第五章 蒸發(fā)與蒸騰

第五章蒸發(fā)與散發(fā)

（EvaporationandTranspiration）主要內(nèi)容蒸發(fā)現(xiàn)象及其控制條件水面蒸發(fā)土壤蒸發(fā)植物散發(fā)流域蒸散發(fā)1、蒸發(fā)現(xiàn)象及其控制條件1.1幾個基本概念蒸發(fā)：水分子從物體表面向大氣逸散的現(xiàn)象稱為蒸發(fā)。蒸發(fā)潛熱：單位水量蒸發(fā)到空氣中所需的能量稱為蒸發(fā)潛熱。凝結潛熱：單位水量從空氣中凝結返回水面所釋放的能量稱為凝結潛熱。蒸發(fā)率：單位時間從單位面積蒸發(fā)面逸散到大氣中的水分子數(shù)與從大氣中返回到蒸發(fā)面的水分子數(shù)之差值稱為蒸發(fā)率。蒸發(fā)能力：供水充分條件下，單位時間從單位面積蒸發(fā)面逸散到大氣中的水分子數(shù)與從大氣中返回到蒸發(fā)面的水分子數(shù)之差值稱為蒸發(fā)能力。1、蒸發(fā)現(xiàn)象及其控制條件1.2蒸發(fā)的分類按蒸發(fā)面的性質(zhì)水面蒸發(fā)土壤蒸發(fā)植物散發(fā)冰面蒸發(fā)流域蒸散發(fā)按蒸發(fā)面的供水條件飽和面蒸發(fā)---水面蒸發(fā)、土壤蒸發(fā)？非飽和面蒸發(fā)---土壤蒸發(fā)、植物蒸發(fā)1、蒸發(fā)現(xiàn)象及其控制條件1.3控制蒸發(fā)的條件供水條件——蒸發(fā)面上儲存的水量多少能量條件——蒸發(fā)面上水分子獲得能量的多少動力條件——蒸發(fā)面上空水汽輸送的速度如何2、水面蒸發(fā)2.1水面蒸發(fā)的物理機制水面蒸發(fā)—最簡單的蒸發(fā)方式—飽和蒸發(fā)面一個水平的自由水面，進入水體的熱能增加了水分子的動能，使一些水分子所獲得的動能大于水分子之間的內(nèi)聚力時，就能突破水面而躍入空中。那些動能足夠大的水分子，逸出水面—蒸發(fā)一些水分子從空中返回水面—凝結從水面躍出與返回水面的水分子數(shù)量之差，就是實際觀測到的蒸發(fā)量mm或蒸發(fā)率(mm/h、mm/d等)。2、水面蒸發(fā)2.1水面蒸發(fā)的物理機制水分汽化過程水汽擴散過程2、水面蒸發(fā)2.2水面蒸發(fā)的影響因素（1）飽和水汽壓差飽和水汽壓差指水面溫度的飽和水汽壓與水面上空一定高度的實際水汽壓之差。2、水面蒸發(fā)2.2水面蒸發(fā)的影響因素（2）風風或氣流能加強亂流擴散作用，移走水面上的水汽分子，促進水汽交換，使水面上水汽飽和層變薄并保持持續(xù)強大的輸送率，因而風速愈大，水面蒸發(fā)率也愈高。2、水面蒸發(fā)2.2水面蒸發(fā)的影響因素（3）溫度水汽化時需要熱能，在蒸發(fā)過程中太陽輻射是它的主要能源，它通過氣溫和水溫的增高來影響蒸發(fā)。2、水面蒸發(fā)2.2水面蒸發(fā)的影響因素（4）水質(zhì)水中含的雜質(zhì)能阻止水分子運動，減少蒸發(fā)。（5）蒸發(fā)表面的情況蒸發(fā)表面是水分子在汽化時必須經(jīng)過的通路，若表面積大則蒸發(fā)面大，蒸發(fā)作用進行得快。此外，水體的深淺對蒸發(fā)也有一定的影響。不同地理位置、地形情況以及降水量、強度和時空分布都對水面蒸發(fā)過程有影響。2、水面蒸發(fā)2.2水面蒸發(fā)的影響因素氣象因素太陽輻射、溫度、濕度、風、氣壓降水自然地理因素水質(zhì)、水深、水面情況、地形地貌等2、水面蒸發(fā)2.3水面蒸發(fā)的確定方法理論方法經(jīng)驗公式法實驗觀察法inputoutput2、水面蒸發(fā)2.3水面蒸發(fā)的確定方法理論方法水汽輸送法—Dalton定律：修正式：Dalton形式：2、水面蒸發(fā)2.3水面蒸發(fā)的確定方法理論方法水量平衡法2、水面蒸發(fā)2.3水面蒸發(fā)的確定方法理論方法空氣動力學法2、水面蒸發(fā)2.3水面蒸發(fā)的確定方法理論方法熱量平衡法——基于能量守恒定律和蒸發(fā)需要消耗熱量的概念而建立起來的。熱量平衡法Rn=Rsi-Rr-Rb為凈輻射(J/min)Ha=Hai-Ha0為入出流熱量差(J/min)Hs

