自然界中蒸发现象颇为复杂,不仅受制于气象条件,而且还受地理环境的影响。
在静止大气中,蒸发速度仅依赖于分子扩散,此时的水分蒸发速度W由下述方程描述
式(3·9)称道尔顿定律,它表明蒸发速度与饱和差(E-e)及分子扩散系数(A)成正比,而与气压(P)成反比。但在自然条件下,蒸发是发生于湍流大气之中的,影响蒸发速度的主要因素是湍流交换,并非分子扩散。考虑到自然蒸发的实际情况,影响蒸发速度的主要因子有四个:水源、热源、饱和差、风速与湍流扩散强度。
(一)水源
没有水源就不可能有蒸发,因此开旷水域、雪面、冰面或潮湿土壤、植被是蒸发产生的基本条件。在沙漠中,几乎没有蒸发。
(二)热源
蒸发必须消耗热量,在蒸发过程中如果没有热量供给,蒸发面就会逐渐冷却,从而使蒸发面上的水汽压降低,于是蒸发减缓或逐渐停止。因此蒸发速度在很大程度上决定于热量的供给。实际上常以蒸发耗热多少直接表示某地的蒸发速度。以上海为例,如图3·4所示,上海夏季和秋季蒸发耗热比较多,亦即蒸发速度比较大。这是因为夏季和秋季上海地区土壤和水的温度比较高,因而有足够的热源供给蒸发。
(三)饱和差(E-e)
蒸发速度与饱和差成正比。严格说,此处的E应由蒸发面的温度算出,但通常以一定气温下的饱和水汽压代替。饱和差愈大,蒸发速度也愈快。
(四)风速与湍流扩散
大气中的水汽垂直输送和水平扩散能加快蒸发速度。无风时,蒸发面上的水汽单靠分子扩散,水汽压减小得慢,饱和差小,因而蒸发缓慢。有风时,湍流加强,蒸发面上的水汽随风和湍流迅速散布到广大的空间,蒸发面上水汽压减小,饱和差增大,蒸发加快。
除上述基本因子外,大陆上的蒸发还应考虑到土壤的结构、湿度、植被的特性等。海洋上的蒸发还应考虑水中的盐分。
在影响蒸发的因子中,蒸发面的温度通常是起决定作用的因子。由于蒸发面(陆面及水面)的温度有年、日变化,所以蒸发速度也有年、日变化。