Короткий метеорологічний словник випаровування, транспірація, сумарне випаровування

Сумарне випаровування, комбінований процес випаровування і транспірації (дихання рослин), в ході якого вода переходить з поверхні Землі в атмосферу. Цей процес є ключовим в кругообіг води. Вода або лід випаровуються під впливом сонячних променів і вітру, а рослини за рахунок дихання охолоджуються.

Методи вимірювань і розрахунків випаровування з природних поверхонь.

Незважаючи на тривалу історію дослідження випаровування з водної поверхні, поки не існує методу прямого його вимірювання з поверхні реальних водойм. Найбільш надійно випаровування може бути розраховане тільки з невеликих резервуарів - випарників і 9 водноіспарітельних басейнів площею 20 м. Це пояснюється тим, що розрахунок випаровування з водної поверхні в природних умовах за методом водного балансу утруднений через недостатню точності визначення опадів на акваторію водойми, грунтового водообміну, припливні і т.п. З цієї причини випаровування з реальних водойм визначається методом водного балансу тільки для тривалих інтервалів часу (сезон). Для більш коротких інтервалів (декада, місяць) використовуються методи теплового балансу, турбулентної дифузії, а також різні емпіричні і напівемпіричні залежності, в яких використовуються найбільш важливі гідрометеорологічні чинники, що впливають на випаровування з водойм.

Однак до сих пір точність цих методів ускладнює вирішення ряду практично вагших завдань, пов'язаних з водогосподарських діяльністю і її раціональним плануванням. Тому подальша розробка способів експериментального визначення випаровування і на її базі удосконалення методів розрахунку випаровування з природних водних об'єктів є однією з важливих задач гідрології.

Метод теплового балансу заснований на обліку потоків теплоти, що поглинаються розглядаються об'єктом і витрачаються їм через виділяють об'єкт кордону. Джерелом теплової енергії є Сонце. Сумарний потік сонячного випромінювання, що проходить через одиничну площадку, перпендикулярну напрямку променів і що знаходиться поза земною атмосферою на відстані радіуса земної орбіти, називається сонячної постійної. Сонячна постійна So дорівнює 1373 Вт / м3. Оскільки в системі СІ 1 вт = 1 дж / с, а 1 дж = 0,2388 кал, то So = 1,98 кал / см2 хв. Питома теплота випаровування води залежить від її температури, і при 15оС приблизно дорівнює 590 кал / г.

Якщо прийняти, що масі води в 1 г відповідає обсяг 1 см3, то сонячну постійну можна представити у вигляді еквівалентного шару води, що випарувалася, який дорівнює 48,3 мм / добу.

Спектр сонячної радіації охоплює діапазони довжин хвиль від гамма-випромінювання до радіохвиль; його ділять на дві частини: короткохвильову радіацію з довжинами хвиль від 0,28 до 4,0 мікрометрів (мк) і довгохвильову - з довжинами хвиль від 4,0 до 40 мк. Видима частина спектра, сприймається людським оком, знаходиться в діапазоні довжин хвиль від 0,40 мк (фіолетове світло) до 0,74 мк (червоне світло). Енергетичний максимум сонячної радіації припадає на видиму частину спектру (з максимумом при 0,46 мк). Тут же знаходиться фотосинтетичний активна радіація (ФАР), яка використовується зеленими рослинами і фотосинтезуючими мікроорганізмами для перетворення променевої енергії Сонця в енергію хімічних зв'язків органічних речовин; вона займає діапазон 0,38. 0,71 мк.

Таким чином, природні теплові процеси на Землі визначаються короткохвильового сонячною радіацією. Однак, на шляху до земної поверхні втрачається значна її частина, поглинаючись озоновим шаром атмосфери і що містяться в ній киснем, водяною парою, діоксидом вуглецю і аерозолями. Приходить до поверхні радіація залежить від географічної широти місцевості, пори року і доби, хмарності, довжини дня (в нічний час її, природно, немає). Крім прямої радіації, до земної поверхні приходить ще й розсіяна (або дифузійна), яка є навіть при безхмарному небі. При малих висотах сонця і суцільної хмарності вся радіація стає розсіяною. Зазвичай, коли говорять про прийдешньої радіації, мається на увазі сумарна радіація (пряма плюс розсіяна).

