Kokonaishaihdunnan ( ET ) on veden määrä siirretään ilmakehään , jonka haihduttamalla maanpinnan tasolla ja tasolla kuuntelu sademäärä , ja kasvien hikoiluun . Se määritellään siirtymällä veden ilmakehään maasta, katoksen peittämä vesi ja vesimuodostumat . Transpiraatio määritellään veden siirtymillä kasveissa ja vesihöyryn häviöllä sen lehtien stomatan tasolla .
Haihduttamisen käsite ja sen toimenpiteet ilmestyivät 1950-luvulla ; on tärkeää selittää ja kvantifioida veden siirtymät ekosysteemeissä , laskea metsien, maatalouskasvien vesitarpeet ja yleisemmin veden hallintaan luonnollisilla tai puoliluonnollisilla kasvillisilla alueilla tai arvioida kaupunkien lämpökuplien tai kasvillisuuden muutoksen seuraukset ympäristössä.
Veden haihtuminen on asteittainen siirtyminen nestemäisessä tilassa on kaasumaisessa tilassa . Tämä ilmiö on siis progressiivinen höyrystyminen . Kun nesteen yläpuolella on vapaa tilavuus, osa nesteen muodostavista molekyyleistä on kaasumaisessa muodossa. Tasapainossa kaasumaisessa muodossa oleva aine määrittelee kyllästetyn höyrynpaineen, joka riippuu lämpötilasta . Kun kaasun höyryn osapaine on pienempi kuin kyllästetyn höyrynpaine ja jälkimmäinen on pienempi kuin ympäröivä kokonaispaine, osa molekyyleistä siirtyy nestefaasista kaasufaasiin: tämä on haihdutus, joka vaatii vastaavan piilevän lämmön syöttö, joka jäähdyttää nestettä.
Sieppaus sateeseen kasvillisuuden tarkoittaa prosessia, jossa meteoritic vesi otetaan talteen ja säilyttää lehdet ja oksat, jolloin ne eivät koskaan saavuttaa maanpinnan. Kuuntelu rajoittaa maaperän vesivarojen latautumista, jolloin lehtien sieppaama vesi haihtuu suoraan.
Vaikea arvioida, se vaihtelee valtavasti avaruudessa, lähinnä kasvilajien ja sääolosuhteiden mukaan. Hyvin monet tärkeimmät tekijät, jotka säätelevät kasvillisuuden peitekykyä veden pysäyttämisessä ja varastoinnissa, koskevat lehvistöä (muoto, koko, karheus, kosteus, suunta, hajoaminen, ikä, tiheys, lehden pintaindeksi jne.).
Metsäkannan kuunteluprosentti vaihtelee lehtipuiden osalta 15-35% ja havupuiden välillä 25-50% (yleensä korkeampi, mikä selittyy niiden ikivihreällä lehdillä, jotka sieppaavat syksyn ja talven sateet). Tämä määrä on vähemmän hyvin kvantitoitiin lajien nurmi kerrokseen . Niiden matalampi lehtipinta-ala selittää alhaisemmat määrät kuin metsäpeite: Fougère-Aigle pysäyttäisi 12% sateista ja ruohopinta 4-5%.
In kasvit , hikoilu on jatkuva prosessi aiheuttama haihduttamalla ja vettä pois lehdet ja vastaava oton päässä juuret osaksi maaperään . Hikoilu on tärkein tekijä mehun liikkeessä ja esiintyy pääasiassa stomatassa . Niiden avaamisen säätely vaikuttaa siten suoraan hikoilun voimakkuuteen.
Transpiraation rooli kasveissa on moninkertainen: se on raakamehun kierron moottori ksylemissä , se edistää jossain määrin kasvien jäähtymistä ja mahdollistaa mineraalisuolojen siirtymisen paikkoihin, joissa kasvi tarvitsee, pääasiassa lehdissä, jotka ovat fotosynteesin paikka .
