EmPEst Empirical reference Potential evapotranspiration Estimation

EmPEst Empirical reference Potential evapotranspiration Estimation Εγχειρίδιο χρήσης Φ. Ξυστράκης 1 & Κ. Κωστινάκης 2 1 Ινστιτούτο Δασοκομίας, Πανεπιστήμιο Albert Ludwigs, Freiburg 2 Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης

1. Πίνακας περιεχομένων 1. Πίνακας περιεχομένων... 2 2. Εισαγωγή... 3 3. Διάθεση, υποστήριξη και ορθή αναφορά... 4 4. Οι εξισώσεις PET ref... 4 4.1. Γενική μορφή της εξίσωσης κατά ASCE Penman-Monteith... 5 4.2. Εξίσωση κατά Hargreave... 5 4.3. Εξίσωση κατά Mc Guinness-Bordne... 5 4.4. Εξίσωση κατά Romanenko... 5 4.5. Εξίσωση κατά Hammon (εκδοχή 1)... 5 4.6. Εξίσωση κατά Hammon (εκδοχή 2)... 6 4.7. Εξίσωση κατά Hammon (εκδοχή 3)... 6 4.8. Εξίσωση κατά McCloud... 6 4.9. Εξίσωση κατά Hansen... 6 4.10. Εξίσωση κατά Caprio... 6 4.11. Εξίσωση κατά Jensen-Haise... 7 4.12. Εξίσωση κατά Turc... 7 4.13. Εξίσωση κατά Makkink... 7 4.14. Εξίσωση κατά de Bruin... 7 5. Στατιστικά μέτρα σφαλμάτων... 10 6. Δεδομένα εισαγωγής... 11 6.1. Φάκελος «General data files»... 11 6.2. Φάκελος «Meteorological observations files»... 12 7. Εκτέλεση του προγράμματος... 15 8. Αποτελέσματα της εκτέλεσης του προγράμματος... 17 8.1. Αρχείο «Station_PET»... 17 8.2. Αρχεία «Station_Comparison_measures (mean values) [Short crop]» και «Station_Comparison_measures (mean values) [Tall crop]»... 18 8.3. Αρχεία «Station_AE [Short crop]» και «Station_AE [Tall crop]»; «Station_SE [Short crop]» και «Station_SE [Tall crop]»; «Station_BE [Short crop]» και «Station_BE [Tall crop]»; «Station_RAE [Short crop]» και «Station_RAE [Tall crop]»; «Station_RSE [Short crop]» και «Station_RSE [Tall crop]»... 18 9. Περιορισμοί... 20 10. Βιβλιογραφία... 21 Φ. Ξυστράκης & Κ. Κωστινάκης 2

2. Εισαγωγή Το EmPEst (Empirical Potential evapotranspiration Estimation), είναι ένα δωρεάν, απλό στη χρήση πρόγραμμα Visual Basic για την εκτίμηση της ημερήσιας δυνητικής εξατμισοδιαπνοής αναφοράς (reference potential evapotranspiration (PET ref) από βασικές μετεωρολογικές παρατηρήσεις. Η PET ref, ανάλογα με τη διαθεσιμότητα δεδομένων εισαγωγής, είναι δυνατό να εκτιμηθεί με τη χρήση δεκατριών εμπειρικών μεθόδων και, επιπροσθέτως, δίνεται η επιλογή στους χρήστες να επιλέξουν τον υπολογισμό της PET ref με τη χρήση της εξίσωσης κατά ASCE Penman-Monteith (Allen et al., 2005) για χαμηλή (γρασίδι) ή υψηλή (alfalfa) βλάστηση. Σε αυτήν την περίπτωση, ελέγχεται η σύγκλιση των αποτελεσμάτων των εμπειρικών μεθόδων, με τις εκτιμήσεις της εξίσωσης ASCE Penman-Monteith με τη βοήθεια πέντε στατιστικών μέτρων σφαλμάτων (μέτρα συνολικής ακρίβειας). Το πρόγραμμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για γρήγορη εκτίμηση τιμών δυνητικής εξατμισοδιαπνοής αναφοράς για χρήσεις στην υδρολογία, γεωβοτανική ή για τον υπολογισμό των αναγκών σε άρδευση για περιοχές που δεν υπάρχουν μετρήσεις εξατμισοδιαπνοής. Φ. Ξυστράκης & Κ. Κωστινάκης 3

3. Διάθεση, υποστήριξη και ορθή αναφορά Το πρόγραμμα είναι διαθέσιμο με την άδεια «creative commons attribution non commercial share alike» (http://creativecommons.org/licenses/by-ncsa/3.0/deed.en). Πληροφορίες όσον αφορά τη λήψη του προγράμματος παρέχονται στην ιστοσελίδα: http://empest.wordpress.com/ Υποστήριξη για τη χρήση του προγράμματος παρέχεται μέσω ηλεκτρονικής αλληλογραφίας από τους συγγραφείς του παρόντος στις παρακάτω ηλεκτρονικές διευθύνσεις: Φώτης Ξυστράκης: xystrakis.fotis@waldbau.uni-freiburg.de Κωνσταντίνος Κωστινάκης: kkostina@civil.auth.gr Παράλληλα, οι χρήστες μπορούν να επισκέπτονται και το ιστολόγιο του προγράμματος στην ιστοσελίδα: http://empest.wordpress.com/ Η ορθή βιβλιογραφική αναφορά του προγράμματος έχει ως εξής: Kostinakis, K.; Xystrakis, F.; Theodoropoulos, K.; Stathis, D. and Eleftheriadou, E. (2011). Estimation of reference potential evapotranspiration with focus on vegetation science the EmPEst software. Journal of Irrigation and Drainage Engineering ASCE 137(9): 616-619 doi: 10.1061/(ASCE)IR.1943-4774.0000335 Φ. Ξυστράκης & Κ. Κωστινάκης 4

