蒸发与散发

§2.3蒸发和散发第一节基本概念1定义蒸发:温度低于水的沸点时，水汽从水面、冰面或其他含水物质表面逸出的过程。《中国大百科全书》蒸发是水由流体状态转变为气态的过程。3具有水分子的物体表面，称为蒸发面。蒸发面是水面的，称为水面蒸发。蒸发面是裸露土壤表面的，称为土壤蒸发。蒸发面是植物茎叶的，称为植物散发。对于流域表面而言，称流域总蒸发。42影响蒸发量大小的三个条件（1）供水条件—蒸发面上储存的水分多少；（2）能量供给条件—蒸发面上水分子获得能量的多少；（3）动力条件—蒸发面上空水汽输送的速度；要理解记住噢！53蒸发量（蒸发率）单位时间、单位面积从水面液态转化为气态的水量减去由气态转化为液态的水量。64蒸发能力蒸发能力是指蒸发面在特定的气象条件下充分供水时的蒸发率。即对同一蒸发面而言，在相同气象条件下可能达到的最大蒸发量。又称为最大蒸发量或潜在蒸发量。75蒸发潜热L（J/g）单位质量的水从液态转变为气态所吸收的热量。蒸发潜热6发非充分供水条件下的蒸充分供水条件下的蒸发按供水情况植物蒸散土壤蒸发水面蒸发按蒸发面的性质第二节水面蒸发在水的表层，动能较大的分子，有可能克服周围水分子对它的吸引而逸出水面，成为水汽分子，进入液面上方的空间。接近水面的水汽分子，也有可能受水面水分子的吸引或相互碰撞，运动方向不断改变，部分分子进入水中成为液体水分子。以上两个过程是同时进行的。10一、基本概念1水汽压（e）：大气中水汽所具有的压力2饱和水汽含量：在一定温度下，空气中所容纳的水汽含量的最大值（es：饱和水汽压）分子物理学判据饱和水汽压判据蒸发nnsees动态平衡n=nse=es凝结nnsees设ns为单位时间内逸出水面的分子数，n为单位时间内落回水中的水汽分子数。113绝对湿度（m）单位体积空气中实际所含水汽质量（g/m3）4相对湿度（r）同温度下空气中实际所含水汽量与饱和时水汽两的比值。r=（m/es）×100℅r＜100℅未饱和出现蒸发r=100℅饱和r＞100℅过饱和凝结降水12135饱和差（d）同一温度下饱和水汽含量和水汽压的差d0未饱和出现蒸发d=0饱和水和水汽动态平衡d0过饱和凝结降水理解随着温度的升高，饱和水汽压基本按指数规律增大。由此可以可知：空气温度的变化，对蒸发和凝结有重要的影响。了解！tbatEE100露点：空气中水汽达到饱和时的气温。15二、影响水面蒸发的因素（一）气象因素：太阳辐射、温度、湿度、风、气压、降水等1）水温：水温越高，越有利于蒸发。主要受太阳辐射强度的控制，水面所接受的太阳辐射基本用于蒸发。2）气温：通过影响饱和差而影响蒸发。peeAEs道尔顿定律：蒸发率与饱和差和分子扩散系数成正比，与气压呈反比。了解！163）湿度：影响饱和差4）降水：增加空气湿度，干扰水分子逸出、破坏水面结构，从而降低蒸发量。5）风：一般情况下，可移走水面上的水分而降低水汽压，从而增加蒸发量。但冷空气有可能减少蒸发量。6）水面面积17（二）自然地理因素：1水质：溶质存在，降低溶液的蒸汽压，减少蒸发。2颜色：不同的颜色对太阳能的吸收有差异，一般会降低反射率，增加吸热量，增大蒸发量。183水深浅水受当时气温影响显著，气温高，蒸发量大，气温低则蒸发量小；深水由于上下水层的温度差异产生对流，调节水温，与浅水相比，气温高时蒸发量相对较小，气温低时较大。19三、水面蒸发量的观测与估算1通过成因分析法，建立理论公式；2根据典型资料建立地区经验公式；3直接测定20)1(LQQQLQEwvnew（一）理论公式1热量平衡法212空气动力学法))]([ln()(2022eekzfPKuKEssmww22233彭曼综合法（1948）1)()(22eeLBHHRLEssanPenman公式易于计算机使用。实际应用中，常有模板和表格供使用。244水量平衡法WPOIEw25（二）经验公式法经验公式：通过实际资料的校验，准确性较高，参数容易获得，应用较广。