Географическое распределение испарения и испаряемости (анализ карт испарения и испаряемости). Испарение и испаряемость

Испарением называют переход вещества из жидкого или твер­дого состояния в газообразное. Испарение является одним из основных звеньев в круговороте воды на земном шаре, а также важнейшим фактором теплообмена в растительных и животных организмах.

На испарение затрачивается значительное количество теп­ла, составляющее для всей земной поверхности порядка 12,6 1023 Дж/год, или около 30 % поглощаемого Землей солнеч­ного тепла. За год с поверхности Мирового океана испаряется около 450 103 км3 воды, а с поверхности суши - 70 ■ 103 км3.

Количественно испарение характеризуется скоростью испаре­ния - массой воды, испарившейся с единицы поверхности за единицу времени. Для практических целей скорость испарения выражается высотой (в миллиметрах) слоя воды, испарившейся за единицу времени. Слой воды высотой 1 мм, испарившейся с площади 1 м2, соответствует массе воды в 1 кг или 1 л воды (1 мм слоя воды = 10 м3/га = 10 т/га).

На интенсивность испарения влияют многие факторы, в том числе и метеорологические. Главные из них - температура испа­ряющей поверхности, влажность воздуха и ветер. Согласно зако­ну Дальтона скорость испарения со прямо пропорциональна раз­ности между давлением насыщенного пара Eh вычисленным по температуре испаряющей поверхности, и парциальным давлени­ем водяного пара е, находящегося в воздухе, и обратно пропор­циональна атмосферному давлению R

со = [А (Ех - е)]/Р,

где Л -коэффициент пропорциональности, зависящий, в частности, от скорости ветра.

Из закона Дальтона следует, что скорость испарения будет возрастать по мере увеличения разности Е\ - е, т. е. дефицита влажности воздуха, вычисленного по температуре испаряющей поверхности.

Влияние атмосферного давления обусловлено тем, что его увеличение затрудняет отрыв молекул воды от испаряющей по­верхности. В связи с тем что у поверхности Земли атмосферное давление колеблется в сравнительно небольших пределах, оно несущественно влияет на скорость испарения и учитывается главным образом при сравнении скорости испарения на разных высотах в горной местности. При прочих равных условиях ско­рость испарения с высотой возрастает.

Зависимость скорости испарения от скорости ветра связана с турбулентной диффузией пара, которая становится интенсивнее по мере усиления ветра.

Под испаряемостью понимают максимальное количество вла­ги в миллиметрах, которое может в данных метеорологических условиях испариться с водной поверхности или с поверхности переувлажненной почвы за какой-либо промежуток времени.

На европейской части территории России испаряемость возра­стает с северо-запада на юго-восток, так как в этом направлении увеличиваются тепловые ресурсы и сухость воздуха. Средняя го­довая испаряемость в Санкт-Петербурге 320 мм, в Москве - 420, в Астрахани - 850 мм. В этом же направлении увеличивается раз­ность между возможным и фактическим испарением с почвы.

. ИСПАРЕНИЕ С ПОВЕРХНОСТИ ВОДЫ, ПОЧВЫ И РАСТЕНИЙ

Скорость испарения зависит не только от метеорологических факторов, но и от свойств испаряющей поверхности.

Испарение с водной поверхности зависит, во-первых, от раз­мера водоема. Испарение с небольших водоемов активнее, так как ветер приносит с окружающей суши более сухой воздух. Во-вторых, оно зависит от солености воды. С пресных водоемов ис­парение больше, так как упругость насыщения над пресной во­дой больше, чем над раствором.

На скорость испарения с поверхности почвы влияет много факторов. Очевидно, что с увеличением влажности почвы при прочих равных условиях испарение больше. Темные почвы сильнее прогреваются, чем светлые, и поэтому испаряют больше влаги. С неровной поверхности почвы (вспаханное поле) испа­рение идет интенсивнее, чем с ровной, так как над шероховатой поверхностью сильнее развито турбулентное перемешивание.

