مجله آمایش جغرافیایی فضا

مجله آمایش جغرافیایی فضا

اصلاح ضریب مدل تورک در برآورد تبخیر- تعرق مرجع برای مناطق بادخیز ایران

نوع مقاله : مقاله مستخرج از پایان نامه

نویسندگان
1 گروه مهندسی آب، دانشکده آب و خاک، دانشگاه زابل، زابل، ایران
2 گروه مهندسی آب، دانشکده آب و خاک، دانشگاه زابل، زابل، ایران.
10.30488/gps.2026.542318.3859
چکیده
معادلات ترکیبی مانند مدل پنمن- مونتیث فائو (PM) به عوامل هواشناسی زیادی نیاز دارند که همیشه در دسترس نیستند. لذا مدل‌های تجربی ساده مانند مدل تورک (T) که مبتنی بر تابش و دما می‌باشد اغلب مورداستفاده قرار می‌گیرد. بااین‌وجود علاوه بر تابش و دمای هوا، سرعت باد به‌خصوص در مناطق بادخیز بسیار مهم است. بنابراین این پژوهش با هدف بررسی تأثیر سرعت باد بر دقت روش تورک و همچنین توسعه ضریب مدل مذکور برای هفت منطقه بادخیز ایران شامل: اردبیل، الیگودرز، بیجار، تربت‌جام، رفسنجان، زابل و منجیل صورت پذیرفت. برای این منظور از اطلاعات هواشناسی روزانه 25 ساله استفاده گردید. نتایج حاکی از آن بود برای ایستگاه‌های الیگودرز، بیجار، تربت‌جام، رفسنجان، زابل و منجیل ضرایب اصلی مدل‌های گروه تورک مناسب نمی‌باشد. بهترین ضریب اصلاحی مدل منتخب برای ایستگاه‌های الیگودرز و بیجار با روش مجموع مجذور مربعات خطا به ترتیب 18/0 و 0169/0 محاسبه گردید. برای ایستگاه‌های تربت‌جام، رفسنجان، زابل و منجیل یک رابطه رگرسیونی بین سرعت باد و ضریب اصلاحی مدل منتخب ارائه شد و مقادیر ET0 به‌دست‌آمده با این روش به ترتیب با مقادیر NRMSE برابر 04/0، 05/0، 07/0 و 06/0 و همچنین مقادیر EF بالاتر از 98/0 برای هر چهار ایستگاه مذکور، تطابق بسیار مناسبی در مقایسه با روش استاندارد PM ارائه نمودند. این در حالی است که برای ایستگاه اردبیل ضرایب اصلی مدل‌های گروه تورک با NRMSE کمتر از 21/0 نتایج قابل قبولی را ارائه کرد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Modification of the Turc Model Coefficient for Estimating Reference Evapotranspiration in Windy Regions of Iran

نویسندگان English

Eisa Nadim mir 1
mohammad mahdi Chari 2
Parviz Haghighatjuo 1
parisa kahkhamoghadam 1
mahdi keykha 1
1 Department of Water Engineering, Faculty of water and soil, University of Zabol, Zabol, Iran
2 Department of Water Engineering, Faculty of water and soil, University of Zabol, Zabol, Iran
چکیده English

Combination-based equations such as the Penman-Monteith (PM) model provide robust estimates, they require extensive meteorological data, which are often unavailable. Simpler empirical models such as the Turc (T) model which relies primarily on radiation and temperature are widely adopted as practical alternatives. In addition to radiation and air temperature, wind speed plays a critical role, particularly in regions prone to high winds. This study investigates the impact of wind speed on the accuracy of the Turc method and to develop a modification coefficient for the mentioned model in seven windy regions of Iran, including Ardabil, Aligoodarz, Bijar, Torbat-e Jam, Rafsanjan, Zabol, and Manjil. The study utilized 25 years of daily meteorological observations. The original coefficients of the Turc model group were not suitable for the stations in Aligoodarz, Bijar, Torbat-e Jam, Rafsanjan, Zabol, and Manjil. The best corrective coefficients for the selected model at the Aligoodarz and Bijar stations, calculated using the sum of squared errors method, were 0.18 and 0.0169, respectively. For the stations in Torbat-e Jam, Rafsanjan, Zabol, and Manjil, a regression relationship was established between wind speed and the corrective coefficient of the selected model. The ET0 values obtained through this approach exhibited excellent agreement with the standard Penman-Monteith (PM) method, as evidenced by NRMSE values of 0.04, 0.05, 0.07, and 0.06, respectively, and EF values exceeding 0.98 for all four stations. In contrast, for the Ardabil station, the original coefficients of the Turc model group yielded acceptable results, with an NRMSE below 0.21.

