Verdampfung: Definition und Abschätzung
In diesem Artikel erfahren Sie mehr über die Definition und Abschätzung der Verdunstung.
Definition:
Verdampfung ist der Prozess, bei dem Wasser durch die Übertragung von Wärmeenergie von flüssigem oder festem Zustand in Dampf umgewandelt wird. Das Verdampfungsverfahren von Wasser ist eine der Grundkomponenten des Wasserkreislaufs und besteht aus der Phase, in der der Niederschlag, der die Erdoberfläche erreicht, in Form von Dampf in die Atmosphäre zurückgeführt wird.
Es gibt drei Arten von Verdampfungsprozessen:
ich. Verdampfung von freien Wasseroberflächen (z. B. Stauseen, Bächen und Teichen und Seen);
ii. Verdampfung von Landoberflächen; und
iii. Verdunstung aus der Vegetationsdecke (nämlich Transpiration).
Verdampfung ist ein Diffusionsprozess, bei dem Dampf von den natürlichen Oberflächen der Erde an die Atmosphäre abgegeben wird. Es gibt zwei wesentliche Voraussetzungen für die Verdampfung.
Sie sind:
ich. Verfügbarkeit einer Wärmeenergiequelle zur Verdampfung des Wassers. Für die Verdampfung ist unabhängig von der Oberfläche, von der verdampft wird, ein Austausch von 590 Kalorien pro Gramm Wasser erforderlich, das bei 20 ° C verdampft wird. Die Wärmeenergiequelle könnte entweder von Sonnenstrahlung oder von Luft stammen, die über die Oberfläche oder von innerhalb der darunter liegenden Oberfläche bläst.
ii. Vorhandensein eines Dampfkonzentrationsgradienten zwischen der verdampfenden Oberfläche und der umgebenden Luft. Die Verdampfung kann nur stattfinden, wenn die Dampfkonzentration an der Verdampfungsfläche größer ist als die in der darüberliegenden Luft.
Abschätzung der Verdampfung von freier Wasseroberfläche:
Die Zustandsänderung von Wasser zu Dampf tritt auf, wenn einige Moleküle im Wasserkörper ausreichend kinetische Energie erreichen, um die Luft darüber zu erreichen. Diese Bewegung von Molekülen (wässriger Dampf) durch die Wasseroberfläche erzeugt einen Druck und wird Dampfdruck genannt.
Einige der aus dem Wasserkörper austretenden Moleküle fallen in das Wasser zurück, wenn der wässrige Dampf kondensiert. Verdampfung und Kondensation in der Wasseroberfläche sind daher kontinuierliche Prozesse. Wenn die Anzahl der Moleküle, die den Wasserkörper als Dampf verlassen, gleich der Anzahl ist, die nach der Kondensation zurückfällt, wird von einer Sättigungsbedingung gesprochen.
Sie zeigt einen Gleichgewichtszustand zwischen dem von den austretenden Molekülen ausgeübten Druck und dem Druck der umgebenden Atmosphäre an. Es ist somit klar, dass die Verdampfung mehr als Kondensation ist, wenn der Raum über der Wasseroberfläche nicht gesättigt ist. Kurz gesagt, die Verdampfung ist eine Funktion der Differenz zwischen dem Dampfdruck des Wasserkörpers und dem Dampfdruck der Luft darüber.
Dalton (1802) zeigte, dass unter gegebenen Bedingungen:
E α (e s - e d )
oder E = (es - ed)
Wo E verdampft
es ist gesättigter Dampfdruck bei der Temperatur der Verdampfungsoberfläche (mm Hg)
e d ist der Sättigungsdampfdruck bei der Taupunkttemperatur (mm Hg).
und Ѱ ist ein Windfaktor.
Auf der Grundlage des Daltonschen Gesetzes wurden mehrere empirische Gleichungen zur Abschätzung der Verdunstung entwickelt. Einige davon sind unten aufgeführt. (Es kann bemerkt werden, dass diese Gleichungen in FPS-Einheiten sind).
(i) Meyers Formel (1915 entwickelt):
E = c (es - ed)
Dabei ist E Verdampfungsrate in Zoll pro 30 Tage Monat
c ist eine Konstante = 11 für große tiefe Wasserkörper und
= 15 für kleine flache Gewässer
e s ist der maximale Dampfdruck in Zoll von Hg.
