A párolgás ( ET ) a víz mennyisége át a légkörbe a párolgás talajszinten és szintjén a lehallgatás csapadék , és a növényi párologtatás . Meghatározza a talajból származó víz, a lombkorona és a víztestek által elfogott víz légkörbe történő átvitelével . A transzpirációt a növény vízben történő átvitelével és a vízgőz veszteségével határozzuk meg a leveleinek sztómáinak szintjén .
Az evapotranspiráció fogalma és intézkedései az 1950-es években jelentek meg ; fontos az ökoszisztémák vízátadásának magyarázata és számszerűsítése , az erdők, a mezőgazdasági növények vízigényének kiszámítása és általában a természetes vagy féltermészetes növényzetű területek vízgazdálkodása , vagy a városi hőbuborékok vagy a a növényzet változásának következményei egy környezetben.
A víz elpárolgása a folyékony állapotból a gáz halmazállapotba történő fokozatos átmenet . Ez a jelenség tehát fokozatos párologtatás . Ha egy folyadék felett szabad térfogat van, akkor a folyadékot alkotó molekulák egy része gáz halmazállapotú. Az egyensúlyi állapotban a gáz halmazállapotú anyagmennyiség határozza meg a hőmérséklettől függő telített gőznyomást . Amikor a gőz parciális nyomása a gázban alacsonyabb, mint a telített gőznyomás, és ez utóbbi alacsonyabb, mint a teljes környezeti nyomás, a molekulák egy része a folyékony fázisból a gázfázisba jut: ez a párolgás, amely megköveteli a a megfelelő látens hőellátás, amely lehűti a folyadékot.
A csapadék vegetáció általi elfogása arra a folyamatra utal, amelynek során a meteoritos vizeket a levelek és az ágak megfogják és visszatartják, így soha nem jutnak el a talaj felszínére. A lehallgatás korlátozza a talaj vízkészletének feltöltését, a levelek által elfogott vizet közvetlenül elpárologtatják.
Nehéz értékelni, a térben óriási mértékben változik, főleg a növényfajok és az időjárási viszonyok szerint. Nagyon sok, a növényzet borításának a víz befogására és tárolására irányuló képességét szabályozó fő tényezők érintik a lombozatot (forma, méret, érdesség, puffadtság, orientáció, bomlás, életkor, sűrűség, levélfelület-index stb.).
Az erdőtakaró esetében a lehallgatási arány a lombhullató fák esetében 15 és 35%, a tűlevelűek esetében pedig 25 és 50% között változik (általában magasabb az arány, mivel örökzöld lombjaik elkapják az őszi-téli csapadékot.) Ez az arány kevésbé jól számszerűsíthető a lágyszárú réteg fajaira vonatkozóan . Alacsonyabb teljes levélfelületük az alacsonyabb arányt magyarázza, mint az erdőtakaró: a Fougère-Aigle az esőzések 12% -át, a fűtakaró 4-5% -át fogja le.
A növények , párologtatásának a folyamatos eljárás által okozott elpárolgása a vizet a levelek és a megfelelő felvétel a gyökerek a talajban . Az izzadás a hajtóerő a nedvkeringésben, és főleg a sztómákban fordul elő . Megnyitásuk szabályozása tehát közvetlenül befolyásolja az izzadás intenzitását.
A transzpiráció szerepe a növényekben többszörös: ez a nyers nedv keringésének motorja a xilemben , bizonyos mértékben elősegíti a növények lehűlését, és lehetővé teszi az ásványi sók átvitelét azokra a helyekre, ahol a növénynek szüksége van rá, főleg a levelekben, amelyek a fotoszintézis székhelyét képezik .
A víz összes mennyisége jut a légkörbe a párologtatásának növények óriási (több, mint az éves áramlás a Amazon a Brazíliában a Amazon egyedül . Mint egy illusztráció, egy nagy tölgyfa tud elpárologni 1000. Liter vizet naponta ( azaz egy tonna), de napsütéses napon átlagosan egy nyír elpárolog naponta 75 liter vizet, egy bükk 100 litert, hársfa 200 litert. Egy hektár bükk kb. 250 mm vizet utasít el . , és egy hektárnyi trópusi esőerdő sokkal többet párolog el (1530 mm néhány guyanai tanulmányban). Ez megmagyarázza a nagy növényalakzatok, különösen a víz körforgásában lévő erdők szerepét a regionális és globális éghajlaton , valamint természetes hatásukat légkondíciónálás.
