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蒸散(ET)的測量方法與儀器

2025-11-07 09:00:33 點將科技 401

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中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

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

1、傳統(tǒng)測量方法(點尺度)

這類方法直接測量或通過水量平衡計算ET,通常代表一個點或很小區(qū)域的數(shù)值


蒸滲儀被視為直接測量ET的基準方法,精度很高。是通過一個裝滿原狀土和植物的容器,通過精確測量其重量或水量變化來計算ET。

相對于其他方法,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測量凈輻射、土壤熱通量以及上下兩個高度的空氣溫濕度差,計算潛熱通量(即ET)。


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

蒸散(ET)的測量方法


2、基于微氣象學的方法(田塊尺度)

這類方法通過測量大氣湍流來直接計算水汽通量

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


直接測量ET,理論上是最可靠的通量測量方法,可長期連續(xù)自動觀測。
缺點是設備非常昂貴,主流的進口品牌預算在50萬元左右(不帶安裝塔和其他額外傳感器),數(shù)據(jù)處理復雜(需要坐標旋轉(zhuǎn)、頻率響應校正等);存在能量不閉合問題;需要大面積的平坦均一下墊面。
觀測范圍約100m~10km,取決于安裝高度。


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


測量的是路徑平均值(通常幾百米到幾公里),代表性好;適用于復雜下墊面(如起伏地形)。
缺點在于測量的是感熱通量,需要其他觀測數(shù)據(jù)(凈輻射、土壤熱通量)來推算ET;在濕潤條件下精度會下降。

觀測范圍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)計算ET。


優(yōu)點:空間覆蓋范圍廣,可獲取區(qū)域ET分布圖;成本相對較低;可回溯歷史數(shù)據(jù)。
缺點:時空分辨率矛盾(高空間分辨率衛(wèi)星如Landsat重訪周期長,如16天);需要地面氣象數(shù)據(jù)輔助;瞬時結(jié)果需要時間尺度擴展才能得到日/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方程是當前國際上公認的計算參考作物蒸散(ET?)和實際作物蒸散(ETc)的標準方法。它結(jié)合了能量平衡原理和空氣動力學原理,是一個物理意義明確的綜合模型。


它所需要的數(shù)據(jù)相對比較容易得到,基礎數(shù)據(jù)有氣溫、相對濕度、風速、太陽輻射或者日照時數(shù)。在數(shù)據(jù)質(zhì)量較好的情況下,它能提供非??煽康挠嬎憬Y(jié)果。
并且,聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)推薦其作為計算參考蒸散(ET?)的唯一標準方法,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、預算、所需尺度以及精度要求

  • 追求單點高精度,用于方法校準或基礎研究:蒸滲儀是黃金標準。

  • 進行田塊尺度的連續(xù)、高精度通量觀測,且有充足預算: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,特別是復雜地形:閃爍儀非常有用。

  • 需要獲取大范圍(如整個流域、省或國家)的ET空間分布圖:遙感方法是可行的選擇,通常需要結(jié)合地面站點數(shù)據(jù)進行驗證和校正。

  • 預算有限,需其他方法的補充和驗證,可選擇彭曼公式方法。彭曼公式是利用氣象觀測數(shù)據(jù)來“計算”或“估算”ET值。它是許多測量方法和模型的理論基礎。


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