کلیدواژه‌ها English

Potential Evapotranspiration, Penman&‌‌minus
Monteith, Wind Speed, Adjustment Factor
جانبازقبادی، غلامرضا. (1400). پتانسیل‌سنجی انرژی باد جهت تعیین مکان بهینه برای احداث توربین‌های بادی در استان مازندران. مجله آمایش جغرافیایی فضا، 9(34)، 224- 209.  doi:10.30488/gps.2020.121201.2742
چاری، محمدمهدی و کهخامقدم، پریسا (1398). برآورد تبخیر- تعرق مرجع در شرایط کمبود داده و ارزیابی روش‌های والیانتس برای خط ساحلی شمال و جنوب ایران. نیوار، 104-105، 123-135. doi:10.30467/NIVAR.2019.147472.1106
حنفی، علی و ایران‌پور، فخرالدین. (1396). ارزیابی و پهنه‌بندی پتانسیل سرعت باد در کشور به‌منظور برنامه‌ریزی جهت تولید برق بادی. نشریه پژوهش‌های اقلیم‌شناسی، 8(31)، 88- 73.
دارابی، هما؛ چاری، محمدمهدی؛ افراسیاب، پیمان و پیری، حلیمه. (1401). ارزیابی و واسنجی معادله ترونت‌وایت برای تخمین تبخیر تعرق در اقلیم بادخیز مطالعه موردی: منطقه سیستان. مجله پژوهش‌های جغرافیای طبیعی، 54 (4)، 564- 549. doi: 10.22059/jphgr.2023.350271.1007728
دارابی، هما؛ چاری، محمدمهدی؛ افراسیاب، پیمان؛ پیری، حلیمه و کهخامقدم، پریسا. (1401). ارزیابی و واسنجی معادله پریستلی تیلور برای تخمین تبخیر تعرق در اقلیم بادخیز (مطالعه موردی منطقه سیستان). تحقیقات آب‌وخاک ایران، 53 (11)، 2564- 2551. doi:10.22059/ijswr.2022.349900.669375
دلبری، معصومه؛ کهخامقدم، پریسا؛ محمدی، احسان و احمدی، تارخ. (1395). برآورد الگوی پراکنش مکانی سرعت باد برای پتانسیل تولید انرژی بادی در ایران. پژوهش‌های جغرافیای طبیعی، 48(2)، 285-265. doi: 10.22059/jphgr.2016.59368
دهقان، هادی و مکاری، مهدی. (1398). ارزیابی و اصلاح مدل‌های والیانتز برای برآورد تبخیر-تعرق گیاه مرجع در شرایط کمبود داده. نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران، 9(36)، 97- 86. doi:10.22125/iwe.2019.90251
دین‌پژوه، یعقوب؛ جهانبخش‌اصل، سعید و موسوی‌جهانی، لیلا. (1402). ارزیابی کارایی سه مدل تجربی در تخمین تبخیر-تعرق پتانسیل (مطالعه موردی: حوضه دریاچه ارومیه). نشریه دانش آب‌وخاک، 33(3)، 32- 19. doi:10.22034/ws.2021.46416.2419
صفری، فاطمه؛ کاویانی، عباس؛ عزیزیان قطار، اصغر و رمضانی، هادی. (1401). اصلاح ضرایب تعدادی از معادلات برآورد تبخیر-تعرق گیاه مرجع. محیط‌زیست و مهندسی آب، 8(2)، 426- 411. doi.org/10.22034/jewe.2021.293310.1593
کهخامقدم، پریسا. دلبری، معصومه. (1404). امکان‌سنجی پتانسیل انرژی باد در زابل با استفاده از توزیع ویبول. مجله آمایش جغرافیایی فضا. 15 (1)، 195-178. http://doi.org/10.30488/gps.2025.478128.3779
گندم‌کار، امیر. (1388). ارزیابی انرژی پتانسیل باد در کشور ایران. مجلة جغرافیا و برنامه‌ریزی محیطی، 20 (4)، 100-85.
