Випаровування у природних умовах

Кількість води, що випарувалася з різних ділянок земної поверхні, визначається швидкістю випаровування, тобто кількістю її, що випарувалася за одиницю часу (1 сек.) з 1 см² поверхні.

Для практичних цілей швидкість випаровування виражається товщиною шару води, що випаровувався, в міліметрах; шар висотою в 1 мм дорівнює масі води в 1 кг, що випарувалася з площі 1 м ².

Випаровування – дуже тяжкий процес, і швидкість його залежить від багатьох факторів, а саме:

1) від температури поверхні, що випаровується;

2) від дефіциту вологи;

3) від швидкості вітру;

4) від величини атмосферного тиску.

Ця залежність може бути виражена законом Дальтона:

, (10.13)

де W – швидкість випаровування в г/см² сек; - пружність насичуючої пари при температурі поверхні, що випаровується; е – пружність пари над поверхнею, що випаровується; р – атмосферний тиск; А – коефіцієнт пропорційності, що залежить головним чином від швидкості вітру.

В нерухомому повітрі швидкість випаровування мала, при вітрі швидкість цього процесу сильно збільшується. Зі збільшенням температури випаровуючої поверхні зростає пружність насичуючої пари над нею та дефіцит вологості, а це посилює швидкість випаровування.

Збільшення тиску повітря утрудняє вихід молекул з поверхні рідини та зменшує швидкість випаровування.

Залежність швидкості випаровування від швидкості вітру В.В.Шулєйкін виразив простою емпіричною (дослідною) формулою

, (10.14)

де и – швидкість вітру; с – коефіцієнт, що залежить від висоти, на якій змінюється вологість е і швидкість вітру и.

В метеорологічній практиці звичайно визначають випаровування з різних ділянок земної поверхні в середньому за більш чи менш тривалий проміжок часу (добу, місяць, рік). Для вирішення питань, які пов’язані з зрошуванням, осушенням і т. п., дуже часто виникає необхідність визначати випаровування в районах, де раніше безпосередні дослідження над випаровуванням не проводилися. В цих випадках використовують наближені емпіричні формули, що пов’язують величини випаровування з визначаючими її метеорологічними факторами.

Так, наприклад, для розрахунку випаровування з відкритих водойм застосовується формула Мейера – Тихомирова, що дає випаровування з поверхні водоймищ за місяць в міліметрах:

, (10.15)

де Е – пружність насичення (в міліметрах), що відповідає середній місячній температурі повітря; е – абсолютна вологість, обчислена за середньою місячною температурою та відносною вологістю; и – середня за місяць швидкість вітру.

Однак подібні формули застосовуються в основному лише в тих умовах, при яких вони були отримані.

Тяжка задача вивчення випаровування в природних умовах уже давно зацікавила багатьох вчених. Проте найбільш гостре теоретичне рішення вона отримала лише в останні роки завдяки роботі радянських вчених Д.Л.Лайхтмана, М.П.Тимофєєва, М.І.Будико, Б.В.Полякова й ін., які вивели ряд теоретичних і емпіричних формул для розрахунку випаровування за даними метеорологічних спостережень.

Для розрахунку випаровування за спостереженнями в приземному шарі повітря М.І.Будико дав формулу

або , (10.16)

де W – швидкість випаровування; і - абсолютна вологість повітря в г/см, виміряна на висотах і ; і - питома вологість на висотах і ; - щільність повітря; - коефіцієнт турбулентного обміну, що визначається за даними спостережень над температурою та швидкістю вітру на двох висотах.

Д.Л.Лайхтман дає аналогічну формулу

, (10.17)

де - швидкість вітру на висоті .

Ці формули основані з урахуванням залежності вертикального розподілу вологості повітря від дифузного потоку вологи, що направлений від випаровуючої поверхні вгору. Формули Будико і Лайхтмана дозволяють вирахувати швидкість випаровування з поверхні води або вологого ґрунту, якщо відомо значення коефіцієнта турбулентного обміну і виміряна абсолютна або порахована питома вологість повітря на двох висотах.

Коефіцієнт турбулентного обміну вираховується за даними градієнтних спостережень, які полягають у наступному: на двох висотах і визначають середні показники за 10 хв. швидкості вітру, температури та вологості повітря. Потім отримують різниці цих елементів між двома висотами. Ці різниці умовно називають градієнтами.

Сумарне випаровування за великий проміжок часу, наприклад за рік, можна вирахувати із рівняння водяного балансу:

, (10.18)

звідки

, (10.18а)

де R – кількість опадів за рік, Е – випаровування з площі басейну річки (або озера), f – стік.

Кількість опадів визначається за даними дощових спостережень. Величину стоку f знаходять із систематичних спостережень над витратою води в річці (кількість води, що протікає за одиницю часу через поперечний розріз річки).

Однак використання цього методу обмежено, оскільки дані по стоку не можуть бути отримані для будь-яких ділянок суші та водоймищ. В останній час М.І.Будико розробив метод визначення сумарного випаровування із рівняння теплового балансу:

, (10.19)

де В – радіаційний баланс, Е – величина випаровування із ділянки суші, L – прихована теплота випаровування, Р – потік тепла у ґрунт, V – потік тепла від підстилаючої поверхні в атмосферу.

Щесумарне випаровування можна визначити за формулою

(10.19а)

Радіаційний баланс визначається із щоденних актинометричних спостережень, потік Р – за зміною температури у ґрунті, V – за градієнтними спостереженнями, за температурою, вологістю та вітром на різних висотах.

Дата добавления: 2014-01-04