為水體儲熱變量(J/min)β=H/He—波溫系數(shù)HaiHa0HeHRsiRrRbHs為波溫系數(shù)P表面大氣壓強，單位同e，Ts水面溫度T近表面氣溫

es表面水溫下的飽和水汽壓eT溫情況下的空氣水汽壓Penman法——

Penman公式中很多是在結合上兩

種方法的推導而得到彭曼公式氣溫--飽和水汽壓關系曲線梯度B函數(shù)

彭曼經(jīng)驗公式2、水面蒸發(fā)2.3水面蒸發(fā)的確定方法理論方法綜合法水體吸收凈輻射熱量引起的蒸發(fā)風速和飽和差引起的蒸發(fā)2、水面蒸發(fā)2.3水面蒸發(fā)的確定方法b.經(jīng)驗公式法道爾頓公式K--常數(shù)f(u)--風速函數(shù)es--水面溫度下的飽和水汽壓e--水面上某一高度的實際水汽壓2、水面蒸發(fā)2.3水面蒸發(fā)的確定方法b.經(jīng)驗公式法華東水利學院（河海大學）1966年2、水面蒸發(fā)2.3水面蒸發(fā)的確定方法c.實驗測量法（器測法）利用蒸發(fā)器或蒸發(fā)池：直接量出蒸發(fā)量是當前最簡單和實用的方法2、水面蒸發(fā)2.3水面蒸發(fā)的確定方法c.實驗測量法（器測法）3、土壤蒸發(fā)3.1土壤蒸發(fā)過程（1）土壤蒸發(fā)的三個階段毛管斷裂含水量(3)田間持水量(2)(1)E/Em3、土壤蒸發(fā)3.1土壤蒸發(fā)過程（2）土壤蒸發(fā)過程的實驗觀察3、土壤蒸發(fā)3.2土壤蒸發(fā)的影響因素氣象因素溫度、濕度、風速等供水條件土壤含水量、地下水埋深土壤特性土壤孔隙度3、土壤蒸發(fā)3.2土壤蒸發(fā)的影響因素土壤含水量：決定供水地下水位：埋深淺，蒸發(fā)大土壤質(zhì)地結構：決定孔隙大小和分布土壤色澤：暗則蒸發(fā)大土壤表面特征：影響風速、熱量吸收、地面溫度3、土壤蒸發(fā)3.3土壤蒸發(fā)能力特定氣象條件下，某種土壤在充分供水條件下的蒸發(fā)量或蒸發(fā)率。又稱可能最大蒸發(fā)量或潛在蒸發(fā)量。大于等于實際蒸發(fā)量非常數(shù)3、土壤蒸發(fā)3.4土壤蒸發(fā)量的確定方法實測法蒸發(fā)器、大型蒸滲儀經(jīng)驗公式法水量平衡法3、土壤蒸發(fā)3.5土壤蒸發(fā)的抑制植樹造林覆蓋技術松土4、植物散發(fā)（蒸騰）植物體內(nèi)的水分主要是通過植物葉面氣孔以氣態(tài)水的形式向大氣輸送的過程稱為植物蒸騰作用。植物的蒸騰是植物水分吸收和運轉的主要動力，它能降低葉片的溫度和促進鹽類養(yǎng)分的吸收與分布。植物蒸騰的強弱既受土壤水分、通氣狀況以及太陽輻射、空氣溫度、濕度、風速等外部因素的影響，也受葉片氣孔的數(shù)目、大小、分布、運動以及角質(zhì)層厚薄等內(nèi)部因素的影響。水分從葉片內(nèi)到達大氣中要克服4種不同阻力，稱為阻抗，它們分別是葉肉阻抗rm、氣孔阻抗rs、片流邊界層阻抗rb、和大氣阻抗ra，總稱為水汽輸送總阻抗rt。4、植物散發(fā)4.1植物散發(fā)的過程植物散發(fā)的物理過程4、植物散發(fā)4.1植物散發(fā)的過程影響因素植物生理條件：種類、生長階段氣象因素：溫度、日照土壤含水量4、植物散發(fā)4.2植物散發(fā)的測定和估算實測法：光合作用儀等水量平衡法熱量平衡法5、流域蒸散發(fā)5.1流域蒸散發(fā)的構成水域蒸發(fā)陸面蒸發(fā)=土壤蒸發(fā)+植物散發(fā)5、流域蒸散發(fā)5.2流域蒸散發(fā)的估算（1）水量平衡法列出任一區(qū)域選定時段內(nèi)的水量平衡方程式觀測或求出方程式中其他各項推算區(qū)域總蒸發(fā)量5、流域蒸散發(fā)5.2流域蒸散發(fā)的估算（2）經(jīng)驗公式法史拉別爾：奧里杰科普：ET---年總蒸發(fā)量