经验公式f(u)—风速的函数，因条件而异，如nuufbuauf)()())((eeuKfEs一般形式：26我国水文计算规范推荐的公式为：E--大水体的蒸发率，mm/d--分别为水面上方1.5m处的实际水汽压和水面上的饱和水汽压，hPa--水面上方1.5m处的风速，m/s；A、B--系数，我国东北、华北、华中、华东、华南地区分别为0.22和0.32；内蒙、新疆、西藏、青海地区分别为0.30和0.27。--水面温度。5.1e)(15.1215eeBwAEsse5.1wTTse23545.7101.6Tsee、5.15.1w27（三）水面蒸发量的测定1器测法器KEE2820m2水面蒸发池30关于蒸发器折算系数φ由于蒸发器受体积和水面面积的影响，其受热条件与大面积水面有显著差异。因此，蒸发器所观测的数据不能直接用作大水体的水面蒸发值。总体规律是：蒸发器面积（直径）越大，所观测数据越接近于天然大面积水体。据研究，当蒸发池的直径大于3.5m时，其蒸发量与天然大水体接近。可用20m2或100m2的蒸发池的蒸发量E池与蒸发器的蒸发量E器的比值φ作为折算系数：φ=E池/E器31折算系数与蒸发器的类型、自然环境、季节等因素有关。可以得出以下结论：实际蒸发值与用蒸发器观测到的蒸发值也没有固定关系。要根据当地的实际资料分析确定。32同一类型蒸发器的折算系数在不同时期的变化规律可以用φ=f(d)曲线表示。d为饱和差，它综合地反映自然地理环境和季节情况。对每一个蒸发器作出φ=f(d)曲线，当已知饱和差d时，即可以得到折算系数φ，再换算成水面蒸发量。Doctrineofhydrology33习题根据某流域附近的水面蒸发实验资料，分析的E601型蒸发器1-12月份的折算系数K依次为0.98、0.96、0.89、0.88、0.89、0.93、0.95、0.97、1.03、1.03、1.06、1.02。本流域应用E601蒸发器测得8月30-31日和9月1-3日的水面蒸发量依次为5.2mm、6.0mm、6.2mm、5.8mm、5.6mm，试计算某水库这些天的逐日水面蒸发量。一、土壤蒸发机制土壤蒸发不仅与蒸发面性质有关，而且与供水条件有关。土壤水蒸发过程中，不仅要克服液体水分子之间的内聚力，而且要克服土壤颗粒对水分子的吸附力。第三节土壤蒸发二、土壤蒸发的过程在供水不足的条件下，土壤蒸发实际上是土壤失去水分干化的过程。分为如下三阶段：1.定常蒸发率阶段2.蒸发率下降阶段3.蒸发率微弱阶段划分依据是什么？1定常蒸发阶段土壤初始含水量基本饱和情况下，土壤蒸发开始阶段，供水充足，蒸发率接近蒸发能力（以水面蒸发率蒸发）。蒸发强度的大小主要取决于气象条件。WdWt毛管水运动2蒸发率下降阶段随着蒸发不断进行，土壤含水量降低，当小于田间持水量后，土壤的毛管连续性逐渐被破坏，供水能力逐渐减弱，土壤蒸发率随土壤含水量的减小而减小；蒸发量的大小主要决定于土壤含水量。薄膜水运动3蒸发率微弱阶段当土壤含水量降低到断裂含水量以下，土壤水的运动基本停止，向土壤表层供水中断，土壤蒸发只是靠土壤水的气化并向外扩散。实际土壤蒸发过程要复杂得多：受气候、土壤特征、地下水位等因素的控制。液态水运动停止三、影响土壤蒸发的因素1气象因素2土壤特性（土壤的孔隙性、与地下水位的关系、温度梯度等）1土壤特性1）土壤含水量土壤含水量大于田间持水量：基本等于蒸发能力。随着土壤含水量的降低，土壤蒸发量大致线性下降。临界土壤含水量：土壤蒸发量接近于蒸发能力（即VE接近1）时的土壤含水量。2）土壤的类型3）土壤孔隙性的影响（孔隙的形状、大小和数量）孔隙太大，土壤水的毛细上升高度小，不利于向土壤表面供水，在地下水有一定埋深的情况下，蒸发量不大。一般认为，土壤孔隙直径在0.1-0.001之间，毛管现象明显，供水充分，有利于蒸发。当孔隙太小或团粒结构情况下，土壤水分多为结合水，毛管狭窄，水分运移阻力大，不利于蒸发。