Интенсивность испарения зависит также от разновидности почвы. Песчаные почвы испаряют меньше, чем глинистые, и эта разница тем больше, чем крупнее частицы песка. А при диамет­ре песчинок более 2 мм испарения практически не происходит.

На скорость испарения оказывает влияние состояние почвы. Рыхлая почва с разрушенными капиллярами испаряет меньше, чем плотная с узкими капиллярами, по которым влага поднима­ется к поверхности почвы.

П. А. Костычев отмечал, что испарение с поверхности почвы резко уменьшается, если пахотный слой почвы имеет комкова­тое строение. В этом случае поднятие воды и, следовательно, ис­парение ее затруднены тем, что между отдельными комками имеются ходы большого размера, препятствующие капиллярным перемещениям воды. Наоборот, порошкообразная или пылева-тая структура почвы вызывает усиленное испарение с поверхно­сти почвы.

На испарение воды почвой оказывает влияние глубина зале­гания грунтовых вод. Чем ближе к испаряющей поверхности за­легают грунтовые воды, тем больше испарение.

Рельеф обусловливает изменение скорости ветра и различие в температуре почвы. На возвышенностях скорость ветра больше, чем в низинах, вследствие чего скорость испарения на возвы­шенностях больше. Склоны южной экспозиции прогреваются сильнее, чем северные, поэтому испарение на южных склонах интенсивнее.

Испарение воды растениями называют транспирацией. Транспирация - это сложный физико-биологический процесс. Поглощая воду из почвы, растение снабжает себя не только во­дой, обеспечивая процесс фотосинтеза, но и элементами мине­рального питания (в растворенном виде). Испаряя воду, расте­ние понижает свою температуру.

Интенсивность транспирации зависит от тех же метеорологи­ческих факторов, что и физическое испарение с поверхности воды или почвы: температуры и влажности воздуха, скорости ветра. Транспирация воды происходит через устьица, которые на свету раскрываются больше. Следовательно, транспирация зависит еще от освещенности.

Интенсивность транспирации зависит от вида и сорта, состо­яния и фазы развития растений.

Расход воды на транспирацию может быть выражен через различные показатели, однако в сельскохозяйственной практике чаще применяют коэффициент транспирации - отношение мас-сь! воды, расходуемой растением на транспирацию, к массе су­хого вещества (биологическому урожаю) за вегетационный или межфазный период.

Значение коэффициента транспирации изменяется в зависи­мости от условий произрастания: в более влажном климате и при значительных дозах удобрений транспирационный коэффи­циент уменьшается. Чем лучше условия внешней среды для рас­тений, выше агротехника и больше урожай, тем меньше коэф­фициент транспирации.

Значения коэффициентов транспирации, полученные раз­личными авторами, приведены в таблице 6.1.

Под суммарным испарением понимается сумма транспирации, испарения с почвы и испарения влаги, задержанной раститель­ным покровом при выпадении осадков. Суммарное испарение

сельскохозяйственных полей помимо погодных условий обус­ловлено мощностью растительного покрова, биологическими особенностями сельскохозяйственных культур, глубиной корне-обитаемого слоя, агротехникой возделывания и т. д.

Соотношение между составляющими суммарного испарения в течение вегетационного периода значительно изменяется. В начале вегетации, когда испаряющая листовая поверхность еще невелика, испарение с поверхности почвы больше, чем с повер­хности растений. В дальнейшем расход воды на транспирацию превышает физическое испарение с поверхности почвы, так как по мере нарастания фитомассы увеличивается затенение почвы и ослабляется воздухообмен среди растений.

. СУТОЧНЫЙ И ГОДОВОЙ ХОД ИСПАРЕНИЯ

Испарение с деятельной поверхности имеет выраженный су­точный ход, особенно в теплое время года.

