Comparison of reference evapotranspiration values calculated from conventional and automatic meteorological stations data

Abstract

Accurate and consistent estimates of crop evapotranspiration (ETc) in irrigated agriculture are important for planning and managing irrigation and water resources and for using water resources efficiently. The most common procedure for estimating ETc is to adjust the reference evapotranspiration (ETo) values with the crop coefficient (Kc). This approach calculates ETo for a standard surface using reference parameters and agro-meteorological data. Then, it applies appropriate empirical crop coefficients for obtaining ETc. FAO Penman- Monteith (FAO-PM) method was recommended as the standard method to compute ETo from meteorological data. The meteorological data used to calculate evapotranspiration and/or reference evapotranspiration is obtained from conventional (synoptic) and automatic stations. Because of the differences in the instruments and methods used in conventional and automatic stations, the data from these stations is also different. Therefore, this research compares the ETo values determined by using temperature and relative humidity data from the synoptic station and the automatic station. The (t) test, root mean squared error (RMSE) and relative error (%E) were used as comparison criteria. It is understood that the daily ETo values obtained from two different stations are significantly different according to the (t) test (p<0.05) and the RMSE value (0.23 mm d^-1) is below the acceptable error limit and the % E value is 9.42%. The average % E value for the monthly ETo values was 9.39% and the average % E value for the irrigation season was 4.39%. The ETo value obtained from the automatic station during the irrigation season was 25.9 mm less than the value obtained from the synoptic station. For this reason, it has been understood that the use of ETo value obtained from automatic station will be important for saving water.

Keywords

• Automatic station,reference evapotranspiration,synoptic station

Konvansiyonel ve otomatik meteoroloji istasyon verilerinden hesaplanan referans evapotranspirasyon değerlerinin kıyaslanması

Abstract

Sulu tarımda bitki evapotranspirasyonunun (ETc) doğru ve güvenilir tahminleri, sulama ve su kaynaklarının planlanması ve yönetilmesi ve su kaynaklarının etkin kullanımı için önemlidir. ETc`nin tahmin edilmesindeki en yaygın yöntem, referans evapotranspirasyon (ETo) değerlerini bitki katsayısı (Kc) ile düzeltmektir. Bu yöntemde, referans parametreler ve agro-meteorolojik veriler kullanılarak standart bir yüzey için bir ETo hesaplanır. Daha sonra ETc`nin hesaplanması için, ETo uygun bitki katsayısı ile çarpılır. Meteorolojik verilerden ETo elde etmek için FAO Penman-Monteith (FAO PM) yöntemi standart yöntem olarak önerilmiştir. Evapotranspirasyon ve/veya referans evapotranspirasyonun hesaplanmasında kullanılan meteorolojik veriler konvansiyonel (sinoptik) veya otomatik istasyonlardan alınmaktadır. Konvansiyonel ve otomatik istasyonlarda kullanılan alet ve yöntemlerin farklılığından dolayı, elde edilen veriler de farklı olmaktadır. Dolayısıyla, bu araştırmada, bir sinoptik ve bir otomatik istasyondan alınan sıcaklık ve bağıl nem verilerinin kullanılması ile elde edilen ETo değerlerinin karşılaştırılması amaçlanmıştır. Karşılaştırma kriterleri olarak (t) testi, kök ortalama karesel hata (RMSE) ve yüzde hata (%E) kullanılmıştır. İki farklı istasyondan elde edilen günlük ETo değerlerinin; (t) testine göre önemli derecede farklı olduğu (p<0,05), RMSE değerinin kabul edilebilir hata sınırının altında (0,23 mm gün^-1) ve %E değerinin % 9,42 olduğu anlaşılmıştır. Aylık ETo değerleri için ortalama %E değeri %9,39 ve sulama yapılan aylar için ortalama %E değeri % 4,39 olarak belirlenmiştir. Sulama sezonunda otomatik istasyondan elde edilen ETo değeri sinoptik istasyondan elde edilen değerden 25,9 mm daha az olmuştur. Bu nedenle, otomatik istasyondan elde edilen ETo değerinin kullanılmasının su tasarrufu açısından önemli olacağı anlaşılmıştır.

