1、,第七章 蒸發(fā)與散發(fā),Evaporation and Transpiration,主 要 內(nèi) 容,1 蒸發(fā)現(xiàn)象及其控制條件,1 幾個(gè)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(jié)潛熱： 單位水量從空氣中凝結(jié)返回水面所釋放的能量稱為凝結(jié)潛熱,蒸發(fā)率： 單位時(shí)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(shí)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,2 蒸發(fā)分類,蒸發(fā)面類型

2、：,水面蒸發(fā),冰雪蒸發(fā),土壤蒸發(fā),植物散發(fā),流域蒸散發(fā),陸面蒸發(fā),1 蒸發(fā)現(xiàn)象及其控制條件,3 控制蒸發(fā)的條件,供水條件 蒸發(fā)面上儲(chǔ)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(dòng)力條件 蒸發(fā)面上空水汽輸送的速度如何,氣象條件,1 蒸發(fā)現(xiàn)象及其控制條件,供水條件與蒸發(fā)面的水分含量有關(guān)，不同的蒸發(fā)面，供水條件是有區(qū)別的，例如水面作為蒸發(fā)面就有足夠的水分供給蒸發(fā)。裸土表面作為蒸發(fā)面只有當(dāng)土壤含水量達(dá)到田間持水量以上時(shí)，才能有足夠的水分供給蒸發(fā)，否則對土壤蒸發(fā)的供水就會(huì)受到限制。 天然條件下供給蒸發(fā)的能量主要來自太陽能。,1 蒸發(fā)現(xiàn)象及其控制條件,動(dòng)力條件一般來自三個(gè)方面: 其一是水汽分子擴(kuò)

3、散作用，其作用力大小及方向取決于大氣中水汽含量的梯度，但在一般情況下水汽的分子擴(kuò)散作用是不大的; 其二是上、下層空氣之間的對流作用，這是由于近蒸發(fā)面的氣溫大于其上層氣溫而形成的。對流作用將近蒸發(fā)面的暖濕空氣帶離蒸發(fā)面上空，而使其上空的干冷空氣下沉到近蒸發(fā)面，因而促進(jìn)了蒸發(fā)作用; 其三是空氣紊動(dòng)擴(kuò)散作用。刮風(fēng)時(shí)，空氣發(fā)生紊動(dòng)，風(fēng)速愈大，紊動(dòng)作用也愈大。紊動(dòng)作用將使蒸發(fā)面上空的空氣混合作用大大加快，將空氣中的水汽含量沖淡，從而大大促進(jìn)了蒸發(fā)作用。也稱空氣平流作用。,2 水面蒸發(fā),1 水面蒸發(fā)的影響因素,氣象因素,水體因素,太陽輻射,溫度,濕度,氣壓,風(fēng)速,水面大小及形狀,水深,水質(zhì),水面蒸發(fā)是充分

4、供水條件下的蒸發(fā)，因此水面蒸發(fā)率與水面蒸發(fā)能力是完全相同的。水面蒸發(fā)是目前研究得較為成熟的一種蒸發(fā)現(xiàn)象。,2 水面蒸發(fā),太陽輻射 蒸發(fā)所需之能量主要來自太陽輻射。 圖為某地月平均水面蒸發(fā)量與太陽輻射熱的對比曲線，可見兩者變化十分一致。,2 水面蒸發(fā),溫度 水溫增加，水分子運(yùn)動(dòng)速度加快，因而易于逸出水面而躍入空氣中。因此，水面蒸發(fā)量隨水溫的增加而增加。氣溫是影響水溫的主要因子，但不像水溫影響水面蒸發(fā)那樣直接。,2 水面蒸發(fā),濕度：在同樣溫度下，空氣濕度小時(shí)的水面蒸發(fā)量要比空氣濕度大時(shí)的水面蒸發(fā)量大。空氣濕度常用飽和差表示。飽和差越大，空氣濕度越小，反之則濕度越大。 氣壓：空氣密度增大，氣壓就增高

5、。氣壓增高將壓制水分子逸出水面，因此，水面蒸發(fā)量隨氣壓的增高而減小。但氣壓高，空氣濕度就降低，這又有利于水面蒸發(fā)。,2 水面蒸發(fā),風(fēng)速 風(fēng)吹過水面時(shí)，要攜帶走水面上空的水汽，這有利于增加水面水分子的逸出量。 一般言之，水面蒸發(fā)量隨風(fēng)速的增加而增加。但當(dāng)風(fēng)速達(dá)到某一臨界值時(shí)，水面蒸發(fā)將不再增加。,2 水面蒸發(fā),水面小大及形狀：水面面積大，其上空大量的水汽不易被風(fēng)立即吹散，因而水汽含量多，不利于蒸發(fā)。反之，則有利于水面蒸發(fā)。水面形狀是通過風(fēng)向來影響水面蒸發(fā)的。,2 水面蒸發(fā),水深：春夏兩季淺水比深水水面蒸發(fā)量大，秋冬兩季則相反。 水質(zhì)：當(dāng)水中溶解有化學(xué)物質(zhì)時(shí)，水面蒸發(fā)量一般會(huì)減小。這是因?yàn)楹宣}類

