作物水分逆境指數計算器

重點速覽：作物水分逆境指數（crop water stress index, CWSI）是用冠層溫度來量化作物缺水程度的指標，由 Idso 與 Jackson 等人於 1980 年代提出，是遙測與精準灌溉常用的缺水診斷工具。其原理源於能量平衡：作物靠根系吸水、經葉片氣孔蒸騰，蒸騰把水從液態變為氣態時會吸走大量潛熱，等於為葉片「散熱降溫」。當作物供水充足、氣孔張開、蒸騰旺盛時，冠層溫度會低於甚至明顯低於周圍氣溫；一旦土壤缺水，作物為了保水而關閉氣孔、減少蒸騰，散熱變少，冠層溫度便升高、逼近或超過氣溫。因此「冠層溫度與氣溫之差」dT = Tc − Ta 就成了缺水的敏感訊號：dT 越偏正（冠層越熱），代表蒸騰越受抑制、缺水越嚴重。但 dT 的絕對值會受氣象條件（輻射、風速、空氣濕度即飽和差 VPD）影響，同樣缺水程度在不同天氣下 dT 不同，難以直接比較。CWSI 的巧妙之處在於用兩條基準線把 dT 標準化到 0–1：下基準線（下限 dT_ll，non-water-stressed baseline）代表作物在該氣象條件下充分供水、蒸騰達最大時的冠氣溫差，此時冠層最涼，dT_ll 通常為負值，且理論上隨空氣飽和差線性變化；上基準線（上限 dT_ul，non-transpiring baseline）代表作物完全停止蒸騰（氣孔全關）時的冠氣溫差，此時冠層最熱，dT_ul 為正值。實測 dT 落在這兩條線之間的相對位置就是 CWSI：CWSI = (dT − dT_ll) ÷ (dT_ul − dT_ll)。當實測 dT 等於下限（最涼、蒸騰最旺）時 CWSI = 0，表示毫無水分逆境；當 dT 等於上限（最熱、無蒸騰）時 CWSI = 1，表示完全水分逆境；介於中間則按比例，例如 0.5 表示蒸騰已被抑制約一半。這樣不論當天天氣如何，CWSI 都能一致地反映缺水程度並可跨日、跨田塊比較。實務上，量測 dT 常用手持紅外測溫槍或熱像儀對準作物冠層（避開土壤與陰影），同時量氣溫；基準線的取得方式有二：經驗法是在同區、充分供水的參考植株上實測得到下限，理論法則由能量平衡結合當時的淨輻射、風速與空氣飽和差計算下限、由不蒸騰假設計算上限。得到 CWSI 後即可作灌溉排程：CWSI 接近 0 表示水分充足暫不需灌，通常設定一個門檻（不同作物與管理目標約 0.2–0.5），當 CWSI 持續超過門檻就啟動灌溉。CWSI 的優點是非接觸、可快速大面積量測、對缺水反應靈敏，適合結合無人機或衛星熱紅外做區域監測；使用時要注意：測溫要對準健康冠層、避開裸土與陰影，冠層覆蓋不足時土壤背景會干擾讀值；基準線必須對應當時作物與氣象，套用不當會偏差；陰天、清晨或風大時訊號較弱、可靠度下降；CWSI 反映的是即時蒸騰受抑制程度，宜與土壤含水、蒸發散等資訊互相印證，而非單獨依賴。