4. Οι εξισώσεις PETref Οι παρακάτω εξισώσεις για τον υπολογισμό της ημερήσιας PET ref εμπεριέχονται στο πρόγραμμα: Για επεξηγήσεις όσον αφορά τις μονάδες μέτρησης και τον ορισμό των διαφόρων συμβόλων που εμφανίζονται στις εξισώσεις, οι χρήστες πρέπει να ανατρέξουν στον Πίνακα 1. Πρέπει να τονιστεί ότι ορισμένες εξισώσεις απαιτούν μετατροπή των μονάδων μέτρησης κάποιων δεδομένων. H μετατροπή αυτή γίνεται αυτόματα και η εξατμισοδιαπνοή δίνεται σε χιλ. (mm). Οι χρήστες πρέπει να εισάγουν τα δεδομένα με τις μονάδες μέτρησης που αναφέρονται στο κεφάλαιο 6. 4.1. Γενική μορφή της εξίσωσης κατά ASCE Penman-Monteith Η εξίσωση για τον υπολογισμό της ημερήσιας PET ref 1 με βάση τη μέθοδο κατά ASCE Penman-Monteith (ASCE-EWRI, 2005) είναι: Cn 0.408 D ( Rn - G) + g U 2 ( es - ea ) Tmean + 273 PETASCE = D + g (1 + C U ) 4.2. Εξίσωση κατά Hargreave Η εξίσωση για την εκτίμηση της ημερήσιας PET ref με βάση τη μέθοδο κατά Hargreave (Allen et al., 1998, Xu and Singh, 2002, Oudin et al., 2005) είναι: Ê Ra ˆ PETHar = 0.0023 Á ( Tmax - Tmin ) ( Tmean + 17.8) Ë l 4.3. Εξίσωση κατά Mc Guinness-Bordne Η εξίσωση για την εκτίμηση της ημερήσιας PET ref με βάση τη μέθοδο κατά Mc Guinness-Bordne (Oudin et al., 2005) είναι: R Ê T + 5 ˆ PET McG Ê = Á Ë a l ˆ Á Ë mean 68 4.4. Εξίσωση κατά Romanenko Η εξίσωση για την εκτίμηση της ημερήσιας PET ref με βάση τη μέθοδο κατά Romanenko (Oudin et al., 2005) είναι: Ê T ˆ Ê Á + mean e PET Á Rom 4.5 1 1 - Ë 25 Ë e = s 2 a ˆ 4.5. Εξίσωση κατά Hammon (εκδοχή 1) Η εξίσωση για την εκτίμηση της ημερήσιας PET ref με βάση την πρώτη εκδοχή της μεθόδου κατά Hammon (Lu et al., 2005) είναι: DL Ê es ˆ PETHam Á a T 1 = 0.1651 216.7 12 Ë mean + 273.3 d 2 1 Τα δεκαδικά σημειώνονται με τελεία κι όχι με κόμμα όπως συνηθίζεται στην Ελληνική λόγω ιδιαιτεροτήτων του προγράμματος. Φ. Ξυστράκης & Κ. Κωστινάκης 5

όπου: α = σταθερά που στην προκειμένη περίπτωση παίρνει την τιμή 1.2 e s σε mb 4.6. Εξίσωση κατά Hammon (εκδοχή 2) Η εξίσωση για την εκτίμηση της ημερήσιας PET ref με βάση τη δεύτερη εκδοχή της μεθόδου κατά Hammon (Oudin et al., 2005) είναι: PET Ham2 Ê DL = Á Ë 12 2 ˆ Ê T expá Ë 16 mean ˆ 4.7. Εξίσωση κατά Hammon (εκδοχή 3) Η εξίσωση για την εκτίμηση της ημερήσιας PET ref με βάση την Τρίτη εκδοχή της μεθόδου κατά Hammon (Rosenberry et al., 2004) είναι: Ê DL ˆ PET Ham = 0.55 Á Ë 12 όπου: SVD σε mb 2 SVD 100 3 25.4 4.8. Εξίσωση κατά McCloud Η εξίσωση για την εκτίμηση της ημερήσιας PET ref με βάση τη μέθοδο κατά Mc Cloud (Jacobs and Satti, 2001, Irmak et al., 2003) είναι: PET McC ( T -32) mean = a b όπου: PET σε ίντσες T mean σε o F α = σταθερά με τιμή 0.01 b = σταθερά με τιμή 1.07 4.9. Εξίσωση κατά Hansen Η εξίσωση για την εκτίμηση της ημερήσιας PET ref με βάση τη μέθοδο κατά Hansen (Hansen, 1984, Xu and Singh, 2002) είναι: Ê PETHan = 0. 7 Á Ë D D + όπου: R s σε cal cm -2 ˆ Ê Rs Á g Ë l Δ και γ σε mb o C -1 λ σε cal g -1 ˆ 4.10. Εξίσωση κατά Caprio Η εξίσωση για την εκτίμηση της ημερήσιας PET ref με βάση τη μέθοδο κατά Caprio (Caprio, 1974) (πηγή: http://www.wsl.ch/staff/niklaus.zimmermann/programs/aml3_2.html) είναι: Φ. Ξυστράκης & Κ. Κωστινάκης 6