(i) entsprechend der monatlichen mittleren Lufttemperatur für kleine und flache Wasserkörper und
(ii) Entspricht der Wassertemperatur für große und tiefe Wasserkörper.
e d ist der tatsächliche Dampfdruck in Luft in Zoll von Hg.
i) auf der Grundlage der monatlichen mittleren Lufttemperatur und der relativen Luftfeuchtigkeit für kleine und flache Wasserkörper und
(ii) Basierend auf Informationen über 30 ft über Wasseroberfläche für große und tiefe Wasserkörper.
Ѱ ist ein Windfaktor = (1 + 0, 1 ω)
ω ist die monatliche mittlere Windgeschwindigkeit in Meilen pro Stunde bei etwa 30 ft über der Wasseroberfläche.
(ii) Rohwer-Formel (1931 entwickelt):
E = 0, 771 (1, 465 - 0, 0186 B) Ѱ (es - ed)
Er betrachtete die Wirkung des Atmosphärendrucks und führte einen Faktor (1, 465 - 0, 0186 B) ein.
In der obigen Gleichung
= 0, 44 + 0, 118 ω
In dieser Gleichung
E ist die Verdampfungsrate in Zoll pro Tag.
B ist der mittlere barometrische Wert in Inch Quecksilber (Hg) bei 32 ° F.
e s ist der maximale Dampfdruck in Zoll von Hg.
e d ist der tatsächliche Dampfdruck in Luft basierend auf der durchschnittlichen monatlichen Lufttemperatur und der relativen Luftfeuchtigkeit in Zoll von Hg.
ω ist die monatliche mittlere Windgeschwindigkeit in Meilen pro Stunde.
(iii) Christiansen-Formel (es sind metrische Einheiten):
E p = 0, 473. C w . C s . C e . C m
wobei E p der Verdunstungsverlust in mm ist
R ist die extraterrestrische Strahlung in mm (der Wert von R variiert mit dem Breitengrad und auch Monat für Monat).
Cm ist ein Koeffizient, der die Verdampfung als Mittelwert für den Monat darstellt.
C t, C w, C h, C s und C e sind Koeffizienten für die Temperatur, die Windgeschwindigkeit, die relative Luftfeuchtigkeit, den prozentualen Sonnenschein und die mögliche Höhe, die alle in den gleichen Einheiten wie E p ausgedrückt werden. Für die Berechnung der Werte verschiedener Koeffizienten gab Christiansen getrennte Ausdrücke an. Die Ausdrücke sind kompliziert und nicht im Rahmen des Studiums.
Einschränkungen der empirischen Gleichungen:
Die obigen Gleichungen leiden unter folgenden Einschränkungen:
(i) Die Anwendung dieser Gleichungen ist schwierig, da es möglicherweise nicht möglich ist, die für ihre Lösung benötigten Informationen an gewünschten Stellen zu erhalten.
(ii) Bei den meisten Mengen handelt es sich um Durchschnittswerte, die auf Monatsdurchschnittswerten basieren, während in der Praxis die Verdampfung von der tatsächlichen Situation zu unterschiedlichen Zeitpunkten abhängt.
Verdampfung von Bodenoberflächen:
Die Mechanik der Verdunstung von Bodenoberflächen ist im Prinzip ähnlich wie die Verdunstung von Wasseroberflächen. Außerdem müssen die aus dem Boden austretenden Wasserdampfmoleküle den Widerstand aufgrund der Anziehung der Bodenteilchen für das Wasser überwinden.
Dieselben Faktoren, die die Verdampfung von der freien Wasseroberfläche beeinflussen, wirken sich auch auf die Verdampfung von der Landoberfläche aus, der Unterschied ist jedoch auf den Feuchtigkeitsgrad der Landoberfläche zurückzuführen. Die Verdampfungsrate aus gesättigten Böden ist nahezu identisch mit der Verdampfungsrate von der freien Wasseroberfläche.
Wenn der Feuchtigkeitsgehalt des Oberflächenbodens abnimmt, nimmt der Feuchtigkeitsverlust durch Verdampfung ab und wenn er ziemlich niedrig wird, hört die Verdampfung praktisch auf. Es ist zu sehen, dass die Verdampfung von der Bodenoberfläche fortschreitet, solange die Bodenschicht im flachen Zustand 10 cm für lehmige und 20 cm für sandige Böden feucht bleibt. Die Verdampfung von der Bodenoberfläche kann mit einem Lysimeter gemessen werden.
