Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Водный цикл поверхности Земли, показывающий отдельные компоненты транспирации и испарения, составляющие эвапотранспирацию. Также показаны другие тесно связанные процессы - сток и подпитка подземных вод .

Эвапотранспирация ( ET ) - это сумма испарения и транспирации воды с поверхности в атмосферу . Испарение объясняет движение воды в воздух из таких источников, как почва, перемычка навеса и водоемы. Транспирация объясняет движение воды внутри растения и последующий выход воды в виде пара через устьица в его листьях сосудистых растений и филлиды у несосудистых растений . Растение, которое способствует эвапотранспирации, называется эвапотранспиратором. [1] Эвапотранспирация - важная часть круговорота воды..

Потенциальная эвапотранспирация ( ПЭТ ) отражает потребность окружающей среды в эвапотранспирации и представляет собой скорость эвапотранспирации невысокого зеленого растения (травы), полностью затеняющего землю, равномерного по высоте и с адекватным водным статусом в почвенном профиле. Это отражение энергии, доступной для испарения воды, и ветра, способного переносить водяной пар с земли вверх в нижние слои атмосферы. Часто значение потенциальной эвапотранспирации рассчитывается на ближайшей климатической станции на контрольной поверхности, обычно на короткой траве. Это значение называется эталонным суммарным испарением (ET 0). Считается, что фактическое суммарное испарение равно потенциальному суммарному испарению при наличии достаточного количества воды. Некоторые штаты США используют эталонную культуру люцерны с полным покровом высотой 0,5 м, а не эталонную короткую зеленую траву, из-за более высокого значения ЕТ из эталона люцерны. [2]

Круговорот воды [ править ]

Типы растительности и землепользования существенно влияют на суммарное испарение и, следовательно, на количество воды, покидающей водосборный бассейн. Поскольку вода, проходящая через листья, исходит из корней, растения с глубокими корнями могут более постоянно пропускать воду. Травянистые растения обычно светятся меньше, чем древесные, потому что у них обычно менее обширная листва. Хвойные леса, как правило, имеют более высокий уровень эвапотранспирации, чем лиственные леса, особенно в периоды покоя и ранней весной. Это в первую очередь связано с увеличением количества осадков, перехватываемых и испаряемых листвой хвойных пород в эти периоды. [3]Факторы, влияющие на эвапотранспирацию, включают стадию роста или уровень зрелости растения, процент почвенного покрова, солнечную радиацию , влажность , температуру и ветер . Измерения изотопов показывают, что транспирация является большей частью суммарного испарения. [4]

За счет эвапотранспирации леса могут снижать приток воды, за исключением уникальных экосистем, называемых тропическими лесами и тропическими лесами.

Деревья в облачных лесах собирают жидкую воду в тумане или низких облаках на свою поверхность, которая капает на землю. Эти деревья по-прежнему вносят свой вклад в эвапотранспирацию, но часто собирают больше воды, чем испаряются или испаряются.

В тропических лесах объем воды увеличивается (по сравнению с расчищенными землями в той же климатической зоне), поскольку эвапотранспирация увеличивает влажность в лесу (часть которой быстро возвращается, так как осадки, выпавшие на уровне земли в виде дождя). Плотность растительности снижает температуру на уровне земли (тем самым уменьшая потери из-за испарения с поверхности) и снижает скорость ветра (тем самым уменьшая потерю влаги, переносимой по воздуху). Комбинированный эффект приводит к увеличению стока поверхностных водотоков и повышению уровня грунтовых вод при сохранении тропических лесов. Расчистка тропических лесов часто приводит к опустыниванию по мере повышения температуры на уровне земли, потери или преднамеренного уничтожения растительного покрова в результате расчистки и сжигания, уменьшения влажности почвы ветром, а почвы легко разрушаются сильным ветром и дождями.

На территориях, которые не орошаются, фактическое суммарное испарение обычно не превышает количества осадков , с некоторым временным буфером в зависимости от способности почвы удерживать воду. Обычно она будет меньше, потому что некоторая часть воды будет потеряна из-за просачивания или поверхностного стока. Исключение составляют районы с высоким уровнем грунтовых вод , где капиллярное действие может вызвать подъем воды из грунтовых вод через матрицу почвы на поверхность. Если потенциальная эвапотранспирация превышает фактическое количество осадков, почва высыхает, если не используется орошение .

