Иванова М.В.
Плехова А.В.
Обычно под испарением воды подразумевается: поступление водяного пара в атмосферу вследствие отрыва наиболее быстродвижущихся молекул с поверхности воды, снега, льда, влажной почвы, капель и кристаллов в атмосфере.
Испарение - физический процесс, при котором вещество при температурах ниже точки кипения от жидкого переходит в газообразное состояние, в частности, переход воды в водяной пар.
Для испарения воды требуется очень большое количество солнечной энергии.При испарении молекулы вещества вырываются с поверхности жидкости и воспринимаются воздухом. Требуемую для этого энергию движения они забирают у жидкости в форме тепловой энергии. Связанное с этим понижение температуры называют испарительным охлаждением. При конденсации, противоположном испарению процессе, занесенная в водяном паре энергия тепла снова освобождается, и воздух нагревается.
Следовательно испарение играет существенную роль в тепловом балансе атмосферы и поверхности Земли, кроме того, оно является важной фазой в круговороте воды. Без постоянного снабжения водой из океанов и от суши водные ресурсы атмосферы были бы израсходованы самое позднее через 10 дней; никакие виды осадков больше не выпадали бы во всем мире.
Круговорот воды
Испарение играет как в глобальном, так и в региональном круговороте воды важную роль.
Почти 12% испаряющейся влаги в атмосферу поступает с поверхности суши за счет транспирации ее растениями. Относительно теплый воздух может содержать больше водяного пара. Если воздух при подъеме остывает, его способность поглощать водяной пар уменьшается, что приводит к конденсации (образование облаков).
Круговорот воды - постоянное движение воды между океанами, атмосферой и сушей. Основные фазы круговорота воды - это испарение, выпадение осадков и сток. Водяной пар поступает от водных поверхностей (прежде всего, моря), от земли (эвапорация) и от поверхностей растений (транспирация) в атмосферу.
Потенциальное испарение (ETP)- испарение при данных метеорологических условиях при неограниченном водоснабжении.
Реальное испарение (ETR)
Испарение при данных метеорологических условиях при данном (как правило ограниченном) количестве осадков (в Федеративной Республике Германии: 400-550 мм /год)
ETR≤ETP.
Преобладающая часть воды испаряется от океанов. Водяной пар переносится воздушными течениями и выпадает после конденсации на поверхность Земли. Примерно 80 % осадков приходится на моря. Одна часть влаги от выпавших осадков испаряется от земной поверхности снова в атмосферу; другая - стекает в реки и снова достигает моря; третья - просачивается в землю и питает грунтовые воды, далее снова выходит из источников.
Изменения климата оказывают значительное влияние на круговорот воды. Орошениями или созданием плотинных озер человек также усиленно вмешивается в естественный круговорот воды.
Эвапорация, испарение воды с открытой водной поверхности, а также с поверхности земли, не покрытой растительностью. Непосредственное испарение грунтовой воды от покрытых растительностью земель, которое происходит независимо от транспирации растений, также понимается под эвапорацией.
Транспирация — процесс движения воды через растение и её испарение через наружные органы растения, такие как листья, стебли и цветы. Поверхность листа покрыта порами, называемыми устьицами. Они расположены в зависимости от вида растений на верхней, нижней или на обеих сторонах листьев. Устьица ограничены замыкающими клетками и сопровождающими клетками (вместе известными как устьичный комплекс), которые открывают и закрывают поры. При достаточном количестве влаги замыкающие клетки открыты, как правило, при дефиците воды они закрываются.
В экологии, метеорологии и климатологии транспирацию (+ испарение листа) и эвапорацию (испарение воды на открытой земной поверхности или водных поверхностях) как различные формы испарения в совокупности обобщают в эватранспирацию.
Таким образом, испарение вода происходит от водной поверхности, почв и растительности. Испарение зависит преимущественно от следующих факторов:
1. Температура воздуха
2. Влажность воздуха
3. Солнечная радиация
4. Содержание воды в почве, или количество осадков
5. Скорость, а также направление ветра
6. Подстилающая поверхность и растительность
Из-за различных параметров, от которых испарение зависит, их определение очень сложно и дорого. Поэтому большей частью испарение не измеряется, а только приблизительно оценивается при использовании математических моделей. Полученные данные об испарении в единицу времени, называется скоростью испарения и обозначается как норма испарения.
Измеренная в миллиметрах высота испарения обозначает количество влаги, испаряемой за определенный период сушей и водными поверхностями.
В Средней Европе средняя ежегодная высота испарения составляет примерно 500 мм. Наибольшие количества, примерно 1 000 мм над континентами и больше чем 2 000 мм об океанах, испаряются во внешних тропиках.
Диапазон для определения эватранспирации очень высок, и методы её определения отличаются относительно ее первичных величин, ее применимости (по времени и пространству), ее точности на основе сделанных приемов, измерительных издержек и измерительных приборов. Также различают косвенные и непосредственные методы определения испарения. Принципиально отличают 2 практичных измерительных метода: методы водного баланса, и энергобалансовые методы (методы количества тепла), которые, однако редко применяются. При этом метод водного баланса базируется на применении уравнения водного баланса, в то время как метод количества тепла базируется на применении энергобалансового уравнения. Расчеты испарения с существующих водохранилищ, небольших площадей и бассейнов могут быть сделаны с помощью методов водного и энергетического балансов. Кроме того, существует множество эмпирических и полуэмпирических формул для расчета потенциальной эватранспирации, как например, формула Пенмана, формула TURC (часто также в комбинации с формулой Иванова), и формула Гауде, которая часто дает очень разные результаты. Приборы для прямого измерения реального испарения - это лизиметр и устройство Эдди Флукс.
Испарение можно измерять только с высокими издержками, большей частью эвапорометром или лизиметром. Измеряется при этом так называемое травянистое испарение, которое используется на основе скорее теоретического определения потенциального испарения как его измерительный технический синоним. Существенно сильнее распространено большое число разных формул аппроксимации, которые могут служить приспособлению при различных факторах влияния для расчета испарения.
Лизиметр прибор или сооружение для определения количествапросочившейся воды через тот или иной слой почвы.
Лизиметр двухдонный металлический или цементный ящик;верхнее дно имеет отверстия для прохождения воды, а в нижнем собирается вода. Под дном с отверстиямиставится сосуд для собирания просочившейся воды. Устанавливаемые в полевой обстановке Л. длительногодействия обычно бывают 2 м дл. и шир. и 1,5 м глубины.
Лизиметр позволяет реализовать дискретный принцип учета, дает возможность свести погрешность измерений до 2-3% и легко осуществить телеметрию исследований. Поскольку в бак с монолитом поступает вода из грунтовых вод, непосредственно примыкающих к лизиметру, то химический состав почвы в баке лизиметра всегда соответствует химическому составу окружающих лизиметр почв, следовательно, и точность экспериментальных данных возрастает. При этом достигается полная автоматизация измерений, а функции наблюдателя сводятся лишь к смене лент самописцев. Лизиметр,. включающий бак с монолитом почвы, связанный через клапан с питающим устройством, имеющим самописец уровня воды.с поплавковым приводом, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и автоматизации процесса измерения испарения, притока и оттока грунтовых вод при переменном их уровне, лизиметр снабжен электронным блоком управления клапаном и фиксатором положения поплавка с электроконтактным датчиком уровня воды в питающем устройстве, сообщенном через клапан с грунтовыми водами.