ارزیابی عملکرد مدل WRF در پیش بینی تبخیر و تعرق گیاه برنج بر اساس داده های لایسیمتری در جلگه مرکزی گیلان

زمینه و هدف: تبخیر و تعرق به عنوان یکی از مولفه های اصلی چرخه هیدرولوژی، نقش قابل توجهی در برنامه ریزی صحیح آبیاری و مدیریت منابع آب دارد. بنابراین برآورد دقیق این پارامتر ضروری است. به دلیل فقدان داده و کمبود ایستگاه های هواشناسی، تخمین تبخیر و تعرق با محدودیت روبه­رو است. بنابراین امروزه مدل های عددی مانند WRF ابزاری قدرتمندی برای تولید و پیش بینی کمیت های هواشناسی (سرعت باد، رطوبت و غیره) مورد نیاز برای تخمین تبخیر و تعرق به حساب می­آیند. تاکنون تحقیقی در زمینه ی بررسی تاثیر طرحواره های مختلف مدل WRF بر روی تخمین تبخیر و تعرق برنج انجام نشده است. هدف این مطالعه ارزیابی کارایی مدل WRF و به دست آوردن تنظیمات بهینه برای تخمین تبخیر و تعرق گیاه برنج در جلگه مرکزی گیلان می باشد. روش پژوهش: مقادیر واقعی تبخیر و تعرق با نصب یک لایسیمتر شالیزاری در یکی از مزارع پژوهشی موسسه تحقیقات برنج کشور به ابعاد ۱۵۰ در ۱۰۰ متر (۵/۱هکتار) با مختصات منطقه ۳۷ درجه شمالی و ۴۹ درجه شرقی و ارتفاع ۲۴ متر از سطح دریا اندازه­گیری شد. FAO روش پنمن- مانتیث را به عنوان بهترین روش برای تخمین ETo برای انواع اقلیم ها توصیه کرده است. برای برآورد ETo به روش پنمن- مانتیث نیاز به کمیت­های آب و هوایی است که این کمیت­ها از خروجی مدل WRF حاصل شد. از آنجا که این کمیت ها تاثیر بسزایی در برآورد تبخیر و تعرق دارند، چهار پیکربندی مختلف با استفاده از فیزیک تابش طول موج کوتاه و بلند، لایه سطحی و لایه مرزی برای مدل WRF انتخاب و مورد آزمایش قرار گرفتند. در مرحله بعد، مقادیر اندازه گیری شده تبخیر و تعرق توسط لایسیمتر با مقادیر برآورده شده از خروجی­های مدل (با به­کارگیری ۴ طرحواره های مختلف محلی و غیر محلی) مقایسه و تنظیمات بهینه مدل برای تخمین میزان تبخیر و تعرق مشخص شد. یافته ها: مقادیر تبخیر و تعرق در بازه ی ۷/۲ تا ۵/۸ میلی متر در روز در تغییر است. میانگین ET در طی سه دوره ی مختلف رشد گیاه شامل دوره ی ابتدایی، میانی و انتهایی به ترتیب برابر ۶۳/۴، ۹۷/۵ و ۹۸/۵ میلی متر در روز برآورد شده است. سه پیکربندی ۱، ۲ و ۴ عمدتا در پیش­بینی تبخیر و تعرق گیاه برنج، بیش برآورد داشته و مقادیر محاسباتی بیشتر از مقدار اندازه گیری شده توسط لایسیمتر تخمین زده شده است. نتایج نشان می دهد که بیشترین میزان RMSE در پیکربندی شماره ۴ و به میزان ۴۷/۸ و کمترین میزان آن در پیکربندی شماره ۳ و به میزان ۲۶/۱ رخ داده است. جمع بندی نتایج نشان می دهد که پیکربندی شماره ۳ در هر چهار معیار ذکر شده در مقایسه با دیگر پیکربندی ها در پیش بینی تبخیر و تعرق روزانه گیاه برنج بهتر عمل کرده است. نتایج نشان داد که طرحواره­ی غیر محلی بکار گرفته شده در مدل نسبت به طرحواره های محلی، تبخیر و تعرق روزانه گیاه برنج را بهتر شبیه­سازی می­کند. یافته ها نشان می دهد که در طرحواره محلی YSU، دقت پیش­بینی­ها به طور قابل توجهی افزایش یافته و تنها به میزان ۶۴/۰ میلی متر به طور متوسط نسبت به داده های لایسیمتری کمتر برآورد شده است. نتایج: نتایج نشان داد کاربرد طرحواره مناسب در لایه سطحی و لایه مرزی مدل WRF بر دقت پیش بینی های تبخیر و تعرق تاثیر دارد. نتایج این تحقیق نشان داد که این مدل با کاربرد طرحواره ی لایه مرزی غیر محلی YSU قادر است که مقادیر تبخیر و تعرق گیاه برنج را با دقت قابل قبولی برای یک روز بعد پیش بینی کند که دلیل آن قابلیت بالاتر این طرحواره در پیش بینی پارامترهای موثر بر تبخیر و تعرق (از جمله دما و باد) است. بنابراین مدل WRF می تواند با استفاده از داده های پیش بینی GFS برای چند روز آینده اجرا و با اعمال معادله ی فائو- پنمن- مانتیث بر خروجی های مدل، مقادیر تبخیر و تعرق پتانسیل برای مناطق مختلف کشور محاسبه گردد. از آنجایی که تبخیر و تعرق در ارتباط مستقیم با فرآیندهای ترمودینامیکی جو است، کاربرد دیگر طرحواره های مختلف فیزیک جو (که در این تحقیق مد نظر نبوده است) می تواند نتایج متفاوتی تولید کند.

Keywords:

پیش بینی تبخیر و تعرق , لایسیمتر , مدل WRF , فائو- پنمن- مانتیث , نیاز آبی