تحلیل حساسیت روش‌های برآورد تبخیر- تعرق گیاه مرجع به تغییرات فاکتورهای هواشناسی در شرایط گلخانه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته دکتری گروه مهندسی آبیاری و آبادانی، دانشکده مهندسی و فناوری کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران

2 استاد گروه مهندسی آبیاری و آبادانی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج

3 گروه علوم باغبانی ، دانشکده مهندسی و فناوری کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران.

چکیده

یکی از مهم‌ترین عوامل در برآورد نیاز آبی گیاهان گلخانه‌ای، تخمین دقیق تبخیر- تعرق گیاه مرجع است. پارامترهای متعددی بر میزان تبخیر- تعرق گیاه مرجع اثر می‌گذارند که شناخت مهم‌ترین آن‌ها، منجر به کاهش خطای شبیه‌سازی و افزایش دقت پیش‌بینی خواهد شد. به دلیل وجود اختلاف بین فرضیات و ساختار ریاضی روش‌های غیرمستقیم، رفتار تبخیر- تعرق گیاه مرجع در پاسخ به تغییر فاکتورهای هواشناسی متفاوت است. بنابراین، تحلیل حساسیت و هم‌چنین تعیین درجه تأثیرپذیری تبخیر- تعرق گیاه مرجع نسبت به تغییر پارامترهای هواشناسی در هر روش، ضروری است. در این پژوهش، حساسیت روش‌های پنمن- مانتیت، ایرماک، کپیس و والیانتزس به تغییر پارامترهای هواشناسی شامل حداکثر و حداقل دمای روزانه، حداکثر و حداقل رطوبت نسبی و تابش طول موج کوتاه در گلخانه تحقیقاتی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران تحلیل شد. ضرایب حساسیت با تغییر پارامترهای هواشناسی در بازه [20، 20-] درصد با فواصل 5 درصد محاسبه شدند. نتایج نشان داد، در تمامی روش‌ها متغیر تشعشع اثرگذارترین پارامتر در تعیین تبخیر- تعرق گیاه مرجع در شرایط گلخانه بود. به‌طوری که میزان ضریب حساسیت به‌دست آمده برای این متغیر در روش‌های پنمن- مانتیت، ایرماک، کپیس و والیانتزس به ترتیب برابر با 78/0، 71/0، 68/0 و 63/0 بود. در مقابل کم اهمیت‌ترین پارامتر هواشناسی در روش‌های پنمن- مانتیت، کپیس و والیانتزس متغیر رطوبت حداقل و در روش ایرماک دمای حداقل بود. هم‌چنین نتایج نشان داد، بین روش‌های مورد بررسی، روش پنمن- مانتیت حساس‌ترین روش نسبت به تغییر پارامترهای هواشناسی است. درنتیجه، در صورت کاربرد روش پنمن- مانتیت برای تخمین تبخیر- تعرق گیاه مرجع داخل گلخانه، دقت کافی و اطمینان از عملکرد صحیح وسایل اندازه‌گیری پارامترهای هواشناسی، ضروری است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Sensitivity Analysis of Reference Crop Evapotranspiration Estimation Methods to Meteorological Factors in Greenhouse Conditions

نویسندگان [English]

  • Hadisseh Rahimikhoob 1
  • Teymour Sohrabi 2
  • Mojtaba Delshad 3
1 Ph.D, Irrigation and Reclamation Engineering Department, College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran
2 The associate professor of Irrigation and Development Engineering Group, Faculty of Agriculture Engineering & Technology, Agriculture and Natural Resources Campus, University of Tehran,karaj
3 Horticultural Sciences Department, College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran.
چکیده [English]