PET 6.1 R 10 όπου: R s σε kj m -2 ( 1.8 T 1.0) Cap = + 6 s mean 4.11. Εξίσωση κατά Jensen-Haise Η εξίσωση για την εκτίμηση της ημερήσιας PET ref με βάση τη μέθοδο κατά Jensen-Haise (Rosenberg et al., 1983) είναι: PET Jen Rs = mean l ( 0.025 T + 0.08) 4.12. Εξίσωση κατά Turc Η εξίσωση για την εκτίμηση της ημερήσιας PET ref με βάση τη μέθοδο κατά Turc (Jacobs and Satti, 2001, Lu et al., 2005) είναι: Αν RH < 50% Tmean Ê 50 - RH ˆ PETTurc = 0.013 ( Rs 23.8846 + 50) Á1+ Tmean + 15 Ë 70 Αν RH > 50% Tmean PET Turc = 0.013 ( Rs 23.8846 + 50) T + 15 mean 4.13. Εξίσωση κατά Makkink Η εξίσωση για την εκτίμηση της ημερήσιας PET ref με βάση τη μέθοδο κατά Makkink (Rosenberry et al., 2004) είναι: ÈÊ Ê D ˆ ˆ ÍÁ Ê Rs ˆ PET 0.61 Mak = Á Á - 0.012 10 ÍÎ Ë Ë D + g Ë l όπου: R s σε cal cm -2 Δ και γ σε mb o C -1 λ σε cal g -1 4.14. Εξίσωση κατά de Bruin Η εξίσωση για την εκτίμηση της ημερήσιας PET ref με βάση τη μέθοδο κατά de Bruin (de Bruin and Keijman, 1979, Rosenberry et al., 2004) είναι: PET deb ÈÊ D ˆ Ê R n ˆ = ÍÁ Á 10 ÎË 0.85 D + 0.63 g Ë l όπου: R n σε cal cm -2 Δ και γ σε mb o C -1 λ σε cal g -1 Φ. Ξυστράκης & Κ. Κωστινάκης 7

Πίνακας 1: Ορισμοί και υπολογισμός των συμβόλων που εμφανίζονται στις διάφορες εξισώσεις PET ref. Σύμβολο Ορισμός Μονάδες Υπολογισμός Πηγή Σταθερά που λαμβάνει 3 K mm s τις τιμές 900 και 1600 για -1 C n χαμηλή και υψηλή Mg - (Allen et al. 2005) βλάστηση αντίστοιχα. Σταθερά που λαμβάνει τις τιμές 0.34 και 0.38 για s C d - (Allen et al. 2005) χαμηλή και υψηλή -1 βλάστηση αντίστοιχα. m R a R s R n Ένταση ακτινοβολίας στην επιφάνειας της γήινης ατμόσφαιρας Συνολική ένταση προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας Συνολική, καθαρή προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία MJ 2 m MJ 2 m MJ 2 m Εξαρτάται από το γεωγρ. πλάτος και την ημέρα του έτους RayMan Με βάση την R s, τον συντελεστή ανάκλασης επιφανείας (albedo) και την ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας μακρού μήκους κύματος. Λεπτομέρειες υπολογισμού δίνονται από: Allen et al. (1998) (Allen et al., 1998) (Matzarakis and Rutz, 2007) (Allen et al., 1998) T mean Μέση θερμοκρασία αέρα o C - - T max T min Μέγιστη θερμοκρασία αέρα Ελάχιστη θερμοκρασία αέρα DL Διάρκεια ημέρας ώρες e s a e a SVD b Τάση κορεσμού υδρατμών στη μέση τιμή θερμοκρασίας Πραγματική τάση υδρατμών που αντιστοιχεί στη θερμοκρασία του σημείου δρόσου Πυκνότητα αέρα κορεσμένου σε υδρατμούς για τη μέση θερμοκρασία αέρα o C - - o C - - kpa kpa g 3 m Με βάση το γεωγρ. πλάτος και την ημέρα του έτους, RayMan SVD = 216.7 (Allen et al., 1998) ( T + 273.3) mean e s (Matzarakis and Rutz, 2007) (Rosenberry et al., 2004, Lu et al., 2005) RH Σχετική υγρασία αέρα % - - Δ Κλίση της καμπύλης È 17.27 T mean τάσης κορεσμού kpa 4098 Í0.6108 exp 237.3 υδρατμών με τη o Î Tmean + C D = 2 ( T + 237.3) θερμοκρασία mean (Allen et al., 1998) γ c Ψυχρομετρικός kpa C p P συντελεστής o g = C e l (Allen et al., 1998) kg ρ Πυκνότητα του νερού 1000 (Allen et al., 1998) m 3 MJ Παίρνει την τιμή μηδέν για τον G Εδαφική ροή θερμότητας (Allen et al., 1998) 2 m ημερήσιο υπολογισμό της PETref Ταχύτητα ανέμου σε U 2 m/s - - ύψος 2 μ από το έδαφος Λανθάνουσα θερμότητα MJ -3 λ l = 2.501- ( 2.361 10 ) Tmean (Allen et al., 1998) εξάτμισης kg Φ. Ξυστράκης & Κ. Κωστινάκης 8

a: Η τάση κορεσμένων υδρατμών υπολογίζεται ως το ημιάθροισμα μεταξύ της τάσης των υδρατμών στη μέγιστη και ελάχιστη θερμοκρασία αέρα. Για περισσότερες πληροφορίες, οι χρήστες πρέπει να ανατρέξουν στους Allen et al. (1998). b: Η e s εδώ υπολογίζεται σε mb. c: Για περιγραφή και διαδικασίες υπολογισμού, οι χρήστες πρέπει να ανατρέξουν στους Allen et al. (1998) και ASCE-EWRI (2005). Φ. Ξυστράκης & Κ. Κωστινάκης 9