Эвапотранспирация никогда не может быть больше, чем потенциальная эвапотранспирация ( ПЭТ ), но может быть ниже, если недостаточно воды для испарения или растения не могут легко испаряться.

Оценка суммарного испарения [ править ]

Эвапотранспирацию можно измерить или оценить с помощью нескольких методов.

Косвенные методы [ править ]

Испарению данные могут быть использованы для оценки озера испарения, но испарение и испарение перехваченных дождя на растительности неизвестны. Существует три общих подхода к косвенной оценке суммарного испарения.

Водный баланс водосбора [ править ]

Эвапотранспирацию можно оценить, составив уравнение водного баланса водосборного бассейна. Уравнение уравновешивает изменение воды, хранящейся в бассейне ( S ), с входами и выходами:

Входными данными являются осадки ( P ), а выходными данными - суммарное испарение (которое необходимо оценить), сток реки ( Q ) и пополнение подземных вод ( D ). Если все изменения в накоплении, осадках, речном стоке и пополнении подземных вод оцениваются, недостающий поток ET можно оценить, переписав приведенное выше уравнение следующим образом:

Энергетический баланс [ править ]

Третий метод оценки фактического суммарного испарения - использование энергетического баланса.

где λE - энергия, необходимая для изменения фазы воды из жидкости в газ, R n - чистое излучение, G - поток тепла почвы и H - поток явного тепла . Используя такие инструменты, как сцинтиллометр , пластины теплового потока почвы или измерители радиации, можно рассчитать компоненты энергетического баланса и определить количество энергии, доступной для фактического суммарного испарения.

В SEBAL и метрические алгоритмы решают энергетический баланс на земной поверхности с использованием спутниковых снимков. Это позволяет рассчитывать как фактическое, так и потенциальное эвапотранспирацию на попиксельной основе. Эвапотранспирация - ключевой показатель для управления водными ресурсами и эффективности орошения. SEBAL и METRIC могут отображать эти ключевые индикаторы во времени и пространстве, по дням, неделям или годам. [5]

Экспериментальные методы измерения суммарного испарения [ править ]

Одним из методов измерения суммарного испарения является использование весового лизиметра . Вес столба почвы измеряется непрерывно, и изменение запаса воды в почве моделируется изменением веса. Изменение веса преобразуется в единицы длины с использованием площади поверхности весового лизиметра и единицы веса воды. Эвапотранспирация рассчитывается как изменение веса плюс количество осадков минус просачивание.

Ковариация вихрей [ править ]

Основная статья: Ковариация Эдди

Самым прямым методом измерения суммарного испарения является метод вихревой ковариации , в котором быстрые колебания вертикальной скорости ветра коррелируют с быстрыми колебаниями плотности водяного пара в атмосфере . Это позволяет напрямую оценить перенос водяного пара (суммарное испарение) с поверхности суши (или навеса) в атмосферу.

Гидрометеорологические уравнения [ править ]

Наиболее общим и широко используемым уравнением для расчета эталонного ET является уравнение Пенмана . Вариант Пенмана-Монтейта рекомендован Продовольственной и сельскохозяйственной организацией [6] и Американским обществом инженеров-строителей . [7] Более простое уравнение Блейни-Криддла было популярно на западе США в течение многих лет, но оно не так точно в регионах с более высокой влажностью. Другие используемые решения включают Makkink, который прост, но должен быть откалиброван для конкретного местоположения, и Hargreaves.

Для того, чтобы преобразовать испарению к фактической эвапотранспирации запашек, коэффициент культуры и коэффициент напряжения должны быть использован. Коэффициенты урожая, используемые во многих гидрологических моделях, обычно меняются в течение года, чтобы приспособиться к тому факту, что культуры являются сезонными и, в целом, растения ведут себя по-разному в зависимости от сезона: многолетние растения созревают в течение нескольких сезонов, а реакция на стресс может в значительной степени зависеть от многих аспектов состояния растений.