Keywords

• Otomatik istasyon,referans evapotranspirasyon,sinoptik istasyon

References

1. [1] Rojas J.P., Sheffield R.E., Evaluation of the reference evapotranspiration methods as compared with the ASCE-EWRI Penman-Monteith equation using limited water data in Northeast Louisiana, J. Irrig. Drain Eng., 132(6), 285-292, 2013.
2. [2] Irmak S., Payero J.O., Martin D.L., Irmak A. Howel T.A., Sensitivity analyses and sensitivity coefficients of standardized daily ASCE-Penman- Monteith equation, J. Irrig. Drain Eng., 564-578, 2006.
3. [3] Allen R.G., Pereira R.S., Raes D., Smith M. Crop evapotranspiration: guidelines for computing crop water requirements. FAO Irrigation and Drainage Paper, 56, Rome, Italy, 1998.
4. [4] Doorenbos J., Pruitt W.O., Crop water requirements. FAO Irrigation and Drainage Paper, 24, Rome, Italy, 1992.
5. [5] Wright J.L., Crop coefficients for estimates of crop evapotranspiration, Irrigation Scheduling for Water and Energy Conservation in the 80`s, American Soc. Agric. Eng., 18-26, 1981.
6. [6] Wright J.L., New evapotranspiration crop coefficients. Journal of Irrig. and Drain. Division, ASCE, 108 (IR2), 57-74, 1982.
7. [7] Hupet F., Vanclooster M., Effect of the sampling frequency of meteorological variables on the estimation of the reference evapotranspiration, J. of Hydrology, 243, 192-204, 2001.
8. [8] Hess T.M., A comparison between evapotranspiration calculated from an automatic weather station and conventional weather data- implication for irrigation scheduling in the UK, In. C.R. Camp, E.J. Sadler, R.E. Yoder (Eds): Proc. The Int. Conf. on Evapotranpiration and Irrig. Scheduling, San Antonio, Texas, pp. 516-521,1996.

9. [9] Dusek D.A., Howell T.A., Effects of instrument shelters on air temperature and humidity measurements, In. C.R. Camp, E.J. Sadler, R.E. Yoder (Eds): Proc. The Int. Conf. on Evapotranpiration and Irrig. Scheduling, San Antonio, Texas, pp. 491-496,1996.
10. [10] Kaya S., Evren S., Daşcı E., Bakır H., Adıgüzel M.C. ,” Konvansiyonel ve otomatik istasyonlardan elde edilen meteorolojik verilerin kıyaslanması. 12. Kültürteknik Kongresi Bildirileri Kitabı, Tekirdağ, pp, 386-391, 2014.
11. [11] Anonim. Türkiyedeki meteoroloji istasyonlarının konumları, http://www.tumas.mgm.gov.tr, Erişim Tarihi:26.12.2013.
12. [12] Anonim, http://www.fao.org/nr/water/infores_databases_cropwat.html, Erişim Tarihi :28.04.2010.
13. [13] Jensen M.E., Burman R.D., Allen R.G., Evapotranspiration and irrigation Water Requirements, ASCE Manuals and Reports on Engineering Practices, 70, ASCE, New York, USA, 1990.
14. [14] Smith M. , Allen R., Pereira L., Revised FAO methodology for crop water requirements, In. C.R. Camp, E.J. Sadler, R.E. Yoder (Eds): Proc. The Int. Conf. on Evapotranpiration and Irrig. Scheduling, San Antonio, Texas, pp. 116-123,1996.
15. [15] Irmak S., Haman D.Z., Evaluation of five methods for estimating class a pan evaporation in a humid climate”, Hort Technology, 13(3), 500-508, 2003.
16. [16] Gundekar H.G., Khodke U. M., Sarkar S, Rai R.K., Evaluation of pan coefficient for reference crop evapotranspiration for semi-arid region, Irrig. Sci. 169-175, 2008.
17. [17] Kaya S., Estimation of class A pan evaporation using artificial neural networks, J. of Agric. Faculty of Uludag Univ., 30(Special Issue), 348-356, 2016.
18. [18] Allen R.G., Brockway C.E., Wright J.L., Weather station siting and consumptiveuse estimates, J. of Water Res. Plan. and Managm., 109(2):134-147, 1983.
19. [19] Ley T. W., Allen R.G., Hill R.W., Weather station sitting effects on reference evapotranspiraton In. C.R. Camp, E.J. Sadler, R.E. Yoder (Eds): Proc. The Int. Conf. on Evapotranpiration and Irrig. Scheduling, San Antonio, Texas, pp. 727-734. 1996.
20. [20] Brown P., Russel B., Siting and maintenance of weather stations, The University of Arizona, College of Agriculture and Life Sciences, Turf Irrigation Management Series, III,1-5, 2011
21. [21] Pinto, H.S., Pellegrino, G.Q., Fonsechi, D.B., Coral, G., Caramori, P.H., De Avila, A.M.H., Comparison Between Daily Meteorological Data Collected By Automatic And Conventional Stations, http://www.cepagri.unicamp.br/producao/trabalhos-em-anais-de-eventos/2006/39_Oral.pdf/view.html, Erişim Tarihi: 05.10.2017
22. [22] Hess T.M., Evapotranspiration estimates for water balance scheduling in the UK, Irrigation News, 25: 31-36.