5. Στατιστικά μέτρα σφαλμάτων Τα στατιστικά μέτρα σφαλμάτων που χρησιμοποιούνται στο πρόγραμμα αυτό για τη σύγκριση των εκτιμήσεων της PET ref από τις εμπειρικές μεθόδους σε σχέση με τις τιμές που προκύπτουν από τη μέθοδο κατά ASCE Penman-Monteith είναι τα παρακάτω:: Τετραγωνικό Σφάλμα -Square Error (SE): ( ) 2 Απόλυτο σφάλμα-absolute Error (AE): Ei - Oi E i - O ÊEi - O ˆ i Σχετικό σφάλμα τετραγώνου-relative Square Error (RSE): Á Ë Ei Ei - Oi Σχετικό απόλυτο σφάλμα-relative Absolute Error (RAE): E Σφάλμα-Bias Error (BE): Ei - Oi όπου: E i: Οι εκτιμήσεις PET ref από την εκάστοτε εμπειρική μέθοδο για την ημέρα i O i: Οι αντίστοιχες εκτιμήσεις από την μέθοδο κατά ASCE Penman-Monteith για την ημέρα i Επιπρόσθετα, πέρα από τις ημερήσιες τιμές των σφαλμάτων, το πρόγραμμα υπολογίζει και τις μέσες τιμές τους για ολόκληρη την περίοδο παρατηρήσεων, οι οποίες συμβολίζονται με MSE, MAE, MRSE, MRAE και MBE, αντίστοιχα. Οι μέσες τιμές αποθηκεύονται σε ξεχωριστό αρχείο (για λεπτομέρειες, ανατρέξτε στο κεφάλαιο 8). i i 2 Φ. Ξυστράκης & Κ. Κωστινάκης 10

6. Δεδομένα εισαγωγής Το λογισμικό απαιτεί την ύπαρξη δύο φακέλων, στους οποίους περιέχονται όλα τα απαιτούμενα δεδομένα εισαγωγής. Η ονομασία των φακέλων μπορεί να επιλεγεί ελεύθερα από το χρήστη του προγράμματος. Ως παράδειγμα για το παρόν εγχειρίδιο επιλέχτηκαν οι εξής ονομασίες των 2 φακέλων: General data files και Meteorological observations files Είναι σημαντικό να τονισθεί πως οι χρήστες πρέπει να ορίσουν ως διαχωριστικό δεκαδικών ψηφίων την τελεία (.) κι όχι το κόμμα (,) όπως συνηθίζεται στην Ελλάδα για το MS Excel. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί αν ο χρήστης μέσα από το Excel επιλέξει: Εργαλεία -> επιλογές-> διεθνείς ρυθμίσεις και στο πεδίο «διαχωριστικό δεκαδικών» επιλέξει «.» 6.1. Φάκελος «General data files» Ο φάκελος «General data files» πρέπει να περιέχει 2 αρχεία τύπου.txt με τα παρακάτω ονόματα: Names και Number of days Το αρχείο «Names» πρέπει να περιέχει τα ονόματα των μετεωρολογικών σταθμών για τα δεδομένα των οποίων θέλει ο χρήστης να υπολογίσει την εξατμισοδιαπνοή. Σε κάθε γραμμή του εν λόγω αρχείου πρέπει να αναγράφεται το όνομα ενός μετεωρολογικού σταθμού, συνεπώς ο αριθμός των γραμμών του αρχείου πρέπει να είναι ίσος με τον αριθμό των μετεωρολογικών σταθμών. Η μορφή ενός τυπικού αρχείου απεικονίζεται στην Εικόνα 1, από την οποία φαίνεται ότι ο χρήστης ζητά από το πρόγραμμα τον υπολογισμό της εξατμισοδιαπνοής για τα δεδομένα 3 μετεωρολογικών σταθμών με τα ονόματα: Station1, Station2 και Station3. Εικόνα 1: Μορφή ενός τυπικού αρχείου «Names». Το αρχείο «Number of days» πρέπει να περιέχει τον αριθμό των ημερών για τις οποίες υπάρχουν δεδομένα από τους αντίστοιχους μετεωρολογικούς σταθμούς. Σε κάθε γραμμή του αρχείου πρέπει να αναγράφεται ο αριθμός των ημερών που Φ. Ξυστράκης & Κ. Κωστινάκης 11

αντιστοιχεί στον εκάστοτε μετεωρολογικό σταθμό του αρχείου «Names». Πρέπει να τονιστεί ότι ο μέγιστος αριθμός ημερών είναι 70000. Η μορφή ενός τυπικού αρχείου απεικονίζεται στην Εικόνα 2, από την οποία φαίνεται ότι οι αριθμοί των ημερών για τους 3 μετεωρολογικούς σταθμούς Station1, Station2 και Station3 είναι 16802, 17167 και 11323, αντίστοιχα. Εικόνα 2: Μορφή ενός τυπικού αρχείου «Number of days». 6.2. Φάκελος «Meteorological observations files» Ο φάκελος «Meteorological observations files» πρέπει να περιέχει 1 αρχείο τύπου.txt (αρχείο Σημειωματαρίου) για κάθε μετεωρολογικό σταθμό. Το όνομα του αρχείου πρέπει να ταυτίζεται με το όνομα του εκάστοτε μετεωρολογικού σταθμού. Στην Εικόνα 3 απεικονίζεται η μορφή του αρχείου «Station» για τον μετεωρολογικό σταθμό με όνομα «Station1». Εικόνα 3: Μορφή ενός τυπικού αρχείου «Station» «.txt» Το εν λόγω αρχείο μπορεί εύκολα να δημιουργηθεί με τη βοήθεια ενός αρχείου τύπου.xls (αρχείο Excel), το οποίο έχει το ίδιο όνομα με το αντίστοιχο αρχείο.txt. Το αρχείο.xls με τη βοήθεια του οποίου δημιουργήθηκε το αρχείο «Station1» της Εικόνας 3 φαίνεται στην Εικόνα 4. Φ. Ξυστράκης & Κ. Κωστινάκης 12