Возможная эвапотранспирация [ править ]

Ежемесячная оценка потенциального эвапотранспирации и измеренное испарение поддона для двух мест на Гавайях , Хило и Пахала.
Основная статья: Возможное испарение

Потенциальная эвапотранспирация (ПЭТ) - это количество воды, которое испарилось бы и испарилось конкретной культурой или экосистемой, если бы воды было достаточно . Это требование включает энергию, доступную для испарения, и способность нижних слоев атмосферы отводить испаренную влагу от поверхности земли. Потенциальная эвапотранспирация выше летом, в менее облачные дни и ближе к экватору из-за более высоких уровней солнечной радиации, которая обеспечивает энергию для испарения. Потенциальная эвапотранспирация также выше в ветреные дни, потому что испарившаяся влага может быстро перемещаться с земли или поверхности растений, позволяя большему испарению заполнять ее место.

Потенциальная эвапотранспирация выражается через глубину воды и может быть отображена в виде графика в течение года (см. Рисунок).

Потенциальная эвапотранспирация обычно измеряется косвенно, исходя из других климатических факторов, но также зависит от типа поверхности, например, свободной воды (для озер и океанов ), типа почвы для обнаженной почвы и растительности . Часто значение потенциальной эвапотранспирации рассчитывается на ближайшей климатической станции на эталонной поверхности, обычно на короткой траве. Это значение называется эталонным суммарным испарением, и его можно преобразовать в потенциальное суммарное испарение путем умножения на поверхностный коэффициент. В сельском хозяйстве это называется коэффициентом урожая. Разница между потенциальной эвапотранспирацией и осадками используется при планировании орошения .

Среднегодовая потенциальная эвапотранспирация часто сравнивается со среднегодовым количеством осадков P. Соотношение двух, P / PET, является индексом засушливости . Влажный субтропический климат - это зона климата, характеризующаяся жарким и влажным летом и холодной и мягкой зимой. Субарктические регионы находятся между 50 ° и 70 ° северной широты, в зависимости от местного климата. Осадков мало, а растительность характерна для хвойных / таежных лесов.

Список моделей эвапотранспирации на основе дистанционного зондирования [ править ]

Классификация моделей ЭТ на основе ДЗ на основе подходов к оценке явного теплового потока
  • АЛЕКСИ [8]
  • БАЙТСС [9] [10]
  • МЕТРИЧЕСКИЙ [11]
  • SEBAL [12]
  • SEBS [13]
  • SSEBop [14]

См. Также [ править ]

  • Вихревой ковариационный поток (также известный как вихревая корреляция, вихревой поток)
  • Гидрология (сельское хозяйство)
  • Гидрологическая оценка характеристик полигона (HELP)
  • Скрытый тепловой поток
  • Система оценки и планирования водных ресурсов (WEAP)
  • Континуум атмосферы почвенного растения
  • Дефицитное орошение