Kokonaismäärä vettä vapautuu ilmakehään, jonka hikoilu kasvien on valtava (enemmän kuin vuotuinen virtauksen Amazonin vuonna Brasiliassa varten Amazonin yksin . Esimerkkinä voidaan mainita, suuri tammi puu voi haihtua 1000. Litraa vettä päivässä ( eli yksi tonni), mutta keskimäärin aurinkoisena päivänä koivu haihtuu päivässä 75 litraa vettä, pyökki 100 litraa, kalkki 200 litraa. Hehtaari pyökki hylkää noin 250 mm vettä kasvukauden aikana , ja hehtaarin trooppisten sademetsien evapotranspirates paljon (1530 mm joissakin tutkimuksissa Guyanassa). Tämä selittää roolia suuri laitos kokoonpanoissa, erityisesti metsät veden kiertoon , on alueellisia ja maailmanlaajuisia ilmaston , ja niiden toimintaa luonnollisina ilmastointi.
Transpiratorinen kutsu on yksi raakamehun kierron moottoreista (siellä on myös radikulaarinen työntö ). Fotosynteesin aikana stomatat avautuvat päästämään CO 2: ta . Lehtien liuos saatetaan sitten kosketukseen ulkoilman kanssa. Ilmakehän ja lehtien vesipotentiaalin ero aiheuttaa lehdissä olevan veden poistumisen ilmakehään. Suhteellinen paine ksylemissä laskee ja laskee alle ilmakehän paineen. Ksyleemi on silloin jännitteessä, mikä sallii raakamehun nousun.
Monet fyysiset, biologiset ja meteorologiset tekijät vaikuttavat haihdutukseen, mukaan lukien:
Haihdutushengitys edustaa vain pientä osaa maailmanlaajuisesta vedenkierrosta (tämä haihtunut vesi edustaa 0,04% vesipallon vedestä ), mutta juuri tämä varmistaa veden siirtymisen maaperästä ja kasvillisuudesta ilmakehään. Jos ilmakehä on pieni vesisäiliö verrattuna valtameriin, sen suuri liikkuvuus ja pysyvä vaihto valtamerien ja maanalaisten säiliöiden kanssa antavat sille perustavanlaatuisen roolin veden kierrossa.
Haihdutus tapahtuu pääasiassa valtamerien päällä (85%), missä aurinkosäteilyn energia muuttaa nestemäisen veden höyryksi. Meressä haihtuu enemmän vettä kuin mitä se saa sateina. Tämä noin 10%: n alijäämä löytyy maanosista sateiden määrän muodossa haihtumiseen verrattuna. Hengitys on ylivoimaisesti suurin veden virtaus maan biosfääristä (64%, ts. 80-90% maan haihdutuksesta ) ennen saostumisen (27%), maaperästä haihtumisen (6%) ja avoimen veden pinnalta haihtumisen ( 3% lähinnä valtameristä, meristä, jokista ja järvistä), nämä keskimääräiset tiedot vaihtelevat ilmastosta riippuen.
Suurimmassa osassa altaita haihdutuksen kautta tapahtuvan vesihävikin osuus on tärkein osa vesitasapainoa. Manner-alueilla yli 60% sademäärästä haihtuisi haihduttamalla.
Potentiaalinen ja todellinen haihtumishaihtuminen vaihtelevat huomattavasti ekosysteemien välillä ja joskus vuodenajan mukaan, mukaan lukien
Kaikki kasvit tarvitsevat vettä. Jotkut haihtuvat paljon, toiset vähän. In Biological Engineering , tämä ominaisuus on hyväksi valua märkä ja soista maa istuttamalla poppelit tai pajut lauhkeilla. Jotkut puolikasvesikasvit, joita kutsutaan palustriiniksi tai hydrofyytteiksi , haihtuvat paljon kasvuvaiheessa. Toiset keräävät vettä kudoksiinsa, jolloin haihdutushöyrystys voidaan siirtää osittain ajassa; Nämä ovat esimerkiksi rahkasammalta ja soiden .
