基于AgERA5和ERA5-Land再分析数据的高分辨率PM-ETo空间插值制图及其在灌溉规划与水文模型中的应用研究

本研究针对地中海地区农业灌溉规划和水文模型中Penman-Monteith作物参考蒸散发量(PM-ETo)空间分辨率不足的问题，通过动态回归插值法(DRI)整合气象站点数据与ERA5-Land/AgERA5再分析数据集，生成100米分辨率PM-ETo地图。研究发现AgERA5在意大利西西里岛成功校正系统偏差，但在西班牙胡卡尔河流域仍存在11.56%低估；通过验证证实插值地图可保留原始数据频率分布，为缺测地区提供可靠蒸散发数据支持。该成果为精准灌溉和分布式水文模型(TETIS/SWAT)提供了重要技术工具。

　　

在全球水资源日益紧张的背景下，农业灌溉作为人类85%用水量的消耗主体，其精准化管理成为可持续水资源政策的核心。然而，当前灌溉建议依赖的Penman-Monteith作物参考蒸散发量(PM-ETo)存在显著空间异质性，尤其在复杂地形区域，气象站点密度不足导致农场级精准估算困难。虽然世界粮农组织(FAO)推广的自动化气象网络(如西班牙SIAR、意大利SIAS)能提供基础数据，但9-30公里分辨率的再分析产品(如ERA5系列)难以满足地块级需求，亟需开发高精度空间插值方法。

针对这一科学问题，来自意大利和西班牙的研究团队在《Journal of Hydrology: Regional Studies》发表创新研究，首次系统评估了AgERA5偏差校正再分析产品在PM-ETo估算中的性能，并应用动态回归插值法(DRI)将ERA5-Land和AgERA5数据降尺度至100米分辨率。研究选取地中海两岸典型区域——西班牙胡卡尔河流域(JRs)和意大利西西里岛，通过对比1,500万至3,500万网格点的插值结果，验证了该方法在无观测数据区域的适用性。

关键技术方法包括：1) 基于FAO-56标准的PM-ETo公式计算；2) 动态回归插值法(DRI)整合经纬度、高程等10类地理特征；3) 半球视域算法处理地形辐射效应；4) 采用k-fold交叉验证处理海量网格数据；5) 通过泰勒图、Kling-Gupta效率系数(KGE)等7项统计指标评估性能。

3.1 气象站点高分辨率PM-ETo制图验证
通过保留20%站点验证显示，DRI法在JRs的PM-ETo插值表现(NSE=0.89)优于西西里岛(NSE=0.84)，主要受岛屿复杂地形和站点密度限制。风速插值误差最大(MAE=0.84 m/s)，但对PM-ETo整体影响较小，因温度(R²

0.9)和辐射(MAE=2.22 MJ/m²
)的高精度插值抵消了风速误差。

3.2 AgERA5再分析产品评估
与地面观测对比发现，AgERA5在西西里成功消除ERA5-Land存在的23%低估偏差(PBE=5.79%)，但在JRs仍保持11.56%系统性低估。值得注意的是，AgERA5的风速估算在两地均存在显著误差(PBE<-52%)，印证了再分析产品在近地表风场模拟的固有难点。

3.3 再分析产品高分辨率插值
将9公里再分析数据插值至100米后，JRs地区AgERA5衍生地图与地面观测的ICC达0.97，显著优于西西里岛(ICC=0.92)。泰勒图分析表明，插值过程能保持原始数据的标准差特征，且AgERA5在两地均优于ERA5-Land。密度函数检验证实，插值地图完整保留了地面数据的统计分布特征。

研究结论与意义
该研究首次证实DRI方法可将再分析产品降尺度至农场适用分辨率，为缺测区域提供可靠PM-ETo数据。AgERA5的偏差校正效果存在区域依赖性，在岛屿环境表现更优，但在大陆性气候区仍需量化映射等后处理。创新性提出的ΔETo差异地图可指导气象网络优化布局。研究成果直接支持FAO灌溉建议体系，并为TETIS、SWAT等水文模型提供高精度输入，对地中海流域水资源管理具有重要实践价值。未来研究可扩展至更长时序和多气候区验证，并开发针对风速的系统性校正算法。