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研究生:林錦源
研究生(外文):Chin-Yuan Lin
論文名稱:應用土壤含水量觀測推估蒸發散量之研究
論文名稱(外文):Applying the Soil Moisture to Estimate Evapotranspiration
指導教授:游保杉游保杉引用關係
指導教授(外文):Pao-Shan Yu
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:水利及海洋工程學系碩博士班
學門:工程學門
學類:河海工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2006
畢業學年度:94
語文別:中文
論文頁數:77
中文關鍵詞:蒸發散折算係數SEBAL土壤含水量Penman-Monteith
外文關鍵詞:SEBALSoil moistureEvapotranspiration coefficientPenman-Monteith
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中文摘要
蒸發散量在水文循環中扮演相當重要的角色,然而實際蒸發散量卻不易獲得。影響蒸發散量的因素繁多,除氣象因子外,土地利用及土壤含水量等因素亦會影響。因此本研究目的在利用含水量變化與蒸發散量建立蒸發散量折算係數,以提供使用者合理掌握集水區實際蒸發散。
在估算蒸發散量方面,本研究採用國際間常用之Penman-Monteith法與應用能量平衡原理之SEBAL(Surface Energy Balance Algorithm for Land)法。其中氣象站觀測項目並無法滿足此兩種估算法所需,因此需要推求其他缺乏之參數值,如地表溫度、常態化差異植生指數(NDVI)與地表反照率。由於地溫會受到氣溫影響,因此利用中央氣象局氣象站之實測地溫建立地溫與氣溫之關係式;而NDVI與地表反照率則是利用2004-2005年間15張MODIS影像以反應研究區域的實際情況。此外於研究區域埋設土壤水分感測器以觀測土壤含水量,其中包含5個深度的含水量觀測,分別位於地表下10cm、20cm、30cm、40cm及50cm處紀錄每小時的土壤含水量之變化。
藉由土壤含水量變化與蒸發散量建立蒸發散折算係數,無論由Penman-Monteith法或SEBAL法所建立之蒸發散折算係數關係式,均呈現指數關係,且相關係數皆達0.7以上。利用蒸發散折算係數關係式修正之蒸發散量與土壤含水量損失(假設為實際蒸發散量)比較,結果顯示,兩者誤差百分比分別為31.51%及32.17%,其誤差結果均可接受。因此未來在蒸發散量之研究中,可以利用蒸發散折算係數關係式配合實測土壤含水量而獲得實際蒸發散量。
Evapotranspiration plays an important role in hydrological circulation. However, the estimation of actual evapotranspiration is difficult. Evapotranspiration may be influenced by lots of factors, includes meteorological variables, land use types and soil moisture content. This research aims to combine the influenced factors (variation of soil moisture content and evapotranspiration) to derive the evapotranspiration coefficient, and it would be useful to provide the actual evapotranspiration for water resource management.
This study adopts the Penman-Monteith method and SEBAL (Surface Energy Balance Algorithm for Land) method to estimate the evapotranspiration, first. Among the necessary factors of these two methods, most factors can be observed in the study area. But some factors (surface temperature, normalized difference vegetation index (NDVI), and albedo) without observation need further processing. The surface temperature records from 13 main meteorological stations of Central Weather Bureau are used to establish the relationship with air temperature and help to derive the surface temperature in study area. The NDVI and albedo are derived from 15 MODIS images from 2003 to 2004, and this works would be able to response the actual land use types. Moreover, a soil moisture content detector is set for understanding the variation of soil moisture and the soil moisture content are recorded by five sensors with different depths (10cm, 20cm, 30cm, 40cm and 50cm) per hour.
The actual evapotranspiration can be estimated from the relationships of evapotranspiration coefficient with combining the variation of soil moisture content and two evapotranspiration results (Penman-Monteith and SEBAL). Both the evapotranspiration estimated from Penman-Monteith and SEBAL methods are found in exponential type formulations with evapotranspiration coefficient and the mean error are 31.51% and 32.17%. The errors of these two relationships show reasonable agreement with observations. These evapotranspiration coefficient relationships can benefit for the further study, the actual evapotranspiration can be derived by soil moisture observation and evapotranspiration methods.
目錄
中文摘要 I
Abstract II
誌謝 IV
目錄 V
表目錄 VIII
圖目錄 IX
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 研究動機與目的 1
1-3 研究方法概述 2
1-4 本文組織架構 2
第二章 文獻回顧 5
2-1 蒸發散推估發展 5
2-2 能量平衡法結合遙測影像 6
2-3 土壤含水量與蒸發散量關係 8
第三章 研究區域與資料蒐集 11
3-1 研究區域之地理位置與環境特性 11
3-2 土壤特性 11
3-3 資料來源 12
3-3-1 氣象資料 12
3-3-2 連續未降雨時段 13
3-4 MODIS影像資料 13
3-5 土壤含水量觀測 14
3-5-1 土壤水分感測儀器簡介 14
3-5-2 土壤水分感測儀器架設 15
第四章 蒸發散量之估算 33
4-1 Penman-Monteith法估算蒸發散量 33
4-1-1 Penman-Monteith法 33
4-1-2 估算法之參數 34
4-2 SEBAL法估算蒸發散量 38
4-2-1 SEBAL法 38
4-2-2 SEBAL法其他所需因子 44
4-2-3 SEBAL法以日尺度與瞬時結果 46
4-3 蒸發散推估結果 46
第五章 蒸發散量折算係數 55
5-1 土壤含水量變化關係 55
5-2 折算係數 57
5-2-1 土壤含水量與P-M法估算之蒸發散量關係 57
5-2-2 土壤含水量與SEBAL法估算之蒸發散量關係 58
5-2-3 蒸發散折算係數 58
5-3 結果討論 59
第六章 結論與建議 67
6-1 結論 67
6-2 建議 68
參考文獻 69
附錄A 現場挖掘土壤情形 74
附錄B 土壤粒徑分析試驗 76
參考文獻
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