Эвапотранспирация - Evapotranspiration

Круговорот воды на поверхности Земли, показывающий отдельные компоненты транспирации и испарения, составляющие эвапотранспирацию. Показаны другие тесно связанные процессы: сток и подпитка подземных вод.

Эвапотранспирация (ET) - это сумма испарение и посадить испарение от суши и поверхности океана до атмосфера. Испарение объясняет перемещение воды в воздух из таких источников, как почва, перехват купола, и водоемы. Транспирация учитывает движение воды внутри растения и последующую потерю воды в виде пара через устьица в его листьях в сосудистые растения и филлиды в несосудистые растения. Эвапотранспирация - важная часть круговорот воды. Элемент (например, дерево), который способствует эвапотранспирации, можно назвать эвапотранспиратор.[1]

Возможная эвапотранспирация (ПЭТ) представляет собой представление об экологической потребности в суммарном испарении и представляет собой скорость суммарного испарения невысокого зеленого растения (травы), полностью затеняющего землю, равномерного по высоте и с адекватным водным статусом в профиле почвы. Это отражение энергии, доступной для испарения воды, и ветра, способного транспортировать 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 (ET0). Фактическое суммарное испарение считается равным потенциальному суммарному испарению, когда воды достаточно. 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

Эвапотранспирация - это значительная потеря воды из-за дренажные бассейны. Типы растительности и землепользования существенно влияют на суммарное испарение и, следовательно, на количество воды, покидающей водосборный бассейн. Поскольку вода, проникающая через листья, исходит из корней, растения с глубокими корнями могут более постоянно пропускать воду. Травянистые растения обычно бывает меньше древесные растения потому что у них обычно менее обширная листва. Хвойное дерево леса, как правило, имеют более высокий уровень эвапотранспирации, чем лиственный леса, особенно в период покоя и ранней весной. В первую очередь это 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, солнечная радиация, влажность, температура, и ветер. Измерения изотопов показывают, что транспирация является большей частью суммарного испарения.[4]

За счет эвапотранспирации леса могут снизить выход воды, за исключением уникальных экосистем, называемых облачные леса, и тропические леса.

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, поскольку осадки на уровне земли переживаются 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 в воздухе). Комбинированный эффект приводит к увеличению поверхностного стока и более высокому уровню 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 сильными ветрами и дождями.

На неорошаемых территориях фактическая эвапотранспирация обычно не превышает атмосферные осадки, с некоторым буфером во времени в зависимости от способности почвы удерживать воду. Обычно это меньше, потому что часть воды будет потеряна из-за просачивание или поверхностный сток. Исключение составляют районы с высоким грунтовые воды, где капиллярное действие может вызвать подъем воды из грунтовых вод через матрицу почвы на поверхность. Если потенциальная эвапотранспирация больше фактических осадков, почва высохнет, если только орошение используется.

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

Оценка эвапотранспирации

Эвапотранспирацию можно измерить или оценить с помощью нескольких методов.

Косвенные методы

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

Водный баланс водосбора

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

На входе осадки (п), а выходными являются суммарное испарение (которое необходимо оценить), сток реки (Q), и подпитка подземных вод (D). Если все изменения в накоплении, осадках, речном потоке и пополнении подземных вод оцениваются, недостающий поток ET можно оценить, переписав приведенное выше уравнение следующим образом:

Энергетический баланс

Третий метод оценки фактического суммарного испарения - использование энергетического баланса.

где λE - энергия, необходимая для изменения фазы воды из жидкости в газ, Rп - чистая радиация, G - тепловой поток почвы, H - явный тепловой поток. Используя такие инструменты, как сцинтиллометр, пластины теплового потока почвы или измерители радиации могут быть рассчитаны компоненты энергетического баланса и энергия, доступная для фактического суммарного испарения.

В SEBAL и МЕТРИЧЕСКИЙ 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 показатели во времени и пространстве, в днях, неделях или годах.[5]

Экспериментальные методы измерения эвапотранспирации

Один из методов измерения эвапотранспирации - взвешивание лизиметр. Вес столба почвы измеряется непрерывно, и изменение запасов 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

Основная статья: Ковариация вихрей

Самый прямой метод измерения эвапотранспирации - с помощью ковариация вихря метод, в котором быстрые колебания вертикальной скорости ветра коррелируют с быстрыми колебаниями атмосферной воды плотность пара. Это позволяет напрямую оценить перенос водяного пара (суммарное испарение) с поверхности земли (или навеса) в атмосферу.

