黃河流域?qū)嶋H蒸散計(jì)算模型

1、.5.1 黃河流域?qū)嶋H蒸散計(jì)算模型Penman（1948）依據(jù)熱量平衡和湍流擴(kuò)散原理，利用波文比，提出在無(wú)水汽平流輸送時(shí)可能蒸發(fā)的估算式，其一般表達(dá)式為：（2.6）式中，G為土壤熱通量；Rn為濕潤(rùn)表面或大型水體的輻射平衡；為空氣溫度下飽和水汽壓溫度曲線斜率；為干濕球溫度表常數(shù)；Ea為干燥能力，其定義表達(dá)式為： （2.7）式中為風(fēng)速函數(shù)；分別為空氣溫度下的飽和水汽壓和實(shí)際水汽壓。（2.6）式右邊第一項(xiàng)是決定可能蒸發(fā)的輻射項(xiàng)（或熱力項(xiàng)），第二項(xiàng)為決定可能蒸發(fā)的動(dòng)力項(xiàng)（或平流項(xiàng)）。后來(lái)，不少學(xué)者依據(jù)各地實(shí)際情況對(duì)Penman原式進(jìn)行了訂正，研究出了許多修正式。以上分析充分證實(shí)，在流域尺度存在蒸散互補(bǔ)

2、關(guān)系。因此，對(duì)黃河流域?qū)嶋H蒸散的模擬采用蒸散互補(bǔ)關(guān)系理論建立的模型。在區(qū)域蒸散研究中，應(yīng)用蒸散互補(bǔ)關(guān)系理論建立的模型主要有Morton（1983）的互補(bǔ)關(guān)系區(qū)域蒸散模型CRAE（Complementary Relationship Areal Evapotranspiration）模型和Brutsaert和Stricker（1979）的平流干旱模型（Advection-Aridity model），本章應(yīng)用平流干旱模型對(duì)黃河流域的實(shí)際蒸散進(jìn)行模擬。5.3.1 Advection-Aridity modelBrutsaert & Stricker（1979）用Priestley-Tayl

3、or計(jì)算式來(lái)表示濕潤(rùn)環(huán)境蒸散量，用penman公式來(lái)表示潛在蒸散量，則蒸散互補(bǔ)關(guān)系可表示為：（5.6）其中：E為地表蒸散量mm day-1為Priestley_Taylor公式中的常數(shù)，Priestley & Taylor認(rèn)為， = 1.26，大量研究表明，存在一定的變化幅度；為氣溫等于T時(shí)的飽和水汽壓-溫度曲線斜率hPa-1；為干濕表方程中的常數(shù)hPa-1；Rn為地表輻射平衡mm day-1；G為土壤熱通量mm day-1；Ea為干燥力mm day-1。以上有關(guān)要素的計(jì)算式如下：輻射平衡Rn見5.1.1節(jié)，但需進(jìn)行單位換算，將（5.1）計(jì)算出的輻射平衡月總量，轉(zhuǎn)化為月平均值MJ m-

4、2 day-1，之后進(jìn)行單位換算，轉(zhuǎn)化為mm day-1單位，單位換算需乘以的換算系數(shù)見表5.3。干燥力Ea（5.7）Penman曾給出過(guò)Eamm day-1的形式為：（5.8）（5.9）其中：u2為2米高處的風(fēng)速m s-1；e為實(shí)際水汽壓hpa，計(jì)算見4.3.1節(jié)；e*為飽和水汽壓，計(jì)算見4.3.1節(jié)。本文蒸散計(jì)算時(shí)風(fēng)速函數(shù)取（5.9）式。土壤熱通量G土壤熱通量GMJ m-2 day-1可表示為（Allen，1998）：（5.10）其中：Ti+1、Ti-1分別為后一個(gè)月和前一個(gè)月的月平均氣溫。將土壤熱通量MJ m-2 day-1單位，轉(zhuǎn)化為mm day-1單位，需乘以的換算系數(shù)見表5.3。干

5、濕表常數(shù)（5.11）其中：p為氣壓hPa；L為汽化潛熱MJ kg-1，當(dāng)時(shí)取2.45，時(shí)要除以系數(shù)1.15，取2.13；cp為空氣定壓比熱MJ kg-1-1，為1.013×10-3MJ kg-1-1；A為水汽與干空氣的比分子量，為0.622。通過(guò)代入各常數(shù)，則：當(dāng)時(shí)hPa-1，時(shí)，hPa-1。飽和水汽壓溫度曲線斜率（5.12）其中：T為氣溫，計(jì)算見第四章4.2節(jié)。e*為飽和水汽壓，計(jì)算見第四章4.3.1節(jié)。、為系數(shù)，當(dāng)時(shí)，；時(shí)，。的單位為hPa-1。氣壓計(jì)算在實(shí)際計(jì)算中，若沒有氣壓資料，則可采用近似方法計(jì)算。根據(jù)簡(jiǎn)化的理想氣體定律，假定20的標(biāo)準(zhǔn)大氣，氣壓phpa為：（5.13）其中

6、，z為海拔高度m。風(fēng)速轉(zhuǎn)換氣象臺(tái)站觀測(cè)的風(fēng)速為距地面10m高度處的觀測(cè)值，在蒸散計(jì)算中要求的風(fēng)速為2m高度處的觀測(cè)值，可應(yīng)用對(duì)數(shù)風(fēng)速廓線的方法將風(fēng)速換算成2m高度處的數(shù)值。FAO（1998）農(nóng)田蒸散研究中給出：（5.14）其中：u2為距地2m高度處的風(fēng)速m s-1；uz為距地z高度處風(fēng)速的測(cè)量值m s-1；z為距地的測(cè)量高度m；u10為10米高度處的風(fēng)速m s-1。歐陽(yáng)海等（1987）給出：（5.15）式中符號(hào)含義同上。本文風(fēng)速轉(zhuǎn)換?。?.14）式。單位換算在蒸散計(jì)算中，要將輻射諸要素的能量單位轉(zhuǎn)化為等價(jià)蒸散量單位，如：當(dāng)在氣溫大于0時(shí)，等價(jià)蒸散量mm day-1 = 0.408×輻

7、射量MJm-2day-1，各種能量單位與等價(jià)蒸散量單位之間的換算詳見表5.3。表5.3 單位換算表（氣溫T0）單位換算所乘系數(shù)等價(jià)蒸散量MJ m-2day-1J cm-2day-1cal cm-2day-1W m-2mm day-11 MJ m-2day-1110023.911.60.4081 cal cm-2day-14.1868×10-24.186810.4850.01711 W m-20.08648.642.0610.0351 mm day-12.4524558.528.41注：當(dāng)T<0時(shí)，表中最后一列數(shù)值（數(shù)值1除外）需除以1.15，最后一行數(shù)值（數(shù)值1除外）需乘以1.15。4.3.1 實(shí)際水汽壓空間擴(kuò)展方法通常，在氣象站觀測(cè)資料中，描述空氣濕度的指標(biāo)有相對(duì)濕度和實(shí)際水汽壓兩項(xiàng)。相對(duì)濕度f(wàn)為空氣中實(shí)際水汽壓ehpa與同氣溫下的飽和水汽壓e*hpa之比（朱炳海等，1985），其定義式為