В суточном ходе испарение следует за дефицитом влажности воздуха, который, в свою очередь, следует за температурой. Ис­парение начинается утром, приблизительно через 1 ч после вос­хода Солнца, и прекращается вечером, примерно за 1 ч до захода Солнца. В ночное время суток испарение практически равно нулю.

Максимум испарения наблюдается в 13... 14 ч, когда достига­ют наибольших значений температура испаряющей поверхнос­ти, дефицит насыщения водяного пара и скорость ветра.

На годовой ход испарения, как и на суточный, главное влия­ние оказывает температура. Поэтому наибольшее испарение бы­вает в летние месяцы (июнь - июль), иногда и в мае, а наимень­шее - в январе или декабре. Весной вследствие малой абсолют­ной влажности воздуха испарение бывает больше, чем осенью.

КОНДЕНСАЦИЯ И СУБЛИМАЦИЯ ВОДЯНОГО ПАРА

Переход водяного пара в жидкое состояние называется кон­денсацией. Превращение водяного пара в твердое состояние, ми­нуя жидкую фазу, называется сублимацией. Конденсация и суб­лимация водяного пара происходят как в атмосфере, так и на деятельной поверхности.

Водяной пар, содержащийся в воздухе, переходит в жидкое или твердое состояние лишь в том случае, когда е > Е. Таким об­разом, для начала конденсации или сублимации либо фактичес­кая упругость водяного пара в воздухе должна увеличиваться до значения, превышающего упругость насыщения, либо темпера­тура воздуха должна опуститься ниже точки росы. Поступление водяного пара в воздух над сушей ограничено, поэтому состоя­ние насыщения в атмосфере достигается при изменении темпе­ратуры. При понижении температуры воздуха ниже температу­ры точки росы излишек пара, превышающий упругость насыще­ния, конденсируется или сублимируется.

Понижение температуры воздуха ниже точки росы возможно вследствие охлаждения деятельной поверхности излучением и последующего охлаждения прилегающих слоев воздуха; сопри­косновения теплого воздуха с холодной деятельной поверхнос­тью; смешивания двух масс воздуха, имеющих разную темпера­туру; поднятия воздуха вверх (см. гл. 4).

В чистом воздухе капельки воды (конденсат) начинают об­разовываться только при 6...8-кратном превышении упругости насыщения (зародышевые капли в этом случае возникают в ре­зультате объединения молекул водяного пара в комплексы). Та­кого перенасыщения в атмосфере не бывает, но зато в ней все­гда имеется большое число различных гигроскопических час­тиц, являющихся активными ядрами конденсации (сублимации). Поэтому сгущение водяного пара в атмосфере начинает­ся уже при влажности воздуха, близкой к 100 %.

Продукты конденсации и сублимации на земной поверхности и на наземных предметах. В зависимости от температуры поверхности, а также температуры и влажности воздуха могут образовываться роса, иней, изморозь, а при определенных условиях - гололед.

Роса - мелкие капли воды, образующиеся на поверхности почвы, на растениях и на других предметах при температуре точ­ки росы выше 0 "С. Роса образуется вследствие радиационного охлаждения деятельной поверхности в ясные тихие ночи, когда температура поверхности и прилегающего к ней воздуха опуска­ется до точки росы и сконденсировавшийся пар выделяется на поверхности в виде капелек воды.

Роса является некоторым ресурсом влаги для растений, осо­бенно важным в засушливых районах. В умеренных широтах за одну ночь может образоваться 0,1...0,5 мм (0,1...0,5 л/м2) осадков; годовое количество влаги, выделяемое росой, составляет 10...30 мм (100...300 м3/га). Образование росы сопровождается вы­делением скрытой теплоты парообразования, в результате чего процесс выхолаживания замедляется и почва предохраняется от заморозков. Однако в период уборки урожая роса затрудняет ра­боту комбайнов, так как солома и зерно вследствие большой гиг­роскопичности становятся влажными, зерно плохо вымолачива­ется, солома забивает барабаны молотилки комбайна. Сильные, долго не спадающие росы во время созревания зерна, а особенно в фазу полной спелости, вызывают «стекание» зерна. Обильные росы могут спровоцировать и появление болезней у растений.

