第五章 蒸发与蒸腾

第五章蒸发与散发

（EvaporationandTranspiration）主要内容蒸发现象及其控制条件水面蒸发土壤蒸发植物散发流域蒸散发1、蒸发现象及其控制条件1.1几个基本概念蒸发：水分子从物体表面向大气逸散的现象称为蒸发。蒸发潜热：单位水量蒸发到空气中所需的能量称为蒸发潜热。凝结潜热：单位水量从空气中凝结返回水面所释放的能量称为凝结潜热。蒸发率：单位时间从单位面积蒸发面逸散到大气中的水分子数与从大气中返回到蒸发面的水分子数之差值称为蒸发率。蒸发能力：供水充分条件下，单位时间从单位面积蒸发面逸散到大气中的水分子数与从大气中返回到蒸发面的水分子数之差值称为蒸发能力。1、蒸发现象及其控制条件1.2蒸发的分类按蒸发面的性质水面蒸发土壤蒸发植物散发冰面蒸发流域蒸散发按蒸发面的供水条件饱和面蒸发---水面蒸发、土壤蒸发？非饱和面蒸发---土壤蒸发、植物蒸发1、蒸发现象及其控制条件1.3控制蒸发的条件供水条件——蒸发面上储存的水量多少能量条件——蒸发面上水分子获得能量的多少动力条件——蒸发面上空水汽输送的速度如何2、水面蒸发2.1水面蒸发的物理机制水面蒸发—最简单的蒸发方式—饱和蒸发面一个水平的自由水面，进入水体的热能增加了水分子的动能，使一些水分子所获得的动能大于水分子之间的内聚力时，就能突破水面而跃入空中。那些动能足够大的水分子，逸出水面—蒸发一些水分子从空中返回水面—凝结从水面跃出与返回水面的水分子数量之差，就是实际观测到的蒸发量mm或蒸发率(mm/h、mm/d等)。2、水面蒸发2.1水面蒸发的物理机制水分汽化过程水汽扩散过程2、水面蒸发2.2水面蒸发的影响因素（1）饱和水汽压差饱和水汽压差指水面温度的饱和水汽压与水面上空一定高度的实际水汽压之差。2、水面蒸发2.2水面蒸发的影响因素（2）风风或气流能加强乱流扩散作用，移走水面上的水汽分子，促进水汽交换，使水面上水汽饱和层变薄并保持持续强大的输送率，因而风速愈大，水面蒸发率也愈高。2、水面蒸发2.2水面蒸发的影响因素（3）温度水汽化时需要热能，在蒸发过程中太阳辐射是它的主要能源，它通过气温和水温的增高来影响蒸发。2、水面蒸发2.2水面蒸发的影响因素（4）水质水中含的杂质能阻止水分子运动，减少蒸发。（5）蒸发表面的情况蒸发表面是水分子在汽化时必须经过的通路，若表面积大则蒸发面大，蒸发作用进行得快。此外，水体的深浅对蒸发也有一定的影响。不同地理位置、地形情况以及降水量、强度和时空分布都对水面蒸发过程有影响。2、水面蒸发2.2水面蒸发的影响因素气象因素太阳辐射、温度、湿度、风、气压降水自然地理因素水质、水深、水面情况、地形地貌等2、水面蒸发2.3水面蒸发的确定方法理论方法经验公式法实验观察法inputoutput2、水面蒸发2.3水面蒸发的确定方法理论方法水汽输送法—Dalton定律：修正式：Dalton形式：2、水面蒸发2.3水面蒸发的确定方法理论方法水量平衡法2、水面蒸发2.3水面蒸发的确定方法理论方法空气动力学法2、水面蒸发2.3水面蒸发的确定方法理论方法热量平衡法——基于能量守恒定律和蒸发需要消耗热量的概念而建立起来的。热量平衡法Rn=Rsi-Rr-Rb为净辐射(J/min)Ha=Hai-Ha0为入出流热量差(J/min)Hs

