پديد آورندگان :
اسعدي اسكوئي، ابراهيم پژوهشگاه هواشناسي و علوم جو - پژوهشكده هواشناسي آب و كشاورزي، تهران، ايران , محمدپورپنچاه، محمدرضا پژوهشگاه هواشناسي و علوم جو - پژوهشكده هواشناسي آب و كشاورزي، تهران، ايران , گودرزي، ليلا پژوهشگاه هواشناسي و علوم جو - پژوهشكده هواشناسي آب و كشاورزي، تهران، ايران , شكوهي، مجتبي پژوهشگاه هواشناسي و علوم جو - پژوهشكده هواشناسي آب و كشاورزي، تهران، ايران
كليدواژه :
ﭘﯿﺶ ﺑﯿﻨﯽ ﺗﺒﺨﯿﺮ و ﺗﻌﺮق , ﻻﯾﺴﯿﻤﺘﺮ , ﻣﺪل WRF , ﻓﺎﺋﻮ- ﭘﻨﻤﻦ- ﻣﺎﻧﺘﯿﺚ , ﻧﯿﺎز آبي
چكيده فارسي :
تبخير و تعرق به‌عنوان يكي از مؤلفه‌هاي اصلي چرخه هيدرولوژي، نقش قابل توجهي در برنامه‌ريزي صحيح آبياري و مديريت منابع آب دارد. بنابراين برآورد دقيق اين پارامتر ضروري است. به دليل فقدان داده و كمبود ايستگاه‌هاي هواشناسي، تخمين تبخير و تعرق با محدوديت روبهرو است. بنابراين امروزه مدل‌هاي عددي مانند WRF ابزاري قدرتمندي براي توليد و پيش‌بيني كميتهاي هواشناسي (سرعت باد، رطوبت و غيره) مورد نياز براي تخمين تبخير و تعرق به‌حساب ميآيند. تاكنون تحقيقي در زمينه‌ي بررسي تأثير طرحواره‌هاي مختلف مدل WRF بر روي تخمين تبخير و تعرق برنج انجام نشده است. هدف اين مطالعه ارزيابي كارايي مدل WRF و به دست آوردن تنظيمات بهينه براي تخمين تبخير و تعرق گياه برنج در جلگه مركزي گيلان مي‌باشد.
روش پژوهش: مقادير واقعي تبخير و تعرق با نصب يك لايسيمتر شاليزاري در يكي از مزارع پژوهشي موسسه تحقيقات برنج كشور به ابعاد 150 در 100 متر (1/5هكتار) با مختصات منطقه 37 درجه شمالي و 49 درجه شرقي و ارتفاع 24 متر از سطح دريا اندازهگيري شد. FAO روش پنمن- مانتيث را به‌عنوان بهترين روش براي تخمين ETo براي انواع اقليم‌ها توصيه كرده است. براي برآورد ETo به روش پنمن- مانتيث نياز به كميتهاي آب و هوايي است كه اين كميتها از خروجي مدل WRF حاصل شد. از آنجا كه اين كميتها تأثير بسزايي در برآورد تبخير و تعرق دارند، چهار پيكربندي مختلف با استفاده از فيزيك تابش طول موج كوتاه و بلند، لايه سطحي و لايه مرزي براي مدل WRF انتخاب و مورد آزمايش قرار گرفتند. در مرحله بعد، مقادير اندازهگيري شده تبخير و تعرق توسط لايسيمتر با مقادير برآورده شده از خروجيهاي مدل (با بهكارگيري 4 طرحواره‌هاي مختلف محلي و غير محلي) مقايسه و تنظيمات بهينه مدل براي تخمين ميزان تبخير و تعرق مشخص شد.
