参考作物蒸发蒸腾量简化计算与预测模型研究

【摘要】： 由于分形和混沌理论在解决多参数非线性问题表现出的极强的自适应能力,论文采用分形和混沌理论重点研究了气象资料缺省条件下参考作物蒸发蒸腾量( ET0 )的简化计算和预测模型研究。论文依托国家科技支撑计划项目(2006BAD11B04)和国家自然科学基金项目(50879072)。论文从分形理论中自相似性角度进一步验证了温度与植物表面的净短波辐射和净辐射关系的合理性,从而简化了参考作物蒸发蒸腾量计算;并将双线性理论用于参考作物蒸发蒸腾量的计算;用混沌理论分析参考作物蒸发蒸腾量的混沌特征并进行预测。为解决参考作物蒸发蒸腾量复杂问题提供简单的计算和预测方法;研究得到了以下研究成果和结论: 1)用分形理论研究温度和辐射的分形特征建立了温度和辐射计算模型。通过对温度与理论太阳辐射、植物表面的净长波辐射、植物表面的净短波辐射和净辐射趋势分析,建立温度与植物表面的净短波辐射和净辐射的模型,从分形理论的角度进一步验证了温度与植物表面的净短波辐射和净辐射良好关系。 2)对建立的温度与植物表面的净短波辐射和净辐射模型代入Penman-Monteith公式进行简化计算值和Penman-Monteith计算值的误差分析,简化模型的计算值和Penman-Monteith模型的计算值之间的绝对偏差和相对偏差都较小,简化计算的结果精度较高,可以运用简化模型进行计算。 3)将双线性理论应用于参考作物蒸发蒸腾量的计算,采用温度和净辐射建立计算参考作物蒸发蒸腾量的双线性模型,并将建立的温度和净辐射的关系代入双线性模型,建立了由温度推算参考作物蒸发蒸腾量的简化双线性模型;通过Penman-Monteith公式计算的参考作物蒸发蒸腾量和简化双线性模型计算的参考作物蒸发蒸腾量的平均绝对偏差和平均相对偏差比较,简化双线性模型计算的参考作物蒸发蒸腾量在遂宁和泸州偏差较小,因此,在实际应用中,可选择通过简化双线性模型计算参考作物蒸发蒸腾量。 4)以成都等站点为例,采用温度、相对湿度和净辐射两两组合建立双线性模型,并用其建立的双线性模型计算参考作物蒸发蒸腾量,再将上一步计算的参考作物蒸发蒸腾量建立双线性模型,依此类推,共进行五次。除了利用温度和相对湿度建立的双线性模型精度较低外,其它模型精度都较高,并且四个站点由温度和净辐射建立的双线性模型计算参考作物蒸发蒸腾量的精度都较高,在实际应用中,可以利用该方法快速和准确的计算参考作物蒸发蒸腾量。 5)采用Welch法、小数据量法、G-P关联维和C-C方法,对参考作物蒸发蒸腾量时间序列进行混沌特征识别和分析,并利用RBF神经网络预测方法和Volterra级数自适应预测模型对参考作物蒸发蒸腾量进行一步预测。结果表明:参考作物蒸发蒸腾量具有一定的混沌特征,其最小嵌入维数m=6时对应的吸引子维数D =2.025,最大李雅诺夫指数大于零,表现出复杂多变性;通过对RBF神经网络和Volterra级数自适应一步预测结果的误差的比较,Volterra级数自适应一步预测结果误差较小,预测精度较高。因此,在实际中可采用Volterra级数自适应模型进行参考作物蒸发蒸腾量一步预测。