第4章 降水、蒸發、輸送、下滲、徑流(1)(2 / 3)

在人工直接控製降水方麵,例如人工行雲播雨,或者驅散雷雨雲,消除雷雹等,雖然這些方法早已得到了實際的運用,但迄今隻能對局部地區的降水產生影響,而且由於耗資過多,一般較少進行。

蒸發

蒸發是水由液體狀態轉變為氣體狀態的過程,亦是海洋與陸地上的水返回大氣的唯一途徑。由於蒸發需要一定的熱量,因而蒸發不僅是水的交換過程,亦是熱量的交換過程,是水和熱量的綜合反映。

蒸發因蒸發麵的不同,可分為水麵蒸發、土壤蒸發和植物散發等。其中土壤蒸發和植物散發合稱為陸麵蒸發,流域(區域)上各部分蒸發和散發的總和,稱為流域(區域)總蒸發。

水麵蒸發

水麵蒸發是在充分供水條件下的蒸發。從分子運動論的觀點來看,水麵蒸發是發生在水體與大氣之間界麵上的分子交換現象。包括水分子自水麵逸出,由液態變為氣態,以及水麵上的水汽分子返回液麵,由氣態變為液態。通常所指的蒸發量,即是從蒸發麵躍出的水量和返回蒸發麵的水量之差值,稱為有效蒸發量。

從能態理論觀點來看,在液態水和水汽兩相共存的係統中,每個水分子都具有一定的動能,能逸出水麵的首先是動能大的分子,而溫度是物質分子運動平均動能的反映,所以溫度愈高,自水麵逸出的水分子愈多。由於躍入空氣中的分子能量大,蒸發麵上水分子的平均動能變小,水體溫度因而降低。單位質量的水,從液態變為氣態時所吸收的熱量,稱為蒸發潛熱。反之,水汽分子因本身受冷或受到水麵分子的吸引作用而重回水麵。發生凝結,在凝結時水分子要釋放熱量,在相同溫度下,凝結潛熱與蒸發潛熱相等。所以說蒸發過程既是水分子交換過程,亦是能量的交換過程。

植物蒸騰

植物蒸騰又稱植物散發,其過程大致是:植物的根係從土壤中吸收水後,經根、莖、葉柄和葉脈輸送到葉麵,並為葉肉細胞所吸收,其中除一小部分留在植物體內外,90%以上的水分在葉片的氣腔中汽化而向大氣散逸。所以植物蒸發不僅是物理過程,也是植物的一種生理過程,比起水麵蒸發和土壤蒸發來要複雜得多。

植物對水的吸收與輸送功能是在根土滲透勢和散發拉力的共同作用下形成的。其中根土滲透勢的存在是植物本身所具備的一種功能。它是在根和土共存的係統中,由於根係中溶液濃度和四周土壤中水的濃度存在梯度差而產生的。這種滲透壓差可高達10餘個大氣壓,使得根係像水泵一樣,不斷地吸取土壤中的水。

散發拉力的形成則主要與氣象因素的影響有關。當植物葉麵散發水汽後,葉肉細胞缺水,細胞的溶液濃度增大,增強了葉麵吸力,葉麵的吸力又通過植物內部的水力傳導係統(即葉脈、莖、根係中的導管係統)而傳導到根係表麵,使得根的水勢降低,與周圍的土壤溶液之間的水勢差擴大,進而影響根係的吸力。這種由於植物散發作用而拉引根部水向上傳導的吸力,稱為散發拉力,散發拉力吸收的水量可達植物總需水量的90%以上。

由於植物的散發主要是通過葉片上的氣孔進行的,所以葉片的氣孔是植物體和外界環境之間進行水汽交換的門戶。而氣孔則有隨著外界條件變化而收縮的性能,從而控製植物散發的強弱。一般來說,在白天,氣孔開啟度大,水散發強,植物的散發拉力也大,夜晚則氣孔關閉,水散發弱,散發拉力亦相應的降低。

土壤蒸發

土壤蒸發是發生在土壤孔隙中的水的蒸發現象,它與水麵蒸發相比較,不僅蒸發麵的性質不同,更重要的是供水條件的差異。土壤水在汽化過程中,除了要克服水分子之間的內聚力外,還要克服土壤顆粒對水分子的吸附力。從本質上說,土壤蒸發是土壤失去水分的幹化過程。隨著蒸發過程的持續進行,土壤中的含水量會逐漸減少,因而其供水條件越來越差,土壤的實際蒸發量亦隨之降低。

影響蒸發的因素複雜多樣,其中主要有以下3個方麵。

1.供水條件

通常將蒸發麵的供水條件區分為充分供水和不充分供水兩種,一般將水麵蒸發及含水量達到田間持水量以上的土壤蒸發,均視為充分供水條件下的蒸發,而將土壤含水量小於田間持水量情況下的蒸發,稱為不充分供水條件下的蒸發。通常,將處在特定的氣象環境中,具有充分供水條件的可能達到的最大蒸發量,稱為蒸發能力,又稱潛在蒸發量或最大可能蒸發量。對於水麵蒸發而言,自始至終處於充分供水條件下,因此可以將相同氣象條件下的自由水麵蒸發,視為區域(或流域)的蒸發能力。

由於在充分供水條件下,蒸發麵與大氣之間的顯熱交換與內部的熱交換都很小,可以忽略不計,因而輻射平衡的淨收入完全消耗於蒸發。

但必須指出,實際情況下的蒸發,可能等於蒸發能力,亦可能小於蒸發能力。此外,對於某個特定的蒸發麵而言。其蒸發能力並不是常數,而要隨著太陽輻射、溫度、水汽壓差以及風速等條件的變化而不同。