华北平原地区土壤蒸散发计算模型研究
关键词：土壤蒸散发 含水率 土壤—植物—大气系统 地热传导
1、 土壤蒸散发影响因素
土壤蒸散发包括土壤蒸发和植物蒸发（散发），是半干旱半湿润的黑龙港地区水文循环主要的支出项。近几十年来由于人类对大自然改造能力的大幅度提高，土壤蒸散发量在水文循环中的比例大幅度提高，局部地区、部分年份的蒸散发量甚至大于降水量—深层地下水开采量、外流域引水量的一部分也消耗于蒸散发。区域蒸散发量的主要影响因素有土壤、气象、作物三个方面。
1.1 土壤因素
影响土壤蒸散发的土壤因素可分为土壤含水量、地下水埋深、土壤质地及结构、土壤色泽与地表特征。
（1） 土壤含水量
土壤含水量是影响土壤水分蒸发的主要因素。土壤含水量高时，土壤蒸发实质上接近自由水面蒸发，蒸发率比较稳定。随着土壤含水量减少，非饱和渗透系数降低，补给蒸发的水分响应减少。当土壤含水量减少至非饱和渗透系数接近零时，土壤蒸发全部以水汽扩散方式进行。
（2） 地下水埋深
地下水埋深越浅，土壤蒸发量越大。如果地下水面接近地面，其蒸发量甚至大于光滑水面的蒸发量。因为蒸发表面面积增大了、反射率减少了。
（3） 土壤质地及结构
土壤质地及结构关系孔隙的数量、体积及其连通性，也影响到非饱和渗透系数。根据水分在非饱和土壤移动情况，各种土壤的非饱和渗透系数的大小为：粘土>轻粘土>细砂壤土>沙土。设粘土土壤（直径小于0.07mm）的蒸发量为100%，则直径0.25~0.5mm的土壤蒸发量为81%，而直径1.0~2.0mm的土壤为22.2%.
（4）土壤色泽及地表特征
土壤色泽影响土壤吸收太阳辐射，因而影响于土壤温度和蒸发。土壤颜色愈深，蒸发量越大。黄色土壤的蒸发量比白色的大7%，棕色土壤的蒸发量比白色的大19%，黑色土壤的蒸发量比白色的大32%（对太阳光的反射率不同）。
由于风的紊动作用，高地的土壤蒸发量较谷地和盆地的大，粗糙地面的蒸发量较平滑地面的大。地表坡向不同，吸热也有差异。15°的南向斜坡的土壤蒸发量作为100%，则东向斜坡的蒸发量为86%，北向斜坡为71%.[1]
1.2 气象因素
主要包括辐射与气温、湿度、风和降水方式四个方面内容
（1）辐射与温度
连续蒸发必需有连续供给汽化潜热的能量，太阳辐射是汽化潜热能量的来源，黑龙港流域天文辐射量较小，但是晴天的机会多，获得太阳的能量多，所以土壤蒸发量大于天文辐射大，但是经常阴天的南方地区。气温和地温对于蒸发的影响很直接，气温决定空气中饱和水汽含量和水汽扩散的快慢，地温决定土壤中水分子的活跃程度，因此气温和地温越高，土壤蒸发越强烈。
（2）空气湿度
大气的相对湿度是影响蒸发的重要因素。当温度为17℃~18℃，平均相对湿度从91%降到75%，日蒸发量从2.5mm增至6.3mm.在大气中水汽接近饱和的季节，土壤蒸发速度较小。此外地面以上的湿度梯度越大，土壤蒸发越强烈。
（3） 风速
风使接近土壤表面的空气连续不断地被扰动，将接近饱和的空气带走，以较干燥空气代替。风速越大，蒸发作用越强。当风速为5.4m/s时，从100m3方形土柱中蒸发的水量为7.8g/小时，而当风速为0时，蒸发量仅为0.3g/小时。[2]
（4） 降水方式
土壤中可供蒸发的水分与降水的数量、降水方式有关。降水量多，蒸发量大。同量的降水如果分成几次小雨降下来，蒸发也多。
1.3 植物类别和生长期
（1）植物品种
仙人掌、松树等针叶植物的蒸散发量小，南方的大叶植物蒸散发量相对较大。同一种植物，因为遗传因素、种植密度、生长状况不同蒸散发量不同。
（2）植物的生长阶段
植物生长初期，苗小生长慢，叶面面积小，土壤蒸散发以土壤蒸发为主。随着植物生长，叶面积增大以及气温升高，植物散发逐步占主导地位，蒸散发总量增加。生长后期，由于植株衰老，散发能力降低，蒸散发总量减少。
2、 土壤蒸散量（Et）计算模型的建立
土壤蒸散是涉及“土壤—植物—大气”系统的比较复杂的物理过程。其计算模型可用下式建立：
（1）
（2）
式中：
——反映大气和植物因素的陆面蒸散能力；
——反映土壤因素的以土壤有效含水量为指标的一个函数；
——用修正后彭曼公式计算得到的土壤足够湿润情况下的土壤蒸散量，它反映大气因素；
Q——地热传导修正量；
R——反映植物因素的植物散发系数；
下面就上述各个量的确定方法分别讨论：
2.1 陆面蒸散能力（Em）的计算。
用衡水水文实验站20平方米蒸发量代表自然水体的蒸发量E0与彭曼公式计算得到的蒸发值E计相比较，发现其差值很有规律：E计4~8月份系统偏大、9月到次年2月系统偏小。用回归分析方程及相关系数；
4—8月： 相关系系数r=0.943 （3）
9—次年2月： 相关系系数r=0.920 （4）
式中E计为本站资料代入彭曼公式计算值。
彭曼公式开始主要用于水面蒸发计算，但公式的基本假定也适用植被地段表面的情况，即当土壤表面有充分水分供应时，可以得出主要取决于气象条件的可能蒸发值。两者不同之处在于下垫面差别，可用反射率这个参数反映。
2.1.1地热传导（Q）的确定
彭曼公式在推导过程中，忽略了地热传导。然而土壤的热量与植物生长有密切联系，白天地表面得到辐射热量，一部分向地表以下的土层传导并汇集在土壤中，夜间它又成为表面热源增大蒸发。一年中的温暖季节土壤吸收和储存热量，到寒冷季节则把热量释放出去。
如果把土壤分为耕作层和较深的土层（0—40厘米为耕作层，40—160厘米为下层），土壤热通量的计算式为：
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