Υπολογισμός Εξατμισοδιαπνοής της καλλιέργειας αναφοράς Μέθοδος Penman-Monteith FAO 56 (τροποποιημένη)

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Υπολογισμός Εξατμισοδιαπνοής της καλλιέργειας αναφοράς Μέθοδος Penman-Monteith FAO 56 (τροποποιημένη)"

Ολυμπιάς Βασιλείου
6 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Υπολογισμός Εξατμισοδιαπνοής της καλλιέργειας αναφοράς Μέθοδος Penman-Monteith FAO 56 (τροποποιημένη) Ο υπολογισμός της εξατμισοδιαπνοής μπορεί να γίνει από μια εξίσωση της ακόλουθης μορφής: ETa ks kc ETo (1) όπου ΕΤ α η πραγματική εξατμισοδιαπνοή, ΕΤ ο η εξατμισοδιαπνοή της καλλιέργειας αναφοράς, k c είναι ο λεγόμενος φυτικός συντελεστής ή συντελεστής επιφάνειας (Doorenbos & Pruitt 1977, Allen et al. 1998) και k s συντελεστής που αναφέρεται στην υγρασιακή κατάσταση του εδάφους ή και σε άλλους παράγοντες (0< k s 1). k c : Ο συντελεστής k c για φυτοκαλυμένο έδαφος μεταβάλλεται ανάλογα με το φαινολογικό στάδιο (στάδιο ανάπτυξης) της φυτοκάλυψης. ΕΤ o : Ως εξατμισοδιαπνοή της καλλιέργειας αναφοράς, ΕΤ ο, θεωρείται αυτή που προέρχεται από μια υποθετική εκτεταμένη επιφάνεια υγιούς γρασιδιού, που αρδεύεται επαρκώς, έχει ομοιόμορφο ύψος 0.1 m, αναπτύσσεται δυναμικά και σκιάζει πλήρως το έδαφος. Καλλιέργεια αναφοράς μπορεί να θεωρηθεί και η μηδική (Jensen 1983). Στις εφαρμογές όπου δεν αναφέρεται η καλλιέργεια αναφοράς εννοείται γρασίδι). ΕT c : H δυναμική εξατμισοδιαπνοή (καλλιεργειών και φυτοκαλυμμένων επιφανειών γενικά), ΕT c, αναφέρεται σε επιφάνειες μεγάλης έκτασης υπό άριστες αγρονομικές συνθήκες και συνθήκες εδαφικής υγρασίας. Για τον προσδιορισμό της εξατμισοδιαπνοής της καλλιέργειας αναφοράς (γρασίδι ή μηδική), ΕΤ ο, μπορούν να χρησιμοποιηθούν διάφορες μέθοδοι ανάλογα με την απαιτούμενη ακρίβεια των αποτελεσμάτων και τα διαθέσιμα κλιματικά στοιχεία. Από τις μεθόδους αυτές η τροποποιημένη μέθοδος Penman-Monteith (FAO 56) θεωρείται η πλέον ακριβής μετά από αξιολόγηση των αποτελεσμάτων της σε διάφορες περιοχές του κόσμου (Jensen et al. 1990, Allen et al. 1996, Smith et al. 1996). Με βάση τη μέθοδο αυτή που περιγράφεται λεπτομερώς από τον FAO-56 (Allen et al. 1998) η εξατμισοδιαπνοή της καλλιέργειας αναφοράς, ET o, υπολογίζεται από την παρακάτω σχέση : ET o ( R G) u n T 73 ( u ) ( e e ) s a () όπου ET o η εξατμισοδιαπνοή της καλλιέργειας αναφοράς (γρασίδι) σε mm/d, R n η καθαρή ηλιακή ακτινοβολία (MJ m - d -1 ), G η ροή θερμότητας στο έδαφος (MJ m - d -1 ) που για ημερήσια χρονικά διαστήματα μπορεί να θεωρηθεί G0, Τ η μέση ημερήσια θερμοκρασία του αέρα σε ύψος m ( o C), u η μέση ταχύτητα του ανέμου σε ύψος m (m s -1 ), e s η πίεση των κορεσμένων υδρατμών (kpa), e a πραγματική πίεση υδρατμών (kpa), e s e a το έλλειμμα κορεσμού υδρατμών (kpa), η κλίση της καμπύλης των κορεσμένων υδρατμών στη θερμοκρασία Τ (kpa o C -1 ) και γ ψυχρομετρική σταθερά (kpa o C -1 ). Όλες οι παράμετροι στην εξ. () πρέπει να είναι γνωστές (μετρημένες) ή να υπολογιστούν από προσεγγιστικές εξισώσεις. Οι παράμετροι e s και εξαρτώνται από τη θερμοκρασία του αέρα, Τ, και για τον υπολογισμό τους μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι ακόλουθες εξισώσεις (Allen et al., 1998): 17.7T T 37.3 e ( T ) e (kpa) (3) s -1 -