ندیم‌میر، عیسی؛ چاری، محمدمهدی؛ حقیقت‌جو، پرویز؛ کهخامقدم، پریسا و کیخا، مهدی. (1404). تعیین سهم بخش آیرودینامیکی و توازن انرژی در مقدار تبخیر- تعرق مرجع برای مناطق بادخیز ایران. پژوهش‌های مهندسی آب ایران، 3 (4)، 32-15. doi.:10.22034/ijwer.2025.538428.1103
 
References
Abtew, W. (1996). Evapotranspiration measurements and modeling for three wetland systems in South Florida. JAWRA Journal of the American Water Resources Association, 32(3), 465-473. https://doi.org/10.1111/j.1752-1688.1996.tb04044.x
Alexandris, S., & Kerkides, P. (2003). New empirical formula for hourly estimations of reference evapotranspiration. Agricultural Water Management, 60, 157-180. https://doi.org/10.1016/S0378-3774(02)00172-5
Allen, R. G., Pereira, L. S., Raes, D., & Smith, M. (1998). Crop evapotranspiration: Guidelines for computing crop water requirements (FAO Irrigation and Drainage Paper 56). FAO.
Allen, R. G., & Pruitt, W. O. (1986). Rational use of the FAO Blaney-Criddle formula. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 112(2), 139-155.
Bellocchi, G., Rivington, M., Donatelli, M., & Matthews, K. (2010). Validation of biophysical models: Issues and methodologies. A review. Agronomy for Sustainable Development, 30(1), 109-130. https://doi.org/10.1051/agro/2009001
Besharat, F., Dehghan, A. A., & Faghih, A. R. (2013). Empirical models for estimating global solar radiation: A review and case study. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 21, 798-821. https://doi.org/10.1016/j.rser.2012.12.043
Chari, M. M., & Kahkhamoghaddam, P. (2019). Estimation of reference evapotranspiration in the condition of data deficiency and assessment of Valiantzas methods for the coastlines in the north and south of Iran. Nivar, 104, 124-136. https://doi.org/10.30467/NIVAR.2019.147472.1106 [In Persian]
Cristea, N. C., Kampf, S. K., & Burges, S. J. (2013). Revised coefficients for Priestley-Taylor and Makkink-Hansen equations for estimating daily reference evapotranspiration. Journal of Hydrologic Engineering, 18(10), 1289-1300. https://doi.org/10.1061/(ASCE)HE.1943-5584.0000679
Darabi, H., Chari, M. M., Afrasiab, P., & Piri, H. (2022). Evaluation and calibration of Thornthwaite equation for estimating reference evapotranspiration in windy regions (Case study: Sistan Region). Physical Geography Research Quarterly, 54(4), 549-564. https://doi.org/10.22059/jphgr.2023.350271.1007728 [In Persian]
Darabi, H., Chari, M. M., Afrasiab, P., Piri, H., & Kahkhamoghadam, P. (2023). Evaluation and calibration of Priestley-Taylor equation for estimating monthly reference evapotranspiration in windy areas of Sistan. Iranian Journal of Soil and Water Research, 53(11), 2551-2564. https://doi.org/10.22059/ijswr.2022.349900.669375 [In Persian]
Dehghan, H., & Mokari, M. (2019). Evaluation and modification of Valiantzas models for the reference evapotranspiration estimation by lack of data. Journal of Irrigation and Water Engineering, 9(4), 86-97. https://doi.org/10.22125/IWE.2019.90251 [In Persian]
Delbari, M., Kahkhamoghaddam, P., Mohammadi, E., & Ahmadi, T. (2016). Estimation of the spatial distribution pattern of wind speed for assessment of wind energy potential in Iran. Physical Geography Research, 48(2), 265-285. https://doi.org/10.22059/jphgr.2016.59368 [In Persian]
Dinpashoh, Y., & Allahverdipour, P. (2025). Monitoring and predicting changes in reference evapotranspiration in the Moghan Plain according to CMIP6 of IPCC. Environment and Water Engineering, 11(1), 47-56. https://doi.org/10.22034/ewe.2024.466037.1947 [In Persian]
