CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨỤ
1.2. Phương pháp xác lượng bốc thoát hơi nước sử dụng dữ liệu khí tượng
1.2.3. Các mô hình kết hợp (combined models)
Các mô hình tính toán lượng bốc thoát hơi nước sử dụng phương pháp kết hợp dữ liệu được phát triển bởi công thức Penman (1948).
1.2.3.1. Mô hình Penman
Năm 1948, Penman đã đề xuất mô hình tính toán lượng bốc hơi nước bằng phương pháp kết hợp giữa phương pháp cân bằng năng lượng bức xạ mặt trời và phương pháp chuyển đổi khối lượng có dạng như sau:
Mùa Epan (mm) EHag (mm) Sai số ETa (%) EMak (mm) Sai số ETa (%) EPrt (mm) Sai số ETa (%) ETur (mm) Sai số ETa (%) Đông 1,04 0,53 -49,04 0,83 -20,19 0,93 -10,6 0,35 -66,34 Xuân 2,80 2,58 -7,85 2,93 4,64 2,77 -1,07 2,51 -10,35 Hè 4,37 4,43 1,37 4,51 3,20 4,60 5,26 4,42 1,14 Thu 1,71 1,39 -18,71 1,64 -4,09 1,60 -6,43 1,50 -12,28 Trung bình năm 2,48 2,23 -10,00 2,48 0,00 2,48 0,00 2,19 -11,69
��0 =
∆
∆ + � (�� − �) + �� ∆ + ��
�
(�� + ���2)(�� − �� ) (1.5)
Trong đó: ET0 - Lượng bốc thoát hơi nước (mm/ngày); λ - Giá trị nhiệt ẩn của quá trình bốc thoát hơi nước (MJ/kg); Δ - Độ dốc đường cong áp suất hơi nước bão hòa của không khí (kPa/°C); γ - Hằng số Psychrometric (kPa/°C); G - Mật độ dòng nhiệt trong đất (MJ/ m2/ngày); Rn - Giá trị năng lượng bức xạ ròng (MJ/m2/ngày); u – Tốc độ gió ở độ cao 2m (m/s);�� - Áp suất hơi nước bão hòa ở nhiệt độ trên bề mặt nước (kPa);�� - Áp suất hơi nước bão hòa ở độ cao đo trên mặt nước (kPa);�� , ��- hàm số của gió;��- hằng số.
Ưu điểm của mô hình là ước tính lượng bốc thoát hơi nước tham chiếu với độ chính xác caọ Tuy nhiên, mô hình sử dụng nhiều tham số đầu vào, đòi hỏi nhiều số liệu về khí tượng, các tham số phải tính toán qua nhiều bước trung gian, phức tạp (Penman 1948).
1.2.3.2. Mô hình Penman-Monteith
Năm 1965, Monteith đã phát triển mô hình của Penman 1948 thành mô hình tính lượng bốc thoát hơi nước áp dụng cho các khu vực có diện tích lớn như sau:
���0 = ����(�� − ��) �� � �� ] (1.6) Trong đó: ET0 - Lượng bốc thoát hơi nước (mm/ngày); λ - Giá trị nhiệt ẩn của quá trình bốc thoát hơi nước (MJ/kg); Δ - Độ dốc đường cong áp suất hơi nước bão hòa của không khí (kPa/°C); γ - Hằng số Psychrometric (kPa/°C); G - Mật độ dòng nhiệt trong đất (MJ/ m2/ngày); Rn - Giá trị năng lượng bức xạ ròng (MJ/m2/ngày); Cp - là nhiệt lượng riêng của không khí (MJ/kg/0C); ρa - là mật độ không khí trung bình ở áp suất không đổi (kg/m3); rs và ra - là sức cản bề mặt và khí động học (s/m);�� - Áp suất hơi nước bão hòa ở nhiệt độ trên bề mặt nước (kPa);�� - Áp suất hơi nước bão hòa ở độ cao đo trên mặt nước (kPa).
1.2.3.3. Mô hình FAO 56 Penman – Monteith
Hầu hết các tài liệu nghiên cứu về hiện tượng bốc thoát hơi nước bề mặt lớp phủ đều tiếp cận tới mô hình FAO 56 Penman – Monteith để tính lượng bốc thoát hơi
[∆(�� − �)] + [
nước tham chiếu (ET0). Mô hình FAO 56 Penman – Monteith nằm trong nhóm mô hình kết hợp và là một trong những mô hình chính xác nhất để xác định lượng bốc thoát hơi nước trong các thời gian khác nhaụ Mô hình đã được Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp thế giới (FAO) đề xuất năm (1990), và cụ thể thành tiêu chuẩn áp dụng trên toàn thế giớị Phương trình FAO 56 Penman – Monteith dùng để xác định giá trị bốc thoát hơi nước tham chiếu, là một hàm số phụ thuộc nhiều dữ liệu thời tiết tại chỗ và xung quanh khu vực xem xét. Các thông số này được mô tả chi tiết trong tài liệu hướng dẫn tính toán của FAO (Allen và cộng sự 1998).
Công thức tính lượng bốc thoát hơi tham chiếu ET0 theo FAO 56 Penman – Monteith như sau:
��0 = 900 � + 273 2 � ∆ + �(1 + 0,3�2) (1.7) Trong đó:
ET0 - lượng bốc thoát hơi tham chiếu chung đối với cây trồng (mm/ngày); Rn - Giá trị năng lượng bức xạ ròng trên bề mặt cây trồng (MJ/m2/ngày); G - Mật độ dòng nhiệt trong đất (MJ/m2/ngày); T - Nhiệt độ trung bình ngày tại vị trí 2m từ mặt đất (°C); u2 - Tốc độ gió tại chiều cao 2 m từ mặt đất (m/s); es - Áp suất hơi nước bão hòa (kPa); ea - Áp suất hơi nước thực tế (kPa); Δ - Độ dốc đường cong áp suất hơi nước bão hòa của không khí (kPa/°C); γ - Hằng số Psychrometric (kPa/°C).
Các thông số trong công thức trên có thể tính từ số liệu do ngành khí tượng cung cấp kết hợp với công thức và bảng tra theo tài liệu của FAO, Granier (1985). Mô hình FAO 56 Penman - Monteith cho kết tính toán với độ chính xác rất cao nhưng khối lượng tính toán lớn, phức tạp và phải có đủ tài liệu ban đầụ