Потенциальная эвапотранспирация

На этой анимации показано прогнозируемое увеличение потенциального испарения в Северной Америке до 2100 года по сравнению с 1980 годом на основе объединенных результатов нескольких климатических моделей .

Потенциальное испарение ( ПЭТ ) или потенциальное испарение ( ПЭ ) — это количество воды, которое испарилось бы и транспирировалось конкретной культурой , почвой или экосистемой , если бы было достаточно воды. Это отражение энергии, доступной для испарения или испарения воды, и ветра, доступного для переноса водяного пара от земли вверх в нижние слои атмосферы и от исходного местоположения. Потенциальная эвапотранспирация выражается через глубину воды или процент влажности почвы.

Если фактическое суммарное испарение считается чистым результатом потребности атмосферы во влаге с поверхности и способности поверхности поставлять влагу, то ПЭТ является мерой спроса (также называемого спросом на испарение ). На это влияют температура поверхности и воздуха, инсоляция и ветер. Засушливая земля – это место, где годовое потенциальное испарение превышает годовое количество осадков .

Часто значение потенциальной эвапотранспирации рассчитывается на ближайшей климатической станции на эталонной поверхности, обычно на суше, где преобладает невысокая трава (хотя это может отличаться от станции к станции). Эта величина называется эталонной эвапотранспирацией (ET ₀ ). Говорят, что фактическое суммарное испарение равно потенциальному суммарному испарению при наличии достаточного количества воды. Эвапотранспирация никогда не может быть больше потенциальной эвапотранспирации, но может быть ниже, если воды недостаточно для испарения или растения неспособны к зрелой и легкой транспирации. В некоторых штатах США используется эталонная культура люцерны с полным покрытием высотой 0,5 м (1,6 фута) вместо обычной эталонной короткой зеленой травы из-за более высокого значения ET для эталонной люцерны . ^[1]

Потенциальное суммарное испарение выше летом, в более ясные и менее пасмурные дни и ближе к экватору из-за более высоких уровней солнечной радиации, которая обеспечивает энергию (тепло) для испарения. Потенциальное суммарное испарение также выше в ветреные дни, поскольку испаряемая влага может быть быстро удалена с земли или поверхности растений до того, как она выпадет в осадок, позволяя большему количеству испарений заполнить ее место.

Измерения

Ежемесячная оценка потенциального суммарного испарения и измеренное испарение с поверхности воды для двух мест на Гавайях : Хило и Пахала.

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

Среднегодовую потенциальную эвапотранспирацию часто сравнивают со среднегодовыми осадками , обозначенными символом P. Соотношение этих двух показателей P / PET является индексом засушливости . Влажный субтропический климат — это зона климата с жарким и влажным летом и холодной или мягкой зимой. В субарктических регионах, между 50° с.ш. ^[2] и 70° с.ш., лето короткое, мягкое, а зима морозная, в зависимости от местного климата. Осадки и суммарное испарение низкие (по сравнению с более теплыми вариантами), растительность характерна для хвойно-таежного леса.

Оценки потенциального испарения

Уравнение Торнтвейта (1948 г.)

${\displaystyle PET=16\left({\frac {L}{12}}\right)\left({\frac {N}{30}}\right)\left({\frac {10T_{d}}{I}}\right)^{\alpha }}$Где

${\displaystyle PET}$- расчетное потенциальное суммарное испарение (мм/месяц).

${\displaystyle T_{d}}$— средняя дневная температура (в градусах Цельсия; если она отрицательная, используйте ) рассчитываемого месяца. ${\displaystyle 0}$

${\displaystyle N}$количество дней в рассчитываемом месяце

${\displaystyle L}$средняя продолжительность дня (часы) рассчитываемого месяца

${\displaystyle \alpha =(6.75\times 10^{-7})I^{3}-(7.71\times 10^{-5})I^{2}+(1.792\times 10^{-2})I+0.49239}$

${\displaystyle I=\sum _{i=1}^{12}\left({\frac {T_{m_{i}}}{5}}\right)^{1.514}}$— индекс тепла , который зависит от средних температур за 12 месяцев . ^[3] ${\displaystyle T_{m_{i}}}$

Несколько модифицированные формы этого уравнения появляются в более поздних публикациях (1955 и 1957 гг.) Торнтвейта и Мэзера. ^[4]

Уравнение Пенмана (1948)

Уравнение Пенмана описывает испарение (E) с поверхности открытой воды и было разработано Говардом Пенманом в 1948 году. Уравнение Пенмана требует среднесуточной температуры, скорости ветра, давления воздуха и солнечной радиации для прогнозирования E. Продолжают использоваться более простые гидрометеорологические уравнения. там, где получение таких данных непрактично, для получения сопоставимых результатов в конкретных условиях, например, влажный или засушливый климат.

ФАО 56 Уравнение Пенмана – Монтейта (1998 г.)

Уравнение Пенмана-Монтейта уточняет оценки эвапотранспирации (ET) на основе погоды для земельных площадей, покрытых растительностью. Это уравнение было затем получено ФАО для определения потенциального суммарного испарения ₀ . ^[5] Эта модель широко считается одной из наиболее точных моделей с точки зрения оценок.

${\displaystyle ET_{o}={\frac {0.408\Delta (R_{n}-G)+{\frac {900}{T}}\gamma u_{2}\delta e}{\Delta +\gamma (1+0.34u_{2})}}}$

ET ₀ = Потенциальное испарение, Объем эвапотранспирации (мм в день ^-1 )

Δ = Скорость изменения удельной влажности насыщения с температурой воздуха. (Па К ^-1 )

R _n = чистая облученность (МДж м ^-2 день ^-1 ), внешний источник потока энергии

G = тепловой поток грунта (МДж м ^-2 день ^-1 ), обычно эквивалентный нулю в день.