Vuonna trooppisessa ilmastossa , käytämme kasveja, jotka haihtuvat vähän ja jotka muodostavat holvi niiden oksia (palmuja), jotta voisi viljellä niiden jalka kasveja, jotka olisivat hikoilla enemmän, jos ne olivat kokonaan sun, appelsiini, sitruuna puita, vihannekset., tuoksuvat kasvit. Viljellyille kasveille suotuisa mikrokliima syntyy siten keinotekoisesti palmujen alle .
Kuten sateen (sade, lumi, jne.) Mittauksessa , haihdutuksen hengitysmittausyksikkö on millimetri veden syvyydestä. 1 mm vastaa 1 litra vettä neliömetriä kohti tai 10 kuutiometriä hehtaaria kohden . Antaa suuruusluokkaa, haihdunta pääsee 4 kohteeseen 6 mm / päivä keskellä kesää Euroopan lauhkean vyöhykkeen ja 6 kohteeseen 8 mm / päivä Välimeren alueella.
Useita lisäkäsitteitä on lisätty haihduttamisen arvioiden tarkentamiseksi. Näillä käsitteillä on tekijöiden mukaan vaihtelevat määritelmät.
Käsite " potentiaalinen haihduttaminen " (ET p ) on yleisesti vastakohtana "todelliselle haihduttamiselle" (ET tai ET r , englanti: todellinen evapotranspirointi ET a ).
Varsinainen haihdutussuhde tarkoittaa todellisen kasvillisuuden peittämän veden tarkkaa määrää. On mahdotonta mitata kuvaajan tai alueen mittakaavassa.
Sitä vastoin potentiaalinen haihdutussuhde on matemaattisilla kaavoilla laskettu arvo. ET p on siis eri määritelmien kohteena tekijöistä ja käytetyistä laskentamenetelmistä riippuen. Tämän käsitteen mahdollisesta vedenkulutuksesta otti Thornthwaite käyttöön vuonna 1948, minkä jälkeen Howard Penman otti sen huomioon laskentakaavassa (1948).
Vuonna 1956 Penman (1956) määritteli ET p : n: "haihtuminen riittävän laajasta lyhyestä nurmikosta, hyvässä kunnossa ja sopivasti vedellä". Kirjoittajista ja menetelmistä riippuen erilaiset meteorologiset, fysikaaliset tai biologiset parametrit sisältyvät tai eivät sisällytetä ET p : n määritelmään : esimerkiksi kasvilaji, energiavirtojen pysyvyys, stomatan avautuminen , vakio suhteellinen kosteus. .
Nämä kaksi käsitettä ET r ja ET p ovat hyödyllisiä ja välttämättömiä veden kiertotaseiden tutkimiseen ja erityisesti viljelykasvien vesitarpeiden määrittämiseen tai vyöhykkeen "keidasvaikutuksen" laskemiseen, jossa haihtuminen on suurempaa. alue). Kuivissa ympäristöissä olevat kasvit voivat vähentää huomattavasti haihtumista, kun niiltä puuttuu vettä. Sateisilla trooppis-ekvatoriaalisilla alueilla olevat kasvit eivät yleensä voi.
Vertailuhaihdutus (ET o ) on käsite, jota käytetään eri arviointimenetelmissä. Se on arvo valitulle kasvillisuudelle todellisissa vesiolosuhteissa, minkä jälkeen voidaan päätellä muun kasvillisuuden haihtuminen. Tämä vertailukasvin käytännön käyttö liittyy potentiaalisen haihdutuksen haihtumisen vähäiseen vaihteluun eri kasvien mukaan samoissa ilmasto-olosuhteissa.
Ilmastosta ja arviointimenetelmistä riippuen mitä tahansa kasvilajia voidaan käyttää viitteenä. Vertailukasvit ovat tyypillisesti ruohoa ( turve ) tai viljeltyä sinimailasen ( sinimailanen ) matalaa, johtuen laskentamenetelmistä, jotka on yleensä kehitetty maataloudessa.
