Потенциальная эвапотранспирация

На этой анимации показано прогнозируемое увеличение потенциального испарения в Северной Америке к 2100 году по сравнению с 1980 годом, основанное на объединенных результатах нескольких климатических моделей .

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

Если фактическое эвапотранспирация рассматривается как чистый результат потребности атмосферы во влаге с поверхности и способности поверхности поставлять влагу, то PET является мерой стороны потребности (также называемой потребностью в испарении ). Температура поверхности и воздуха, инсоляция и ветер влияют на это. Засушливая земля — это место, где годовое потенциальное испарение превышает годовое количество осадков .

Часто значение потенциального эвапотранспирации рассчитывается на близлежащей климатической станции на эталонной поверхности, обычно на земле, где преобладает короткая трава (хотя это может отличаться от станции к станции). Это значение называется эталонным эвапотранспирацией (ET ₀ ). Говорят, что фактическое эвапотранспирация равно потенциальному эвапотранспирации, когда присутствует достаточное количество воды. Эвапотранспирация никогда не может быть больше потенциального эвапотранспирации, но может быть ниже, если недостаточно воды для испарения или растения не способны транспирировать зрело и легко. Некоторые штаты США используют полнопокровную эталонную культуру люцерны высотой 0,5 м (1,6 фута), а не общую эталонную короткую зеленую траву из-за более высокого значения ET от эталонной люцерны. ^[1]

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

Измерения

Ежемесячная оценка потенциального суммарного испарения и измеренное испарение из испарителя для двух мест на Гавайях , Хило и Пахала

Потенциальное эвапотранспирирование обычно измеряется косвенно, из других климатических факторов, но также зависит от типа поверхности, например, свободной воды (для озер и океанов), типа почвы для голой почвы, а также плотности и разнообразия растительности . Часто значение потенциального эвапотранспирирования рассчитывается на близлежащей климатической станции на эталонной поверхности, обычно на короткой траве. Это значение называется эталонным эвапотранспирированием и может быть преобразовано в потенциальное эвапотранспирирование путем умножения на коэффициент поверхности. В сельском хозяйстве это называется коэффициентом урожая. Разница между потенциальным эвапотранспирированием и фактическими осадками используется при планировании орошения .

Среднегодовое потенциальное испарение часто сравнивают со среднегодовым количеством осадков, символом которого является P . Отношение этих двух величин, P / PET , является индексом засушливости . Влажный субтропический климат - это климатическая зона с жарким и влажным летом и холодной или мягкой зимой. Субарктические регионы, между 50° с. ш. ^[2] и 70° с. ш., имеют короткое, мягкое лето и морозную зиму в зависимости от местного климата. Осадки и испарение низкие (по сравнению с более теплыми вариантами), а растительность характерна для хвойных/таежных лесов.

Оценки потенциального испарения

Уравнение Торнтвейта (1948)

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

${\displaystyle PET}$расчетная потенциальная эвапотранспирация (мм/месяц)

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

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

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

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

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

Несколько измененные формы этого уравнения появляются в более поздних публикациях (1955 и 1957) К. У. Торнтвейта и Мазера. ^[4]

Уравнение Пенмана (1948)

Уравнение Пенмана описывает испарение (E) с открытой водной поверхности и было разработано Говардом Пенманом в 1948 году. Для прогнозирования E уравнение Пенмана требует среднесуточной температуры, скорости ветра, давления воздуха и солнечной радиации. Более простые гидрометеорологические уравнения продолжают использоваться там, где получение таких данных нецелесообразно, чтобы дать сопоставимые результаты в определенных условиях, например, во влажном и засушливом климате.

FAO 56 Уравнение Пенмана–Монтейта (1998)

Уравнение Пенмана-Монтейта уточняет погодные оценки эвапотранспирации (ET) для покрытых растительностью земель. Это уравнение затем было выведено ФАО для получения потенциальной эвапотранспирации ₀ . ^[5] Оно широко рассматривается как одна из самых 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 испарившейся воды (мм сут ⁻¹ )

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

R _n = Чистая облученность (МДж м ⁻² сут ⁻¹ ), внешний источник потока энергии

G = тепловой поток земли (МДж м ⁻² сут ⁻¹ ), обычно равный нулю в день

T = Температура воздуха на высоте 2 м (К)

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, но учитывают преобразование значений энергии в эквивалентные глубины воды: излучение [мм · день ⁻¹ ] = 0,408 излучение [МДж · м ⁻² · день ⁻¹ ].

