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快速認識“蒸散”

日期:2021-04-21 21:06
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摘要:本文講解蒸散的原理、作用以及計算方法。


快速認識“蒸散”

想要快速認識“蒸散”,得先了解它的原理。

什么是蒸散

水在常溫下會發生三態變化。

一方面,在重力作用下,陸地上的水通過地表徑流和地下徑流,不斷地注入海洋中。由于我國整體地勢西高東低,便有了大河向東流的說法。

另一方面,海洋上大量蒸發的水汽,隨大氣運動被輸送到陸地上,在適當條件下形成降水,補充到陸地表面、并滲入地下,被植物吸收。

這樣,在海洋和陸地之間就形成了一個大循環,稱為海陸間的循環。當然,海洋上蒸發的水汽大部分還是降回海洋中,形成了海上內循環;陸地表面水體蒸發、植物蒸騰的水汽降回陸地表面,形成了內陸循環。

蒸散 (evapotranspiration) ,主要包括植被蒸騰、土壤水分蒸發及降水或露水的蒸發,是能量平衡及水循環的重要組成部分。蒸散不僅影響植物的生長發育與產量,還影響大氣環流,有調節氣候的作用。


蒸散(ET)是由能量驅動水汽變換的過程,隨著溫度、太陽輻射和風的增加而增加,隨著濕度的增加而減少。

了解了大概原理,現在是不是快速認識“蒸散”了?

蒸散的作用

認識水量平衡發生規律、原因及控制性因素,從而對其進行定量預測。

陸地淡水資源絕大部分來自降水,蒸散是降水的主要消耗形式,我國廣闊的中西部屬于干旱或半干旱區域,研究蒸散意義深遠。

在全球氣候變化背景下,準確估算蒸散量及其變化趨勢,對理解水文循環規律及水資源科學管理有重要意義。

如何估算蒸散

在快速認識“蒸散”時,計算蒸散量尤為重要。蒸散是一個持續變化且難以捕捉的過程,不像普通的氣象要素如風、溫度等可以通過傳感器直接測量得到數據,一直以來,準確的計算蒸散是一道難題。隨著科學的發展和先進技術的運用,目前已有多種方法用于蒸散的研究,下面就其中的幾種方法做簡單介紹:

1、彭曼方程(Penman-Monteith—PM)法

penman-Monteith(PM)方法,以能量平衡和水汽擴散理論為基礎,既考慮了空氣動力學和輻射的作用,又涉及了作物的生理特征,公式還引入表面阻力參數,用來表征作物生理過程中葉面氣孔及表層土壤對水汽傳輸的阻力作用。1998年聯合國糧農組織推薦將其作為計算參考作物蒸發蒸騰量的一種標準方法?;竟綖椋?/span>


ETSZ為參考作物的蒸散量,mm/d;

Rn為凈輻射,MJ/ (m2 ·d);

G為土壤熱通量,MJ/(m2 ·d);

T為平均氣溫,°C;

u2為2米高度的平均風速,m /s;

es和ea分別為飽和水汽壓和實際水汽壓,kPa;

Δ為飽和水汽壓-溫度曲線的斜率,kPa/ °C;

γ為干濕度常數,kPa/ °C

Cn——分子常數(參考作物和計算時間有關),K mm s3 /(Mg·d)

通過測量氣象要素和地點位置,用上述公式估計“參考作物蒸散量”。值得注意的是,降水總量不屬于蒸散的一部分,應根據需要進行補償。例如,**內的降雨量為15mm,而同**內的蒸散值為25mm,則凈損失值是10mm。

使用公式時,需要計算下列氣象要素:

太陽輻射

空氣溫度

風速

相對濕度

除此之外,還需要風速、溫濕度傳感器的安裝高度,以及當地的緯度、經度和海拔高度。

 提示:氣象站的位置選擇非常重要,應具有代表性。例如,研究草坪的蒸散,氣象站應位于草坪中央,遠離樹木和建筑物,避免影響風和太陽輻射等測量。

       2、Lysimeter Method蒸滲儀


蒸滲儀是一個裝滿土壤,表面裸露或長有植物的容器,通過定期測量重量變化來計算蒸散量。

3、Eddy Covariance(EC)  Method渦動相關法

  渦動相關方法廣泛應用于全球Fluxnet通量觀測站點。利用一個三維超聲風速儀和紅外氣體分析儀來測量湍流及空氣中CO2和H20的濃度,儀器能以高頻率探測非常小的湍渦變化,是目前很好的測定通量變化的氣象方法之一。通過測定近地面層水汽垂直通量,確定蒸散量,現有分體式和一體式兩種渦動觀測系統。


        4、Scintillometer Method大孔徑閃爍儀

光束在大氣中傳播時,能量受到各種形式的衰減,導致信號減弱,其中影響大的是傳播路徑上由于溫度、濕度和氣壓波動引起的空氣密度的波動,進而引起空氣折射系數的波動,這個波動又引起光強度的波動,即閃爍。

  大孔徑閃爍儀就是測量閃爍“量”的儀器。它由發射儀、接收儀組成,兩者相隔一定的距離。發射儀發射一定波長和直徑的波束在大氣中傳播。接收儀收到光路上溫度、濕度和氣壓波動影響后的光束,并用空氣折射率結構參數表示,表征大氣的湍流強度,而大氣的湍流強度決定了輸送熱量、水汽等標量的能力。


總結

本文主要講解蒸散的原理作用以及測量方法,幫助大家快速認識“蒸散”。蒸散的測量方法還有很多種,如遙感、波紋比等,以上只是簡述了幾種常見方法。不同的觀測方法有其優點和局限性,需要結合實際情況,選擇合適的儀器進行科學安裝,將有助于更準確的測量。

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文章來源:https://www.campbellsci.com/blog/evapotranspiration-101

部分圖片來自網絡

北京華益瑞科技有限公司劉陽翻譯,并適當修改。


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