Suurin haihdutuksen haihtuminen (ET m ) tietyn viljelykasvin haihdutuksen enimmäisarvo vegetatiivisessa vaiheessa tietyissä ilmasto-olosuhteissa, ET 0 huomioon ottaen . Se on ET 0: n korjaus kasvillisuuden mukaan. ET m = K c x ET 0 , K c on sadon kerroin. Määrittää sadon kerroin, Christian de Pescara ehdottaa seuraavaa menetelmää: se on tarpeen johtaa sadon ET- m , joka voidaan määrittää laitteen laskemalla ET 0 yläpuolella juoni tai jonka lysimetri- . Sitten meillä on ET r max = ET m ja laskemme: K c = ET r max / ET 0 . Siten voimme kalibroida satokertoimet K c .
Lisäksi sademäärä , haihdunta on merkittävä parametri bioclimatic tutkimuksissa ja tietyissä koskevat tutkimukset.
Tutkijoiden on helppo mitata kasvin tai pienen kasvillisen pinnan haihtumista (esimerkiksi potometrillä tai kannettavalla hengityskammiossa), mutta puun , metsän , ruokopedin , viljelylaastarin tai maantieteellisen alueen skaalaus on vaikeaa. . Ihannetapauksessa meidän tulisi ottaa huomioon myös enemmän tai vähemmän tärkeä sateen ja muun sääveden (sumu, kaste, lumi, halla jne.) Sieppaamisen voima. Sitten käytämme empiirisiä menetelmiä tai mallintamista.
Suuri joukko teoreettisia tai empiirisiä arviointimenetelmiä on perustettu puolivälistä lähtien XX : nnen vuosisadan tutkijat (usein paikallisten kalibrointi ongelmia tehdään joitakin voimassa muilla alueilla). Asiantuntijat erottavat yleensä kolme erillistä lähestymistapaa:
Näitä malleja on aina käytettävä varoen ja ottaen huomioon niiden metodologiset rajoitukset, erityisesti metsätalouden ja trooppisen bioklimatologian suhteen .
Maailmanlaajuisesti haihdutus maailman merestä poistaa 1200 mm: n vesiviipaleen vuosittain ja toimittaa 430 000 km 3 vettä ilmakehään, kun taas tämä prosessi maanosien yläpuolella (etenkin järvien yläpuolella) tuottaa tuskin 75 000 km 3 .
Kokonaishaihdunnan voidaan karkeasti arvioida tehtyjen mittausten kanssa haihduttamalla pannulla täynnä vettä (kutsutaan pan haihduttamalla mukaan Englanti kaiuttimet). Sateen puuttuessa säiliön vesitason vaihtelun oletetaan olevan verrannollinen haihdutukseen, koska säiliössä olevaan veteen sovelletaan samoja ilmasto-olosuhteita kuin kasveihin ja maaperään: (aurinko) säteily , tuuli, lämpötila ja kosteus.
Tämän yksinkertaisen suhteen muotoilee:
Monet tekijät erottavat kuitenkin säiliön haihtumisolosuhteet sekä maaperän ja kasvien haihdutuksen (säiliön kyky varastoida lämpöä, ilman turbulenssia jne.). Nämä erilaiset näkökohdat otetaan huomioon astioita asetettaessa (astian koko ja muoto, värin ja materiaalien valinta jne.) Ja monimutkaisemmilla korjauskertoimilla (ilmastollisten ja maantieteellisten tekijöiden määrittelemillä). Mukaan FAO , haihtuminen pan menetelmä antaisi "hyväksyttävä" arvioiden, jossa on relevantti paikka astiat ja arvioiden yli kestää yli 10 päivä. ASCE-tutkimusten mukaan verrattuna muihin laskentamenetelmiin bin-menetelmän todetaan yleensä olevan "epäsäännöllinen ja epäjohdonmukainen".