Εικόνα 4: Μορφή του αρχείου «Station1» (xls) με τη βοήθεια του οποίου δημιουργήθηκε το αρχείο «Station1» (txt). Ένα τυπικό αρχείο «Station» (.xls) αποτελείται από 14 στήλες δεδομένων. 1) Στην πρώτη στήλη (στήλη Α του αρχείου) αναγράφεται το έτος για το οποίο θα υπολογιστεί η PET ref. 2) Στην δεύτερη στήλη (στήλη B του αρχείου) αναγράφεται ο αριθμός του μήνα (1, 2,, 12) για τον οποίο θα υπολογιστεί η PET ref. 3) Στην τρίτη στήλη (στήλη C του αρχείου) αναγράφεται ο αριθμός της ημέρας (1, 2,, 31) για την οποία θα υπολογιστεί η PET ref. 4) Στη τέταρτη στήλη (στήλη D του αρχείου) αναγράφονται οι ημέρες του έτους (1-366) (Julian days). 5) Στην πέμπτη στήλη (στήλη E του αρχείου) αναγράφονται οι τιμές της σχετικής υγρασίας (%) για κάθε ημέρα. 6) Στην έκτη στήλη (στήλη F του αρχείου) αναγράφονται οι τιμές της διάρκειας της κάθε ημέρας (DL) σε πρώτα λεπτά της ώρας (min). 7) Στην έβδομη στήλη (στήλη G του αρχείου) αναγράφονται οι τιμές της μέσης θερμοκρασίας αέρα σε ύψος 2 m από την επιφάνεια του εδάφους (T mean) για κάθε ημέρα σε ο C. 8) Στην όγδοη στήλη (στήλη H του αρχείου) αναγράφονται οι τιμές της μέγιστης θερμοκρασίας αέρα σε ύψος 2 m από την επιφάνεια του εδάφους (T max) για κάθε ημέρα σε ο C. 9) Στην ένατη στήλη (στήλη I του αρχείου) αναγράφονται οι τιμές της ελάχιστης θερμοκρασίας αέρα σε ύψος 2 m από την επιφάνεια του εδάφους (T min) για κάθε ημέρα σε ο C. 10) Στην δέκατη στήλη (στήλη J του αρχείου) αναγράφονται οι τιμές της θερμοκρασίας του σημείου δρόσου (T dew) για κάθε ημέρα σε ο C. 11) Στην ενδέκατη στήλη (στήλη K του αρχείου) αναγράφονται οι ημερήσιες τιμές της συνολικής έντασης της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας (R s) σε MJ/m 2. Φ. Ξυστράκης & Κ. Κωστινάκης 13

12) Στη δωδέκατη στήλη (στήλη L του αρχείου) αναγράφονται οι ημερήσιες τιμές της συνολικής καθαρής έντασης της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας (R n) σε MJ/m 2. 13) Στην δέκατη τρίτη στήλη (στήλη M του αρχείου) αναγράφονται οι ημερήσιες τιμές της έντασης της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας στην επιφάνεια της γήινης ατμόσφαιρας (R a) σε MJ/m 2. 14) Στη δέκατη τέταρτη στήλη (στήλη N του αρχείου) αναγράφονται οι τιμές της ταχύτητας του ανέμου σε m/s. Σημειώνεται ότι η πρώτη γραμμή των δεδομένων πρέπει να είναι η γραμμή 6 του αρχείου, καθώς οι πρώτες 5 γραμμές είναι απλώς επικεφαλίδες που δεν πρέπει να μεταβληθούν. Εκτός από τις 14 στήλες δεδομένων, που προαναφέρθηκαν, ο χρήστης πρέπει να αναγράψει: στο κελί Β1 το υψόμετρο (m από την επιφάνεια της θάλασσας) του μετεωρολογικού σταθμού και στο κελί Β2 το ύψος μέτρησης της ταχύτητας του ανέμου (m). Στην περίπτωση που η τιμή κάποιου από τα μετεωρολογικά δεδομένα δεν είναι γνωστή πρέπει να αναγραφεί στο αντίστοιχο κελί του αρχείου η τιμή «-999». Τέλος, πρέπει να σημειωθεί ότι αν ο χρήστης επιλέξει να χρησιμοποιήσει μόνο τις εμπειρικές μεθόδους υπολογισμού όλες οι τιμές της στήλης 14 (ταχύτητα ανέμου) πρέπει να είναι -999, καθώς η εν λόγω στήλη χρησιμοποιείται μόνο στην περίπτωση εφαρμογής της μεθόδου ASCE Penman-Monteith. Μετά τη δημιουργία του αρχείου «Station» (.xls) ο χρήστης πρέπει να το αποθηκεύσει μέσα στο φάκελο «Meteorological observations files» με τη μορφή.txt (αρχείο Σημειωματαρίου). Για να αποθηκευτεί το αρχείο ως «*.txt» ο χρήστης ακολουθεί την εξής σειρά ενεργειών: Αρχείο -> Αποθήκευση ως Στη συνέχεια επιλέγεται ο φάκελος «Meteorological observation files», ενώ στο πεδίο «Αποθήκευση ως τύπου:» επιλέγεται το «Κείμενο (Οριοθετημένο με Tab) (*.txt)». Σημειώνεται ότι το όνομα αρχείου παραμένει το ίδιο («Station»). Φ. Ξυστράκης & Κ. Κωστινάκης 14