В условиях, аналогичных выпадению росы, но при снижении температуры на поверхности предметов ниже 0 °С путем субли­мации образуется иней, состоящий из ледяных кристаллов. Этот процесс происходит преимущественно при инверсии температу­ры воздуха.

Твердый налет представляет собой полупрозрачный, белова­того цвета ледяной налет толщиной до 2...3 мм, отлагающийся вследствие сублимации на наветренных сторонах различных хо­лодных предметов при адвективном потеплении (приток более теплого воздуха, часто при тумане), причем температура воздуха остается отрицательной.

При зимних оттепелях в пасмурную погоду или при тумане на вертикальных поверхностях, которые холоднее воздуха, часто появляется жидкий налет, поверхности «запотевают».

Изморозь - отложение льда на ветвях деревьев, проводах и т. п. при тумане в результате сублимации водяного пара (кристалли­ческая изморозь) или намерзания капель переохлажденного ту­мана (зернистая изморозь).

Кристаллическая изморозь состоит из кристаллов льда, нара­стающих на наветренной стороне при слабом ветре и температуре.-15 °С. Длина крис­талликов обычно не превыша­ет 1 см, но может достигать и нескольких сантиметров. Кри­сталлическая изморозь имеет вид пушистых гирлянд, легко осыпающихся при ветре.

Зернистая изморозь - снего-видный, рыхлый лед, нарастаю­щий с наветренной стороны предметов в туманную, умерен­но-морозную (до -10 °С), пре­имущественно ветреную пого­ду, особенно в горах. Толщина слоя отложения ее может дос­тигать нескольких десятков сантиметров (рис. 6.3). В таких случаях это опасное метеоро­логическое явление, так как ломаются ветки деревьев, рвут­ся провода и т. д.

Туманы. Скопление про­дуктов конденсации или суб­лимации (или тех и других вместе), взвешенных в возду­хе непосредственно над по­верхностью Земли, образует туманы.

В зависимости от причин образования туманы делят на тума­ны охлаждения и туманы испарения, первые из которых абсолют­но преобладают.

Охлаждение может происходить при разных условиях. Во-первых, воздух может перемещаться с более теплой подстилаю­щей поверхности на более холодную и охлаждаться вследствие этого. Это адвективные туманы. Во-вторых, воздух может охлаж­даться потому, что сама подстилающая поверхность под ним ох­лаждается радиационным путем. Это радиационные туманы.

Туманы испарения возникают чаще всего осенью и зимой (или летом ночью) в холодном воздухе над более теплой откры­той водой.

Туманы имеют как положительное, так и отрицательное зна­чение в жизни растений. Они могут быть полезны в период поздневесенних и раннеосенних заморозков, так как сдержива­ют выхолаживание деятельной поверхности. В другие периоды жизни растений туманы, особенно частые, малоблагоприятны. В период цветения растений они задерживают вызревание пыль­цы, препятствуют лёту насекомых, что снижает продуктивность опыления и образования завязи. В период формирования ниж­него междоузлия озимых и яровых хлебов они обусловливают крупноклеточное строение ткани, вследствие чего может сни­зиться устойчивость растений к полеганию.

Туманы, образующиеся в период формирования и дозревания плодов сельскохозяйственных культур, ухудшают их лежкость при хранении и снижают качество, а образующиеся в период уборки зерновых задерживают дозревание хлебов и, как и роса, затрудняют проведение уборочных работ. Туманы, так же как и роса, могут вызывать «стекание» зерна и стимулировать разви­тие болезней у растений. Далее приведена продолжительность увлажнения листьев пшеницы и интенсивность поражения ее линейной ржавчиной (по Пельтье).

