Испарение и эвапотранспирация

Испарение и транспирация вместе возвращают большую часть воды, выпадающей на сушу, обратно в атмосферу, что делает эвапотранспирацию крупнейшим исходящим компонентом наземного водного баланса.

Definition

Эвапотранспирация — это комбинированный перенос воды с поверхности суши в атмосферу путем прямого испарения с поверхности почвы и воды, а также путем транспирации через растения, регулируемый доступной энергией, атмосферным спросом и запасом воды.

Scope

Эта тема охватывает физику испарения с поверхности воды и почвы, транспирацию растениями, энергетические и аэродинамические факторы, контролирующие эти потоки, а также стандартные методы оценки потенциальной и фактической эвапотранспирации. Она исключает физиологические детали транспирации растений, рассматриваемые в ботанике, фокусируясь на гидрологическом потоке.

Core questions

• Какие энергетические и атмосферные факторы контролируют испарение и транспирацию?
• Чем отличаются потенциальная и фактическая эвапотранспирация?
• Как оценивается эвапотранспирация по метеорологическим данным?
• Почему эвапотранспирация является доминирующим компонентом потерь во многих водных балансах суши?

Key concepts

• Испарение и транспирация
• Потенциальная и фактическая эвапотранспирация
• Энергетический баланс и чистая радиация
• Аэродинамическое и поверхностное сопротивление
• Уравнения Пенмана и Пенмана-Монтейта
• Эталонная и сельскохозяйственная эвапотранспирация

Key theories

Комбинированное уравнение Пенмана

Пенман объединил энергетический баланс с аэродинамическим переносом для расчета испарения по стандартным метеорологическим переменным, устранив необходимость измерения температуры поверхности и сформировав основу современной оценки испарения.

Уравнение Пенмана-Монтейта

Монтейт расширил подход Пенмана на растительные поверхности, введя поверхностное (устьичное) и аэродинамическое сопротивления, что привело к уравнению Пенмана-Монтейта, лежащему в основе стандартизированной эталонной и сельскохозяйственной эвапотранспирации.

Mechanisms

Эвапотранспирация обусловлена энергией, доступной для испарения воды (главным образом, чистой радиацией), и способностью воздуха удалять пар (функция дефицита влажности и ветра), модулируется сопротивлением поверхности, включая устьица растений, и запасом воды; когда вода является лимитирующим фактором, фактическая эвапотранспирация падает ниже потенциальной скорости.

Clinical relevance

Оценки эвапотранспирации имеют центральное значение для планирования орошения и определения потребностей сельскохозяйственных культур в воде, для замыкания водного баланса водосборов и оценки водного стока, а также для оценки того, как изменение землепользования и потепление влияют на распределение осадков между атмосферой и стоком.

History

Комбинированное уравнение Пенмана 1948 года дало испарению физическую основу, исходя из рутинных метеорологических данных; расширение Монтейта 1965 года добавило поверхностное сопротивление для растительности. Стандартизация ФАО-56 эталонной эвапотранспирации по Пенману-Монтейту сделала этот подход глобальным операционным стандартом для ирригации и управления водными ресурсами.

Key figures

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

Seminal works

• penman1948
• monteith1965
• allen1998

Frequently asked questions

В чем разница между испарением и эвапотранспирацией?

Испарение — это переход воды в пар с открытых водных и почвенных поверхностей, в то время как эвапотранспирация также включает транспирацию — воду, поглощаемую растениями и выделяемую через их листья; на растительных территориях эти два процесса объединяются, поскольку их трудно разделить.

Что такое потенциальная эвапотранспирация?

Потенциальная эвапотранспирация — это скорость, которая наблюдалась бы при неограниченном запасе воды, определяемая энергией и атмосферным спросом; фактическая эвапотранспирация равна ей только при свободном доступе к воде и ниже, когда влажность почвы ограничивает ее запас.