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蒸发(2)

时间:2010-01-29  归属:水文学

  植物对水的吸收与输送功能是在根土渗透势和散发拉力的共同作用下形成的。其中根土渗透势的存在是植物本身所具备的一种功能。它是在根和土共存的系统中,由于根系中溶液浓度和四周土壤中水的浓度存在梯度差而产生的。这种渗透压差可高达十余个大气压,使得根系象水泵一样,不断地吸取土壤中的水。

  散发拉力的形成则主要与气象因素的影响有关。当植物叶面散发水汽后,叶肉细胞缺水,细胞的溶液浓度增大,增强了叶面吸力,叶面的吸力又通过植物内部的水力传导系统(即叶脉、茎、根系中的导管系统)而传导到根系表面,使得根的水势降低,与周围的土壤溶液之间的水势差扩大,进而影响根系的吸力。这种由于植物散发作用而拉引根部水向上传导的吸力,称为散发拉力,散发拉力吸收的水量可达植物总需水量的90%以上。

  由于植物的散发主要是通过叶片上的气孔进行的,所以叶片的气孔是植物体和外界环境之间进行水汽交换的门户。而气孔则有随着外界条件变化而收缩的性能,从而控制植物散发的强弱。一般来说,在白天,气孔开启度大,水散发强,植物的散发拉力也大;夜晚气孔关闭,水散发弱,散发拉力亦相应的降低。

  二、影响蒸发的因素

  影响蒸发的因素复杂多样,其中主要有以下三方面:

  (一)供水条件

  蒸发现象的先决条件是蒸发面存在水,通常将蒸发面的供水条件区分为充分供水和不充分供水两种。

  一般将水面蒸发及含水量达到田间持水量以上的土壤蒸发,均视为充分供水条件下的蒸发;而将土壤含水量小于田间持水量情况下的蒸发,称为不充分供水条件下的蒸发。

  通常,将处在特定的气象环境中,具有充分供水条件的可能达到的最大蒸发量,称为蒸发能力,又称潜在蒸发量或最大可能蒸发量。对于水面蒸发而言,自始至终处于充分供水条件下,因此可以将相同气象条件下的自由水面蒸发,视为区域(或流域)的蒸发能力。

  由于在充分供水条件下,蒸发面与大气之间的显热交换与内部的热交换都很小,可以忽略不计,因而辐射平衡的净收入完全消耗于蒸发,则蒸发能力可按下式确定:

  

  式中,Ep为蒸发能力;R为辐射平衡值;△t为时段长;L为蒸发潜热。

  但必须指出,实际情况下的蒸发可能等于蒸发能力,亦可能小于蒸发能力。此外,对于某个特定的蒸发面而言,其蒸发能力并不是常数,而要随着太阳辐射、温度、水汽压差以及风速等条件的变化而不同。

  (二)影响蒸发的动力学与热力学因素

  1.动力学因素影响蒸发的动力学因素主要有如下三方面。

  1)水汽分子的垂向扩散通常,蒸发面上空的水汽分子,在垂向分布上极不均匀。愈近水面层,水汽含量就愈大,因而存在着水汽含量垂向梯度和水汽压梯度。于是水汽分子有沿着梯度方向运行扩散的趋势。垂向梯度愈显著,蒸发面上水汽的扩散作用亦愈强烈。

  2)大气垂向对流运动垂向对流是指由蒸发面和空中的温差所引起,运动的结果是把近蒸发面的水汽不断地送入空中,使近蒸发面的水汽含量变小,饱和差扩大,从而加速了蒸发面的蒸发。

  (3)大气中的水平运动和湍流扩散在近地层中的气流,既有规则的水平运动,亦有不规则的湍流运动(涡流)。运动的结果,不仅影响水汽的水平和垂向交换过程,影响蒸发面上的水汽分布,而且也影响温度和饱和差,进而影响蒸发面的蒸发速度。

  2.热力学因素从热力学观点看,蒸发是蒸发面与大气之间发生的热量交换过程。蒸发过程中如果没有热量供给,蒸发面的温度以及饱和水汽压就要逐步降低,蒸发亦随之减缓甚至停止。由此可知,蒸发速度在很大程度上取决于蒸发面的热量变化。影响蒸发面热量变化的主要因素如下:

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  • 关键词:散发热量蒸发影响土壤水量植物条件平衡水面
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