Уравнение Пенмана – Монтейта - Penman–Monteith equation

Эта статья требует внимания специалиста по метеорологии. Пожалуйста, добавьте причина или разговаривать в этот шаблон, чтобы объяснить проблему со статьей. WikiProject Метеорология может помочь нанять эксперта. (Октябрь 2012 г.)

Словно Уравнение Пенмана, то Уравнение Пенмана – Монтейта (после Говард Пенман и Джон Монтейт ) приближается к чистому эвапотранспирация (ET), требуя в качестве входных данных среднесуточную температуру, скорость ветра, относительную влажность и солнечную радиацию. Помимо излучения, эти параметры неявно используются при выводе ${ displaystyle Delta}$, ${ displaystyle c_ {p}}$, и ${ displaystyle delta _ {q}}$, если не проводимости ниже.

Объединенные нации Продовольственная и сельскохозяйственная организация (ФАО) стандартные методы моделирования эвапотранспирации используют уравнение Пенмана – Монтейта.^[1] Стандартные методы Американское общество инженеров-строителей измените это уравнение Пенмана-Монтейта для использования с часовым шагом по времени. В SWAT модель один из многих ГИС -интегрированные гидрологические модели^[2] оценка ET с помощью уравнений Пенмана – Монтейта.

Вклад эвапотранспирации очень велик в водоразделе. водный баланс, но часто не подчеркиваются в результатах, потому что точность этого компонента часто мала по сравнению с более непосредственно измеряемыми явлениями, например дождь и ручей. Помимо погодных неопределенностей, уравнение Пенмана-Монтейта чувствительно к параметрам, характерным для растительности, например устьичный сопротивление или проводимость.^[3] Пробелы в знаниях заполняются обоснованными предположениями, пока не будут собраны более конкретные данные.

Различные формы коэффициенты урожая (K_c) учитывать различия между смоделированной конкретной растительностью и эталонная эвапотранспирация (RET или ET₀) стандарт. Коэффициенты напряжения (K_s) учитывают снижение ET из-за стресса окружающей среды (например, насыщение почвы уменьшает корень -зона О₂, низкий влажность почвы побуждает увядать, загрязнение воздуха эффекты и соленость). Модели местной растительности не могут предполагать управление урожаем во избежание повторяющегося стресса.

Уравнение

${ displaystyle { overset { text {Скорость потока энергии}} { lambda _ {v} E = { frac { Delta (R_ {n} -G) + rho _ {a} c_ {p} left ( delta e right) g_ {a}} { Delta + gamma left (1 + g_ {a} / g_ {s} right)}}} ~ iff ~ { overset { text {Объемный поток}} {ET_ {o} = { frac { Delta (R_ {n} -G) + rho _ {a} c_ {p} left ( delta e right) g_ {a} } { left ( Delta + gamma left (1 + g_ {a} / g_ {s} right) right) L_ {v}}}}}}}$

λ_v = Скрытая теплота испарения. Энергия, необходимая на единицу массы испаренной воды. (Дж г⁻¹)

L_v = Объемная скрытая теплота испарения. Энергия, необходимая для испарения объема воды. (L_v = 2453 МДж м⁻³)

E = Массовая скорость эвапотранспирации воды (г с⁻¹ м⁻²)

ET_о = Объем испаренной воды (мм с⁻¹)

Δ = Скорость изменения удельной влажности насыщения в зависимости от температуры воздуха. (Па К⁻¹)

р_п = Нетто сияние (Вт м⁻²) внешний источник потока энергии

грамм = Тепловой поток грунта (Вт · м⁻²), обычно трудно измерить

c_п = Удельная теплоемкость емкость воздуха (Дж кг⁻¹ K⁻¹)

ρ_а = сухой воздух плотность (кг м⁻³)

δе = давление газа дефицит, или удельная влажность (Па)

грамм_а = Проводимость воздуха, атмосферная проводимость (мс⁻¹)

грамм_s = Проводимость стомы, поверхностная проводимость (РС⁻¹)

γ = Психрометрическая константа (γ ≈ 66 Па · К⁻¹)

(Монтейт, 1965):^[4]

Примечание. Часто используются сопротивления, а не проводимости.