Dinpashoh, Y., Jahanbakhsh-Asl, S., & Mosavi Jahani, L. (2023). Evaluation of the three empirical models in estimation of potential evapotranspiration (Case study: Urmia Lake basin). Water and Soil Science, 33(3), 21-32. https://doi.org/10.22034/ws.2021.46416.2419 [In Persian]
Diouf, O. C., Ba, L., Weihermüller, K., Faye, S. C., Faye, S., & Vereecken, H. (2016). Estimation of Turc reference evapotranspiration with limited data against the Penman-Monteith formula in Senegal. Journal of Agriculture and Environment for International Development, 110(1), 117-137. https://doi.org/10.12895/jaeid.20161.417
Fan, J., Wang, X., Wu, L., Zhang, F., Bai, H., Lu, X., & Xiang, Y. (2018). New combined models for estimating daily global solar radiation based on sunshine duration in humid regions: A case study in South China. Energy Conversion and Management, 156, 618-625. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2017.11.085
Flores-Velazquez, J., Akrami, M., & Villagran, E. (2022). The role of radiation in the modelling of crop evapotranspiration from open field to indoor crops. Agronomy, 12(11), 2593. https://doi.org/10.3390/agronomy12112593
Gandomkar, A. (2010). Wind energy potential estimation in Iran. Geography and Environmental Planning, 20(4), 85-100. [In Persian]
Goh, E. H., Ng, J. L., Huang, Y. F., & Yong, S. L. S. (2021). Performance of potential evapotranspiration models in Peninsular Malaysia. Journal of Water and Climate Change, 12(7), 3170-3186. https://doi.org/10.2166/wcc.2021.018
Hanafi, A., & Iranpour, F. (2017). Evaluation and zoning of wind speed potential in the country in order to plan for wind power generation. Journal of Climate Research, 8(31), 73-88. [In Persian]
Hargreaves, G. H., & Samani, Z. A. (1982). Estimating potential evapotranspiration. Journal of the Irrigation and Drainage Division, 108(3), 225-230.
Hassan, G. E., Youssef, M. E., Mohamed, Z. E., Ali, M. A., & Hanafy, A. A. (2016). New temperature-based models for predicting global solar radiation. Applied Energy, 179, 437-450. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2016.07.006
Irmak, S., Allen, R. G., & Whitty, E. B. (2003). Daily grass and alfalfa-reference evapotranspiration estimates and alfalfa-to-grass evapotranspiration ratios in Florida. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 129(5), 360-370. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9437(2003)129:5(360)
Janbazghobadi, G. (2020). Potentiometric analysis of wind energy to determine the optimum location for wind turbines in Mazandaran Province. Geographical Planning of Space Quarterly Journal, 9(34), 209-224. https://doi.org/10.30488/gps.2020.121201.2742 [In Persian]
Kahkhamoghaddam, P., & Delbari, M. (2025). Feasibility of wind energy potential in Zabol using Weibull distribution. Geographical Planning of Space Quarterly Journal, 15(1), 159-178. https://doi.org/10.30488/gps.2025.478128.3779 [In Persian]
Kahkhamoghaddam, P., Ziaei, A. N., Davary, K., Kanooni, A., & Sadeghi, S. (2024). Optimal land allocation and irrigation scheduling to maximize the economic utility. International Journal of Plant Production, 18(2), 289-300. https://doi.org/10.1007/s42106-024-00283-6
Kartal, V. (2024). Prediction of monthly evapotranspiration by artificial neural network model development with Levenberg–Marquardt method in Elazig, Turkey. Environmental Science and Pollution Research, 31(14), 20953-20969. https://doi.org/10.1007/s11356-024-32464-1
Kashyap, P. S., & Panda, R. K. (2001). Evaluation of evapotranspiration estimation methods and development of crop-coefficients for potato crop in a sub-humid region. Agricultural Water Management, 50(1), 9-25. https://doi.org/10.1016/S0378-3774(01)00102-0