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 25 июня 2008 года . Проверено 20 января 2008 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  2. ^ "Kimberly Research and Extension Center" (PDF) . extension.uidaho.edu . Архивировано из оригинального (PDF) 4 марта 2016 года . Дата обращения 4 мая 2018 .
  3. ^ Суонк, Уэйн Т .; Дуглас, Джеймс Э. (1974-09-06). «Существенное сокращение речного стока за счет преобразования лиственных насаждений в сосну» (PDF) . Наука . 185 (4154): 857–859. DOI : 10.1126 / science.185.4154.857 . ISSN 0036-8075 . PMID 17833698 .   
  4. ^ Ясечко, Скотт; Sharp, Zachary D .; Гибсон, Джон Дж .; Биркс, С. Жан; Йи, Йи; Фосетт, Питер Дж. (3 апреля 2013 г.). «В наземных водных потоках преобладает транспирация». Природа . 496 (7445): 347–50. Bibcode : 2013Natur.496..347J . DOI : 10.1038 / nature11983 . PMID 23552893 . 
  5. ^ "SEBAL_ WaterWatch" . Архивировано 13 июля 2011 года.
  6. ^ Аллен, RG; Перейра, LS; Raes, D .; Смит, М. (1998). Эвапотранспирация сельскохозяйственных культур: Руководство по расчету требований к воде для сельскохозяйственных культур . Бумага ФАО по ирригации и дренажу 56. Рим, Италия: Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций. ISBN 978-92-5-104219-9. Архивировано 15 мая 2011 года . Проверено 8 июня 2011 .
  7. ^ Рохас, Хосе П .; Шеффилд, Рональд Э. (2013). «Оценка ежедневных эталонных методов эвапотранспирации по сравнению с уравнением Пенмана-Монтейта ASCE-EWRI с использованием ограниченных данных о погоде в северо-восточной Луизиане». Журнал ирригации и дренажной инженерии . 139 (4): 285–292. DOI : 10.1061 / (ASCE) IR.1943-4774.0000523 . ISSN 0733-9437 . 
  8. ^ Андерсон, MC; Кустас, В.П .; Норман, JM; Hain, CR; Мечикальски-младший; Шульц, Л .; Гонсалес-Дуго, депутат; Cammalleri, C .; d 'Urso, G .; Пимштейн, А .; Гао, Ф. (21 января 2011 г.). «Картирование суточного эвапотранспирации в полевых и континентальных масштабах с использованием спутниковых изображений на геостационарной орбите и на полярной орбите» . Гидрология и науки о Земле . 15 (1): 223–239. Bibcode : 2011HESS ... 15..223A . DOI : 10.5194 / Hess-15-223-2011 . ISSN 1607-7938 . CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  9. ^ Дунгель, Рамеш; Айкен, Роберт; Colaizzi, Paul D .; Линь, Сяомао; О'Брайен, Дэн; Баумхардт, Р. Луи; Брауэр, Дэвид К .; Марек, Гэри В. (15.07.2019). «Оценка некалиброванной модели энергетического баланса (BAITSSS) для оценки суммарного испарения в полузасушливом, адвективном климате». Гидрологические процессы . 33 (15): 2110–2130. Bibcode : 2019HyPr ... 33.2110D . DOI : 10.1002 / hyp.13458 . ISSN 0885-6087 . 
  10. ^ Дунгель, Рамеш; Аллен, Ричард Дж .; Трезза, Рикардо; Робисон, Кларенс В. (2016). «Эвапотранспирация между пересечениями спутников: методология и тематическое исследование в полузасушливых районах с преобладанием сельскохозяйственных угодий» . Метеорологические приложения . 23 (4): 714–730. Bibcode : 2016MeApp..23..714D . DOI : 10.1002 / met.1596 . ISSN 1469-8080 . 
  11. ^ Аллен Ричард Дж .; Тасуми Масахиро; Трезза Рикардо (2007-08-01). «Энергетический баланс на основе спутников для картирования эвапотранспирации с внутренней калибровкой (METRIC) - модель». Журнал ирригации и дренажной инженерии . 133 (4): 380–394. DOI : 10.1061 / (ASCE) 0733-9437 (2007) 133: 4 (380) .
  12. ^ Bastiaanssen, WGM; Menenti, M .; Феддес, РА; Хольцлаг, AAM (1998-12-01). «Алгоритм баланса энергии поверхности земли с помощью дистанционного зондирования (SEBAL). 1. Формулировка». Журнал гидрологии . 212–213: 198–212. Bibcode : 1998JHyd..212..198B . DOI : 10.1016 / S0022-1694 (98) 00253-4 . ISSN 0022-1694 . 
  13. Перейти ↑ Su, Z. (2002). «Система баланса поверхностной энергии (SEBS) для оценки турбулентных тепловых потоков» . Гидрология и науки о Земле . 6 (1): 85–100. DOI : 10.5194 / Hess-6-85-2002 . ISSN 1607-7938 . 
  14. ^ Senay, Габриэль Б .; Бомс, Стефани; Сингх, Рамеш К .; Gowda, Prasanna H .; Велпури, Naga M .; Алему, хенок; Вердин, Джеймс П. (13.05.2013). «Оперативное картирование эвапотранспирации с использованием наборов данных дистанционного зондирования и погоды: новая параметризация для подхода SSEB» . Журнал JAWRA Американской ассоциации водных ресурсов . 49 (3): 577–591. Bibcode : 2013JAWRA..49..577S . DOI : 10.1111 / jawr.12057 . ISSN 1093-474X . 

Внешние ссылки [ править ]

  • Сеть Eddy Covariance Flux Network в Нью-Мексико (Rio-ET)
  • Техасская сеть испарения
  • Использование и конструкция лизиметра для измерения эвапотранспирации
  • Округ Уошу (Невада) Et Project
  • Справочная стандартизация
  • Геологическая служба США