${ displaystyle g_ {a} = { tfrac {1} {r_ {a}}} ~~ и ~~ g_ {s} = { tfrac {1} {r_ {s}}} = { tfrac { 1} {r_ {c}}}}$

где r_c относится к сопротивлению потоку от растительного покрова в пределах некоторого определенного пограничного слоя.

Также обратите внимание, что ${ displaystyle g_ {s}}$ меняется каждый день и в зависимости от условий, когда растения изменяют такие характеристики, как отверстия устьиц. Будучи чувствительным к значению этого параметра, уравнение Пенмана-Монтейта устраняет необходимость более строгого рассмотрения ${ displaystyle g_ {s}}$ возможно, меняется в течение каждого дня. Уравнение Пенмана было выведено для оценки дневного ET на основе дневных средних значений.

Это также объясняет соотношения, используемые для получения ${ displaystyle delta q}$ & ${ displaystyle Delta}$ в дополнение к предположениям ключ к достижению этого упрощенного уравнения.

Пристли – Тейлор

В Пристли – Тейлор Уравнение было разработано как замена уравнения Пенмана – Монтейта для устранения зависимости от наблюдений. Для Пристли – Тейлора требуются только наблюдения радиации (освещенности). Это делается путем удаления аэродинамических членов из уравнения Пенмана-Монтейта и добавления эмпирически полученного постоянного множителя: ${ displaystyle alpha}$.

В основе модели Пристли-Тейлора лежит концепция, согласно которой воздушная масса, движущаяся над покрытой растительностью территорией с обильным количеством воды, будет насыщаться водой. В этих условиях фактическая эвапотранспирация будет соответствовать скорости потенциальной эвапотранспирации по Пенману. Однако наблюдения показали, что фактическое испарение было в 1,26 раза больше, чем потенциальное испарение, и поэтому уравнение для фактического испарения было найдено, взяв потенциальную эвапотранспирацию и умножив ее на ${ displaystyle alpha}$. Предположение здесь для растительности с обильным водоснабжением (т. Е. Растения имеют низкий уровень влажности). Такие районы, как засушливые районы с высоким уровнем влажности, оцениваются как более высокие ${ displaystyle alpha}$ значения.^[5]

Предположение о том, что воздушная масса, движущаяся по покрытой растительностью поверхности с обильным водонасыщением, позже подверглась сомнению. Самая низкая и неспокойная часть атмосферы, пограничный слой атмосферы, не является закрытым ящиком, но постоянно приносит сухой воздух сверху в атмосферу к поверхности. Поскольку вода легче испаряется в сухую атмосферу, эвапотранспирация увеличивается. Это объясняет значение параметра Пристли-Тейлора больше единицы. ${ displaystyle alpha}$. Собственное равновесие системы было получено и включает характеристики границы раздела атмосферного пограничного слоя и вышележащей свободной атмосферы.^[6][7]

дальнейшее чтение

• П. Дж. Джарвис (1976). «Интерпретация изменений водного потенциала листьев и устьичной проводимости, обнаруженных в пологах в поле». Философские труды Королевского общества B. 273 (927): 593–610. Bibcode:1976RSPTB.273..593J. Дои:10.1098 / рстб.1976.0035. JSTOR  2417554.
• К. Х. Б. Пристли; Р. Дж. Тейлор (1972). «Об оценке поверхностного теплового потока и испарения с использованием крупномасштабных параметров» (PDF). Ежемесячный обзор погоды. 100 (2): 81–82. Bibcode:1972MWRv..100 ... 81P. CiteSeerX  10.1.1.395.1720. Дои:10.1175 / 1520-0493 (1972) 100 <0081: OTAOSH> 2.3.CO; 2.

Рекомендации

внешняя ссылка

• Вывод уравнения