برای تخمین تبخیر تعرق پتانسیل وجود دارد. از آنجا که سرعت باد به تغییرات فشار اتمسفر بستگی دارد، هیچ همبستگی بین سرعت باد و پارامترهای دیگر هواشناسی که برای تخمین تبخیر تعرق پتانسیل استفاده می شوند وجود ندارد. بنابراین، تطبیق سرعت های بالای باد با شرایط مطلوب برای نسبت های تبخیر بالا منجر به تخمین تبخیر تعرق پتانسیل بالای غیر واقعی در بعضی روز ها می شود. برای از بین بردن این مشکل، یک حد بالایی - دو برابر متوسط سرعت باد - برای مقادیر شبیه سازی شده ی سرعت باد در نظر گرفته می شود.
دما، تابش خورشیدی و رطوبت:
داده های دما، تابش خورشیدی و رطوبت معمولا از توزیع سری فوریه پیروی می کنند اما تغییر فصلی این متغیرها در مناطق گرمسیری تا حدودی متفاوت است.
ب - ورود اطلاعات گیاه و خاک:
اطلاعات گیاه و خاک وارد فایل داده ای که از فرمت comma delimited استفاده می کند، می شوند. سپس داده ها توسط نرم افزار قابل خواندن می شوند. داده های ورودی شامل: نام محصول، تاریخ کاشت و برداشت، دور آبیاری در طول رشد اولیه، اطلاعات پیش آبیاری، فاکتورهای عدم رشد، وجود گیاهان پوششی، ویژگی های نگهداشت آب خاک و حداکثر عمق خاک و ریشه می شود.
هر ردیف از داده ها در این فایل، شامل یک ترکیب منحصر بفرد از اطلاعات محصول، خاک و آبیاری است. عمق ریشه ی محصول، حداکثر عمق خاک و ویژگی های نگهداشت آب خاک به منظور محاسبه آستانه کاهش محصول - YTD - 1 استفاده می شوند که برای ایجاد یک برنامه ریزی آبیاری خاص گیاه و خاک استفاده می شوند. توجه داشته باشید که، تخلیه ی آب خاک به جای مقدار رطوبت خاک، برای برنامه ریزی بیلان آبی در مدل SIMETAW استفاده می شود. تخلیه رطوبتی خاک در حالت ظرفیت مزرعه صفر است و این تخلیه تا آستانه کاهش محصول افزایش پیدا می کند، که به حجم آب خاک در حد آستانه تولید بستگی دارد.
ضرایب گیاهی:
از آنجا که ET02 ، اندازه ای از نیاز تبخیری اتمسفر است، ضریب گیاهی برای اختلاف بین ETC3 و ET0 محاسبه می شود. عوامل اصلی موثر بر این اختلاف عبارتند از: جذب نور توسط پوشش گیاهی، زبری پوشش گیاهی که بر تلاطم اثر می گذارد، فیزیولوژی گیاه، سن برگ و رطوبت سطح. از آنجا که تبخیر تعرق، جمع تبخیر - از خاک و سطوح گیاه - و تعرق - - T، که تبخیری است که در داخل برگ ها رخ می دهد، است؛ اغلب بهتر است که دو جزء به طور جداگانه در نظر گرفته شوند. زمانیکه آب دردسترس محدود نباشد، هم تعرق و هم تبخیر، هر دو به وسیله ی دسترسی به انرژی برای تبخیر آب محدود می شوند. در طول دوره ی رشد اولیه گیاهان، تبخیر از خاک بر ETC غالب است و مقدار آن به مرطوب بودن یا نبودن سطح خاک وابسته است. هنگامیکه یک پوشش گیاهی گسترش می یابد، تشعشعات بیشتری بوسیله ی شاخ و برگ گرفته می شود و به جای تبخیر از خاک، تعرق بر ETC غالب می شود.