Penmanin ja Monteithin mallinnusPenman-Monteith-mallintamista käytetään laajalti, ja sitä pidetään FAO: n mallina "parhaat tulokset ja vähimmäisvirhe ". Tarkat ja johdonmukaiset tulokset lauhkeaan, kosteaan ja kuivaan ilmastoon. Tämän mallin mukaan kasvipeite katsotaan homogeeniseksi kokonaisuudeksi ja haihtumistranspiroitumista pidetään "vertikaalisesti", peräkkäisinä veden haihtumista estävillä vastuksilla ja säädöksillä: maaperän, juurien, lehtien stomatan, katoksen jne. Vastustuskyky.
Monimutkainen Penman-Monteith (1965) -kaava sisältää monia parametreja, jotka ovat joko mitattavissa tai laskettavissa meteorologisista ja agronomisista tiedoista . Käytetyt säätiedot sisältävät esimerkiksi lämpötilan, kosteuden ja ilmakehän paineen, leveysasteen, korkeuden, auringonpaisteen keston ja tuulen voiman vaihtelut. Maatalouden parametreihin kuuluvat kasvien albedo ja hampaiden johtavuus, kasvien korkeus, maaperän tyyppi jne.
Parametreille:
JA p : Potentiaalinen haihtuminen (veden saatavuus maaperässä ja kasveissa) Δ: Kosteuden kylläisyyden vaihtelu ilman lämpötilan mukaan. (Pa⋅K −1 ) R n : net irradianssi (W⋅m -2 ) virtauksen ulkoisen energioiden c p : Thermal kapasiteetti ilman (J⋅kg -1 ⋅K -1 ) ρ a : Kuivan ilman tiheys (kg⋅m −3 ) δ e : höyrynpaineen alijäämä tai ominaiskosteus (Pa) g a : Ilman hydraulinen johtavuus (m⋅s −1 ) g s : Stomaten johtavuus (m⋅s −1 ) γ : psykrometrinen vakio ( γ ≈ 66 Pa⋅K -1 ) Veden saatavuuden mallinnusVarsinainen haihdutushengitys (ET) lasketaan sitten mittaamalla veden saatavuus maaperässä ja juurissa. Tämä saatavuus mitataan maaperän kosteuden sekä maaperän ja juurien fysikaalisten ominaisuuksien perusteella - tai lasketaan myös vesivarojen mallista (tunkeutumisen, valumisen ja suodoksen laskeminen sademäärän mukaan).
Verrattuna energiasaldojen laskemiseen (katso seuraava osa), tämä laskentamenetelmä antaa mahdollisuuden määritellä haihdutushengitys lyhyillä jaksoilla (kesto alle 1 tunti); mutta mallinnus edellyttää monimutkaisia ja kalliita mittauksia fyysisten parametrien määrittämiseksi. Vastaavasti pienet virheet maaperän veden saatavuuden arvioinnissa tarkoittavat suuria virheitä todellisen haihdutushengityksen arvioinnissa.
Lähtötilanteen ja sadon haihduttamisen laskentaTiettyjen kasvillisuuksien haihtuminen voidaan siis laskea suoraan kaavoista, joissa yhdistyvät Penman-Monteith-malli ja veden saatavuus. Käytännössä se lasketaan yleensä vertailuviljelmän (ET o ) funktiona .
Harkitaan vertailuhaihdutusta (ET o ) esimerkiksi riittävän hydratoituneelle 12 cm : n pituiselle ruoholle, joka lasketaan Pennman-Monteith-kaavalla. Tästä ETo lasketaan sitten tietyn viljelyn (ET c ), esimerkiksi vehnäpellon, haihdutussuhde.