T = температура воздуха на расстоянии 2 м (K)

u_2 = Скорость ветра на высоте 2 м (м ⁻¹ )

δ e = дефицит давления пара (кПа)

γ = психрометрическая константа ( γ ≈ 66 Па · К ^-1 )

Примечание: Коэффициенты 0,408 и 900 не являются безразмерными, а учитывают преобразование значений энергии в эквивалентные глубины воды: радиация [мм в день ^-1 ] = 0,408 радиация [МДж м ^-2 в день ^-1 ].

Уравнение Пристли – Тейлора

Уравнение Пристли-Тейлора было разработано как замена уравнению Пенмана-Монтейта, чтобы устранить зависимость от наблюдений. Для Пристли–Тейлора необходимы только радиационные (облученные) наблюдения. Это делается путем удаления аэродинамических членов из уравнения Пенмана-Монтейта и добавления постоянного коэффициента, полученного эмпирическим путем . ${\displaystyle \alpha }$

Основная концепция модели Пристли-Тейлора заключается в том, что воздушная масса, движущаяся над растительностью и обильной водой, насыщается водой. В этих условиях фактическое суммарное испарение будет соответствовать скорости потенциального испарения Пенмана. Однако наблюдения показали, что фактическое испарение в 1,26 раза превышает потенциальное испарение, и поэтому уравнение фактического испарения было найдено путем взятия потенциального испарения и умножения его на . Здесь предполагается, что растительность имеет обильный запас воды (т.е. растения испытывают низкий дефицит влаги). По оценкам, такие районы, как засушливые регионы с высоким дефицитом влаги, имеют более высокие значения. ^[6] ${\displaystyle \alpha }$ ${\displaystyle \alpha }$

Предположение о том, что воздушная масса, движущаяся над покрытой растительностью поверхностью с обильным водонасыщением, впоследствии было подвергнуто сомнению. Самая нижняя и турбулентная часть атмосферы, пограничный слой атмосферы , не представляет собой замкнутый ящик, а постоянно приносит сухой воздух из верхних слоев атмосферы к поверхности. Поскольку вода легче испаряется в сухую атмосферу, суммарное испарение увеличивается. Этим объясняется большее значение параметра Пристли-Тейлора, превышающее единицу . Получено собственное равновесие системы, учитывающее характеристики границы раздела атмосферного пограничного слоя и вышележащей свободной атмосферы. ^{[7] [8]} ${\displaystyle \alpha }$

Смотрите также

• Влияние изменения климата на круговорот воды
• Испарение
• Водяной пар
• Круговорот воды
• Классификация климата Кеппена

Рекомендации

1. «Центр исследований и распространения знаний Кимберли» (PDF) . расширение.uidaho.edu . Архивировано из оригинала (PDF) 4 марта 2016 года . Проверено 4 мая 2018 г.
2. «Влажный субтропический климат (Cfa) | Авиационная безопасность SKYbrary» . skybrary.aero . Проверено 19 октября 2023 г.
3. Торнтвейт, CW (1948). «Подход к рациональной классификации климата». Географическое обозрение . 38 (1): 55–94. дои : 10.2307/210739. JSTOR  210739.
4. Блэк, Питер Э. (2007). «Возвращение к водному балансу Торнтвейта и Мэзера». Журнал Американской ассоциации водных ресурсов . 43 (6): 1604–1605. Бибкод : 2007JAWRA..43.1604B. дои : 10.1111/j.1752-1688.2007.00132.x.
5. Аллен, Р.Г.; Перейра, Л.С.; Раес, Д.; Смит, М. (1998). Эвапотранспирация сельскохозяйственных культур — Рекомендации по расчету потребности сельскохозяйственных культур в воде. Документ ФАО по ирригации и дренажу 56. Рим, Италия: Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций. ISBN 92-5-104219-5. Проверено 8 октября 2007 г.
6. М. Е. Дженсен, Р. Д. Берман и Р. Г. Аллен, изд. (1990). Эвапотранспирация и потребность в оросительной воде . Руководства и отчеты ASCE по инженерной практике. Том. 70. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Американское общество инженеров-строителей . ISBN 978-0-87262-763-5.
7. Калф, А. (1994). «Равновесное испарение под растущим конвективным пограничным слоем». Метеорология пограничного слоя . 70 (1–2): 34–49. Бибкод : 1994BoLMe..70...37C. дои : 10.1007/BF00712522.
8. ван Херваарден, CC; и другие. (2009). «Взаимодействие между захватом сухого воздуха, поверхностным испарением и развитием конвективного пограничного слоя». Ежеквартальный журнал Королевского метеорологического общества . 135 (642): 1277–1291. Бибкод : 2009QJRMS.135.1277V. дои : 10.1002/qj.431.

• Пенман, Х.Л. (1948). «Естественное испарение из открытой воды, голой почвы и травы». Учеб. Р. Сок . А193 (1032). Лондон, Великобритания: 120–145. Бибкод : 1948RSPSA.193..120P. дои : 10.1098/rspa.1948.0037 . ПМИД  18865817.
• Брутсарт, WH (1982). Испарение в атмосферу: теория, история и приложения . Дордрехт, Голландия: Д. Рейдель. ISBN 90-277-1247-6.
• Бонан, Гордон (2002). Экологическая климатология . Кембридж, Великобритания: КУБОК. ISBN 0-521-80476-0.

Внешние ссылки

• ag.arizona.edu Глобальная карта потенциального испарения.