7. Εκτέλεση του προγράμματος Η φόρμα που εμφανίζεται κατά την έναρξη του προγράμματος είναι αυτή που απεικονίζεται στην Εικόνα 5. Στη φόρμα αυτή πρέπει να συμπληρωθούν τα παρακάτω πεδία. Πεδίο επιλογής του φακέλου με τα αρχεία «Names» και «number of days» (διπλό κλικ για ενεργοποίηση). Πεδίο επιλογής του φακέλου με τα αρχεία των μετεωρολογικών παρατηρήσεων (διπλό κλικ για ενεργοποίηση). Επιλογή για την εφαρμογή του τύπου ASCE Penman- Monteith γι α υψηλή ή χαμηλή βλάστηση Πεδίο επιλογής του φακέλου αποθήκευσης των παραγόμενων αρχείων (διπλό κλικ για ενεργοποίηση). Αναγραφή του αριθμού των μετεωρολογικών σταθμών Εκκίνηση υπολογιστικών διαδικασιών Ένδειξη τέλους υπολογιστικών διαδικασιών Εικόνα 5: Φόρμα του προγράμματος πριν την εκτέλεσή του. Οι επιλογές εξηγούνται στο κείμενο. Location of general data files: Στο πεδίο αυτό πρέπει να επιλεγεί από το χρήστη ο φάκελος μέσα στον οποίο βρίσκονται τα αρχεία «Names» και «Number of days». Για την ενεργοποίηση του φακέλου απαιτείται διπλό κλικ. Location of meteorological observations file(s): Στο πεδίο αυτό πρέπει να επιλεγεί από το χρήστη ο φάκελος μέσα στον οποίο βρίσκονται τα αρχεία «Station» (ένα αρχείο για κάθε μετεωρολογικό σταθμό). Για την ενεργοποίηση του φακέλου απαιτείται διπλό κλικ. Location of result file(s): Στο πεδίο αυτό πρέπει να επιλεγεί από το χρήστη ο φάκελος μέσα στον οποίο θέλει να αποθηκευτούν τα αρχεία αποτελεσμάτων που θα προκύψουν από την εκτέλεση του προγράμματος. Το πρόγραμμα δεν μπορεί να δημιουργήσει νέο φάκελο, οπότε πρέπει ήδη να υπάρχει. Για την ενεργοποίηση του φακέλου απαιτείται διπλό κλικ. Number of meteorological stations: Στο πεδίο αυτό αναγράφεται από το χρήστη ο αριθμός των μετεωρολογικών σταθμών για τα δεδομένα των οποίων θέλει να υπολογιστεί η εξατμισοδιαπνοή με τις διάφορες μεθόδους. Application of the ASCE Penman-Monteith equation: Το πεδίο αυτό τσεκάρεται μόνο στην περίπτωση που ο χρήστης θέλει να εφαρμοστεί η μέθοδος του ASCE Penman-Monteith. Ο χρήστης μπορεί να επιλέξει την εφαρμογή της εξίσωσης για χαμηλή ή υψηλή βλάστηση και το πρόγραμμα θα χρησιμοποιήσει τις αντίστοιχες μεταβλητές στην γενική εξίσωση. Στην Φ. Ξυστράκης & Κ. Κωστινάκης 15

περίπτωση που δεν επιλεγεί το πεδίο ο υπολογισμός της εξατμισοδιαπνοής θα γίνει με τη βοήθεια των 13 εμπειρικών μεθόδων. Calculation: Όταν έχουν γίνει όλες οι παραπάνω επιλογές, πατώντας το κουμπί αυτό, το πρόγραμμα ξεκινά τους υπολογισμούς. Με το τέλος των υπολογισμών, στο μαύρο πεδίο που διακρίνεται στη φόρμα, αναγράφεται η λέξη «End» με χαρακτήρες κόκκινου χρώματος και σηματοδοτείται η λήξη εκτέλεσης του προγράμματος. Φ. Ξυστράκης & Κ. Κωστινάκης 16

8. Αποτελέσματα της εκτέλεσης του προγράμματος Μετά από την εκτέλεση του προγράμματος μπορεί ο χρήστης να ανοίξει τον φάκελο αποθήκευσης των αποτελεσμάτων, όπου θα διαπιστώσει ότι έχει αποθηκευτεί μια σειρά από αρχεία τύπου.txt (αρχεία Σημειωματαρίου). Τα αρχεία αυτά για κάθε μετεωρολογικό σταθμό είναι τα εξής: Station_PET Station_Comparison measures (mean values) [Short crop] ή/και Station_Comparison measures (mean values) [Tall crop] Station_AE [Short crop] ή/και Station_AE [Tall crop] Station_SE [Short crop] ή/και Station_SE [Tall crop] Station_BE [Short crop] ή/και Station_BE [Tall crop] Station_RAE [Short crop] ή/και Station_RAE [Tall crop] Station_RSE [Short crop] ή/και Station_RSE [Tall crop] όπου Station είναι το όνομα του αντίστοιχου μετεωρολογικού σταθμού, όπως έχει επιλεγεί από το χρήστη. Σημειώνεται ότι τα τελευταία 12 αρχεία δημιουργούνται μόνο στην περίπτωση που ο χρήστης επιλέξει να εφαρμόσει την εξίσωση ASCE Penman- Monteith. 8.1. Αρχείο «Station_PET» Η μορφή ενός τυπικού αρχείου «Station_PET» φαίνεται στην Εικόνα 6 Σημειώνεται ότι το συγκεκριμένο αρχείο αναφέρεται στο μετεωρολογικό σταθμό «Station1». Στις 3 πρώτες στήλες αναγράφονται τα έτη, οι μήνες και οι ημέρες για τις οποίες υπολογίστηκαν οι τιμές της εξατμισοδιαπνοής, ενώ στην 4 η στήλη σημειώνονται οι ημέρες του έτους (Julian day). Στις επόμενες 13 στήλες αναγράφονται οι τιμές της ημερήσιας δυνητικής εξατμισοδιαπνοής αναφοράς (mm). Οι τιμές αυτές υπολογίστηκαν με τη βοήθεια των 13 εμπειρικών μεθόδων. Κάθε στήλη του αρχείου αντιστοιχεί και σε διαφορετική μέθοδο υπολογισμού, το όνομα της οποίας αναγράφεται στην 1 η γραμμή του αρχείου. Στην 18 η και 19 η στήλη αναγράφονται οι τιμές της ημερήσιας δυνητικής εξατμισοδιαπνοής αναφοράς (mm), οι οποίες υπολογίστηκαν με τη μέθοδο ASCE Penman-Monteith. Επισημαίνεται ότι στην περίπτωση που ο χρήστης επιλέξει να μη γίνει χρήση της μεθόδου ASCE Penman-Monteith οι εν λόγω στήλες θα είναι κενές. Πρέπει ακόμα να σημειωθεί ότι στην περίπτωση που δεν είναι γνωστή η τιμή (τιμή ίση με -999 στο αντίστοιχο αρχείο εισαγωγής) για κάποιο από τα δεδομένα που απαιτούνται κατά τη χρήση μιας οποιασδήποτε μεθόδου υπολογισμού, στην αντίστοιχη θέση του αρχείου «Station_PET» αναγράφεται η τιμή -999. Φ. Ξυστράκης & Κ. Κωστινάκης 17