2 4098 ( T ) e s (kpa/ o C) (4) ( T 37.3) όπου Τ η μέση ημερήσια θερμοκρασία του αέρα ( o C) σε ύψος m από την επιφάνεια του εδάφους. Εναλλακτικά για τα e s και μπορούν να χρησιμοποιηθούν και οι εξισώσεις (Kotsopoulos and Babajimopoulos, 1997): s T T 48.57T e ( T ) e (kpa) (3α) ( T ) e s (kpa/ o C) (4α) T Για τις απαιτήσεις της εξ. () ως e s χρησιμοποιείται η μέση τιμή που προκύπτει για τις θερμοκρασίες T max και Τ min και οι οποίες αναφέρονται σε οποιαδήποτε χρονική περίοδο (ημέρα, εβδομάδα, δεκαήμερο, μήνα) : es es( Tmax ) es( Tmin ) (kpa) (5) ενώ στην εξ.(4) ή την (4α) χρησιμοποιείται η μέση θερμοκρασία του αέρα (T mean, o C) που μπορεί να υπολογιστεί και ως : T mean T max T min (6) Η πραγματική πίεση υδρατμών e α (kpa), υπολογίζεται από την πίεση των κορεσμένων υδρατμών e s και την σχετική υγρασία του αέρα RH (%) ως : RH ea es (7) Στην εξ. () η παράμετρος e a μπορεί να υπολογιστεί εφόσον υπάρχουν διαθέσιμα στοιχεία μέγιστης και ελάχιστης σχετικής υγρασίας (RH max, RH min ) ως: e a RH min RH min es ( Tmax ) es ( Tmin ) (8) ενώ αν υπάρχουν διαθέσιμα στοιχεία μέσης σχετικής υγρασίας (RH mean ) ως : RH mean es ( Tmax ) es ( T ) e min a (9) Η ψυχρομετρική σταθερά γ (kpa/ o C) υπολογίζεται ως : Cp P P (10) όπου C p ειδική θερμότητα υγρού αέρα (=1.013 kj kg -1 o C -1 ) - -