Облака. Скопление продуктов конденсации и сублимации в свободной атмосфере образует облака. Размеры облачных эле­ментов - капелек и кристалликов - настолько малы, что дли­тельное время остаются взвешенными в воздухе или даже увле­каются восходящими потоками вверх.

Облака переносятся воздушными течениями. Если относи­тельная влажность в окружающем воздухе убывает, то облака ис­паряются.

Большая часть водяного пара поступает в атмосферу с поверхности морей и океанов. Особенно это относится к влажным, тропическим районам Земли. В тропиках испарение превышает количество осадков. В высоких широтах имеет место обратное соотношение. В целом же по всему земному шару количество осадков приблизительно равно испарению.

Испарение регулируется некоторыми физическими свойствами местности, в частности температурой поверхности воды и крупных водоемов, преобладающими здесь скоростями ветра. Когда над поверхностью воды дует ветер, то он относит в сторону увлажнившийся воздух и заменяет его свежим, более сухим (т.е. к молекулярной диффузии добавляется адвекция и турбулентная диффузия). Чем сильнее ветер, тем быстрее сменяется воздух и тем интенсивнее испарение.

Испарение можно характеризовать скоростью протекания процесса. Скорость испарения (V) выражается в миллиметрах слоя воды, испарившейся за единицу времени с единицы поверхности. Она зависит от дефицита насыщения, атмосферного давления и скорости ветра.

Скорость испарения, гласит закон Дальтона, пропорционально разности между давлением насыщающего пара при температуре испаряющей поверхности и фактическим давлением водяного пара:

V = А(Е S – е),

где Е S – упругость водяного пара при температуре испарителя; е – фактическая упругость водяного пара в воздухе над испаряющей поверхностью; А – коэффициент пропорциональности.

Чем больше разность (Е S – е), тем быстрее идет испарение. Если температура испарителя больше температуры воздуха, то испарение продолжается, когда воздух уже насыщен (т.е. когда е=Е, а Е<Е S).

Согласно формуле Августа, скорость испарения обратно пропорциональна давлению атмосферы р:

Но этот фактор хорошо выражен лишь в горах, где имеет место большой перепад высот, а значит и атмосферного давления.

Скорость испарения также зависит от скорости ветра (v). Таким образом, суммарная формула для расчета V:

Испарение в реальных условиях измерить трудно. Для измерения испарения применяют испарители различных конструкций или испарительные бассейны (с площадью поперечного сечения 20 м 2 или 100 м 2 и глубиной 2 м). Но значения, полученные по испарителям, нельзя приравнивать к испарению с реальной физической поверхности. Поэтому прибегают к расчетным методам: испарение с поверхности суши рассчитывается исходя из данных по осадкам, стоку и влагосодержанию почвы, которые легче получить путем измерений. Испарение с поверхности моря можно вычислить по формулам, близким к суммарному уравнению.

Различают фактическое испарение и испаряемость.

Испаряемость – потенциально возможное испарение в данной местности при существующих в ней атмосферных условиях.

При этом подразумевают либо испарение с поверхности воды в испарителе; испарение с открытой водной поверхности крупного водоема (естественного пресноводного); испарение с поверхности избыточно увлажненной почвы. Испаряемость выражается в миллиметрах слоя испарившейся воды за единицу времени.

В полярных областях испаряемость мала : около 80 мм/год. Это связано с тем, что здесь наблюдаются низкие температуры испаряющей поверхности, а давление насыщенного водяного пара Е S и фактическое давление водяного пара малы и близки между собой, поэтому и разность (Е S – е) невелика.

В умеренных широтах испаряемость изменяется в широких пределах и имеет тенденцию к росту при продвижении с северо-запада на юго-восток материка, что объясняется ростом в этом же направлении дефицита насыщения. Наименьшие значения в этом поясе Евразии наблюдаются на северо-западе материка: 400–450 мм, наибольшие (до 1300–1800 мм) в Центральной Азии.

В тропиках испаряемость мала на побережьях и резко увеличивается во внутриматериковых частях до 2500–3000 мм.

