2.2 不同方法测定葡萄园需水量与耗水量的对比与分析

水量平衡法是理论上较为完善的方法，在地下水位较深的干旱地区具有较高的精度，用其检验波文比-能量平衡法的测定精度也是比较经济和常用的方法 ^[6] 。但由于水量平衡法适用于时间步长较长时段ET的计算，因此选取3～7d为计算时间步长，应用水量平衡法计算该时段内日平均ET。我们以水量平衡法为标准，评价波文比法和涡度相关法在干旱区测定ET的精确性。

如图2.14所示，以中国农业大学石羊河实验站为例，三种耗水方法测定干旱区葡萄园日耗水量较接近。相对于水量平衡法，波文比法高估葡萄园耗水量3%，涡度相关法低估葡萄园耗水量3%。表2.5的两组回归方程的决定系数均较高，涡度相关法决定系数略高，表明涡度相关法与水量平衡法测定ET相关性更强。误差分析表明，涡度相关法RMSE和RE均小于波文比法的对应值，表明涡度相关法测定葡萄园ET更准确。Malek的研究表明采用水量平衡法测定草甸系统的日耗水量为波文比法的 98%，相关系数为0.987 ^[67] 。Li等研究表明涡度相关法测量干旱区葡萄园日耗水量较水量平衡法测量值偏小1.57%，波文比法测量值较水量平衡法测量值大5.19% ^[4] 。

2.2.1 不同时间步长波文比法与涡度相关法测定葡萄园ET的对比分析

以日为时间步长分析两种方法测定葡萄园日耗水量的差异，如图2.15（a）所示，拟合方程的斜率达0.95，决定系数达0.86。全生育期波文比法测定葡萄园日耗水量平均值为2.77mm，涡度相关法测定值为2.61mm。相对于EC而言，BREB高估葡萄园的耗水量6.3%。两种方法测定值RMSE为0.49mm/d，RE为0.19，一致性指数IA为0.95，表明两种方法测定值非常接近。实测数据点大致均匀分布在回归直线的两侧，表明采用两种方法研究日耗水量时，没有明显的系统性高估或是低估现象。

步长为30min时两种方法的差异如图2.15（b）所示，拟合曲线的斜率为0.98，决定系数为0.78。两种方法测定值的RMSE为0.033mm/30min，RE为0.60，一致性指数IA为0.93，也表明两种方法测定的值非常接近。当ET较高时，ET _BREB 有低于ET _EC 的趋势，存在系统性低估。Pauwels应用涡度相关法和波文比法测定草原的小时耗水量并对其进行回归分析，拟合直线斜率为0.75 ^[68] ，虽低于我们的对应值，但不存在系统高估现象。

2.2.2 不同天气条件波文比法与涡度相关法测定葡萄园ET的对比分析

2008年和2009年全生育期选出典型晴天与阴天各5d（2008年5—9月每月各选取1d；2009年6月选2d，7—9月各选1d），对半小时耗水量进行回归分析，如图2.16所示。无论是晴天还是阴天，回归方程的斜率均小于1，BREB测定耗水量均高于EC测定值。晴天条件下回归方程的斜率更接近1，相关系数更高，表明在晴天条件下两种方法测定值差异小，在阴天条件下差异较大。天气的阴晴导致大气稳定度不同，湍流交换强弱不同，两种方法测定的差异可能与大气稳定状况有关。

2.2.3 灌水前后波文比法与涡度相关法测定葡萄园ET的对比分析

选取灌水前后各1d的数据（天气条件相似，试验期间共灌水5次），分析灌水对两种方法测定葡萄园耗水量的影响，如图2.17所示。灌水后回归方程斜率明显大于灌水前回归方程的斜率，且由灌水前小于1转变为灌水后大于1，决定系数没有明显变化。波文比法测定葡萄园耗水量由高估转为低估，涡度相关法则相反。另有研究表明，灌水后的ET _EC /ET _BREB 值对比降雨前有明显升高的趋势，李思恩认为造成此现象是由于采用了沟灌，不均一的灌水方式可能会导致温湿度廓线的不一致，从而使得水热交换系数不等，当水汽交换系数高于感热交换系数时，波文比法测定的ET低于真实值 ^[19] 。

2.2.4 不同生育期波文比法与涡度相关法测定葡萄园ET的对比分析

相对于涡度相关法而言，全生育期波文比法高估葡萄园总耗水量6.3%，但并不是在生育期的各个阶段均呈现高估趋势（表2.6，图2.18）。在生育前期，BREB高估耗水量；在生育中后期，则相反。目前，一部分研究认为BREB高估耗水量，EC低估耗水量 ^{[4，15，69，70]} ，也有研究认为涡度相关法测定耗水量比波文比法测定值偏大 ^[71，72] ，均与我们结果存在一定差异。一方面，一些研究主要选取生育期的某个或是某几个阶段进行观测，选取时段不同直接影响两种方法测定耗水量的相对大小关系；另一方面，数据校正、筛选和插值等数据处理方法的不同可能导致不同的结果。Wolf研究了数据校正方法对涡度相关法计算耗水量的影响，研究表明信号延迟校正和频率响应校正对耗水量的影响达20%，未应用以上两种校正会导致涡度相关法测定耗水量的低估 ^[15] 。Brotzge比较了涡度相关法和波文比法测定耗水量的差异，对波文比法获得的数据进行筛选时直接去除-2.0＜β＜-0.5范围内的数据点，虽然剔除了严重偏离点，但使得去除插补过程引入了人为误差，可能与真实的耗水变化规律存在偏差 ^[73] 。

2.2.5 波文比法与涡度相关法测定葡萄园ET变化的差异

分析涡度相关法和波文比法测定干旱区葡萄园耗水量日变化。如图2.19可知，从全生育期平均来看，白天时段（9：00—16：00），涡度相关法测定耗水量高于波文法测定值，夜间时段（16：00—24：00，0：00—6：00），则相反。分析各生育期的变化情况可知，白天时段，新梢生长期和开花期，波文比法高估葡萄园耗水量，浆果生长期、浆果成熟期和落叶期，波文比法低估葡萄园耗水量；夜间时段，普遍存在波文比法测定的耗水量大于涡度相关法测定的耗水量。

2.2.6 不同R _n -G条件下波文比法与涡度相关法测定葡萄园ET的对比分析

我们分析了在不同的R _n -G条件下，两种方法测定的潜热通量值的相关性、误差及一致性指数见表2.7。随着可利用能量的提高，两种方法测定值的相关性逐渐增强，相对RMSE逐渐减小，一致性逐渐增加，表明随着可利用能量的增加，两种方法测定葡萄园ET更加接近。当可利用能量处于 ^[-50，100] 区间内，相关性分析的结果表明两组测定值相关性较弱，拟合比例系数偏离1较远，表明波文比法测定值存在严重偏差，但此时潜热通量值较小，误差可以忽略不计。假设经过全面校正的涡度相关系统测定的潜热通量值准确，那么可利用能量测量的不确定性是引起两种方法测定ET存在差异的原因之一。此两种微气象学法测定的ET代表了仪器周围约1000m ² 的平均情况，而利用波文比法时，净辐射和土壤热通量的测定仅能代表其周围几平方米的平均情况，认为能量平衡方程净辐射分项和土壤热通量分项在1000m ² 均一不变 ^[74] 。实际上，单点测定R _n 和G并不一定能代表1000m ² 内的能量收支情况 ^[74] 。测量的源区面积的差异可能引起波文比法测定的不准确。