يافته‌ها: مقادير تبخير و تعرق در بازه‌ي 2/7 تا 8/5 ميلي‌متر در روز در تغيير است. ميانگين ET در طي سه دوره‌ي مختلف رﺷــﺪ ﮔﯿــﺎه ﺷــﺎﻣﻞ دوره ي اﺑﺘــﺪاﯾﯽ، ﻣﯿــﺎﻧﯽ و اﻧﺘﻬــﺎﯾﯽ ﺑــﻪ ﺗﺮﺗﯿــﺐ ﺑﺮاﺑــﺮ 5/97 ،4/63 و 5/98 ﻣﯿﻠــﯽ ﻣﺘــﺮ در روز ﺑــﺮآورد ﺷــﺪه اﺳــﺖ. ﺳــﻪ ﭘﯿﮑﺮﺑﻨــﺪي 2 ،1 و 4 ﻋﻤــﺪﺗﺎً در ﭘــﯿﺶﺑﯿﻨــﯽ ﺗﺒﺨﯿــﺮ و ﺗﻌــﺮق ﮔﯿــﺎه ﺑــﺮﻧﺞ، ﺑــﯿﺶ ﺑــﺮآورد داﺷــﺘﻪ و ﻣﻘــﺎد ﯾﺮ ﻣﺤﺎﺳــﺒﺎﺗﯽ ﺑﯿﺸــﺘﺮ از ﻣﻘــﺪار اﻧﺪازه ﮔﯿﺮي ﺷﺪه ﺗﻮﺳـﻂ ﻻ ﯾﺴـ ﯿﻤﺘﺮ ﺗﺨﻤـ ﯿﻦ زده ﺷـﺪه اﺳـﺖ. ﻧﺘـﺎ ﯾﺞ ﻧﺸـﺎن ﻣـ ﯽ دﻫـﺪ ﮐـﻪ ﺑﯿﺸـﺘﺮ ﯾﻦ ﻣﯿـ ﺰان RMSE در ﭘﯿﮑﺮﺑﻨـﺪ ي ﺷـﻤﺎره 4 و ﺑﻪ ﻣﯿـ ﺰان 8/47 و ﮐﻤﺘـﺮ ﯾﻦ ﻣﯿـ ﺰان آن در ﭘﯿﮑﺮﺑﻨـﺪ ي ﺷـﻤﺎره 3 و ﺑـﻪ ﻣ ﯿـ ﺰان 1/26 رخ داده اﺳـﺖ. ﺟﻤـﻊ ﺑﻨـﺪ ي ﻧﺘـﺎ ﯾﺞ ﻧﺸـﺎن ﻣـ ﯽ دﻫـﺪ ﮐﻪ ﭘﯿﮑﺮﺑﻨﺪي ﺷﻤﺎره 3 در ﻫﺮ ﭼﻬﺎر ﻣﻌﯿﺎر ذﮐﺮ ﺷـﺪه در ﻣﻘﺎ ﯾﺴـﻪ ﺑـﺎ د ﯾﮕـﺮ ﭘ ﯿﮑﺮﺑﻨـﺪ ي ﻫـﺎ در ﭘـ ﯿﺶ ﺑﯿﻨـ ﯽ ﺗﺒﺨﯿـ ﺮ و ﺗﻌـﺮق روزاﻧـﻪ ﮔ ﯿـ ﺎه ﺑـﺮﻧﺞ ﺑﻬﺘﺮ ﻋﻤﻞ ﮐﺮده اﺳﺖ. ﻧﺘﺎﯾﺞ ﻧﺸﺎن داد ﮐـﻪ ﻃﺮﺣـﻮاره ي ﻏﯿـ ﺮ ﻣﺤﻠـ ﯽ ﺑﮑـﺎر ﮔﺮﻓﺘـﻪ ﺷـﺪه در ﻣـﺪل ﻧﺴـﺒﺖ ﺑـﻪ ﻃﺮﺣـﻮار ه ﻫـﺎ ي ﻣﺤﻠـ ﯽ، ﺗﺒﺨﯿـ ﺮ و ﺗﻌﺮق روزاﻧﻪ ﮔﯿﺎه ﺑـﺮﻧﺞ را ﺑﻬﺘـﺮ ﺷـﺒ ﯿﻪﺳـﺎز ي ﻣـ ﯽﮐﻨـﺪ. ﯾﺎﻓﺘـﻪ ﻫـﺎ ﻧﺸـﺎن ﻣـ ﯽ دﻫـﺪ ﮐـﻪ در ﻃﺮﺣـﻮاره ﻣﺤﻠـ ﯽ YSU، دﻗـﺖ ﭘـ ﯿﺶﺑﯿﻨـ ﯽﻫـﺎ ﺑﻪ ﻃﻮر ﻗﺎﺑﻞ ﺗﻮﺟﻬﯽ اﻓـﺰ اﯾﺶ ﯾﺎﻓﺘـﻪ و ﺗﻨﻬـﺎ ﺑـﻪ ﻣ ﯿـ ﺰان 0/64 ﻣﯿﻠـ ﯽ ﻣﺘـﺮ ﺑـﻪ ﻃـﻮر ﻣﺘﻮﺳـﻂ ﻧﺴـﺒﺖ ﺑـﻪ داده ﻫـﺎ ي ﻻﯾﺴـ ﯿﻤﺘﺮي ﮐﻤﺘـﺮ ﺑـﺮآورد شده است.
