彭曼公式的原理与应用

一、作物需水量及影响因素作物需水量的定义作物需水量的影响因素二、作物需水量计算方法直接计算作物需水量的方法基于参考作物蒸发蒸腾量计算实际作物需水量的方法作物需水量从理论上说系指生长在大面积上的无病虫害作物，土壤水分和肥力适宜时，在给定的生长环境中能取得高产潜力的条件下为满足植株蒸腾和棵间蒸发，组成植株体所需的水量。它包括生理和生态需水两个方面。（1）作物因素：不同种类的作物需水量有很大的差异，凡生长期长，叶面积大，生长速度快，根系发达的作物，需水量较大，反之需水量较小；（2）气象因素：气象因素是影响作物需水量的主要因素，降水、辐射、气温、空气湿度、风度等气象因子都对需水量有较大影响；（3）土壤因素：影响作物需水量的土壤因素主要有质地、颜色、含水量、有机质含量、养分状况等；（4）农业技术：农业栽培技术水平高低直接影响水量消耗的速度。直接计算作物需水量的方法基于参考作物蒸发蒸腾量计算实际作物需水量的方法参考作物蒸发蒸腾量系指高度一致、生长旺盛、完全覆盖地面而不缺水的绿色草地（高度为8—15cm）的蒸发蒸腾量。此概念最早是由英国气象学家彭曼1946年提出来的，它不受土壤含水量和作物种类的影响，故可分为以下两步：1：考虑气象因素对作物需水量的影响，用理论的，经验的或半经验的方法先计算出参考作物需水量；2：考虑土壤水分及作物条件的影响，对参考作物需水量进行调整修正，计算出实际作物需水量。参考作物蒸发蒸腾量均按日历时段（月或旬），根据当时的气象条件分阶段进行计算。下面主要介绍彭曼综合法公式、彭曼-蒙蒂斯公式。根据能量平衡原理、水汽扩散原理和空气的导热定律等，1948年彭曼提出参考作物蒸发蒸腾量计算公式。后经多次修改，形成多种形式的修正彭曼公式，其中联合国粮农组织（FAO）1979年推荐的修正公式为：𝐸𝑇0=𝑃0𝑃×∆𝛾×𝑅𝑛+0.26(𝑒𝑠−𝑒𝑎)(1+𝐶𝑢2)𝑃0𝑃×△𝛾+1.0式中：𝑃0和P分别为海平面标准大气压和计算地点的实际气压（mbar）；∆为饱和水汽压—温度曲线上的斜率（mbar/℃）；𝛾为温度计常数（mbar/℃）；𝑒𝑎为空气实际水汽压（mbar）；𝑒𝑠为饱和水汽压（mbar）；𝑢2为2m高出风速（m/s）；c为风速修正系数。仅需气温、水汽压、日照时数和风速等普通气象资料就可得到参考作物蒸发蒸腾量，理论依据完备，计算误差较小，是目前世界上应用较普遍的公式之一。蒙蒂斯1965年在彭曼公式基础上提出了理论基础更强的适用与参考作物蒸发蒸腾量计算的阻力模式公式，它以能量平衡和水汽扩散理论为基础，既考虑了作物的生理特征，又考虑了空气动力学参数的变化。FAO在1990年推荐全球采用彭曼—蒙蒂斯公式估算参考作物蒸发蒸腾量，并根据公式要求，对参考作物蒸发蒸腾量做了新的定义：参考作物蒸发蒸腾量（𝐸𝑇0）为一种假想的参考作物冠层的蒸发蒸腾速率，假设作物高度为0.12m，固定的叶面阻力为70S/m，反射率为0.23，非常类似于表面开阔、高度一致、生长旺盛、完全覆盖地面且不缺水的绿色草地的蒸发蒸腾速率。𝐸𝑇0=0.480∆×(𝑅𝑛−𝐺)+𝛾×900𝑇+273×𝑢2×(𝑒𝑠−𝑒𝑎)∆+𝛾(1+0.34𝑢2)式中：𝐸𝑇0为参考作物蒸发蒸腾量（mm/d）；𝑅𝑛为输入冠层净辐射量[MJ/(m2d)]；T为2m高处日平均温度（℃）；𝑢2为2m高处风速（m/s）；𝑒𝑠为饱和水汽压（Kpa）；𝑒𝑎为实际水汽压（Kpa）；∆为饱和水汽压与温度关系曲线在某处的斜率（Kpa/℃）；𝛾为干湿温度计常数（Kpa/℃）。优点：彭曼-蒙蒂斯方法不需要专门的地区率定和风函数等，使用一般气象资料（湿度、风速、温度和实际日照时数）即可计算日旬月的参考作物蒸发蒸腾量。彭曼-蒙蒂斯法可用于每小时𝐸𝑇0的计算，也可以将公式编制成软件或者利用EXCEL软件，能够很容易计算当地的参考作物蒸发蒸腾量。