第五章 蒸发与蒸腾

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。
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
* 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
① 列出任一区域选定时段内的水量平衡方程式 ② 观测或求出方程式中其他各项 ③ 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 ：
ET x(1 e

R xL
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
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，
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
E/Em
( 1) 田 间 持 水 量
( 2) ( 3)
毛管断裂含水量

3、土壤Βιβλιοθήκη Baidu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
第五章 蒸发与散发
（Evaporation and Transpiration）
主要内容
1. 蒸发现象及其控制条件
2. 水面蒸发
3. 土壤蒸发
4. 植物散发 5. 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 L 2491 2.177tw 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
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：
SRn Ea 自由水面的可能蒸发量 E0 S e0 s e2 其中S 为温度 饱和水汽压曲线斜率 , Ts T2 Rn为开阔水面净辐射量 , AP为湿度常数, Ea为干燥力 , Ea f (u )(es e) f (u ) 0.37(1 u / 160), 其中u为2米处的风速
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
e s 610 10
7.45 t s 235 t s
( Pa )
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
Hs
Ha0
Ts T 6.1 10 P es e
4
-
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
e T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
E
2、水面蒸发
2.3 水面蒸发的确定方法
a. 理论方法 水汽输送法—Dalton定律：
E A(es e)
修正式：
E (a bu )(es e)
Dalton形式：
E f u (es e)

2、水面蒸发
2.3 水面蒸发的确定方法
a. 理论方法 水量平衡法
E I P O Og S
蒸散量的计算方法
1.水分平衡法: E P R D S 若忽略D与S , 则E P R 2.桑斯威特法(气候学法) ld N m 10t m 月平均可能蒸散 ETP 1.6( )( )( ) 12 30 I 其中 : ld 为实际日长, N m为一个月的实际日数 , t m 1.514 f ( I )参见P100, 年热量指数I i, 月热量指数i ( ) , 5 t m为该月的月平均气温
5.鲍恩比法（能量平衡法）
鲍恩( Bowen)于1926 年提出了感热通量密度 H与潜热通量 H 密度LE之比值的概念, 称之为鲍恩比 ,即 LE 当大气中热量湍流交换 系数与水汽湍流交换系 数相等时, H t 即当K h K w时, 有 , 其中为湿度常数 LE e 因Rn H LE G LE LE G Rn G Rn G LE 1 1 (t / e)
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
热量平衡法
Rsi Rr Rb H H e H ai H a0 H s
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
He Rsi Rr Rb H
Hai
• 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
土壤水分常数
1. 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。
2、水面蒸发
2.3 水面蒸发的确定方法
a. 理论方法 空气动力学法
K w u 2 E ( ) f (ln( z 2 / k s ))( e0 e2 ) Km
2、水面蒸发
2.3 水面蒸发的确定方法
a. 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。
Rsi Rr Rb H H e H ai H a0 H s
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
E 0.22
2 1 0.31u200
(e0 e200 )
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
2、水面蒸发
2.3 水面蒸发的确定方法
a. 理论方法 综合法
E0 Qn Ea
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
E Kf (u)(es e)
f(u)--风速函数
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
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
' E土 As (es ea )
• 水量平衡法
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
a. 理论方法 b. 经验公式法 c. 实验观察法
input
Qe
Qh
Qn
output
Qe Qn Q Q E wL w L(1 R)
• 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

( Rn H a H s ) LB(e2 s e2 ) L(1

)
•气温--饱和水汽 压关系曲线梯度
e0 s e2 s Ts T2
Kw u2 B (0.622 ) 2 K m PC1 [ln(z2 / z1 )]2
•B函数
•彭曼经验公式
1 E ( Rn Ea )
则农田植被可能蒸散 ETp f1 E0 (夏季f1 0.8, 冬季为0.6)
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
S ( Rn G ) a C P (es ea ) / ra 2 LE (W / m ) S [(ra rc ) / ra ] 其中 : C P 1005J / kg. deg 为空气的定压比热 , G为土壤热通量密度 ; ra、r c分别为空气与植被阻抗
)
奥里杰科普：
ET --- 年总蒸发量 x --- 年降水量 ET0 --- 蒸发能力，ET0 = R/L R --- 太阳辐射平衡值 L --- 蒸发潜热 th --- 双曲正切函数
x ET ET0th ET0
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。