6、的水溶液常在水面形成一層薄膜，起著抑制蒸發(fā)的作用。水的混濁度雖然與水面蒸發(fā)無直接關(guān)系，但由于會(huì)影響水對熱量的吸收和水溫的變化，因而對水面蒸發(fā)有間接的影響。,2 水面蒸發(fā),2 確定水面蒸發(fā)量的理論方法,a 熱量平衡法,2 水面蒸發(fā),基于熱量平衡原理的計(jì)算水面蒸發(fā)公式，主要考慮了日照S和氣溫ta的影響。,2 水面蒸發(fā),2 確定水面蒸發(fā)量的理論方法,b 空氣動(dòng)力學(xué)法,2 水面蒸發(fā),達(dá)爾頓定律,確定水面蒸發(fā)的空氣動(dòng)學(xué)方法主要考慮了飽和差d和風(fēng)速u對水面蒸發(fā)的影響,2 水面蒸發(fā),2 確定水面蒸發(fā)量的理論方法,c 混合法,熱量平衡法的優(yōu)點(diǎn)是考慮了影響水面蒸發(fā)的熱量條件，而在影響水面蒸發(fā)的動(dòng)力條件中只考慮了

7、水汽擴(kuò)散的作用，尚嫌不足。 空氣動(dòng)力學(xué)法的優(yōu)點(diǎn)是抓住了影響水面蒸發(fā)的主要?jiǎng)恿l件風(fēng)速和水汽擴(kuò)散，但對太陽輻射這一熱量條件未予考慮。,2 水面蒸發(fā),2 確定水面蒸發(fā)量的理論方法,d 水量平衡法,2 水面蒸發(fā),3 確定水面蒸發(fā)量的經(jīng)驗(yàn)公式途徑,2 水面蒸發(fā),3 確定水面蒸發(fā)量的經(jīng)驗(yàn)公式途徑,2 水面蒸發(fā),4 器測法,20cm口徑蒸發(fā)器,80cm口徑套盆蒸發(fā)器,E601蒸發(fā)器,20m2和100m2的大型蒸發(fā)池,蒸發(fā)器觀測的數(shù)值不能直接作為大水體的水面蒸發(fā)值，必須乘以一折算系數(shù)。折算系數(shù)與蒸發(fā)器類型、自然環(huán)境、季節(jié)變化等因素有關(guān)。實(shí)際工作中，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)測資料分析。,2 水面蒸發(fā),4 器測法,蒸發(fā)器,

8、蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)站,2 水面蒸發(fā),3 土壤蒸發(fā),1 土壤蒸發(fā)過程,第一階段 土壤含水量超過田間持水量,第二階段土壤含水量介于田間持水量與毛管斷裂含水量之間,第三階段土壤含水量小于等于毛管斷裂含水量,3 土壤蒸發(fā),當(dāng)土壤含水量大于田間持水量時(shí)，土壤中的水分可以通過毛管作用源源不斷地供給土壤蒸發(fā)，差不多有多少水分從土壤表面逸散到大氣中去，就會(huì)有多少水分從土層內(nèi)部輸送至表面來補(bǔ)充，這種情況屬于充分供水條件下的土壤蒸發(fā)。 隨著土壤蒸發(fā)的不斷進(jìn)行，土壤含水量將不斷減小。當(dāng)土壤含水量小于田間持水量后，土壤中毛管連續(xù)狀態(tài)將逐步遭到破壞，通過毛管輸送到土壤表面的水分也因此而不斷減少。在這種情況下，由于土壤含水量不斷減