Maeda, E. E., Wiberg, D. A., & Pellikka, P. K. E. (2010). Estimating reference evapotranspiration using remote sensing and empirical models in a region with limited ground data availability in Kenya. Applied Geography, 31, 251-258. https://doi.org/10.1016/j.apgeog.2010.05.011
Martí, P., Zarzo, M., Vanderlinden, K., & Girona, J. (2015). Parametric expressions for the adjusted Hargreaves coefficient in Eastern Spain. Journal of Hydrology, 529, 1713-1724. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2015.07.054
Mohamadi, H., Saeedi, A., Firoozi, Z., Zangabadi, S. S., & Veisi, S. (2021). Assessment of wind energy potential and economic evaluation of four wind turbine models for the east of Iran. Heliyon, 7(6). https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2021.e07234
Muniandy, J. M., Yusop, Z., & Askari, M. (2016). Evaluation of reference evapotranspiration models and determination of crop coefficient for Momordica charantia and Capsicum annuum. Agricultural Water Management, 169, 77-89. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2016.02.019
Nadim-Mir, E., Chari, M. M., Haghighatjo, P., Kahkhamoghadam, P., & Keikha, M. (2025). Determining the contribution of aerodynamic and energy balance components to reference evapotranspiration in windy regions of Iran. Journal of Iranian Water Engineering Research. https://doi.org/10.22034/ijwer.2025.538428.1103 [In Persian]
Nikolaou, G., Neocleous, D., Manes, A., & Kitta, E. (2024). Calibration and validation of solar radiation-based equations to estimate crop evapotranspiration in a semi-arid climate. International Journal of Biometeorology, 68(1), 1-15. https://doi.org/10.1007/s00484-023-02566-5
Pandey, P. K., Dabral, P. P., & Pandey, V. (2016). Evaluation of reference evapotranspiration methods for the northeastern region of India. International Soil and Water Conservation Research, 4(1), 52-63. https://doi.org/10.1016/j.iswcr.2016.02.003
Pereira, L. S., Allen, R. G., Smith, M., & Raes, D. (2014). Crop evapotranspiration estimation with FAO56: Past and future. Agricultural Water Management, 147, 4-20. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2014.07.031
Pishgar-Komleh, S. H., & Akram, A. (2017). Evaluation of wind energy potential for different turbine models based on the wind speed data of Zabol region, Iran. Sustainable Energy Technologies and Assessments, 22, 34-40. https://doi.org/10.1016/j.seta.2017.05.007
Priestley, C. H. B., & Taylor, R. J. (1972). On the assessment of surface heat flux and evaporation using large-scale parameters. Monthly Weather Review, 100(2), 81-92. https://doi.org/10.1175/1520-0493(1972)100<0081:OTAOSH>2.3.CO;2
Rahmani, K., Kasaeian, A., Fakoor, M., Kosari, A., & Alavi, S. (2014). Wind power assessment and site matching of wind turbines in Lootak of Zabol. International Journal of Renewable Energy Research, 4(4), 965-976. https://doi.org/10.20508/ijrer.v4i4.1700.g6434
Sabziparvar, A. A., Tabari, H., Aeini, A., & Ghafouri, M. (2010). Evaluation of Class A pan coefficient models for estimation of reference crop evapotranspiration in cold-semi arid and warm arid climates. Water Resources Management, 24, 909-920. https://doi.org/10.1007/s11269-009-9478-2
Safari, F., Kaviani, A., Azizian Ghatar, A., & Ramezani Etedali, H. (2022). Modification of the coefficients of some equations for estimation of evapotranspiration of the reference plant. Environment and Water Engineering, 8(2), 411-426. https://doi.org/10.22034/jewe.2021.293310.1593 [In Persian]