4）地下水位的影响地下水位对土壤蒸发量的影响，主要通过地下水位的高低对地下水以上的土层的土壤含水量的分布起作用。当土壤表面处于支持毛细带以内时（毛管水活动带），地下水可不断向地表供水，蒸发量较大。5）土壤中温度梯度的影响一般由温度高处向温度低处运移。从而影响土壤蒸发量的大小。43（二）土壤蒸发量的测定mmPqRgG)()(02.02121单位均为降水量；—渗漏量；—径流量；—）；时段初、末土样重量（—、GPqRGGE1）器测法Doctrineofhydrology44器测法观测土壤蒸发量存在的问题：1.由于被测试土壤本身的热力条件与天然不同，所测结果与实际可能有较大差异；2.器测法所测结果只是一个点的土壤蒸发量，观测结果只能在特定的条件下应用或作为参考；3.在面积较大的情况下，下垫面情况复杂，很难区分土壤蒸发和植物蒸散；4.目前器测法也主要用于机理研究，很少用于解决实际问题。452）大型蒸渗仪46蒸渗仪（美国加利福尼亚大学戴维斯分校）直径：6.70米深：0.96米称重式蒸渗仪473）中子仪Doctrineofhydrology482间接计算法1）水量平衡原理2）热量平衡原理第四节植物蒸发一、植物散发的过程植物的散发指在植物生长期，水分从液面气孔和枝干蒸发进入大气的过程，称蒸腾。植物根系在渗透压（10－15个大气压）的作用下，吸收水分。受根细胞的生理作用产生的根压和蒸腾拉力的作用通过茎干输送到叶面。植物叶面蒸发量和散发量，一般就指散发量。Doctrineofhydrology50根压是根系中存在的一种压力，它是植物根系新陈代谢的结果。（吐水、泌水现象）散发拉力是由于叶面的散发作用引起叶肉细胞缺水，其中的水溶液浓度增大而向叶脉，直至向根系吸水的一种力。当叶面气孔打开，水分可通过开放的气孔逸出，完成植物的散发过程。植物散发的强弱受气孔开启程度的控制，而气孔开启程度又受温度等控制。植物散发过程不仅是物理过程，而且是生物物理过程。植物散发水量很大，约占植物吸收水分的90％。植物吸收包含植物养分的水溶液植物细胞从流动的水中吸收养分，并且通过叶面将多余的水分排入大气通过植物叶面气孔向大气释放水汽渗透压驱使水分进入植物根系根系吸水植物体输水植物体蒸腾SPAC系统中的水分运移二、影响植物散发的因素气象因素同水面蒸发、土壤蒸发一样，受温度、湿度、日照、风速等因素的影响。太阳辐射和温度的高低，还可以通过影响植物的生理过程而间接影响散发量。温度低于1.5℃，植物几乎停止生长，散发量很小；温度大于1.5℃，散发量随温度升高而加大；当温度大于40℃，叶面失去调节能力，气孔全部张开，散发量增加，一旦供水不足，容易造成植物枯萎。植物的光合作用与太阳辐射有关，约95％的散发量发生在白天。土壤含水量因素：有不同的认识有的学者认为：植物的散发量与留存在土壤内供植物使用的水大致成正比；另有学者认为：土壤含水量在减少到植物凋萎含水量以前，散发与有效水量无关（问：何为土壤有效水量？）。你认为哪种说法对？原因是？植物生理条件的影响植物生理条件仅指植物的种类和植物生长阶段在生理上的差别；不同种类的植物，生理结构不同，在相同的气象和土壤条件下，水汽散发量有较大的差异。三、植物蒸发量的测定1器测法2坑测法3棵枝称重法4水量平衡法5热量平衡法6散发模型第五节区域（或流域）总蒸发量的估算1水量平衡法原理：质量守恒公式：对于陆面多年情况下，58SOutputInputESRPEO0SORPEDoctrineofhydrology59优点：原理简单，公式严密，适于计算大面积（特别是整个流域）、长时段（年和多年）蒸发量的计算。缺点：计算和观测各均衡项所产生的误差归入蒸发量，对于蒸发量占总水量较小的情况，将产生较大的误差。2水热平衡法蒸发是水热交换过程，水量平衡与热量平衡之间有着紧密的联系，一般表达式如下：式中：E－总蒸发量；P－降水量；E/P－蒸发系数；R－辐射平衡值；L－蒸发