A transzpirációs hívás a nyers nedv keringésének egyik motorja (ott van a sugárirányú lökés is ). A fotoszintézis során a sztómák kinyílnak a CO 2 beengedésére . Ezután a levelek oldatát érintkezésbe hozzák a külső levegővel. A légköri és a levelek vízpotenciálja közötti különbség indukálja a víz (a levelekben lévő) víz kijutását a légkörbe. A xilem relatív nyomása csökken és alacsonyabbá válik, mint a légköri nyomás. A xilem ekkor feszültség alatt áll, ami lehetővé teszi a nyers nedv felszaporodását.
Számos fizikai, biológiai és meteorológiai tényező befolyásolja az evapotranszpirációt, többek között:
Az evapotranszspiráció csak egy kis részét képviseli a globális vízforgalomnak (ez az elpárologtatott víz képviseli a hidroszféra vízének 0,04% -át ), de ez biztosítja a víz átvitelét a talajból és a növényzetből a légkörbe. Ha az atmoszféra az óceánokhoz képest apró víztározó, nagy mobilitása és állandó cseréje óceáni és szárazföldi tározókkal alapvető szerepet játszik a víz körforgásában.
A párolgás főleg az óceánok felett zajlik (85%), ahol a napsugárzásból származó energia folyékony vizet gőzzé alakít. Az óceán több vizet párolog el, mint amennyit csapadék formájában kap. Ez a körülbelül 10% -os hiány a földrészeken a párolgáshoz viszonyítva többletes csapadék formájában jelenik meg. A transzpiráció messze a legnagyobb vízhozam a szárazföldi bioszférából (64%, azaz a szárazföldi evapotranspiráció 80-90% -a) a csapadék (27%), a talajból történő párologtatás (6%) és a nyílt víz felszínéről történő párolgás előtt ( 3% főként óceánokból, tengerekből, folyókból és tavakból származik), ezek az átlagos adatok az éghajlattól függően változnak.
A medencék többségében az evapotranszspiráció által okozott vízveszteség jelenti a vízmérleg legfontosabb részét. A kontinentális területeken a csapadék több mint 60% -át elpárologtatnák el.
A potenciális és a tényleges párolgás jelentősen eltér az ökoszisztémákon, és néha az évszakok között is, ideértve
Minden növénynek szüksége van vízre. Egyesek sokat, mások kicsit elpárolognak. A biológiai mérnöki munkában ezt a tulajdonságot használják ki nedves és mocsaras földek elvezetésére nyár vagy fűz mérsékelt éghajlaton történő telepítésével . Egyes félvízi növények, az úgynevezett palustrin vagy hidrofiták , növekedésük során sokat elpárolognak . Mások felhalmozzák a szöveteikben a vizet, az evapotranspiráció ezután részben elmozdulhat az időben; Ilyenek például a tőzegmoha a mocsarak .
A trópusi éghajlaton , az általunk használt növények, amelyek elpárolognak kis és képző boltozat ágaikat (pálmafák), annak érdekében, hogy képes művelni a lábukat a növények, amelyek áthatja többet, ha teljes nap, narancsfák, citromfák, zöldségek., illatos növények. Ily módon a tenyésztett növények számára kedvező mikroklíma mesterségesen jön létre a pálmafák alatt .
Mint a mérése csapadék (eső, hó, stb), a mértékegység az evapotranszspiráció a milliméter víz mélysége. 1 mm felel meg 1 liter vizet négyzetméterenként vagy 10 köbméter per hektár . Ahhoz, hogy egy nagyságrenddel, evapotranspirációt elérheti 4 , hogy 6- mm / nap , a nyár közepén az európai mérsékelt övi és 6- , hogy 8- mm / nap , a Földközi-tenger térségében.
Számos további fogalommal bővült az evapotranszspiráció becslésének finomítása. Ezeknek a fogalmaknak a szerzők szerint változó meghatározása van.
A „ potenciális evapotranszspiráció ” (ET p ) fogalma általában szemben áll a „valós evapotranspirációval” (ET vagy ET r , angolul: tényleges evapotranszpiráció ET a ).
A tényleges evapotranszspiráció a tényleges növénytakaró által elpárologtatott víz pontos mennyiségére vonatkozik. Olyan adat, amelyet nem lehet a telek vagy a régió méretarányában mérni.
