Evaporation und Evapotranspiration

Evaporation und Transpiration führen den Großteil des Wassers, das auf Land fällt, in die Atmosphäre zurück, wodurch die Evapotranspiration zum größten Abfluss in der terrestrischen Wasserbilanz wird.

Definition

Evapotranspiration ist der kombinierte Transfer von Wasser von der Landoberfläche in die Atmosphäre durch direkte Evaporation von Boden- und Wasseroberflächen und durch Transpiration über Pflanzen, gesteuert durch verfügbare Energie, atmosphärische Nachfrage und Wasserangebot.

Scope

Dieses Thema behandelt die Physik der Evaporation von Wasser- und Bodenflächen, die Transpiration durch Pflanzen, die energetischen und aerodynamischen Steuerungsfaktoren dieser Flüsse sowie die Standardmethoden zur Schätzung der potenziellen und aktuellen Evapotranspiration. Pflanzenspezifische Details der Transpiration, die in der Pflanzenwissenschaft behandelt werden, sind ausgeschlossen; der Fokus liegt auf dem hydrologischen Fluss.

Core questions

• Welche Energie- und atmosphärischen Faktoren steuern Evaporation und Transpiration?
• Wie unterscheiden sich potenzielle und aktuelle Evapotranspiration?
• Wie wird Evapotranspiration aus meteorologischen Daten geschätzt?
• Warum ist Evapotranspiration der dominante Verlustterm in vielen Landwasserbilanzen?

Key concepts

• Evaporation und Transpiration
• Potenzielle versus aktuelle Evapotranspiration
• Energiebilanz und Nettostrahlung
• Aerodynamischer und Oberflächenwiderstand
• Penman- und Penman-Monteith-Gleichungen
• Referenz- und Kulturpflanzen-Evapotranspiration

Key theories

Penman-Kombinationsgleichung

Penman kombinierte die Energiebilanz mit dem aerodynamischen Transfer, um die Evaporation aus standardmäßigen meteorologischen Variablen zu berechnen, wodurch die Notwendigkeit der Messung der Oberflächentemperatur entfiel und die Grundlage für die moderne Evaporationsschätzung geschaffen wurde.

Penman-Monteith-Gleichung

Monteith erweiterte Penmans Ansatz auf bewachsene Oberflächen, indem er Oberflächen- (Stomata-) und aerodynamische Widerstände einführte, was zur Penman-Monteith-Gleichung führte, die die Grundlage für die standardisierte Referenz- und Kulturpflanzen-Evapotranspiration bildet.

Mechanisms

Die Evapotranspiration wird durch die zur Verdampfung von Wasser verfügbare Energie (hauptsächlich Nettostrahlung) und durch die Fähigkeit der Luft, Wasserdampf abzuführen (eine Funktion des Feuchtigkeitsdefizits und des Windes), angetrieben, moduliert durch den Widerstand der Oberfläche, einschließlich der Pflanzenstomata, und durch die Wasserversorgung; wenn Wasser limitierend ist, sinkt die tatsächliche Evapotranspiration unter die potenzielle Rate.

Clinical relevance

Evapotranspirationsschätzungen sind zentral für die Bewässerungsplanung und den Wasserbedarf von Pflanzen, für den Abschluss von Einzugsgebietswasserbilanzen und die Schätzung des Wasserertrags sowie für die Bewertung, wie Landnutzungsänderungen und Erwärmung die Aufteilung des Niederschlags zwischen Atmosphäre und Abfluss verändern.

History

Penmans Kombinationsgleichung von 1948 verlieh der Evaporation eine physikalische Grundlage aus routinemäßigen Wetterdaten; Monteiths Erweiterung von 1965 fügte den Oberflächenwiderstand für Vegetation hinzu. Die FAO-56-Standardisierung der Penman-Monteith-Referenz-Evapotranspiration machte den Ansatz zu einem globalen Betriebsstandard für Bewässerung und Wassermanagement.

Key figures

• Howard L. Penman
• John L. Monteith
• Wilfried Brutsaert

Seminal works

• penman1948
• monteith1965
• allen1998

Frequently asked questions

Was ist der Unterschied zwischen Evaporation und Evapotranspiration?

Evaporation ist der Übergang von Wasser in Dampf von offenen Wasser- und Bodenflächen, während Evapotranspiration auch die Transpiration umfasst, das Wasser, das von Pflanzen aufgenommen und durch ihre Blätter abgegeben wird; über bewachsenem Land werden beide kombiniert, da sie schwer zu trennen sind.

Was ist potenzielle Evapotranspiration?

Potenzielle Evapotranspiration ist die Rate, die auftreten würde, wenn die Wasserversorgung unbegrenzt wäre, bestimmt durch Energie und atmosphärische Nachfrage; die tatsächliche Evapotranspiration entspricht ihr nur, wenn Wasser frei verfügbar ist, und ist niedriger, wenn die Bodenfeuchtigkeit die Versorgung begrenzt.