Yksinkertaistetulla kaavalla ET c riippuu kasveihin liittyvästä satokertoimesta (K c ) (kasvilajit, juuren syvyys, kasvutila jne.) Ja maan erityispiirteisiin liittyvästä stressitekijästä (K s ) ( (maaperän koostumus), maaperä, vesikuormitus, suoja tuulelta ja haihtumiselta, kasvien etäisyys, kastelun tiheys jne. Tämä AND c: n laskenta esitetään usein yksinkertaistetussa yhtälössä:
Muut yhtälötHaihdutushengitys voidaan arvioida valuma-altaan (S) tasapainotilavesiyhtälöstä:
Kanssa:
Siksi haihtuminen voidaan laskea johdetusta kaavasta:
Tämän tyyppinen mallinnus näyttää epätarkalta lyhyellä aikavälillä, mutta melko luotettavalla pitkällä aikavälillä, kunhan sademittaukset ovat tarkkoja.
Lähtötason mittauksetHistoriallinen mittaus perustuu lysimetriseen menetelmään. Käytännössä vesivaihtelut mitataan pieneltä vertailupiirrokselta, joka on järjestetty altaan muodossa lysimetrillä . Tämän mittauslaitteen avulla on mahdollista mitata (punnitsemalla) altaan (maaperään ja kasveihin sisältyvän veden) vaihtelu (ΔS). Lysimetri mahdollistaa myös tyhjennetyn veden (D) keräämisen ja mittaamisen kellariin päin. Virtaava vesi (Q) kerätään (esimerkiksi altaan reunaan asennettujen kanavien kanssa) mitattavaksi. Sademäärä (P) mitataan sademittarilla .
Nämä mittaukset mahdollistavat siten rajatun altaan haihduttamisen. Tämä vertailuhaihdutus (ET o ) antaa sitten mahdollisuuden arvioida tai laskea minkä tahansa kasvipeitteen, suuremmassa määrin tai muun kasvilajin, haihtumista.
Toista menetelmää käytetään, vesitasapainoa vaihtelemalla maaperän kosteutta.
Sateiden ja virtausten mallintaminen Ilmakehän tasapainoTämä menetelmä käsittää otoksen viitta ilmakehän ilmasta kasvin kannen yläpuolella. Haihdutushengitys päätetään mittaamalla ja vertaamalla tämän vertailuvyöhykkeen vettä.
Turbulenssin kovarianssin mittaus on yleinen menetelmä arvioimiseksi käyttämällä erilaisia mittauslaitteita: anemometri, kolme äänisuunnasta, kosteusmittari - avoimen kentän kryptoni ...
Muut taseetMuita menetelmiä käytetään: energiatase, sapvirtausmenetelmä, satelliittidata.
Fyysisessä lähestymistavassa veden muuttumista höyryksi tarkastellaan sen energianäkökohtien mukaan. Tällä lähestymistavalla haihdutus (ET) vastaa piilevän lämmön virtausta (LE) seuraavassa energiatasoyhtälössä:
Kanssa
Laiminlyömällä ΔCO 2 (2-3% energiasta) ja DM, jolla on kaava voidaan yksinkertaistaa ja kokonaishaihdunnan on siis arvioida mitatut ja lasketut tiedot verkon säteilyn ja muiden lämpövuot. Tässä muodossa tätä lähestymistapaa kutsutaan myös "Bowen-suhteeksi" (menetelmä, joka on vähemmän luotettava, sitä kuivempi ympäristö on).
KenttämittauksetPienen kasvillisuuden mittakaavassa energianvaihtoa voidaan mitata kentällä eri laitteilla: nettosäteily mitataan pyrradiometrillä . Maaperän lämpövirta mitataan virtausmittarilla . Herkät ja piilevät lämpövirrat lasketaan sijoitettujen psykrometrien ympäröivän ja kostean lämpötilan eromittauksista .
SatelliittimittauksetAlueellisessa mittakaavassa energianvaihtoa voidaan mitata joillakin kaukokartoitussatelliiteilla ; niiden radiometrien mitata spektrin luminanssien yläosassa ilmakehään, eri aallonpituuksilla (näkyvä, infrapuna, lämpö infrapuna, jne.), albedos ja pintalämpötilat, ja kasvillisuus indeksit. Nämä tiedot analysoidaan sitten useilla menetelmillä, kuten SEBAL (en) tai S-SEBI algoritmeilla.