One of the most important factors in calculation of greenhouse crop water requirement is the accurate estimation of reference crop evapotranspiration. Numerous parameters affect the evapotranspiration rate of the reference crop; with the knowledge of the most important factor the simulation error will be reduced. Because of the differences among mathematical structure and underlying assumption of indirect reference crop evapotranspiration estimation methods, behavior of the response variable to changes in climatic parameters may become inconsistent. Therefore, it is mandatory to analyze the sensitivity as well as determining the influence of meteorological factors on reference crop evapotranspiration. In this study, the sensitivity of Penman-Monteith, Irmak, Copais and Valiantzas methods to changes in meteorological factors including maximum and minimum daily temperature, maximum and minimum relative humidity and short-wave radiation was analyzed in the research greenhouse of the College of Agriculture and Natural Resources of the University of Tehran, located in Karaj, Iran. Sensitivity coefficients were calculated by changing meteorological factors in the range of [20, -20] percent with 5% intervals. Results showed that in all methods, the internal radiation was the most influential variable in determining the reference crop evapotranspiration under greenhouse conditions. The obtained sensitivity coefficient for this variable in Penman-Monteith, Irmak, Copais and Valiantzas methods was equal to 0.78, 0.71, 0.68 and 0.63, respectively. In contrast, the least important climatic variable was the minimum humidity in Penman-Monteith, Copais and Valiantzas methods and the minimum temperature in Irmak method. The results also showed that Penman-Monteith is the most sensitive method to changes in meteorological factors. As a result, in case of using of Penman-Monteith method for reference crop evapotranspiration estimation in greenhouse conditions, ensuring the correct operation of measuring instruments and their accuracy is essential.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Reference crop Evapotranspiration
  • Greenhouse
  • Sensitivity analysis
  • Greenhouse crop water requirement
Allen, R.G., Pereira, L.S., Raes, D. and Smith, M. 1998. Crop evapotranspiration: guidelines for computing crop requirements, FAO Irrigation and Drainage Paper No. 56. FAO, Rome, Italy.
Alexandris, S., Kerkides, P. and Liakatas, A. 2006. Daily reference evapotranspiration estimates by the ‘‘Copais’’ approach. Agricultural water management. 82: 371–386.
Biazar, S., Dinpashoh, Y. and Singh, V. 2019. Sensitivity analysis of the reference crop evapotranspiration in a humid region. Environmental Science and Pollution Research. 26(31): 32517-32544. doi: 10.1007/s11356-019-06419-w
Darshana, P.A. and Pandey, R.P. 2013 Analysing trends in reference evapotranspiration and weather variables in the Tons River Basin in Central India. Stochastic Environmental Research and Risk Assessment. 27: 1407–1421.
Debnath, S., Adamala, S. and Raghuwanshi, N. 2015. Sensitivity Analysis of FAO-56 Penman-Monteith Method for Different Agro-ecological Regions of India. Environmental processes. 2(4): 689-704. doi: 10.1007/s40710-015-0107-1
Gao, Z., He, J., Dong, K., Bian, X. and Li, X. 2015. Sensitivity study of reference crop evapotranspiration during growing season in the West Liao River basin, China. Theoretical and Applied Climatology. 124(3-4): 865-881. doi: 10.1007/s00704-015-1453-7
Goyal, R.K. 2004. Sensitivity of evapotranspiration to global warming: A case study of arid zone of Rajasthan (India). Agricultural water management. 69(1): 1–11.
Guo, D., Westra, S. and Maier, H. 2017. Sensitivity of potential evapotranspiration to changes in climate variables for different Australian climatic zones. Hydrology and Earth System Sciences. 21(4): 2107-2126. doi: 10.5194/hess-21-2107-2017
Hou, L., Zou, S., Xiao, H. and Yang, Y. 2013. Sensitivity of the reference evapotranspiration to key climatic variables during the growing season in the Ejina oasis northwest China. Springerplus. 2(S1). doi: 10.1186/2193-1801-2-s1-s4