3 P ατμοσφαιρική πίεση (kpa), z P 101.3, z = υψόμετρο (m) (11) 93 ε λόγος μοριακού βάρους υδρατμών προς μοριακό βάρος ξηρού αέρα, ε= 0.6 λ λανθάνουσα θερμότητα εξάτμισης (ΜJ kg -1 ) ( ) Τ, T σε o C (1) Εναλλακτικά για το λ μπορεί να χρησιμοποιηθεί και η εξίσωση (Κωτσόπουλος και Μπαμπατζιμόπουλος, 1995): ( ) Τ, T σε o C (1) Η καθαρή ηλιακή ακτινοβολία, R n, ισούται με τη διαφορά της εισερχόμενης καθαρής ακτινοβολίας μικρού μήκους, R ns, και της εξερχόμενης καθαρής ακτινοβολίας μεγάλου μήκους, R nl : Rn Rns Rnl (13) Η εισερχόμενη καθαρή ακτινοβολία μικρού μήκους R ns (ΜJ m - day -1 ) υπολογίζεται ως: Rns ( 1 a) Rs (14) όπου α συντελεστής ανακλαστικότητας της καλλιέργειας αναφοράς ή albedo (α= 0.3) και R s η εισερχόμενη ηλιακή ακτινοβολία (ΜJ m - day -1 ) Η εισερχόμενη ηλιακή ακτινοβολία, R s (ΜJ m - day -1 ), σε περίπτωση που δεν μετράται, υπολογίζεται από τη σχέση : R s n as bs Ra (15) N όπου n η πραγματική (λαμπρή) ημερήσια ηλιοφάνεια σε ώρες, N η μέγιστη δυνατή (θεωρητική) ημερήσια ηλιοφάνεια σε ώρες, n/n η σχετική ημερήσια ηλιοφάνεια, R a η ηλιακή ακτινοβολία στο άνω όριο της ατμόσφαιρας (ΜJ m - d -1 ) α s, b s σταθερές παλινδρόμησης. Σε περίπτωση που δεν μπορούν να υπολογιστούν συνιστώνται οι τιμές α s = 0.5 και b s = Η ηλιακή ακτινοβολία στο άνω όριο της ατμόσφαιρας, R a, και η μέγιστη δυνατή ημερήσια ηλιοφάνεια, N, μπορούν να υπολογιστούν από τις ακόλουθες εξισώσεις (Duffie & Beckman 1980, Allen et al. 1998, Jensen et al. 1990): 460 Ra Gsc dr ωs sin( φ) sin( δ) cos( φ) cos( δ) sin( ωs ) (16) π -3 -

4 4 N s (17) όπου G sc ηλιακή σταθερά (0.080 ΜJ m - min -1 ), d r η σχετική απόσταση μεταξύ γης και ήλιου, ω s η ωριαία γωνία σε rad, φ το γεωγραφικό πλάτος σε rad, δ η απόκλιση του ήλιου σε rad. Τα d r, δ, και ω s υπολογίζονται από τις παρακάτω εξισώσεις : dr cos J 365 (18) sin J (19) 365 s arccos tan( ) tan( ) (0) όπου J η Ιουλιανή ημέρα του έτους [J=1,,...,365 (366)]. Εναλλακτικά τα d r, δ, και Ν υπολογίζονται από τις εξισώσεις (Kotsopoulos and Babajimopoulos, 1997): d r ( J cos 365 3) (18α) ( J 83) sin (19α) N s M (17α) όπου M= φ * φ *3 [φ * το γεωγραφικό πλάτος σε μοίρες ( ο )], ενώ για το ω s χρησιμοποιείται η εξ. (0). Εναλλακτικά, η τιμή του R a μπορεί να προκύψει από τον Πίνακα Α (Πίνακας 11 του "Πίνακες.pdf" στο e- class), ενώ η τιμή του Ν μπορεί να προκύψει από τον Πίνακα Β (Πίνακας 8 του εγγράφου "Πίνακες.pdf" στο e-class0.) Αν οι τιμές της ηλιακής ακτινοβολίας στο άνω όριο της ατμόσφαιρας, R a, και της μέγιστης δυνατής ημερήσιας ηλιοφάνειας, N, απαιτούνται σε μηνιαία βάση τότε ή λαμβάνονται οι μέσες μηνιαίες τιμές τους από τις παραπάνω εξισώσεις ή χρησιμοποιείται ως μέση τιμή αυτή που προκύπτει για τις ημερομηνίες του Πίνακα Γ. Η εξερχόμενη καθαρή ακτινοβολία μεγάλου μήκους,r nl (ΜJ m - d -1 ), υπολογίζεται ως (Allen et al., 1998): Rnl T 4 K T 4 max, min, K Rs ea R ( ) (1) so όπου: σ= σταθερά Stephan - Boltzman ( MJ ο Κ -4 m - day 1 ) T max,k = μέγιστη απόλυτη θερμοκρασία κατά τη διάρκεια της ημέρας [Κ= ο C+73.16] -4 -