Гидрометеорологические уравнения

Наиболее общее и широко используемое уравнение для расчета эталонного ET - это Уравнение Пенмана. В Пенман-Монтейт изменение рекомендуется Продовольственная и сельскохозяйственная организация[6] и Американское общество инженеров-строителей.[7] Проще Уравнение Блейни-Криддла был популярен на западе Соединенные Штаты в течение многих лет, но это не так точно в регионах с более высокой влажностью. Другие используемые решения включают Makkink, который прост, но должен быть откалиброван для конкретного места, и Hargreaves. Чтобы преобразовать эталонную эвапотранспирацию в фактическую эвапотранспирацию культур, a коэффициент урожая и коэффициент напряжения должны быть использованы. Обрезать коэффициенты используемые во многих гидрологических моделях, обычно меняются в течение года, чтобы приспособиться к тому факту, что сельскохозяйственные 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 растений состояние.

Возможная эвапотранспирация

Ежемесячная предполагаемая потенциальная эвапотранспирация и измеренное испарение поддона для двух мест в Гавайи, Хило и Пахала.
Основная статья: Возможное испарение

Потенциальная эвапотранспирация (ПЭТ) - это количество воды, которое испарилось бы и испарилось определенной культурой или экосистемой, если бы ее было достаточно. воды имеется в наличии. Эта потребность 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, от других климатических факторов, но также зависит от типа поверхности, например, свободной воды (для озера и океаны ), почва тип для голой почвы, а растительность. 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 в график полива.

Среднегодовую потенциальную эвапотранспирацию часто сравнивают со среднегодовым количеством осадков P. Отношение двух, P / PET, является индекс 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, растительность характерна для хвойных / таежных лесов.

Список моделей эвапотранспирации на основе дистанционного зондирования

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ «Архивная копия» (PDF). В архиве (PDF) из оригинала от 25.06.2008. Получено 2008-01-20.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (ссылка на сайт)
  2. ^ «Кимберли научно-исследовательский центр» (PDF). extension.uidaho.edu. Архивировано из оригинал (PDF) 4 марта 2016 г.. Получено 4 мая 2018.
  3. ^ Суонк, Уэйн Т .; Дуглас, Джеймс Э. (1974-09-06). «Значительное сокращение речного стока за счет преобразования лиственных насаждений в сосну» (PDF). Наука. 185 (4154): 857–859. Дои: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:2013Натура.496..347J. Дои:10.1038 / природа11983. PMID  23552893.
  5. ^ "SEBAL_ WaterWatch". В архиве из оригинала от 13.07.2011.
  6. ^ Allen, R.G .; Pereira, L.S .; 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. В архиве из оригинала 2011-05-15. Получено 2011-06-08.
  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. Дои:10.1061 / (ASCE) IR.1943-4774.0000523. ISSN  0733-9437.
  8. ^ Андерсон, М. С .; Kustas, W. P .; Norman, J.M .; Hain, C. R .; Mecikalski, J. R .; Шульц, Л .; González-Dugo, M.P .; Cammalleri, C .; d 'Urso, G .; Пимштейн, А .; Гао, Ф. (21 января 2011 г.). «Картирование суточной эвапотранспирации в полевых условиях в континентальном масштабе с использованием спутниковых изображений на геостационарной и полярной орбите». Гидрология и науки о Земле. 15 (1): 223–239. Bibcode:2011HESS ... 15..223A. Дои:10.5194 / hess-15-223-2011. ISSN  1607-7938.CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка на сайт)
  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 эвапотранспирации в полузасушливом, адвективном климате». Гидрологические процессы. 33 (15): 2110–2130. Bibcode:2019HyPr ... 33.2110D. Дои: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. Дои:10.1002 / met.1596. ISSN  1469-8080.
  11. ^ Аллен Ричард Дж .; Тасуми Масахиро; Треза 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. Дои:10.1061 / (ASCE) 0733-9437 (2007) 133: 4 (380).
  12. ^ Bastiaanssen, W. G. M .; Menenti, M .; Feddes, R.A .; Хольцлаг, А.А.М. (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. Дои:10.1016 / S0022-1694 (98) 00253-4. ISSN  0022-1694.
  13. ^ Су, З. (2002). «Система баланса поверхностной энергии (SEBS) для оценки турбулентных тепловых потоков». Гидрология и науки о Земле. 6 (1): 85–100. Дои:10.5194 / hess-6-85-2002. ISSN  1607-7938.
  14. ^ Senay, Gabriel B .; 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. Дои:10.1111 / jawr.12057. ISSN  1093-474X.

внешние ссылки