Ezzel szemben a potenciális evapotranszspiráció matematikai képletekkel kiszámított érték. Az ET p tehát különböző meghatározások tárgya, a szerzőktől és az alkalmazott számítási módszerektől függően. Ezt a potenciális vízfogyasztás fogalmat Thornthwaite vezette be 1948-ban, majd Howard Penman vette fel számítási képletében (1948).
1956-ban Penman (1956) az ET p-t a következőképpen határozta meg: "párolgás kellően kiterjedt rövid gyepről, jó állapotban és megfelelő vízellátással". A szerzőktől és a módszerektől függően különböző meteorológiai, fizikai vagy biológiai paraméterek szerepelnek vagy nem szerepelnek az ET p meghatározásában : például a növényfaj, az energiaáramlás állandósága, a sztómák megnyílása , az állandó relatív páratartalom. .
Ez a két fogalom, az ET r és az ET p , hasznos és szükséges a vízkeringési mérleg tanulmányozásához, különösen a növények vízigényének meghatározásához, vagy egy olyan zóna "oázis-hatásának" kiszámításához, ahol az evapotranszpiráció nagyobb. terület). A száraz környezetben lévő növények nagymértékben csökkenthetik az evapotranspirációjukat, ha nincs víz. Az esős tropico-egyenlítői területeken található növények általában nem.
A referencia evapotranszspiráció (ET o ) a különböző becslési módszerekben alkalmazott fogalom. Ez egy kiválasztott növényzet értéke valós vízviszonyok mellett, majd lehetővé teszi az egyéb növénytakarók evapotranspirációjának levezetését. A referencianövénynek ez a gyakorlati alkalmazása összekapcsolódik a potenciális evapotranszspiráció alacsony variációjával a különböző növények szerint, ugyanazon éghajlati körülmények között.
Az éghajlattól és a becslési módszerektől függően bármilyen növényfaj használható referenciaként. A referencia növények általában alacsony magasságú fű ( gyep ) vagy termesztett lucerna ( lucerna ), az általában mezőgazdasági célokra kifejlesztett számítási módszerek miatt.
Maximum evapotranspiration (ET m ) egy adott növény vegetatív szakaszában, adott éghajlati viszonyok között, az ET 0 által figyelembe vett maximális evapotranspiráció értéke . Ez az ET 0 korrekciója a növénytakaró szerint. ET m = K C x ET 0 , K c pedig a növényi együttható. A termési együttható meghatározásához Christian de Pescara a következő módszert javasolja: a termést az ET m-re kell vezetni, amely meghatározható a telek felett az ET 0 kiszámítására szolgáló berendezéssel vagy egy liziméterrel . Ekkor megvan ET r max = ET m, és kiszámoljuk: K c = ET r max / ET 0 . Így kalibrálhatjuk a K c vetési együtthatókat .
A csapadék mellett a bioklimatikus vizsgálatokban és bizonyos hatástanulmányokban az evapotranspiráció a fő paraméter.
A kutatóknak könnyű megmérni egy növény vagy egy kis növényzet felszínének párolgását (például egy potenciométer vagy egy hordozható transzpirációs kamra segítségével), de nehezen méretezhető egy fa , erdő , nádágy , termésfolt vagy földrajzi régió . Ideális esetben figyelembe kellene venni az eső és más meteoritvizek (köd, harmat, hó, fagy ...) elfogásának többé-kevésbé fontos erejét is. Ezután empirikus módszereket vagy modellezést alkalmazunk.
A XX . Század közepe óta számos elméleti vagy empirikus értékelési módszert vezettek be a tudósok (gyakran helyi kalibrációs problémákkal, amelyek más régiókban is érvényesek). A szakemberek általában három különböző megközelítést különböztetnek meg:
Ezeket a modelleket mindig körültekintően kell alkalmazni, figyelembe véve módszertani korlátaikat, különös tekintettel az erdőgazdálkodásra és a trópusi bioklimatológiára .
Világszerte a világ óceánjáról történő párolgás következtében évente 1200 mm-es vízszeletet távolítanak el, és 430 000 km 3 vizet juttatnak a légkörbe, míg ez a folyamat a kontinensek felett (különösen a tavak felett) csak 75 000 km 3 -ot biztosít .
