黄河流域实际蒸散计算模型.doc

5.1 黄河流域实际蒸散计算模型Penman（1948）依据热量平衡和湍流扩散原理，利用波文比，提出在无水汽平流输送时可能蒸发的估算式，其一般表达式为：（2.6）式中，G为土壤热通量；Rn为湿润表面或大型水体的辐射平衡；为空气温度下饱和水汽压温度曲线斜率；为干湿球温度表常数；Ea为干燥能力，其定义表达式为： （2.7）式中为风速函数；分别为空气温度下的饱和水汽压和实际水汽压。（2.6）式右边第一项是决定可能蒸发的辐射项（或热力项），第二项为决定可能蒸发的动力项（或平流项）。后来，不少学者依据各地实际情况对Penman原式进行了订正，研究出了许多修正式。以上分析充分证实，在流域尺度存在蒸散互补关系。因此，对黄河流域实际蒸散的模拟采用蒸散互补关系理论建立的模型。在区域蒸散研究中，应用蒸散互补关系理论建立的模型主要有Morton（1983）的互补关系区域蒸散模型CRAE（Complementary Relationship Areal Evapotranspiration）模型和Brutsaert和Stricker（1979）的平流干旱模型（Advection-Aridity model），本章应用平流干旱模型对黄河流域的实际蒸散进行模拟。5.3.1 Advection-Aridity modelBrutsaert & Stricker（1979）用Priestley-Taylor计算式来表示湿润环境蒸散量，用penman公式来表示潜在蒸散量，则蒸散互补关系可表示为：（5.6）其中：E为地表蒸散量mm day-1为Priestley_Taylor公式中的常数，Priestley & Taylor认为， = 1.26，大量研究表明，存在一定的变化幅度；为气温等于T时的饱和水汽压-温度曲线斜率hPa-1；为干湿表方程中的常数hPa-1；Rn为地表辐射平衡mm day-1；G为土壤热通量mm day-1；Ea为干燥力mm day-1。以上有关要素的计算式如下：辐射平衡Rn见5.1.1节，但需进行单位换算，将（5.1）计算出的辐射平衡月总量，转化为月平均值MJ m-2 day-1，之后进行单位换算，转化为mm day-1单位，单位换算需乘以的换算系数见表5.3。干燥力Ea（5.7）Penman曾给出过Eamm day-1的形式为：（5.8）（5.9）其中：u2为2米高处的风速m s-1；e为实际水汽压hpa，计算见4.3.1节；e*为饱和水汽压，计算见4.3.1节。本文蒸散计算时风速函数取（5.9）式。土壤热通量G土壤热通量GMJ m-2 day-1可表示为（Allen，1998）：（5.10）其中：Ti+1、Ti-1分别为后一个月和前一个月的月平均气温。将土壤热通量MJ m-2 day-1单位，转化为mm day-1单位，需乘以的换算系数见表5.3。干湿表常数（5.11）其中：p为气压hPa；L为汽化潜热MJ kg-1，当时取2.45，时要除以系数1.15，取2.13；cp为空气定压比热MJ kg-1-1，为1.01310-3MJ kg-1-1；A为水汽与干空气的比分子量，为0.622。通过代入各常数，则：当时hPa-1，时，hPa-1。饱和水汽压温度曲线斜率（5.12）其中：T为气温，计算见第四章4.2节。e*为饱和水汽压，计算见第四章4.3.1节。、为系数，当时，；时，。的单位为hPa-1。气压计算在实际计算中，若没有气压资料，则可采用近似方法计算。根据简化的理想气体定律，假定20的标准大气，气压phpa为：（5.13）其中，z为海拔高度m。风速转换气象台站观测的风速为距地面10m高度处的观测值，在蒸散计算中要求的风速为2m高度处的观测值，可应用对数风速廓线的方法将风速换算成2m高度处的数值。FAO（1998）农田蒸散研究中给出：（5.14）其中：u2为距地2m高度处的风速m s-1；uz为距地z高度处风速的测量值m s-1；z为距地的测量高度m；u10为10米高度处的风速m s-1。欧阳海等（1987）给出：（5.15）式中符号含义同上。本文风速转换取（5.14）式。单位换算在蒸散计算中，要将辐射诸要素的能量单位转化为等价蒸散量单位，如：当在气温大于0时，等价蒸散量mm day-1 = 0.408辐射量MJm-2day-1，各种能量单位与等价蒸散量单位之间的换算详见表5.3。表5.3 单位换算表（气温T0）单位换算所乘系数等价蒸散量MJ m-2day-1J cm-2day-1cal cm-2day-1W m-2mm day-11 MJ m-2day-1110023.911.60.4081 cal cm-2day-14.186810-24.186810.4850.01711 W m-20.08648.642.0610.0351 mm day-12.4524558.528.41注：当T0时，表中最后一列数值（数值1除外）需除以1.15，最后一行数值（数值1除外）需乘以1.15。4.3.1 实际水汽压空间扩展方法通常，在气象站观测资料中，描述空气湿度的指标有相对湿度和实际水汽压两项。相对湿度f为空气中实际水汽压ehpa与同气温下的饱和水汽压e*hpa之比（朱炳海等，1985），其定义式为：