У экватора испаряемость относительно низка: не превышает 100 мм по причине небольшой величины дефицита насыщения.

Фактическое испарение на океанах совпадает с испаряемостью. На суше оно существенно меньше, главным образом, зависит от режима увлажнения. Разность между испаряемостью и осадками можно использовать для расчета дефицита увлажнения воздуха.

Вода в атмосфере. Свойства воды

Вода на земле есть повсюду. Океаны, моря, реки, озера и др. водоемы занимают 71% земной поверхности. Вода, которая содержится в атмосфере, – единственное вещество, которое может находиться там во всех трех фазовых состояниях (твердое, жидкое и газообразное) одновременно.

Важнейшие для метеорологии физические свойства воды представлены в таблице 6.

Таблица 6 – Физические характеристики воды (Русин, 2008)

Свойства воды, важные для климатообразования:

· вода является поглотителем лучистой энергии;

· обладает одним из самых высоких значений удельной теплоемкости среди других веществ на земле (это сказывается на разности в нагревании суши и моря, проникновение радиации и тепла вглубь почвы и водоёмов);

· идеальный (почти) растворитель;

· дипольное (биполярное) строение молекул воды обеспечивает высокую температуру кипения (без водородных связей температура кипения равнялась бы -80°С).

· расширение при замерзании в отличие от других веществ, которые сжимаются. (максимальная плотность воды наблюдается при температуре +4°С; плотность льда меньше плотности воды: дистиллированной на 1/9, морской на 1/7; более легкий лед плавает по поверхности воды).

Благодаря процессам испарения и конденсации в атмосфере непрерывно происходит круговорот воды, в котором участвует значительная масса ее. В среднем многолетний круговорот воды характеризуется следующими данными (таблица 1):

Таблица 1 – Характеристики круговорота воды на Земле (Матвеев, 1976)

	Осадки, мм/год	Испарение, мм/год	Сток, мм/год
Материки
Мировой океан
Земной шар

С поверхности океанов (361 млн. км 2) в течение года испаряется слой воды толщиной 1127 мм (или 4,07·10 17 кг воды), с поверхности материков – 446 мм (или 0,66·10 17 кг воды). Толщина слоя осадков, выпадающих за год, на океанах составляет 1024 мм (или 3,69·10 17 кг воды), на материках – 700 мм (или 1,04·10 17 кг воды). Количество осадков на материках значительно превышает испарение (на 254 мм, или на 0,38·10 17 кг воды). Это означает, что значительная масса водяного пара поступает на материки с океанов. С другой стороны, не испарившаяся на материках вода (254 мм) стекает в реки и далее в океан. На океанах испарение превышает (на 103 мм) количество осадков. Разность восполняется стоков воды с океанов.

Испарение и испаряемость

В атмосферу вода попадает в результате испарения с поверхности Земли (водоемов, почвы); она выделяется живыми организмами в процессе жизнедеятельности (дыхание, обмен веществ, транспирация у растений); она является побочным продуктом вулканической деятельности, промышленного производства и окисления различных веществ.

Испарение (обычно воды) – поступление водяного пара в атмосферу вследствие отрыва наиболее быстродвижущихся молекул с поверхности воды, снега, льда, влажной почвы, капель и кристаллов в атмосфере.

Испарение с поверхности земли называется физическим испарением . Физическое испарение и транспирация вместе – суммарное испарение .

Суть процесса испарения заключается в отрыве отдельных молекул воды от водной поверхности или от влажной почвы и переходе воздух в качестве молекул водяного пара. Содержащийся в атмосфере пар конденсируется при охлаждении воздуха. Сгущение водяного пара также может идти путем сублимации (процесс непосредственного перехода вещества из газообразного в твердое, минуя жидкое). Из атмосферы вода удаляется при выпадении осадков.