为水体储热变量(J/min)β=H/He—波温系数HaiHa0HeHRsiRrRbHs为波温系数P表面大气压强，单位同e，Ts水面温度T近表面气温

es表面水温下的饱和水汽压eT温情况下的空气水汽压Penman法——

Penman公式中很多是在结合上两

种方法的推导而得到彭曼公式气温--饱和水汽压关系曲线梯度B函数

彭曼经验公式2、水面蒸发2.3水面蒸发的确定方法理论方法综合法水体吸收净辐射热量引起的蒸发风速和饱和差引起的蒸发2、水面蒸发2.3水面蒸发的确定方法b.经验公式法道尔顿公式K--常数f(u)--风速函数es--水面温度下的饱和水汽压e--水面上某一高度的实际水汽压2、水面蒸发2.3水面蒸发的确定方法b.经验公式法华东水利学院（河海大学）1966年2、水面蒸发2.3水面蒸发的确定方法c.实验测量法（器测法）利用蒸发器或蒸发池：直接量出蒸发量是当前最简单和实用的方法2、水面蒸发2.3水面蒸发的确定方法c.实验测量法（器测法）3、土壤蒸发3.1土壤蒸发过程（1）土壤蒸发的三个阶段毛管断裂含水量(3)田间持水量(2)(1)E/Em3、土壤蒸发3.1土壤蒸发过程（2）土壤蒸发过程的实验观察3、土壤蒸发3.2土壤蒸发的影响因素气象因素温度、湿度、风速等供水条件土壤含水量、地下水埋深土壤特性土壤孔隙度3、土壤蒸发3.2土壤蒸发的影响因素土壤含水量：决定供水地下水位：埋深浅，蒸发大土壤质地结构：决定孔隙大小和分布土壤色泽：暗则蒸发大土壤表面特征：影响风速、热量吸收、地面温度3、土壤蒸发3.3土壤蒸发能力特定气象条件下，某种土壤在充分供水条件下的蒸发量或蒸发率。又称可能最大蒸发量或潜在蒸发量。大于等于实际蒸发量非常数3、土壤蒸发3.4土壤蒸发量的确定方法实测法蒸发器、大型蒸渗仪经验公式法水量平衡法3、土壤蒸发3.5土壤蒸发的抑制植树造林覆盖技术松土4、植物散发（蒸腾）植物体内的水分主要是通过植物叶面气孔以气态水的形式向大气输送的过程称为植物蒸腾作用。植物的蒸腾是植物水分吸收和运转的主要动力，它能降低叶片的温度和促进盐类养分的吸收与分布。植物蒸腾的强弱既受土壤水分、通气状况以及太阳辐射、空气温度、湿度、风速等外部因素的影响，也受叶片气孔的数目、大小、分布、运动以及角质层厚薄等内部因素的影响。水分从叶片内到达大气中要克服4种不同阻力，称为阻抗，它们分别是叶肉阻抗rm、气孔阻抗rs、片流边界层阻抗rb、和大气阻抗ra，总称为水汽输送总阻抗rt。4、植物散发4.1植物散发的过程植物散发的物理过程4、植物散发4.1植物散发的过程影响因素植物生理条件：种类、生长阶段气象因素：温度、日照土壤含水量4、植物散发4.2植物散发的测定和估算实测法：光合作用仪等水量平衡法热量平衡法5、流域蒸散发5.1流域蒸散发的构成水域蒸发陆面蒸发=土壤蒸发+植物散发5、流域蒸散发5.2流域蒸散发的估算（1）水量平衡法列出任一区域选定时段内的水量平衡方程式观测或求出方程式中其他各项推算区域总蒸发量5、流域蒸散发5.2流域蒸散发的估算（2）经验公式法史拉别尔：奥里杰科普：ET---年总蒸发量

x---年降水量ET0---蒸发能力，ET0=R/LR---太阳辐射平衡值

L---蒸发潜热

th---

双曲正切函数人们曾经认为全球变暖会引起海水蒸发量和总体降水量的增加，地表水分蒸发蒸腾总量也会随之增加。而且从数据来看，某些地区确实比以前更加湿润。然而，研究表明其它广大地区现在逐渐干涸。Law教授说这将导致植被承受的干旱压力增大，总体植被减少，碳吸收量减少，地表水分挥发的冷却效应减弱，并且最终导致更频繁的强热潮。蒸散量的计算方法3.彭曼法（气象学法）在实际工作中多采用彭曼（英H.L.Penman）法，在热量平衡的基础上又考虑了水汽输送，于1948年提出了半理论半经验公式：4.彭曼-蒙泰斯法Monteith(1963，1964)将输送阻抗概念引入彭曼公式即得5.鲍恩比法（能量平衡法）土壤水分常数田间持水量：亦称为“最小持水量”，是土壤水分常数的一种。在地下水位深，没有层次性的土壤中所保持全部毛细管悬着水的含水量。田间持水量长期以来被认为是土壤所能稳定保持的最高土壤含水量，也是土壤中所能保持悬着水的最大量，是对作物有效的最高的土壤水含量，且被认为是一个常数，常用来作为灌溉上限和计算灌水定额的指标。凋萎系数：土壤水分减少到使植物开始呈现萎蔫状态时土壤所含水分占烘干土重的百分数。有效水：一般来说，凋萎系数与田间持水量之间的土壤水，属于有效水分。叶片水汽输送阻抗§5流域蒸散发1流域蒸散发的影响因素影响土壤蒸发和植物散发的因素即是影响流域总蒸发的因素。综合起来，影响因素包括：（1）气象条件（日照、温度、湿度、风速等）；（2）流域内土壤含水量；（3）流域内土壤、植被分布；（4）地形、地貌。§5流域蒸散发2流域蒸散发规律1.0(3)(2)(1)E/Emba(1)>a，E=Em（注:

a<

田)

供水充分，蒸散发量大而稳定。(2)b<<a，E=()Em（注:

b