نتايج: نتايج نشان داد كاربرد طرحواره مناسب در لايه سطحي و لايه مرزي مدل WRF بر دقت پيش‌بيني‌هاي تبخير و تعرق تأثير دارد. نتايج اين تحقيق نشان داد كه اين مدل با كاربرد طرحواره‌‌ي لايه مرزي غير محلي YSU قادر است كه مقادير تبخير و تعرق گياه برنج را با دقت قابل قبولي براي يك روز بعد پيش‌بيني كند كه دليل آن قابليت بالاتر اين طرحواره در پيش‌بيني پارامترهاي مؤثر بر تبخير و تعرق (از جمله دما و باد) است. بنابراين مدل WRF مي‌تواند با استفاده از داده‌هاي پيش‌بيني GFS براي چند روز آينده اجرا و با اعمال معادله‌ي فائو- پنمن- مانتيث بر خروجيهاي مدل، مقادير تبخير و تعرق پتانسيل براي مناطق مختلف كشور محاسبه گردد. از آنجايي كه تبخير و تعرق در ارتباط مستقيم با فرآيندهاي ترموديناميكي جو است، كاربرد ديگر طرحواره‌هاي مختلف فيزيك جو (كه در اين تحقيق مد نظر نبوده است) مي‌تواند نتايج متفاوتي توليد كند.
چكيده لاتين :
Evapotranspiration as one of the main components of the hydrological cycle, has a significant role in proper irrigation planning and water resources management. In this case, estimating evapotranspiration is limited due to a lack of data and a deficiency of meteorological stations. Therefore, today numerical models such as WRF are a powerful tool for generating and predicting meteorological quantities (wind speed, humidity, etc.) that are needed to estimate evapotranspiration. So far, no research has been conducted to investigate the effect of different schemes of the WRF model on the estimate of rice evapotranspiration. The purpose of this study is to evaluate the efficiency of the WRF model and obtain the result for estimating evaporation for rice plant in the central plain of Guilan.
Method: Evapotranspiration rates vary from 2.7 to 8.5 mm per day. The average ET during three different periods of plant growth, including the initial, middle, and final periods, is estimated to be 4.63, 5.97, and 5.98 mm per day, respectively. The three configurations 1, 2, and 4 are mainly overestimated in predicting evapotranspiration of rice plants, and the computational values are estimated to be higher than the values measured by the lysimeter. The results show that the highest amount of RMSE occurred in configuration No. 4 at 8.47 and the lowest rate occurred in configuration No. 3 at 1.26. Summary of results shows that configuration No. 3 in all four criteria mentioned has performed better than other configurations to predict daily evapotranspiration of rice. The results showed that the non-local schema used in the model, simulates better than the local schemas for the daily evapotranspiration of the rice plant. Findings show that in the local YSU schema, the accuracy of predictions is significantly increased and is only 0.64 mm on average less than the estimated lysimetric data.
Results: The results showed that using appropriate schemas in the surface layer and boundary layer of the WRF model, affects on accuracy of evapotranspiration predictions. The results of this study showed that, this model by using the YSU non-local boundary layer scheme can accurately predict the evapotranspiration rates of the rice plant for the next day and this is due to the higher ability of this schema in predicting the parameters affecting evapotranspiration (including temperature and wind). Therefore, the WRF model can be implemented by using GFS forecast data for the next few days and by applying the FAO-Penman-Monteith equations to the model outputs, the values of potential evapotranspiration for different regions of the country can be calculated. Since evapotranspiration is directly related to atmospheric thermodynamic processes, so using other different atmospheric physics schemas (not considered in this study) can produce different results.