Молекулы жидкости всегда находятся в движении, причем некоторые из них могут прорываться через поверхность жидкости и уходить в воздух. Отрываются те молекулы, скорость которых выше скорости движения молекул при данной температуре и достаточна для преодоления сил сцепления (молекулярного притяжения). С ростом температуры количество отрывающихся молекул растет. Молекулы пара могут возвращаться из воздуха в жидкость. Когда температура жидкости повышается, количество покидающих ее молекул становится больше количества возвращающихся, т.е. происходит испарение жидкости. Понижение температуры замедляет переход молекул жидкости в воздух и вызывает конденсацию пара. Если водяной пар поступает в воздух, то он, как и все другие газы, создает определенное давление. По мере того, как молекулы воды переходят в воздух, давление пара в воздухе увеличивается. Когда достигается состояние подвижного равновесия (количество молекул, покидающих жидкость, равно количеству возвращающихся молекул), то испарение прекращается. Такое состояние называется насыщением , водяной пар в таком состоянии – насыщающим , а воздух насыщенным . Давление водяного пара в состоянии насыщения называется давлением насыщенного водяного пара (Е), или упругостью насыщения, или максимальной упругостью.

Пока состояние насыщения не достигнуто, то идет процесс испарения воды, при этом упругость водяного пара (е) над жидкостью меньше максимальной упругости: е<Е.

Если количество возвращающихся молекул воды больше количества вылетающих, то имеет место процесс конденсации или сублимации (надо льдом): е>Е.

Давление насыщенного водяного пара зависит от

· температуры воздуха,

· от характера поверхности (жидкость, лед),

· от формы этой поверхности,

· солености воды.

Большая часть водяного пара поступает в атмосферу с поверхности морей и океанов. Особенно это относится к влажным, тропическим районам Земли. В тропиках испарение превышает количество осадков. В высоких широтах имеет место обратное соотношение. В целом же по всему земному шару количество осадков приблизительно равно испарению.

Испарение регулируется некоторыми физическими свойствами местности, в частности температурой поверхности воды и крупных водоемов, преобладающими здесь скоростями ветра. Когда над поверхностью воды дует ветер, то он относит в сторону увлажнившийся воздух и заменяет его свежим, более сухим (т.е. к молекулярной диффузии добавляется адвекция и турбулентная диффузия). Чем сильнее ветер, тем быстрее сменяется воздух и тем интенсивнее испарение.

Испарение можно характеризовать скоростью протекания процесса. Скорость испарения (V) выражается в миллиметрах слоя воды, испарившейся за единицу времени с единицы поверхности. Она зависит от дефицита насыщения, атмосферного давления и скорости ветра.

Испарение в реальных условиях измерить трудно. Для измерения испарения применяют испарители различных конструкций или испарительные бассейны (с площадью поперечного сечения 20 м 2 или 100 м 2 и глубиной 2 м). Но значения, полученные по испарителям, нельзя приравнивать к испарению с реальной физической поверхности. Поэтому прибегают к расчетным методам: испарение с поверхности суши рассчитывается исходя из данных по осадкам, стоку и влагосодержанию почвы, которые легче получить путем измерений. Испарение с поверхности моря можно вычислить по формулам, близким к суммарному уравнению.

Различают фактическое испарение и испаряемость.

Испаряемость – потенциально возможное испарение в данной местности при существующих в ней атмосферных условиях.

При этом подразумевают либо испарение с поверхности воды в испарителе; испарение с открытой водной поверхности крупного водоема (естественного пресноводного); испарение с поверхности избыточно увлажненной почвы. Испаряемость выражается в миллиметрах слоя испарившейся воды за единицу времени.

В полярных областях испаряемость мала : около 80 мм/год. Это связано с тем, что здесь наблюдаются низкие температуры испаряющей поверхности, а давление насыщенного водяного пара Е S и фактическое давление водяного пара малы и близки между собой, поэтому и разность (Е S – е) невелика.

