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蒸散(ET)的測(cè)量方法與儀器

2025-11-07 17:03:40 點(diǎn)將科技系統(tǒng)集成部 1

蒸散(Evaportranspiration,ET)是地表水分蒸發(fā)和植物蒸騰的總和,是水循環(huán)、能量平衡和植物生理活動(dòng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

測(cè)量方法大致可以分為四類:傳統(tǒng)測(cè)量法、基于微氣象學(xué)的方法、遙感估算方法模型估算方法。

1、傳統(tǒng)測(cè)量方法(點(diǎn)尺度)

這類方法直接測(cè)量或通過(guò)水量平衡計(jì)算ET,通常代表一個(gè)點(diǎn)或很小區(qū)域的數(shù)值


蒸滲儀被視為直接測(cè)量ET的基準(zhǔn)方法,精度很高。是通過(guò)一個(gè)裝滿原狀土和植物的容器,通過(guò)精確測(cè)量其重量或水量變化來(lái)計(jì)算ET。

相對(duì)于其他方法,其代表性有限,如果做大型地下室蒸滲,破壞性也越大


波文比能量平衡法通過(guò)測(cè)量?jī)糨椛?、土壤熱通量以及上下兩個(gè)高度的空氣溫濕度差,計(jì)算潛熱通量(即ET)。


優(yōu)點(diǎn)是理論清晰,免去了對(duì)湍流交換系數(shù)的直接測(cè)量。缺點(diǎn)是在平流條件下(如干濕交界處)誤差大;需要下墊面均一、大氣穩(wěn)定。

蒸散(ET)的測(cè)量方法


2、基于微氣象學(xué)的方法(田塊尺度)

這類方法通過(guò)測(cè)量大氣湍流來(lái)直接計(jì)算水汽通量

渦動(dòng)相關(guān)法:直接、快速測(cè)量垂直風(fēng)速和水汽濃度的協(xié)方差,從而得到潛熱通量。


直接測(cè)量ET,理論上是最可靠的通量測(cè)量方法,可長(zhǎng)期連續(xù)自動(dòng)觀測(cè)。
缺點(diǎn)是設(shè)備非常昂貴,主流的進(jìn)口品牌預(yù)算在50萬(wàn)元左右(不帶安裝塔和其他額外傳感器),數(shù)據(jù)處理復(fù)雜(需要坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)、頻率響應(yīng)校正等);存在能量不閉合問(wèn)題;需要大面積的平坦均一下墊面。
觀測(cè)范圍約100m~10km,取決于安裝高度。


閃爍儀:通過(guò)發(fā)射光束,測(cè)量因空氣湍流造成的光強(qiáng)閃爍效應(yīng),反算出大面積上的感熱通量,再結(jié)合能量平衡求算ET。


測(cè)量的是路徑平均值(通常幾百米到幾公里),代表性好;適用于復(fù)雜下墊面(如起伏地形)。
缺點(diǎn)在于測(cè)量的是感熱通量,需要其他觀測(cè)數(shù)據(jù)(凈輻射、土壤熱通量)來(lái)推算ET;在濕潤(rùn)條件下精度會(huì)下降。

觀測(cè)范圍0.5km-10km。

圖片關(guān)鍵詞


3、遙感估算方法(區(qū)域至全球尺度)

這類方法利用衛(wèi)星或航空遙感數(shù)據(jù),通過(guò)地表能量平衡模型反演ET。

利用遙感數(shù)據(jù)(如Landsat, MODIS)獲取地表反射率、溫度等,建立能量平衡模型(如SEBAL, SEBS, METRIC)計(jì)算ET。


優(yōu)點(diǎn):空間覆蓋范圍極廣,可獲取區(qū)域ET分布圖;成本相對(duì)較低;可回溯歷史數(shù)據(jù)。
缺點(diǎn):時(shí)空分辨率矛盾(高空間分辨率衛(wèi)星如Landsat重訪周期長(zhǎng),如16天);需要地面氣象數(shù)據(jù)輔助;瞬時(shí)結(jié)果需要時(shí)間尺度擴(kuò)展才能得到日/月ET;在植被茂密或云覆蓋下精度受限。


4、模型估算方法(彭曼公式)

Penman-Monteith方程是當(dāng)前國(guó)際上公認(rèn)的計(jì)算參考作物蒸散(ET?)和實(shí)際作物蒸散(ETc)的標(biāo)準(zhǔn)方法。它結(jié)合了能量平衡原理和空氣動(dòng)力學(xué)原理,是一個(gè)物理意義明確的綜合模型。

它所需要的數(shù)據(jù)相對(duì)比較容易得到,基礎(chǔ)數(shù)據(jù)有氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速、太陽(yáng)輻射或者日照時(shí)數(shù)。在數(shù)據(jù)質(zhì)量較好的情況下,它能提供非??煽康挠?jì)算結(jié)果。
并且,聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)推薦其作為計(jì)算參考蒸散(ET?)的唯一標(biāo)準(zhǔn)方法,這使得全球不同地區(qū)的研究結(jié)果具有可比性。


如何選擇合適的方法?

選擇哪種方法取決于研究目的、預(yù)算、所需尺度以及精度要求

  • 追求單點(diǎn)高精度,用于方法校準(zhǔn)或基礎(chǔ)研究:蒸滲儀是黃金標(biāo)準(zhǔn)。

  • 進(jìn)行田塊尺度的連續(xù)、高精度通量觀測(cè),且有充足預(yù)算:渦度相關(guān)系統(tǒng)是較好的選擇,全球通量網(wǎng)(如FLUXNET)主要采用此法。

  • 預(yù)算有限,但需要田塊尺度的可靠數(shù)據(jù),且下墊面均一:波文比系統(tǒng)是一個(gè)很好的折中方案

  • 需要了解幾百米到幾公里尺度上的平均ET,特別是復(fù)雜地形:閃爍儀非常有用。

  • 需要獲取大范圍(如整個(gè)流域、省或國(guó)家)的ET空間分布圖:遙感方法是可行的選擇,通常需要結(jié)合地面站點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證和校正。

  • 預(yù)算有限,需其他方法的補(bǔ)充和驗(yàn)證,可選擇彭曼公式方法。彭曼公式是利用氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)“計(jì)算”或“估算”ET值。它是許多測(cè)量方法和模型的理論基礎(chǔ)。



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