Az evapotranszspirációt nagyjából megközelíthetjük egy vízzel töltött párologtatóval végzett mérésekkel ( az angolul beszélők úgynevezett serpenyőpárologtatásnak ). Eső hiányában a tartály vízszintjének változását feltételezzük, hogy arányos az evapotranspirációval, mert a tartályban lévő vízre ugyanazok az éghajlati viszonyok vonatkoznak, mint a növényekre és a talajra: (nap) sugárzás , szél, hőmérséklet és páratartalom.
Ezt az egyszerű összefüggést a következők fogalmazzák meg:
Számos tényező különbözteti meg azonban a tartály párolgási körülményeit, valamint a talaj és a növények párolgását (a tartály hőteljesítmény-tárolási képessége, légturbulencia stb.). Ezeket az eltérő szempontokat figyelembe veszik a konténerek felállításakor (a tartály mérete és alakja, szín- és anyagválasztás stb.), Valamint bonyolultabb korrekciós együtthatókkal (amelyeket klimatikus és földrajzi tényezők határoznak meg). A FAO szerint a párologtató serpenyő módszere "elfogadható" becsléseket adna, a kukák releváns elhelyezkedésével és a 10 napnál hosszabb időtartamú becslésekkel. Az ASCE tanulmányai szerint más számítási módszerekhez képest a bin-módszert általában "szabálytalannak és inkonzisztensnek" találják.
Penman és Monteith modellezéseA Penman-Monteith modellezést széles körben használják és a FAO „legjobb eredmények és minimális hiba” modellnek tekintik, mérsékelt, nedves és száraz éghajlat esetén „pontos és következetes” eredményekkel. Ennél a modellnél a növénytakarót homogén egésznek tekintik, az evapotranspirációt pedig vertikálisan, a víz elpárologtatását megakadályozó ellenállások és előírások sorozataként: a talaj, a gyökerek, a levelek sztómáinak, a lombkorona stb.
A komplex Penman-Monteith (1965) képlet számos paramétert tartalmaz, amelyek meteorológiai és agronómiai adatokból mérhetők vagy kiszámíthatók . A felhasznált meteorológiai adatok magukban foglalják például a hőmérséklet, a páratartalom és a légköri nyomás, a szélesség, a magasság, a napsütés időtartamának és a szél erejének változásait. Az agronómiai paraméterek magukban foglalják az albedót és a növények sztomatikus vezetőképességét, a növények magasságát, a talaj típusát stb.
A paraméterekkel:
ÉS p : Potenciális párolgás (víz rendelkezésre állása a talajban és a növényekben) Δ: A páratartalom változása a levegő hőmérséklete szerint. (Pa⋅K −1 ) R n : a külső energiák áramának nettó besugárzása (W⋅m −2 ) c p : A levegő hőkapacitása (J⋅kg −1 ⋅K −1 ) ρ a : A száraz levegő sűrűsége (kg⋅m −3 ) δ e : gőznyomás- hiány vagy fajlagos páratartalom (Pa) g a : A levegő hidraulikus vezetőképessége (m⋅s −1 ) g s : A sztómák vezetőképessége (m⋅s −1 ) γ : pszichrometrikus állandó ( γ ≈ 66 Pa⋅K -1 ) A víz rendelkezésre állásának modellezéseA tényleges párolgást (ET) ezután kiszámítják a talajban és a gyökerekben lévő víz rendelkezésre állásának méréséből. Ezt a rendelkezésre állást a talaj nedvességtartalma, valamint a talaj és a gyökerek fizikai jellemzői alapján mérik - vagy pedig a víztartalékok modelljéből számolják (beszivárgás, lefolyás és perkoláció kiszámítása a csapadék alapján).
Az energiamérlegek számításához (lásd a következő szakaszt) ez a számítási módszer lehetővé teszi az evapotranspiráció rövid időtartamokra (időtartama kevesebb, mint 1 óra) történő meghatározását; de a modellezés komplex és költséges méréseket ír elő a fizikai paraméterek meghatározásához. Hasonlóképpen, a talajban a víz rendelkezésre állásának értékelésében elkövetett apró hibák nagy hibákat jelentenek a tényleges párolgás becslésében.
A kiindulási és a növényi párolgás kiszámításaEgy adott növénytakaró párolgása tehát közvetlenül kiszámítható, a Penman-Monteith modellt és a víz rendelkezésre állását ötvöző képletekből. A gyakorlatban általában egy referencia-kultúra (ET o ) függvényében számítják ki .