Εικόνα 6: Μορφή ενός τυπικού αρχείου «Station_PET». Σημειώνεται ότι το συγκεκριμένο αρχείο αναφέρεται στον μετεωρολογικό σταθμό «Station1». 8.2. Αρχεία «Station_Comparison_measures (mean values) [Short crop]» και «Station_Comparison_measures (mean values) [Tall crop]» Η μορφή ενός τυπικού αρχείου «Station_Comparison measures (mean values) [Short crop]» φαίνεται στην Εικόνα 7. Σημειώνεται ότι το συγκεκριμένο αρχείο αναφέρεται στο μετεωρολογικό σταθμό «Station1». Στην 1 η στήλη αναγράφονται τα πέντε διαφορετικά μέτρα σύγκρισης που χρησιμοποιούνται στο πρόγραμμα. Στις υπόλοιπες στήλες αναγράφονται οι μέσες τιμές των αντίστοιχων μέτρων σύγκρισης για τις 13 εμπειρικές μεθόδους PET ref. Εικόνα 7: Μορφή ενός τυπικού αρχείου «Station_Comparison measure (mean values) [Short crop]». Σημειώνεται ότι το συγκεκριμένο αρχείο αναφέρεται στον μετεωρολογικό σταθμό «Station1» Πρέπει να τονιστεί ότι για τον υπολογισμό των μέτρων σύγκρισης δεν λαμβάνονται υπόψη εκείνες οι ημέρες για τις οποίες τα απαιτούμενα μετεωρολογικά δεδομένα δεν έχουν γνωστή τιμή (τιμή ίση με -999 στο αρχείο εισαγωγής). Ακόμα, για τον υπολογισμό των μέτρων σύγκρισης MRSE και MRAE δε λαμβάνονται υπόψη εκείνες οι ημέρες για τις οποίες προκύπτει μηδενική τιμή εξατμισοδιαπνοής για την εν λόγω εμπειρική μέθοδο. 8.3. Αρχεία «Station_AE [Short crop]» και «Station_AE [Tall crop]»; «Station_SE [Short crop]» και «Station_SE [Tall crop]»; «Station_BE [Short crop]» και «Station_BE [Tall crop]»; «Station_RAE [Short crop]» και «Station_RAE [Tall crop]»; «Station_RSE [Short crop]» και «Station_RSE [Tall crop]» Αυτή είναι μια ομάδα αρχείων με κοινά χαρακτηριστικά, οπότε στο εγχειρίδιο θα παρουσιαστεί εκτενώς μόνο το αρχείο «Station_AE [short crop]». Αντίστοιχες παρατηρήσεις ισχύουν και για τα υπόλοιπα τέσσερα αρχεία. Η μορφή ενός τυπικού αρχείου «Station_ΑΕ [short crop]» φαίνεται στην Εικόνα 8. Στις 3 πρώτες στήλες αναγράφονται τα έτη, οι μήνες και οι ημέρες για τις οποίες υπολογίστηκαν οι τιμές της εξατμισοδιαπνοής, ενώ στην 4 η στήλη σημειώνονται οι ημέρες του έτους (Julian day). Στις επόμενες 13 στήλες αναγράφονται οι τιμές του μέτρου σύγκρισης AE για κάθε ημέρα και για κάθε εμπειρική μέθοδο. Κάθε στήλη του αρχείου αντιστοιχεί και σε διαφορετική μέθοδο υπολογισμού, το όνομα της οποίας αναγράφεται στην 1 η γραμμή του αρχείου. Πρέπει να σημειωθεί ότι στην περίπτωση που δεν είναι γνωστή η τιμή (τιμή ίση με -999 στο αντίστοιχο Φ. Ξυστράκης & Κ. Κωστινάκης 18

αρχείο εισαγωγής) για κάποιο από τα δεδομένα που απαιτούνται κατά τη χρήση μιας οποιασδήποτε μεθόδου υπολογισμού, στην αντίστοιχη θέση του αρχείου «Station_ ΑΕ» αναγράφεται η τιμή -999. Εικόνα 8: Μορφή ενός τυπικού αρχείου «Station_AE [short rop]». Σημειώνεται ότι το συγκεκριμένο αρχείο αναφέρεται στον μετεωρολογικό σταθμό «Station1». Όλα τα αρχεία αποτελεσμάτων είναι δυνατό να «ανοιχτούν» από το MS Excel επιλέγοντας: Αρχείο-> Άνοιγμα Ο χρήστης πρέπει να αναζητήσει και να επιλέξει το αρχείο που επιθυμεί να ανοίξει, αφού προηγουμένως στο πεδίο «Αρχεία τύπου» έχουν επιλέξει «Αρχεία κειμένου *.txt». Στο παράθυρο που εμφανίζεται, ο χρήστης επιλέγει «Οριοθετημένο» και πατάει «Επόμενο». Στο επόμενο παράθυρο στο πεδίο «Οριοθέτες» επιλέγει «Διάστημα» και τσεκάρει το πεδίο «Χειρισμός διαδοχικών οριοθετών ως ενός» Επιλέγοντας διαδοχικά «Επόμενο» και «Τέλος» στα δύο επόμενα παράθυρα, τα δεδομένα θα έχουν εισαχθεί ορθά στον MS Εxcel. Φ. Ξυστράκης & Κ. Κωστινάκης 19

