Введение

Потенциальная эвапотранспирация (ПЭТ) или потенциальное испарение (ПЭ) – это количество воды, которое испарилось бы и транспирировалось бы конкретной культурой, почвой или экосистемой, если бы воды было достаточно. Она отражает энергию, доступную для испарения или транспирации воды, и ветер, доступный для переноса водяного пара с земли в нижние слои атмосферы и удаления его от начального местоположения. Потенциальная эвапотранспирация выражается в единицах глубины воды или в процентах влажности почвы. Если фактическая эвапотранспирация рассматривается как чистый результат атмосферного спроса на влагу с поверхности и способности поверхности обеспечивать эту влагу, то ПЭТ является мерой спроса (также называемого испарительным спросом). На это влияют температура поверхности и воздуха, солнечная радиация и ветер. Засушливые земли – это места, где годовое потенциальное испарение превышает годовое количество осадков. Часто значение потенциальной эвапотранспирации рассчитывается на ближайшей климатической станции на эталонной поверхности, обычно на земле, покрытой низкорослой травой (хотя это может варьироваться от станции к станции). Это значение называется эталонной эвапотранспирацией (ET0). Фактическая эвапотранспирация равна потенциальной эвапотранспирации, когда воды в достаточном количестве. Эвапотранспирация никогда не может превышать потенциальную эвапотранспирацию, но может быть ниже, если недостаточно воды для испарения или растения не могут полноценно и быстро транспирировать. Некоторые штаты США используют люцерну с полным покрытием в качестве эталонной культуры вместо обычной низкорослой травы из-за более высокого значения ET для люцерны. Потенциальная эвапотранспирация выше летом, в ясные и малооблачные дни, и ближе к экватору из-за более высокого уровня солнечного излучения, которое обеспечивает энергию (тепло) для испарения. Потенциальная эвапотранспирация также выше в ветреные дни, поскольку испаренная влага может быстро удаляться с поверхности земли или растений до того, как произойдет конденсация, позволяя большему количеству испарения занять ее место.

Измерения

Потенциальная испаро-транспирация обычно измеряется косвенно, на основе других климатических факторов, но также зависит от типа поверхности, такого как открытая вода (для озер и океанов), тип почвы для оголенной почвы, а также плотность и разнообразие растительности. Часто значение потенциальной испаро-транспирации вычисляется на ближайшей климатической станции на эталонной поверхности, обычно на короткой траве. Это значение называется эталонной испаро-транспирацией и может быть преобразовано в потенциальную испаро-транспирацию путем умножения на коэффициент поверхности. В сельском хозяйстве это называется коэффициентом культуры. Разница между потенциальной испаро-транспирацией и фактическим количеством осадков используется при планировании орошения. Среднегодовая потенциальная испаро-транспирация часто сравнивается со среднегодовым количеством осадков, которое обозначается символом P. Отношение этих двух величин, P/PET, является индексом засушливости. Влажный субтропический климат – это климатическая зона с жарким и влажным летом и холодной до умеренной зимой. Субарктические регионы, расположенные между 50° и 70° северной широты, характеризуются коротким, мягким летом и морозными зимами, зависящими от местных климатических условий. Количество осадков и испаро-транспирация невелико (по сравнению с более теплыми вариантами), а растительность характерна для хвойных/тайговых лесов.

Уравнение Пенмана (1948)

Уравнение Пенмана описывает испарение (E) с открытой водной поверхности и было разработано Говардом Пенманом в 1948 году. Для прогнозирования E уравнение Пенмана требует среднесуточной температуры, скорости ветра, атмосферного давления и солнечной радиации. Более простые гидрометеорологические уравнения продолжают применяться в тех случаях, когда получение таких данных затруднено, для получения сопоставимых результатов в определенных условиях, например, во влажном и засушливом климате.

Уравнение Пристли-Тейлора

Уравнение Пристли–Тейлора было разработано как замена уравнения Пенмана–Монтеита для устранения зависимости от наблюдений. Для уравнения Пристли–Тейлора требуются только наблюдения за радиацией (облучением). Это достигается путем исключения аэродинамических членов из уравнения Пенмана–Монтеита и добавления эмпирически выведенного постоянного коэффициента.

Основная концепция модели Пристли–Тейлора заключается в том, что воздушная масса, перемещающаяся над хорошо увлажненной растительностью, насыщается водяным паром. В таких условиях фактическая эвапотранспирация соответствует потенциальной эвапотранспирации Пенмана. Однако наблюдения показали, что фактическое испарение в 1,26 раза превышает потенциальное испарение, и, следовательно, уравнение для фактического испарения было получено путем умножения потенциальной эвапотранспирации на 1,26. Здесь предполагается наличие растительности с достаточным водоснабжением (то есть растения испытывают низкий водный стресс). Предполагается, что в таких областях, как засушливые регионы с высоким водным стрессом, значения коэффициента выше. Первоначальное предположение о насыщении воздушной массы водяным паром при движении над хорошо увлажненной растительностью впоследствии было поставлено под сомнение. Нижняя, турбулентная часть атмосферы – атмосферный пограничный слой – не является замкнутой системой, а постоянно приносит сухой воздух из верхних слоев атмосферы к поверхности. Поскольку вода легче испаряется в сухую атмосферу, эвапотранспирация усиливается. Это объясняет значение параметра Пристли–Тейлора, превышающее единицу. Правильное равновесие системы было выведено и включает в себя характеристики интерфейса между атмосферным пограничным слоем и свободной атмосферой, расположенной над ним.