Vegyünk egy referencia evapotranspirációt (ET o ), például egy 12 cm magas fű kellően hidratált parcellájához , a Pennman-Monteith képlettel számítva. Ebből az ETo-t ezután kiszámítják egy adott növény (ET c ), például egy búzamező, párolgása .
Egyszerűsített képlettel az ET c függ a növényekhez kapcsolódó növényi tényezőtől (K c ) (növényfajok, gyökérmélység, növekedési állapot stb.) És a föld sajátosságaitól (összetételétől ) függő stressztényezőtől (K s ). talaj, vízterhelés, szél és párolgás elleni védelem, növények távolsága, az öntözés gyakorisága stb. Az AND c ezen számítását gyakran az egyszerűsített egyenlet alatt mutatják be:
Egyéb egyenletekAz evapotranspiráció a vízelvezető medence (S) egyensúlyi vízegyenletével becsülhető meg:
Val vel:
A párolgás tehát kiszámítható a származtatott képlet alapján:
Ez a fajta modellezés rövid idő alatt pontatlannak, de hosszú távon meglehetősen megbízhatónak tűnik, mindaddig, amíg a csapadékmérések pontosak.
AlapmérésekA történeti mérés a lizimetriai módszeren alapszik. A gyakorlatban a vízváltozásokat egy kis referenciatáblán mérik, amely egy medence formájában van elhelyezve, egy liziméterrel . Ez a mérőeszköz lehetővé teszi a víz (ΔS) változásának mérését (méréssel) a medencében (a talajban és a növényekben lévő víz). A liziméter lehetővé teszi az elvezetett víz (D) összegyűjtését és mérését is az alagsor felé. A lefolyó vizet (Q) összegyűjtik (például a medence szélére telepített csatornákkal) a méréshez. Csapadék (P) mérjük egy csapadékmérő .
Ezek a mérések így lehetővé teszik a körülhatárolt medence evapotranspirációjának meghatározását. Ez a referencia-párologtatás (ET o ) lehetővé teszi bármely növénytakaró párolgásának megbecsülését vagy kiszámítását, nagyobb mértékben vagy más növényi természetben.
Egy másik módszert alkalmaznak, a vízháztartást a talaj nedvességtartalmának változásával.
Csapadék és áramlás modellezése Légköri egyensúlyEz a módszer abból áll, hogy referenciaként veszünk egy atmoszférikus levegő szeletet a növénytakaró felett. Az evapotranszspirációt az e referencia-zónában lévő víz mérésével és összehasonlításával lehet levezetni.
A mérési turbulencia kovariancia közös becslési módszere használatával különböző mérőműszerek: szélmérő Sonic három, higrométer , hogy kripton szabadföldi ...
Egyéb mérlegekEgyéb módszereket alkalmaznak: az energia-mérleg, a nedv-áramlási módszer, a műholdas adatok.
Fizikai megközelítésben a víz gőzzé történő átalakulását annak energetikai szempontjai szerint vesszük figyelembe. Ezzel a megközelítéssel az evapotranszspiráció (ET) megfelel a látens hő áramlásának (LE) a következő energiamérleg-egyenletben:
Val vel
A ΔCO 2 (az energia 2-3% -a) és a ΔM elhanyagolásával a képlet egyszerűsíthető, és ezért a nettó sugárzás és egyéb hőáramok mért és számított adatai alapján becsülhető az evapotranspiráció. Ebben a formában ezt a megközelítést „Bowen-aránynak” is nevezik (ez a módszer kevésbé megbízható, mivel a környezet száraz).
Terepi mérésekA kisméretű növénytakaró skáláján az energiaváltások a terepen különböző eszközökkel mérhetők: a nettó sugárzást pirradiométerrel mérjük . A talajban lévő hőáramot fluxusmérővel mérjük . Az érzékeny és látens hőáramokat az elhelyezett pszichrométerek környezeti és nedves hőmérsékletének differenciális mérése alapján számoljuk .
MűholdmérésekRegionális szinten az energiacserét néhány távérzékelő műhold mérheti ; azok radiometers mérjük spektrális fénysűrűségeket tetején a légkör, a különböző hullámhosszak (látható, infravörös, termikus infravörös, stb), albedos és felületi hőmérsékletek, és a vegetációs indexek. Ezeket az adatokat különféle módszerekkel elemzik, például a SEBAL (en) vagy az S-SEBI algoritmusokkal.