水面蒸发的因素

水文水资源学论文

学院：林学院

专业：09水保

姓名：冯雷平

学号：2008072006

水面蒸发的影响因素

蒸发是水由液体状态转变为气体状态的过程，亦是海洋与陆地上的水返回大气的唯一途径。由于蒸发需要一定的热量，因而蒸发不仅是水的交换过程，亦是热量的交换过程，是水和热量的综合反映。一、蒸发的物理机制

蒸发因蒸发面的不同，可分为水面蒸发，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。不同类型的蒸发，其蒸发机制存在一定的差异，现分述如下：

（一）水面蒸发是在充分供水条件下的蒸发。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。包括水分子自水面逸出，由液态变为气态；以及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。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，能逸出水面的首先是动能大的分子，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）

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。

二、影响水面蒸发的因素

影响水面蒸发的因素复杂多样，其中主要有以下两方面：

（一）供水条件

蒸发现象的先决条件是蒸发面存在水，通常将蒸发面的供水条件区分为充分供水和不充分供水两种。

一般将水面蒸发及含水量达到田间持水量以上的土壤蒸发，均视为充分供水条件下的蒸发；而将土壤含水量小于田间持水量情况下的蒸发，称为不充分供水条件下的蒸发。

通常，将处在特定的气象环境中，具有充分供水条件的可能达到的最大蒸发量，称为蒸发能力，又称潜在蒸发量或最大可能蒸发量。对于水面蒸发而言，自始至终处于充分供水条件下，因此可以将相同气象条件下的自由水面蒸发，视为区域（或流域）的蒸发能力。

由于在充分供水条件下，蒸发面与大气之间的显热交换与内部的热交换都很小，可以忽略不计，因而辐射平衡的净收入完全消耗于蒸发，则蒸发能力可按下式确定：

式中，Ep为蒸发能力；R为辐射平衡值；△t为时段长；L为蒸发潜热。

但必须指出，实际情况下的蒸发可能等于蒸发能力，亦可能小于蒸发能力。此外，对于某个特定的蒸发面而言，其蒸发能力并不是常数，而要随着太阳辐射、温度、水汽压差以及风速等条件的变化而不同。（二）影响蒸发的动力学与热力学因素

1.动力学因素影响蒸发的动力学因素主要有如下三方面。

1）水汽分子的垂向扩散通常，蒸发面上空的水汽分子，在垂向分布上极不均匀。愈近水面层，水汽含量就愈大，因而存在着水汽含量垂向梯度和水汽压梯度。于是水汽分子有沿着梯度方向运行扩散的趋势。垂向梯度愈显著，蒸发面上水汽的扩散作用亦愈强烈。

2）大气垂向对流运动垂向对流是指由蒸发面和空中的温差所引起，运动的结果是把近蒸发面的水汽不断地送入空中，使近蒸发面的水汽含量变小，饱和差扩大，从而加速了蒸发面的蒸发。

3）大气中的水平运动和湍流扩散在近地层中的气流，既有规则的水平运动，亦有不规则的湍流运动（涡流）。运动的结果，不仅影响水汽的水平和垂向交换过程，影响蒸发面上的水汽分布，而且也影响温度和饱和差，进而影响蒸发面的蒸发速度。

2.热力学因素从热力学观点看，蒸发是蒸发面与大气之间发生的热量交换过程。蒸发过程中如果没有热量供给，蒸发面的温度以及饱和水汽压就要逐步降低，蒸发亦随之减缓甚至停止。由此可知，蒸发速度在很大程度上取决于蒸发面的热量变化。影响蒸发面热量变化的主要因素如下：

（1）太阳辐射太阳辐射是水面、土壤、植物体热量的主要来源。太阳辐射强烈，蒸发面的温度就升高，饱和水汽压增大，饱和差也扩大，蒸发速度就大。反之，蒸发速度就降低。由于太阳辐射随纬度而变，并有强烈的季节变化和昼夜变化，因而各种蒸发面的蒸发，亦呈现强烈的时空变化特性。

对于植物散发来说，太阳辐射和温度的高低，还可通过影响植物体的生理过程而间接影响其散发。当温度低于1.5℃，植物几乎停止生长，散发量极少。在1.5℃以上，散发随温度升高而递增。但当温度＞40℃时，叶面的气孔失去调节能力，气孔全部敞开，散发量大增，一旦耗水量过多，植物将枯萎。

（2）平流时的热量交换主要指大气中冷暖气团运行过程中发生的与下垫面之间的热量交换。这种交换过程具有强度大，持续时间较短，对蒸发的影响亦比较大的特点。

此外，热力学因素的影响，往往还和蒸发体自身的特性有关。以水体为例，水体的含盐度、浑浊度以及水深的不同，就会导致水体的比热、热容量的差异，因而在同样的太阳辐射强度下，其热量变化和蒸发速度也不同。如矿化度大于10克/升，透明度小于1米，浓度为1.1—1.12克/厘米3的污水，其蒸发量仅为淡水蒸发量的75％。

蒸发直接体现热量交换与水量交换过程的联系。水分化汽和水汽扩散的两个过程是：①水分化汽。水体内部水分子处在连续运动状态，其速度各不相同。当水面的一些分子，得到的动能大于其他水分子对它的吸引力，就逸出水面。水温越高，水分子运

动越快。由于水汽分子的不规则运动，有一部分水汽分子回到水中，产生凝结。实测的蒸发量指从水面逸出的水分子数量与返回水中的水分子数量之差。②水汽扩散。有三种形式：由于水汽压差而引起的水汽分子从水汽压高处向水汽压低处输送，称分子扩散；由于温差而引起的下层暖湿空气上升和上层冷干空气的下沉，称对流扩散；由于刮风，水分子随风吹离，称紊动扩散。

总之，影响水面蒸发的因素有水汽压差、风速、气温和水质等。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。它反映着水汽浓度梯度，根据扩散理论所提供的概念，蒸发率与水汽压差成正比变化。风速的大小，决定着紊动扩散的强弱。一般认为，风速愈大，水面蒸发率也愈高。气温主要控制空气湿度，间接影响水面蒸发。按照道尔顿定律,如风速和相对湿度不变,温度升高10°C，蒸发量增加1倍。水中含有盐分，盐分子会增加分子的吸力，减少蒸发。在同一环境下，海水的蒸发比淡水的少2～3%。