Irmak, S., Irmak, A., Allen, R.G. and Jones, J.W. 2003 Solar and net radiation-based equations to estimate reference evapotranspiration in humid climates. Journal of Irrigation and Drainage Engineering. 129: 336–347.
Irmak, S., Payero, J.O., Martin, D.L., Irmak, A. and Howell, T.A. 2006. Sensitivity Analyses and sensitivity coefficients of standardized daily ASCE-Penman–Monteith equation.
Jerszurki, D., de Souza, J. and Silva, L. 2019. Sensitivity of ASCE-Penman–Monteith reference evapotranspiration under different climate types in Brazil. Climate Dynamics. 53(1-2): 943-956. doi: 10.1007/s00382-019-04619-1
Jiang, S., Liang, C., Cui, N., Zhao, L., Du, T. and Hu, X. et al. 2019. Impacts of climatic variables on reference evapotranspiration during growing season in Southwest China. Agricultural water management. 216: 365-378. doi: 10.1016/j.agwat.2019.02.014
Lenhart, T., Eckhardt, K., Fohrer, N. and Frede, H. 2002. Comparison of two different approaches of sensitivity analysis. Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C. 27(9-10): 645-654.
Liang, L., Li, L., Zhang, L., Li, J. and Li, B. 2008. Sensitivity of penman-monteith reference crop evapotranspiration in Tao’er River Basin of northeastern China. Chinese Geographical Science. 18(4): 340-347. doi: 10.1007/s11769-008-0340-x
Liu, X.Y., Xu, C.Y., Zhong, X.L., Li, Y.Z., Yuan, X.H., Cao, J.F. 2017. Comparison of 16 models for reference crop evapotranspiration against weighing lysimeter measurement. Agricultural water management. 184: 145–155.
Lopez-Urrea, R., Martín de Santa Olalla, F., Fabeiro, C. and Moratalla, A. 2006 Testing evapotranspiration equations using lysimeter observations in a semiarid climate. Agricultural water management. 85(1–2):15–26.
Luo Y., Jiang Y., Peng S., Khan S., Cai X., Wang W. and Jiao X. 2011. Urban weather data to estimate reference evapotranspiration for rural irrigation management. Journal of Irrigation and Drainage Engineering. 138(9): 837–842.
McCuen, R. H. 2003. Modeling Hydrologic Change, Statistical Methods. Lewis Publishers. Maryland. USA.
McKenney, M.S. and Rosenberg, N.J. 1993. Sensitivity of some potential evapotranspiration estimation methods to climate change. Agricultural and Forest Meteorology. 64:81–110
Monteith, J.L. and Unsworth, M.H. 1990. Principles of Environmental Physics (Second ed.). Edward Arnold.
Peng, L., Li, Y., Feng, H. 2017. The best alternative for estimating reference crop evapotranspiration in different sub-regions of mainland China. Scientific Reports. 7(1):1–19.
Penman, H.L. 1948. Natural evaporation from open water, bare and grass. Proceedings of the Royal Society of London. Series. A. 193: 120–145.
Poddar, A., Gupta, P., Kumar, N., Shankar, V. and Ojha, C. 2018. Evaluation of reference evapotranspiration methods and sensitivity analysis of climatic parameters for sub-humid sub-tropical locations in western Himalayas (India). ISH Journal of Hydraulic Engineering. 1-11. doi: 10.1080/09715010.2018.1551731
Rahimikhoob, H., Sohrabi, T. and Delshad, M. 2020. Assessment of reference evapotranspiration estimation methods in controlled greenhouse conditions. Irrigation Science. 38: 389–400 https://doi.org/10.1007/s00271-020-00680-5
Sánchez, J. A., Reca, J. and Martínez, J. 2015. Water productivity in a Mediterranean semi-arid greenhouse district. Water Resources Management. 29 (14): 5395–5411.
Valiantzas, J.D. 2013. Simple ET0 forms of Penman’s equation without wind and/or humidity data. I: theoretical development. Journal of Irrigation and Drainage Engineering. 139(1): 1–8.
Yoder, R.E., Odhiambo, L.O. and Wright, W.C. 2005. Evaluation of methods for estimating daily reference crop evapotranspiration at a site in the humid southeast US. Applied Engineering in Agriculture. 21: 197–202.
Zeleke, K. and Wade, L. 2012. Evapotranspiration Estimation using Soil Water Balance, Weather and Crop Data. In A. Irmak (Ed.), Evapotranspiration. Remote Sensing and Modeling (1 ed). 41-58.