Слід зауважити, що метод теплового балансу вимагає повного обліку всіх джерел надходження і витрачання теплової енергії розглядаються об'єктом на земній поверхні. Як зазначається в [3, 13], для розрахунку випаровування з водної поверхні озера, крім радіаційного балансу і турбулентного обміну, необхідно ще враховувати теплообмін з ложем водойми, збільшення запасів теплоти в озері за розрахунковий період (для його оцінки необхідно проводити вимірювання температури в багатьох точках озера на різних глибинах з великою точністю), різниця між приходом і витратою теплоти за рахунок припливу або відтоку води, теж за рахунок усіх видів надходження і відтоку води підземними шляхами, прихід теплоти, обумовлений різницею ма температур опадів і води в озері. У разі снігового і крижаного покриву складові, що входять в рівняння теплового балансу, обумовлені турбулентної дифузії, можуть входити в нього з різними знаками; крім того, при утворенні льоду теплота виділяється, а при його таненні на місці - витрачається. Як зазначається в [3], метод теплового балансу вимагає численних ретельних вимірювань різних його складових, тому він більше придатний для цілей досліджень, ніж для використання на практиці.

Випаровування з поверхні води.

Для вивчення випаровування з водної поверхні застосовуються спеціальні прилади - плавучі випарники, що складаються з двох судин однакового діаметра, один з яких є власне випарником, інший - дощомір для обліку шару опадів, що випали під час спостереження за випаровуванням. Однак через заворушення водної поверхні плавучі випарники використовуються рідко. На практиці випарники частіше встановлюються на березі в поєднанні з дощомірами. Спостереженнями було виявлено, що такі випарники дають похибку, яка збільшується зі зменшенням діаметра випарника в бік перебільшення результатів. Похибка наближається до нуля, якщо площа випарного басейну дорівнює не менше 20 м2. В даному випадку застосовуються методи водного і теплового балансу і турбулентної дифузії. Метод водного балансу полягає в наступному: для конкретного водоймища визначаються за обраний період спостереження опади, приплив і стік поверхневих вод, витрата води на фільтрацію, приплив підземних вод, зміна рівня води у водоймі за час спостереження, а також спад води на випаровування, яка є шуканої величиною. Недоліком методу є можливість отримання великих похибок через труднощі обліку обсягів підземних вод. Крім того, повинні бути організовані досить точні спостереження за іншими складовими, що входять в рівняння водного балансу.

Наприклад, формула А.Д.Зайкова має вигляд

Формула С.Н.Кріцкого і М.Ф Менкеля для середньомісячних величин має вигляд

Для визначення випаровування з водної поверхні розроблені спеціальні карти, на які нанесені лінії рівних шарів річного випаровування [3, с.149; 11, с.38], але рекомендується їх використовувати для розрахунку випаровування з поверхні малих водойм.

Методи визначення випаровування за даними спостережень метеостанцій, розташованих на березі, не придатні, тому що і вологість повітря, і температура його, і швидкість вітру на великих удалениях від берегової лінії відрізняються від даних, отриманих на березі. У цих умовах рекомендується користуватися емпіричними формулами, вводячи в них відповідні поправки [3], або даними спеціальних (буйкових) метеостанцій, які розташовуються безпосередньо на воді. Наступні дані дають уявлення про річному шарі випаровування з поверхні малих водойм в східній Європі: північ - 200-350 мм; середня смуга: лісова зона - 350-650 мм, зона степів - 650-1000 мм; південь - 1000-1500 мм.

Найбільше випаровування з водної поверхні спостерігається на Землі в її тропічних районах і може досягати великих значень (наприклад, річний шар випаровування води з поверхні африканського озера Чад становить 2260 см).