x---年降水量ET0---蒸發(fā)能力，ET0=R/LR---太陽輻射平衡值

L---蒸發(fā)潛熱

th---

雙曲正切函數(shù)人們曾經(jīng)認為全球變暖會引起海水蒸發(fā)量和總體降水量的增加，地表水分蒸發(fā)蒸騰總量也會隨之增加。而且從數(shù)據(jù)來看，某些地區(qū)確實比以前更加濕潤。然而，研究表明其它廣大地區(qū)現(xiàn)在逐漸干涸。Law教授說這將導致植被承受的干旱壓力增大，總體植被減少，碳吸收量減少，地表水分揮發(fā)的冷卻效應減弱，并且最終導致更頻繁的強熱潮。蒸散量的計算方法3.彭曼法（氣象學法）在實際工作中多采用彭曼（英H.L.Penman）法，在熱量平衡的基礎上又考慮了水汽輸送，于1948年提出了半理論半經(jīng)驗公式：4.彭曼-蒙泰斯法Monteith(1963，1964)將輸送阻抗概念引入彭曼公式即得5.鮑恩比法（能量平衡法）土壤水分常數(shù)田間持水量：亦稱為“最小持水量”，是土壤水分常數(shù)的一種。在地下水位深，沒有層次性的土壤中所保持全部毛細管懸著水的含水量。田間持水量長期以來被認為是土壤所能穩(wěn)定保持的最高土壤含水量，也是土壤中所能保持懸著水的最大量，是對作物有效的最高的土壤水含量，且被認為是一個常數(shù)，常用來作為灌溉上限和計算灌水定額的指標。凋萎系數(shù)：土壤水分減少到使植物開始呈現(xiàn)萎蔫狀態(tài)時土壤所含水分占烘干土重的百分數(shù)。有效水：一般來說，凋萎系數(shù)與田間持水量之間的土壤水，屬于有效水分。葉片水汽輸送阻抗§5流域蒸散發(fā)1流域蒸散發(fā)的影響因素影響土壤蒸發(fā)和植物散發(fā)的因素即是影響流域總蒸發(fā)的因素。綜合起來，影響因素包括：（1）氣象條件（日照、溫度、濕度、風速等）；（2）流域內(nèi)土壤含水量；（3）流域內(nèi)土壤、植被分布；（4）地形、地貌。§5流域蒸散發(fā)2流域蒸散發(fā)規(guī)律1.0(3)(2)(1)E/Emba(1)>a，E=Em（注:

a<

田)

供水充分，蒸散發(fā)量大而穩(wěn)定。(2)b<<a，E=()Em（注:

b