Уравнение Пристли–Тейлора

Уравнение Пристли–Тейлора было разработано в качестве замены уравнению Пенмана–Монтейта для устранения зависимости от наблюдений. Для Пристли–Тейлора требуются только наблюдения за излучением (освещением). Это делается путем удаления аэродинамических членов из уравнения Пенмана–Монтейта и добавления эмпирически полученного постоянного фактора, . ${\displaystyle \alpha }$

Основная концепция модели Пристли-Тейлора заключается в том, что воздушная масса, движущаяся над растительным покровом с обильным количеством воды, насыщается водой. В этих условиях фактическое испарение будет соответствовать скорости потенциального испарения Пенмана. Однако наблюдения показали, что фактическое испарение было в 1,26 раза больше потенциального испарения, и поэтому уравнение для фактического испарения было найдено путем взятия потенциального испарения и умножения его на . Здесь предполагается, что растительность имеет обильное водоснабжение (т. е. растения испытывают низкий уровень влажности). Такие области, как засушливые регионы с высоким уровнем влажности, оцениваются как имеющие более высокие значения. ^[6] ${\displaystyle \alpha }$ ${\displaystyle \alpha }$

Предположение о том, что воздушная масса, движущаяся над покрытой растительностью поверхностью с обильным количеством воды, насыщается, позже было подвергнуто сомнению. Самая низкая и турбулентная часть атмосферы, атмосферный пограничный слой , не является замкнутым пространством, а постоянно приносит сухой воздух с более высоких слоев атмосферы к поверхности. Поскольку вода легче испаряется в сухую атмосферу, эвапотранспирация усиливается. Это объясняет большее, чем единица, значение параметра Пристли-Тейлора . Было получено надлежащее равновесие системы, которое включает характеристики интерфейса 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

Ссылки

1. "Kimberly Research and Extension Center" (PDF) . extension.uidaho.edu . Архивировано из оригинала (PDF) 4 марта 2016 г. . Получено 4 мая 2018 г. .
2. "Влажный субтропический климат (Cfa) | SKYbrary Aviation Safety". skybrary.aero . Получено 2023-10-19 .
3. Thornthwaite, CW (1948). «Подход к рациональной классификации климата». Geographical Review . 38 (1): 55–94. doi :10.2307/210739. JSTOR  210739.
4. Блэк, Питер Э. (2007). «Пересмотр водного баланса Торнтвейта и Мазера». Журнал Американской ассоциации водных ресурсов . 43 (6): 1604–1605. Bibcode : 2007JAWRA..43.1604B. doi : 10.1111/j.1752-1688.2007.00132.x.
5. Аллен, RG; Перейра, LS; Раес, D.; Смит, M. (1998). Эвапотранспирация сельскохозяйственных культур — Руководство по расчету потребностей сельскохозяйственных культур в воде. Документ ФАО по ирригации и дренажу 56. Рим, Италия: Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций. ISBN 92-5-104219-5. Получено 2007-10-08 .
6. ME Jensen, RD Burman & RG Allen, ред. (1990). Эвапотранспирация и потребность в воде для орошения . Руководства и отчеты ASCE по инженерной практике. Том 70. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Американское общество инженеров-строителей . ISBN 978-0-87262-763-5.
7. Калф, А. (1994). «Равновесное испарение под растущим конвективным пограничным слоем». Boundary-Layer Meteorology . 70 (1–2): 34–49. Bibcode : 1994BoLMe..70...37C. doi : 10.1007/BF00712522.
8. van Heerwaarden, CC; et al. (2009). «Взаимодействие между вовлечением сухого воздуха, испарением поверхности и развитием конвективного пограничного слоя». Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society . 135 (642): 1277–1291. Bibcode : 2009QJRMS.135.1277V. doi : 10.1002/qj.431.

• Penman, HL (1948). «Естественное испарение из открытой воды, голой почвы и травы». Proc. R. Soc . A193 (1032). Лондон, Великобритания: 120–145. Bibcode : 1948RSPSA.193..120P. doi : 10.1098/rspa.1948.0037 . PMID  18865817.
• Brutsaert, WH (1982). Испарение в атмосферу: теория, история и приложения . Дордрехт, Голландия: D. Reidel. ISBN 90-277-1247-6.
• Бонан, Гордон (2002). Экологическая климатология . Кембридж, Великобритания: CUP. ISBN 0-521-80476-0.

Внешние ссылки

• ag.arizona.edu Глобальная карта потенциального испарения.