5 R T min,k = μέγιστη απόλυτη θερμοκρασία κατά τη διάρκεια της ημέρας [Κ= ο C+73.16] e a = η πραγματική πίεση των υδρατμών στον αέρα (kpa) R s = η εισερχόμενη ηλιακή ακτινοβολία (ΜJ m - d -1 ) R sο = η εισερχόμενη ηλιακή ακτινοβολία όταν δεν υπάρχει νέφωση (ΜJ m - d -1 ) που για οποιοδήποτε υψόμετρο z (m) πάνω από το επίπεδο της θάλασσας υπολογίζεται ως : so 5 a s bs 10 z Ra () Ο λόγος της σχετικής ηλιακής ακτινοβολίας μικρού μήκους κύματος R s /R sο είναι πάντα 1. Όταν η ταχύτητα του ανέμου u δίνεται σε διαφορετικό των m ύψος από την επιφάνεια του εδάφους τροποποιείται και μπορεί να χρησιμοποιηθεί η εξίσωση (Allen et al., 1998): 4.87 u uz (3) ln(67.8 z 5.4) όπου u η μέση ταχύτητα του ανέμου σε ύψος m από το έδαφος (m s -1 ), u z η μέση ταχύτητα του ανέμου σε ύψος z m από το έδαφος (m s -1 ), z το υψόμετρο μέτρησης της ταχύτητας του ανέμου (m). Εναλλακτικά για το u μπορεί να χρησιμοποιηθεί η εξίσωση (Doorenbos & Pruitt 1977): a u uz z (3α) όπου α εκθέτης που λαμβάνει την τιμή 0.17 όταν z>m και 0. όταν z<m, ενώ γενικά μπορεί να χρησιμοποιηθεί η τιμή α=0. (Jensen 1974). Πίνακας A. (Πίνακας 11 του εγγράφου "Πίνακες.pdf" στο e-class) Μέση μηνιαία ηλιακή ακτινοβολία (Ra) στο άνω όριο της ατμόσφαιρας σε MJ m - d -1 για βόρεια πλάτη από 4 εως 50 Βόρειο πλάτος Ι Φ Μ Α Μ Ι Ι Α Σ Ο Ν , ,

6 Πίνακας Β. (Πίνακας 8 του εγγράφου "Πίνακες.pdf" στο e-class) Μέση μηνιαία θεωρητική ηλιοφάνεια (N) σε ώρες (h) για βόρεια πλάτη από 0 εως 50 Βόρειο πλάτος Ι Φ Μ Α Μ Ι Ι Α Σ Ο Ν Πίνακας Γ. (Πίνακας 1 του εγγράφου "Πίνακες.pdf" στο e-class) Ημερομηνίες για τον υπολογισμό των μέσων μηνιαίων τιμών R a και N Μήνας Ημερομηνία Ημέρα του έτους (Ιουλιανή ημέρα) Ιανουάριος 17 / 1 17 Φεβρουάριος 15 / 46 Μάρτιος 16 / 3 75 Απρίλιος 15 / Μάϊος 15 / Ιούνιος 11 / 6 16 Ιούλιος 17 / Αύγουστος 16 / 8 8 Σεπτέμβριος 16 / 9 59 Οκτώβριος 16 / Νοέμβριος 15 / εκέμβριος 11 /

Σχετικά έγγραφα

ΑΣΚΗΣΗ ΥΔΑΤΟΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗΣ Τα στάδια ανάπτυξης μιας καλλιέργειας έχουν διάρκεια: Αρχικό 35 ημέρες, ανάπτυξης 42 ημέρες, πλήρους ανάπτυξης 43 ημέρες και της ωρίμανσης 23 ημέρες. Οι τιμές των φυτικών συντελεστών