ارزيابي مدل هاي تبخير- تعرق گياه مرجع براي اقليم گرم و خشك (مطالعه موردي: ايستگاه سينوپتيك زاهدان)

Evaluation of reference evapotranspiration models for warm arid climate (Case Study: Zahedan station)

سابقه و هدف: تبخير- تعرق (ET) مهمترين پارامتر در مطالعات اقليمي و هيدرولوژيكي همچنين در مديريت و برنامه‌ريزي آبياري مي-باشد. برآورد تبخير- تعرق مرجع (ETo) به روشي ساده، مورد توجه زيادي، به‌خصوص در كشورهاي توسعه يافته، كه در آن اطلاعات هواشناسي مورد نياز براي روش استاندارد پنمن- مونتيث فائو (PMF-56) تاقص و يا در دسترس نمي‌باشد، قرار گرقته است. لذا هدف اين تحقيق، ارزيابي و مقايسه 30 روش‌ مختلف برآورد تبخير- تعرق مرجع با توجه به روش استاندارد پنمن- مونتيث فائو و تعيين بهترين معادله برآورد تبخير- تعرق مرجع از ميان روش‌هاي ساده تجربي، به‌عنوان جايگزين مناسب براي روش پنمن- مونتيث فائو، در اقليم گرم و خشك شهرستان و ايستگاه زاهدان مي‌باشد. مواد و روش‌ها: در اين پژوهش 30 روش معمول براي برآورد تبخير- تعرق شامل چهار گروه 1- روش‌هاي بر پايه ضريب تشت، 2- روش‌هاي بر پايه دما، 3- روش‌هاي بر پايه تشعشع، و 4- روش‌هاي بر پايه انتقال جرم، در مقايسه با روش PMF-56، براي برآورد ETo مورد بررسي قرار گرفتند و سپس بهترين و ضعيف‌ترين روش در هر گروه براي ايستگاه زاهدان با اقليم گرم و خشك، انتخاب شدند. روش‌هاي مورد بررسي در اين پژوهش عبارتند از: كوينكا، آلن و پروت، اشنايدر، اشنايدر اصلاح شده، پريرا، اورنگ، راگووانشي و والندر، فائو 56 (روش‌هاي بر پايه تشت)، اس‌كندل، 4 مدل ارائه شده از معادله هارگريوز توسط دروگرس و آلن و تراجكوويك، بلاني- كريدل (روش‌هاي بر پايه دما)، مك‌كينك، تورك، جنسن- هيز، پريستلي- تيلور و تابشي فائو 24 (روش‌هاي بر پايه تشعشع)، دالتون، ترابرت، ماير، راور، پنمن، آلبرت، روماننكو، بروكمپ و ونر، WMO و ماهرينگر (روش‌هاي بر پايه انتقال جرم). يافته‌ها: در ابتدا، مقادير ميانگين ماهانه ETo (با استفاده از 30 مدل ارائه شده) تعيين و سپس كارايي آنها در مقايسه با ETo محاسبه شده با روش PMF-56، در هر گروه مورد ارزيابي قرار گرفت. ETo محاسبه شده از معادله اشنايدر (R2=0.85، NRMSE=0.08، PE=8.30)، هارگريوز- 4 (R2=0.93، NRMSE=0.04، PE=8.33)، تورك (R2=0.96، NRMSE=0.03، PE=6.52) و دالتون (R2=0.81، NRMSE=0.18 PE=12.89) به‌ترتيب از روش‌هاي بر پايه ضريب تشت، بر پايه دما، بر پايه تشعشع و بر پايه انتقال جرم، با كمترين درصد خطا از هر گروه، بهترين برآورد را نسبت به روش PMF-56 نشان دادند. نتيجه‌گيري: به‌طور كلي، نتايج اين پژوهش حاكي از اين مي‌باشد كه روش‌هاي بر پايه انتقال جرم از نظر آماري ضعيف‌ترين عملكرد را نسبت به ساير روش‌ها در مقايسه با روش استاندارد نشان دادند؛ اما مدل‌هاي دمايي و تشعشعي مانند مدل تورك، جنسن- هيز، هارگريوز-4 و بلاني- كريدل مي‌توانند جايگزين مناسبي براي روش تركيبي نسبتا پيچيده پنمن- مونتيث فائو، براي اقليم گرم و خشك شهرستان زاهدان باشند. با توجه به در دسترس نبودن اطلاعات كامل هواشناسي براي برآورد ETo با استفاده از مدل تركيبي PMF-56 در بسياري از مناطق جهان به‌ويژه در كشورهاي در حال توسعه و همچنين نقاط مختلف كشور ايران، نتايج اين پژوهش مي‌تواند براي انتخاب روش ساده محاسبه ETo به عنوان جايگزيني براي روش استاندارد در شرايط اقليمي گرم و خشك مناسب باشد.

Background and objectives: Evapotranspiration (ET) is an important parameter for climatological and hydrological studies, as well as for irrigation planning and management. Evaluation of simple reference evapotranspiration (ETo) methods has received considerable attention in developing countries where the weather data needed to estimate ETo by the Penman–Monteith FAO 56 (PMF-56) model are often incomplete and/or not available. So the goal of this study, was to Evaluation and Comparison 30 different methods according to the standard method of reference evapotranspiration PMF-56 equation and determine the best equation, as a Replace to PMF-56, in a warm arid climate is the city and station of Zahedan. Materials and methods: In this study, 30 commonly used ETo equations that belonged to four groups: (1) pan evaporation-based methods, (2) temperature-based methods,(3) radiation-based methods, and (4) mass transfer-based methods were evaluated against the PMF-56 standard model; and the best and worst equations of each category were determined from the Zahedan station located in a warm arid climate.The assessed methods were: Cuenca, Allen and Pruitt, Snyder, Modified Snyder, Pereira, Orang, Raghuwanshi and Wallender, FAO-56 (pan evaporation-based), Schendel, four new types of Hargreaves equation reported by Droogers and Allen and Trajkovic, Blaney–Criddle (temperature-based), Makking, Turk, Jensen–Haise, Priestley- Taylor, FAO-24 (radiation-based), Dalton, Trabert, Meyer, Rohwer, Penman, Albrecht, Romanenko, Brockamp and Wenner, WMO and Mahringer (mass transfer-based). Results: Initially, in each group the monthly mean values ETo (using 30 model) were determined and compared their relative performance with respect to PMF-56 ETo estimates in the study. The ETo calculated by the Snyder equation (R2=0.85، NRMSE=0.08، PE=8.30), Hargreaves- 4 (R2=0.93، NRMSE=0.04، PE=8.33), Turk 24 (R2=0.96، NRMSE=0.03، PE=6.52) and Dalton (R2=0.81، NRMSE=0.18 PE=12.89), pan evaporation-based, temperature-based, radiation-based and mass transfer-based respectively best matched the ETo estimates by the PMF-56 equation with the lowest errors rates. Conclusion: In general, the comparative results showed that the mass transfer-based equations had the worst performances, while the radiation-based and temperature-based models (as Turk, Jensen–Haise, Hargreaves- 4 and Blaney–Criddle) were the best-suited equations for estimating ETo in this Warm arid climate (Zahedan). Considering the unavailability of full weather data for applying the PMF-56 model for estimation of ETo in many regions of the world and in different parts of the Iran, especially in developing countries, the results will be useful for choosing the simpler ETo methods in Warm arid climates. It is better to achieve real results for other places with similar climatic conditions to be assessed.