Samani, Z. (2000). Estimating solar radiation and evapotranspiration using minimum climatological data. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 126(4), 265-267. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9437(2000)126:4(265)
Samaras, D. A., Reif, A., & Theodoropoulos, K. (2014). Evaluation of radiation-based reference evapotranspiration models under different Mediterranean climates in central Greece. Water Resources Management, 28, 207-225. https://doi.org/10.1007/s11269-013-0480-3
Sarlak, N., & Bagcaci, S. C. (2020). The assessment of empirical potential evapotranspiration methods: A case study of Konya Closed Basin. Teknik Dergi, 565, 9755-9772. https://doi.org/10.18400/tekderg.408019
Su, Q., Singh, V. P., & Karthikeyan, R. (2022). Improved reference evapotranspiration methods for regional irrigation water demand estimation. Agricultural Water Management, 274, 107979. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2022.107979
Tabari, H., Grismer, M. E., & Trajkovic, S. (2013). Comparative analysis of 31 reference evapotranspiration methods under humid conditions. Irrigation Science, 31, 107-117. https://doi.org/10.1007/s00271-011-0295-z
Trajkovic, S. (2007). Hargreaves versus Penman-Monteith under humid conditions. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 133(1), 38-42. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9437(2007)133:1(38)
Trajkovic, S., & Kolakovic, S. (2009). Wind-adjusted Turc equation for estimating reference evapotranspiration at humid European locations. Hydrology Research, 40(1), 45-52. https://doi.org/10.2166/nh.2009.002
Trajkovic, S., & Stojnic, V. (2007). Effect of wind speed on accuracy of Turc method in a humid climate. Facta Universitatis - Series: Architecture and Civil Engineering, 5(2), 107-113. https://doi.org/10.2298/FUACE0702107T
Turc, L. (1961). Estimation of irrigation water requirements, potential evapotranspiration: A simple climatic formula evolved up to date. Annales Agronomiques, 12, 13-49.
Turner, N. C. (1990). Plant water relations and irrigation management. Agricultural Water Management, 17(1-3), 59-73. https://doi.org/10.1016/0378-3774(90)90056-5
Uzunlar, A., & Dis, M. O. (2024). Novel approaches for the empirical assessment of evapotranspiration over the Mediterranean region. Water, 16(3), 507. https://doi.org/10.3390/w16030507
Uzunlar, A., Oz, A., & Dis, M. O. (2022). The effect of modified approaches on evapotranspiration estimates: Case study over Van. Cukurova UMFD, 37, 973-988. https://doi.org/10.21605/cukurovaumfd.1230919
Willmott, C. J. (1984). On the evaluation of model performance in physical geography. In Spatial statistics and models (pp. 443-460). https://doi.org/10.1007/978-94-017-3048-8_23
Wright, J. L. (1996). Derivation of alfalfa and grass reference evapotranspiration. https://eprints.nwisrl.ars.usda.gov/id/eprint/862
Xu, C. Y., & Singh, V. P. (2001). Evaluation and generalization of temperature-based methods for calculating evaporation. Hydrological Processes, 15(2), 305-319. https://doi.org/10.1002/hyp.119
Xu, J., Wang, J., Wei, Q., & Wang, Y. (2016). Symbolic regression equations for calculating daily reference evapotranspiration with the same input to Hargreaves-Samani in arid China. Water Resources Management, 30, 2055-2073. https://doi.org/10.1007/s11269-016-1269-y
Yoder, R. E., Odhiambo, L. O., & Wright, W. C. (2005). Evaluation of methods for estimating daily reference crop evapotranspiration at a site in the humid southeast United States. Applied Engineering in Agriculture, 21(2), 197-202. https://doi.org/10.13031/2013.18153