9. Περιορισμοί Υπάρχουν διάφοροι περιορισμοί όσον αφορά την εφαρμογή του προγράμματος τους οποίους οι χρήστες πρέπει να έχουν υπόψη όπως παρουσιάζονται στα παρακάτω: Η σύνδεση του προγράμματος με την εφαρμογή MS Excel, περιορίζει τον μέγιστο αριθμό των ημερήσιων μετεωρολογικών παρατηρήσεων για ένα σταθμό στις περίπου 65500 (όσος είναι κι ο αριθμός των γραμμών σε ένα φύλο εργασίας MS Excel). Ο αριθμός αυτός αντιστοιχεί σε χρονοσειρά 178-179, αριθμός που κρίνεται επαρκής για κοινές χρήσεις. Ο συνολικός αριθμός μετεωρολογικών σταθμών για τους οποίους μπορεί να γίνει η εκτίμηση της PET ref είναι 10000. Το πρόγραμμα δεν πραγματοποιεί ελέγχους ποιότητας των μετεωρολογικών δεδομένων. Οι χρήστες είναι υπεύθυνοι να ελέγξουν τα δεδομένα εισαγωγής πριν τα χρησιμοποιήσουν. Διάφορες μέθοδοι ελέγχων αναφέρονται από τον Allen (1996). Εάν υπάρχει κάποιο πρόβλημα με τα μετεωρολογικά δεδομένα και οδηγήσει το πρόγραμμα σε λειτουργία που παραβαίνει μαθηματικούς κανόνες (πχ. υπολογισμό αρνητικής ρίζας), τότε το πρόγραμμα θα σταματήσει, θα εμφανιστεί ένα μήνυμα λάθους και στο φάκελο με τα αποτελέσματα θα υπάρχουν τα αρχεία για όσους σταθμούς ήταν στη σειρά πριν από το σταθμό που υπήρχε το σφάλμα (η σειρά καθορίζεται στο αρχείο «Names»), οπότε ο χρήστης μπορεί να εντοπίσει το σταθμό στον οποίο υπήρχε το πρόβλημα. Φ. Ξυστράκης & Κ. Κωστινάκης 20

10. Βιβλιογραφία Allen, R., Pereira, L., Raes, D. & Smith, M. (1998) Crop evapotranspiration - Guidelines for computing crop water requirements. FAO Irrigation and drainage paper 56, pp. 300. FAO, Rome. Allen, R. G. (1996) Assessing integrity of weather data for reference evapotranspiration estimation. Journal of Irrigation and Drainage Engineering-ASCE, 122, 97-106. ASCE-EWRI (2005) The ASCE standardized reference evapotranspiration equation. (eds R. G. Allen, I. A. Walter, R. Elliott, T. A. Howell & M. J. Itenfisu), pp. 59. Caprio, J. (1974) The solar thermal unit concept in problems related to plant development ant potential evapotranspiration. Phenology and Seasonality Modelling., 353-364. de Bruin, H. A. R. & Keijman, J. Q. (1979) Priestley-Taylor evaporation model applied to a large, shallow lake in the Netherlands. Journal of Applied Meteorology, 18, 898-903. Hansen, S. (1984) Estimation of potential and actual evapotranspiration. Nordic Hydrology, 15, 205-212. Irmak, S., Allen, R. G. & Whitty, E. B. (2003) Daily grass and alfalfa-reference evapotranspiration estimates and alfalfa-to-grass evapotranspiration ratios in Florida. Journal of Irrigation and Drainage Engineering-ASCE, 129, 360-370. Jacobs, J. M. & Satti, S. R. (2001) Evaluation of reference evapotranspiration methodologies and AFSIRS crop water use simulation model: Final report. St. Johns River Water Management District. Lu, J. B., Sun, G., McNulty, S. G. & Amatya, D. M. (2005) A comparison of six potential evapotranspiration methods for regional use in the southeastern United States. Journal of the American Water Resources Association, 41, 621-633. Matzarakis, A. & Rutz, F. (2007) RayMan - Modelling of mean radiant temperature in urban structures - Calculation of thermal indices. Freiburg i. Br. Oudin, L., Hervieu, F., Michel, C., Perrin, C., Andreassian, V., Anctil, F. & Loumagne, C. (2005) Which potential evapotranspiration input for a lumped rainfall-runoff model?: Part 2-Towards a simple and efficient potential evapotranspiration model for rainfall-runoff modelling. Journal of Hydrology, 303, 290-306. Rosenberg, N., Blad, B. & Verma, S. (1983) Microclimate: The biological environment. John Wiley & Sons, New York. Rosenberry, D. O., Stannard, D. I., Winter, T. C. & Martinez, M. L. (2004) Comparison of 13 equations for determining evapotranspiration from a prairie wetland, Cottonwood Lake Area, North Dakota, USA. Wetlands, 24, 483-497. Φ. Ξυστράκης & Κ. Κωστινάκης 21

Xu, C. Y. & Singh, V. P. (2002) Cross comparison of empirical equations for calculating potential evapotranspiration with data from Switzerland. Water Resources Management, 16, 197-219. Φ. Ξυστράκης & Κ. Κωστινάκης 22