9、小，供給土壤蒸發(fā)的水分會(huì)越來越少，以致土壤蒸發(fā)將隨著土壤含水量的減小而減小，這一階段一直要持續(xù)到土壤含水量減至毛管斷裂含水量為止。 此后，土壤中的毛管水不再呈連續(xù)狀態(tài)存在于土壤中，依靠毛管作用向土壤表面輸送水分的機(jī)制將遭到完全破壞。土壤水分只能以膜狀水或汽態(tài)水形式向土壤表面移動(dòng)。由于這種僅依靠分子擴(kuò)散而進(jìn)行水分輸移的速度十分緩慢，數(shù)量也很小，故在土壤含水量小于毛管斷裂含水量以后，土壤蒸發(fā)必然很小而且比較穩(wěn)定。,3 土壤蒸發(fā),2 土壤蒸發(fā)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,當(dāng)土層含水量超過田間持水量時(shí)，在土壤蒸發(fā)過程中，土壤水分剖面 呈平移消退。這種情況大約要延續(xù)到土壤含水量接近田間持水量時(shí)。,3 土壤蒸發(fā),2 土壤蒸

10、發(fā)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,當(dāng)土層含水量介于毛管斷裂含水量和田間持水量之間時(shí)，土壤蒸發(fā)的影響土層的深度不再是整個(gè)土層，而減小為0 50 cm，其中0 20 cm或30 cm是土壤蒸發(fā)強(qiáng)烈影響土層。深度在50 cm以下，由于毛管水上升緩慢，蒸發(fā)小，因此，土壤含水量變化很小。,3 土壤蒸發(fā),2 土壤蒸發(fā)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,當(dāng)土層中表層的土壤含水量降至小于毛管斷裂含水量而大于最大分子持水量時(shí)，強(qiáng)烈蒸發(fā)層大約在020 cm之間。當(dāng)土層中表層的土壤含水量小于最大分子持水量而大于最大吸濕量時(shí)，土壤含水量消退十分緩慢。20 cm深度處的土壤含水率穩(wěn)定在毛管斷裂含水量左右。,3 土壤蒸發(fā),3 土壤蒸發(fā)規(guī)律,3 土壤蒸發(fā),4 影響土

11、壤蒸發(fā)的因素,氣象因素 日照、溫度、濕度、風(fēng)速等,土壤特性 土壤孔隙性,供水條件 土壤含水量、地下水位,3 土壤蒸發(fā),土壤的孔隙性一般指孔隙的形狀、大小和數(shù)量。土壤孔隙性是通過影響土壤水分存在形態(tài)和連續(xù)性來影響土壤蒸發(fā)的。 一般言之，直徑為0.10.001mm的孔隙，毛管現(xiàn)象最為顯然。直徑大于8mm的孔隙不存在毛管現(xiàn)象。直徑小于0.001mm的孔隙只存在結(jié)合水，也沒有毛管現(xiàn)象發(fā)生。因此，孔隙直徑在0.1 0.001mm的土壤的蒸發(fā)顯然要比其他情況大。 土壤孔隙性與土壤的質(zhì)地、結(jié)構(gòu)和層次均有密切關(guān)系。例如砂粒土和團(tuán)聚性強(qiáng)的粘土的蒸發(fā)要比砂土、重壤土和團(tuán)聚性差的粘土小。對于黃土型粘壤土，由于毛管孔

12、隙很發(fā)育，所以蒸發(fā)很大。 在層次性土壤中，土層交界處的孔隙狀況明顯地與均質(zhì)土壤不同，當(dāng)土壤質(zhì)地呈上輕下重時(shí)，交界附近的孔隙呈“酒杯”狀，反之，則呈“倒酒杯”狀。由于毛管力總是使土壤水從大孔隙體系向小孔隙體系輸送，所以“酒杯”狀孔隙不利于土壤蒸發(fā)，而“倒酒杯”狀孔隙則有利于土壤蒸發(fā)。,3 土壤蒸發(fā),3 土壤蒸發(fā),地下水位如果地下水面以上的土層全部處于上升毛管水帶內(nèi)，則毛管中的水分彎月面互相聯(lián)系，有利于水分迅速向土層表面運(yùn)行，土壤蒸發(fā)就大。 如果地下水面以上土層的上部分仍處于土壤含水量穩(wěn)定區(qū)域，則由于向土壤表面運(yùn)行水分困難，故土壤蒸發(fā)就小。 隨著地下水埋深的增加，土壤蒸發(fā)呈遞減趨勢。,4 植物散發(fā)

13、,1、散發(fā)現(xiàn)象,植物從土壤中吸取水分，然后輸送到莖和葉面，大部分水分從葉面和莖逸散到空氣中，這就是散發(fā)現(xiàn)象。,4 植物散發(fā),2 植物散發(fā)規(guī)律,4 植物散發(fā),溫度 當(dāng)氣溫在1.5以下時(shí)，植物幾乎停止生長，散發(fā)極小。當(dāng)氣溫超過1.5時(shí)，散發(fā)率隨氣溫的升高而增加。土溫對植物散發(fā)有明顯的影響。土溫較高時(shí)，根系從土壤中吸收的水分增多，散發(fā)加強(qiáng)；土溫較低時(shí)，這種作用減弱，散發(fā)減小。,3 影響植物散發(fā)的因素,4 植物散發(fā),日照 植物在陽光照射下，散發(fā)加強(qiáng)。散射光能使散發(fā)增強(qiáng)30%40，直射光則能使散發(fā)增強(qiáng)好幾倍。散發(fā)主要在白天進(jìn)行，中午達(dá)到最大；夜間的散發(fā)則很小，約為白天的10。,3 影響植物散發(fā)的因素,4

