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快速认识“蒸散”

日期:2020-02-27 09:53
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摘要:本文讲解蒸散的原理、作用以及计算方法。


快速认识“蒸散”

想要快速认识“蒸散”,得先了解它的原理。

什么是蒸散

水在常温下会发生三态变化。

一方面,在重力作用下,陆地上的水通过地表径流和地下径流,不断地注入海洋中。由于我国整体地势西高东低,便有了大河向东流的说法。

另一方面,海洋上大量蒸发的水汽,随大气运动被输送到陆地上,在适当条件下形成降水,补充到陆地表面、并渗入地下,被植物吸收。

这样,在海洋和陆地之间就形成了一个大循环,称为海陆间的循环。当然,海洋上蒸发的水汽大部分还是降回海洋中,形成了海上内循环;陆地表面水体蒸发、植物蒸腾的水汽降回陆地表面,形成了内陆循环。

蒸散 (evapotranspiration) ,主要包括植被蒸腾、土壤水分蒸发及降水或露水的蒸发,是能量平衡及水循环的重要组成部分。蒸散不仅影响植物的生长发育与产量,还影响大气环流,有调节气候的作用。


蒸散(ET)是由能量驱动水汽变换的过程,随着温度、太阳辐射和风的增加而增加,随着湿度的增加而减少。

了解了大概原理,现在是不是快速认识“蒸散”了?

蒸散的作用

认识水量平衡发生规律、原因及控制性因素,从而对其进行定量预测。

陆地淡水资源绝大部分来自降水,蒸散是降水的主要消耗形式,我国广阔的中西部属于干旱或半干旱区域,研究蒸散意义深远。

在全球气候变化背景下,准确估算蒸散量及其变化趋势,对理解水文循环规律及水资源科学管理有重要意义。

如何估算蒸散

在快速认识“蒸散”时,计算蒸散量尤为重要。蒸散是一个持续变化且难以捕捉的过程,不像普通的气象要素如风、温度等可以通过传感器直接测量得到数据,一直以来,准确的计算蒸散是一道难题。随着科学的发展和先进技术的运用,目前已有多种方法用于蒸散的研究,下面就其中的几种方法做简单介绍:

1、彭曼方程(Penman-Monteith—PM)法

penman-Monteith(PM)方法,以能量平衡和水汽扩散理论为基础,既考虑了空气动力学和辐射的作用,又涉及了作物的生理特征,公式还引入表面阻力参数,用来表征作物生理过程中叶面气孔及表层土壤对水汽传输的阻力作用。1998年联合国粮农组织推荐将其作为计算参考作物蒸发蒸腾量的一种标准方法。基本公式为:


ETSZ为参考作物的蒸散量,mm/d;

Rn为净辐射,MJ/ (m2 ·d);

G为土壤热通量,MJ/(m2 ·d);

T为平均气温,°C;

u2为2米高度的平均风速,m /s;

es和ea分别为饱和水汽压和实际水汽压,kPa;

Δ为饱和水汽压-温度曲线的斜率,kPa/ °C;

γ为干湿度常数,kPa/ °C

Cn——分子常数(参考作物和计算时间有关),K mm s3 /(Mg·d)

通过测量气象要素和地点位置,用上述公式估计“参考作物蒸散量”。值得注意的是,降水总量不属于蒸散的一部分,应根据需要进行补偿。例如,一天内的降雨量为15mm,而同一天内的蒸散值为25mm,则净损失值是10mm。

使用公式时,需要计算下列气象要素:

太阳辐射

空气温度

风速

相对湿度

除此之外,还需要风速、温湿度传感器的安装高度,以及当地的纬度、经度和海拔高度。

 提示:气象站的位置选择非常重要,应具有代表性。例如,研究草坪的蒸散,气象站应位于草坪中央,远离树木和建筑物,避免影响风和太阳辐射等测量。

       2、Lysimeter Method蒸渗仪


蒸渗仪是一个装满土壤,表面裸露或长有植物的容器,通过定期测量重量变化来计算蒸散量。

3、Eddy Covariance(EC)  Method涡动相关法

  涡动相关方法广泛应用于全球Fluxnet通量观测站点。利用一个三维超声风速仪和红外气体分析仪来测量湍流及空气中CO2和H20的浓度,仪器能以高频率探测非常小的湍涡变化,是目前很好的测定通量变化的气象方法之一。通过测定近地面层水汽垂直通量,确定蒸散量,现有分体式和一体式两种涡动观测系统。


        4、Scintillometer Method大孔径闪烁仪

光束在大气中传播时,能量受到各种形式的衰减,导致信号减弱,其中影响大的是传播路径上由于温度、湿度和气压波动引起的空气密度的波动,进而引起空气折射系数的波动,这个波动又引起光强度的波动,即闪烁。

  大孔径闪烁仪就是测量闪烁“量”的仪器。它由发射仪、接收仪组成,两者相隔一定的距离。发射仪发射一定波长和直径的波束在大气中传播。接收仪收到光路上温度、湿度和气压波动影响后的光束,并用空气折射率结构参数表示,表征大气的湍流强度,而大气的湍流强度决定了输送热量、水汽等标量的能力。


总结

本文主要讲解蒸散的原理作用以及测量方法,帮助大家快速认识“蒸散”。蒸散的测量方法还有很多种,如遥感、波纹比等,以上只是简述了几种常见方法。不同的观测方法有其优点和局限性,需要结合实际情况,选择合适的仪器进行科学安装,将有助于更准确的测量。

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文章来源:https://www.campbellsci.com/blog/evapotranspiration-101

部分图片来自网络

北京华益瑞科技有限公司刘阳翻译,并适当修改。


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