蒸发与散发EvaporationandTranspiration

一、蒸发的物理机制
蒸发因蒸发面性质的不同，可分为水面蒸 发、冰面蒸发、土壤蒸发和植物散发等。 其中土壤蒸发和植物散发合称为陆面蒸发。 流域（区域）上各部分蒸发和散发的总和， 称为流域（区域）总蒸发。 按蒸发面的供水状况，可分为饱和蒸发面 和非饱和蒸发面两种。 不同类型的蒸发，其蒸发机制存在一定的 差异，现分述如下：
从能态理论观点来看，在液态水和水汽两相共存的系统 中，每个水分子都具有一定的动能。只有那些运动比较 快动能足够大的分子才能克服水分子之间的内聚力（氢 键和和范氏力）而突破水面而跃入空中。当水体中的某 些水分子溢出水面后，所剩下的水分子平均动能将减少， 水温因而降低。 而温度是物质分子运动平均动能的反映， 所以温度愈高，自水面逸出的水分子愈多。由于跃入空 气中的分子能量大，蒸发面上水分子的平均动能变小， 水体温度因而降低。 单位质量的水，从液态变为气态时所吸收的热量，称为 蒸发潜热，以L表示，其值与蒸发面温度T有以下关系： L=2491-2.177T（J/g） 或L=595-0.52t (L--为蒸发潜热 ，卡/克， t--水温) 反之，水汽分子因本身受冷或受到水面分子的吸引作用 而重回水面，发生凝结。在凝结时水分子要释放热量， 在相同温度下，凝结潜热与蒸发潜热相等。所以说蒸发 过程既是水分子交换过程，亦是能量的交换过程。
3.蒸发率微弱阶段
当土壤含水量进一步降低至毛细管断裂含水量 （相当于凋萎含水量）以下时，土壤蒸发进入第 三阶段。此时，毛管水不再以连续状态存在，毛 管的传导作用停止，土壤水分只能以薄膜水和气 态水的形式向表层移动，土壤内部的水分通过汽 化，并经土壤孔隙向大气运行，因此，蒸发主要 以水汽扩散输送，这种运动形式缓慢，土壤的蒸 发强度很小，并且比较稳定。 此阶段，土壤蒸发率小而稳定。 该阶段的蒸发受气象因素和土壤水分含量的影响 都很小。实际蒸发量只取决于下层土壤的含水量 和与地下水的联系状况。
（二）土壤蒸发 P26
土壤蒸发是指土壤孔隙中的水分离开 土壤表面向大气逸散的现象。
它与水面蒸发相比较，不仅蒸发面的性质 不同，更重要的是供水条件的差异。湿润
土壤在蒸发过程中逐渐干燥，含水量 逐渐降低，供水条件越来越差，土壤 蒸发量也随之降低。根据土壤供水条 件差别及蒸发率的变化，土壤蒸发可 分成三个阶段（图2-5）。
（一）水面蒸发
即水域表面的蒸发，是最简单的蒸发方式，属于 饱和蒸发面。因水面供水充分（有充足水源供 应），则蒸发量很大。 从分子运动论的观点来看，水面蒸发是发生在水 体与大气之间界面上的分子交换现象。在水的表 面层，运动比较快而具有较大动能的水分子有可 能克服周围分子对它的吸引跑出水面而变成水汽 分子。而水汽分子由于受到水面分子的吸引及其 相互碰撞，运动方向不断改变，其中有些向水面 飞去，又重新落回水中。因此，在同一时间内既 有水分子自水面逸出，由液态变为气态；又有水 面上的水汽分子返回液面，由气态变为液态。 通常所指的蒸发量E，即是从蒸发面跃出的水量 和返回蒸发面的水量之差值，称为有效蒸发量。
Байду номын сангаас
图2-5 裸露土壤蒸发过程示意图
1.定常蒸发率阶段 (饱和蒸发阶段）
指当土壤含水量达到田间持水量（最大悬着毛管 水）以上或达到饱和时，土壤十分湿润，土壤毛 管孔隙全部被水充满，并有重力水存在，土壤层 的毛管全部沟通，即供水条件充分，通过毛管作 用，土壤中的水分源源不断地输送到土壤表层供 蒸发用。 此阶段土壤的蒸发率大而且稳定，按蒸发能力进 行（属于饱和面蒸发）。 此阶段，蒸发速率的大小主要取决于气象条件的 影响。
2.蒸发率下降阶段
随着第一阶段的不断进行，土壤中的水分不断减 少。当土壤含水量减少到某一临界土壤含水量 （其值与田间持水量接近）时，毛管水的连续状 态遭到破坏，毛细管的传导作用下降，从土层内 部向土壤表层输送水分的能力降低，蒸发率随着 土壤含水量的减少而减小，即土壤蒸发进入蒸发 率下降阶段。 此阶段土壤蒸发的供水条件不充分，随土壤含水 量减少，土壤蒸发率明显下降。 此阶段，蒸发率大小取决于土壤含水量，而气象 因素对它的影响逐渐减小。
对于一个封闭系统，水分子运动的能量来自热能。 每个水分子离开水体时，都要吸收一定的能量而 使水体温度降低，但当继续供给热能时，汽化作 用就能不断地进行，结果水分子在水面上累积起 来。水面温度愈高，其中水分子运动愈活跃，从 水面进入空中的水分子也就愈多，导致水面上空 气中的水汽含量也愈多。根据理想气体定律，在 恒定的温度和体积下，气体的压力与气体的分子 数成正比，因而水汽压也就愈大。同时，空气中 的水分子返回水面的机会也增多。当到一定程度 时，必然发生出入水面的水汽分子数相等的情况， 有效蒸发量为0，达到“饱和平衡状态”，相应 的水汽压力称饱和水汽压。水面温度若发生变化 又会出现新的平衡状态，所以可用饱和水汽压衡 量水面有效蒸发量的变化。
饱和水汽压与水面温度有关（假定近水面的气 温水温相等），这一关系可用马格奴斯 （Magnu：）经验公式表示：
马格那斯(Magnus)经验公式:
马氏取E0=6.11和hPa；t是当时的水面温度。 式中：es为温度为t时的饱和水气压，单位为Pa e0为0度时的饱和水气压，其值为6.1Pa 从上式可以看出：随着温度升高，饱和水汽压按指数规 律而迅速增大。而蒸发量仅与饱和水汽压有关。因而空 气温度的变化，对蒸发和凝结有重要的影响。
第二章
水循环的基本环节
§2.1 蒸发与散发(Evaporation and Transpiration)
§2.1 蒸发与散发(Evaporation and Transpiration)P20-31
蒸发与散发是指液态水分或固态冰雪不断地从水 面、陆面、植物表面化为水汽升入空中的过程， 是水循环过程中地表水转化为大气水的重要阶段。 大陆上一年内的降水约有60%消耗于蒸散发，显 然蒸散发是水循环的重要环节。对陆地水来讲， 蒸散发是降水转变为径流过程中的一项主要损失。