14、 植物散發(fā),土壤含水量 土壤水中能被植物吸收的是重力水、毛管水和一部分膜狀水。當(dāng)土壤含水量大于一定值時(shí)，植物根系就可以從周圍土壤中吸取盡可能多的水分以滿足散發(fā)需要，這時(shí)植物散發(fā)將達(dá)到散發(fā)能力。當(dāng)土壤含水量減小時(shí)，植物散發(fā)率也隨之減小，直至土壤含水量減小到凋萎系數(shù)時(shí)，植物就會(huì)因不能從土壤中吸取水分來維持正常生長而逐漸枯死，植物散發(fā)也因此而趨于零。,3 影響植物散發(fā)的因素,4 植物散發(fā),植物生理特性 植物生理行性與植物的種類和生長階段有關(guān)。不同種類的植物，因其生理特點(diǎn)不同，在同氣象條件和同土壤含水量情況下，散發(fā)率是不同的。同一種植物在其不同的生長階段，因具體的生理特性上的差異，也使得散發(fā)率不一樣。

15、,3 影響植物散發(fā)的因素,5 流域蒸散發(fā),流域蒸散發(fā)：流域上不同蒸發(fā)面（水面、裸土、巖石、植被等）的蒸發(fā)和散發(fā)總稱為流域蒸散發(fā)。（一般，流域內(nèi)水面占的比重不大，所以土壤蒸發(fā)和植物散發(fā)是流域蒸散發(fā)決定性部分。）,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(fēng)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) a，E=Em（注: a f) 供水充分，蒸散發(fā)量大而穩(wěn)定。 (2) b a，E=( ) Em（注:

16、 b m) 供水不充分，蒸散發(fā)量隨 的減小而減小。 (3) b，E=CEm，C=0.050.10,5 流域蒸散發(fā),3 流域蒸散發(fā)的計(jì)算方法,確定流域蒸散發(fā)的最直觀方法是：先分別求得流域上各種蒸發(fā)面的蒸發(fā)或散發(fā)量，然后用加權(quán)的方法來計(jì)算流域蒸散發(fā)量。但由于確定不同蒸發(fā)面的蒸發(fā)或散發(fā)量比較繁復(fù)，因此，實(shí)用上一般將流域蒸散發(fā)作為流域總蒸發(fā)予以直接計(jì)算。 根據(jù)流域上蓄水情況，將流域蒸散發(fā)分為三個(gè)不同的階段，但與土壤蒸發(fā)和植物散發(fā)規(guī)律之區(qū)別在于臨界土壤含水量的取值上。對于流域蒸散發(fā)來說，第一個(gè)臨界流域蓄水量Wa應(yīng)該略小于田間持水量，而第二個(gè)臨界流域蓄水量Wb應(yīng)該比毛管斷裂含水量小。,5 流域蒸散發(fā),3

17、流域蒸散發(fā)的計(jì)算方法,5 流域蒸散發(fā),4 流域蒸散發(fā)能力的計(jì)算,5 流域蒸散發(fā),5 流域蒸散發(fā)的空間變化,一般而言，隨高程增加，流域蒸散發(fā)能力會(huì)有所減小,5 流域蒸散發(fā),EU, WU,WUM,EL, WL,WLM,ED, WD,WDM,上土層蒸發(fā)量：EU=Em,下土層蒸發(fā)量：EL=Em.WL/WLM,深土層蒸發(fā)量：ED=C.Em,土壤蒸發(fā)量：E=EU+EL+ED (notes:同時(shí)刻相加）,6 流域蒸散發(fā)計(jì)算（三層蒸發(fā)模式）,5 流域蒸散發(fā),6 流域蒸散發(fā)計(jì)算（三層蒸發(fā)模式）,6、我國蒸發(fā)量概況,我國多年平均的年總蒸散發(fā)量約為360 mm，占多年平均年降水量的55.6%。年總蒸散發(fā)量的地區(qū)分布與年降水量的地區(qū)分布大體相當(dāng)，總趨勢由東南向西北遞減。,中國多年平均水面