В умеренных широтах испаряемость изменяется в широких пределах и имеет тенденцию к росту при продвижении с северо-запада на юго-восток материка, что объясняется ростом в этом же направлении дефицита насыщения. Наименьшие значения в этом поясе Евразии наблюдаются на северо-западе материка: 400–450 мм, наибольшие (до 1300–1800 мм) в Центральной Азии.

В тропиках испаряемость мала на побережьях и резко увеличивается во внутриматериковых частях до 2500–3000 мм.

У экватора испаряемость относительно низка: не превышает 100 мм по причине небольшой величины дефицита насыщения.

Фактическое испарение на океанах совпадает с испаряемостью. На суше оно существенно меньше, главным образом, зависит от режима увлажнения. Разность между испаряемостью и осадками можно использовать для расчета дефицита увлажнения воздуха.

Применение географо-гидрологического метода показало, что испаряемость, как и испарение, сильно варьирует даже в одной природной зоне, поскольку усвоение солнечной радиации земной поверхностью зависит от многих факторов.

В Северной Европе испарение близко к своему верхнему пределу- испаряемости - около 100 мм в год. В зоне сухих степей Юго-Востока Европы, а также в аридных областях средиземноморских субтропиков испаряемость достигает 1200-1300 мм, а действительное испарение вследствие недостатка влаги составляет только 300 мм. Дефицит влаги - разница между осадками и испаряемостью в аридных зонах 600-800 мм.

В Прибалтике испарение равно 300-350 мм, а в Центральных районах Русской равнины 400 мм.

Максимальная испаряемость, естественно, в пустынях, особенно в Сахаре. В центральных ее частях она превышает 4500 мм. Испарение, ограниченное ничтожным количеством осадков, не превышает 100 мм в год. Здесь на испарение расходуются не только осадки, но и подземная вода, стекающая с Атласских гор и из бассейна Центральной Африки. Разница между потенциальным (4500) и фактическим (около 100 мм) испарением выражает степень сухости Сахары.

Наибольшее испарение (около 1200 мм) происходит на заболоченных низинах Центральной Африки - в бассейне озера Чад и Верхнего Нила. Растения, обеспеченные здесь теплом и влагой. Дают наибольший на Земле прирост растительной массы. В экваториальной Африке испаряется за год слой воды в 1000 мм.

В бассейне Амазонки испарение от 1200 до 1500 мм, а на юге Аргентины падает до 200 мм. В Центральной Америке от 1000 до 1500 мм, на влажном востоке США от 600 до 1000, в прериях 200-300, а в Калифорнии 200 мм. В Индостане и Индокитае 800- 1 000 мм, в Восточной Азии 400-600. в Центральной - 100-200. а в субполярной 50-100 мм. Наименьшее испарение в Австралии: 100-200 мм в Центральной и 800-1000 мм в Восточной. За год с поверхности Земли в целом испаряется слой 1020 м 3 что в объемном исчислении соответствует 518 600 км 3 . На океав его мощность достигает 1260 мм, или 447 900 км 3 , а на материка снижается до 420 мм (71 770 км 3), в том числе в периферически сточных областях 558 мм, или 71040 км 3 , а в районах внутреннего стока 240 мм, или 740-730 км 3 .

По интенсивности испарен» океаническая поверхность резко отличается от материковое К этому следует добавить, что испарение на океанах совпадает испаряемостью. В дальнейшем мы увидим, что главную масс осадков на материках составляет влага, принесенная непосредственно с океана, а не доставленная внутриматериковыми влагооборотами.

Обобщенная зональная характеристика испарения такова: наибольший слой (до 2000 мм) испаряется в тропических океанах, что вызвано интенсивной солнечной радиацией при безоблачном небе и непрерывным уносом влаги пассатами. На суше в этих широтах солнечная радиация вызывает такую большую испаряемость, которая не может быть удовлетворена процессами континентального влагооборота. В итоге формируется пустынный климат с резкой разницей между потребностью и наличием воды.

В экваториальной зоне из-за облачности и безветрия испарение снижается до 1000 мм как на океане, так и на суше. В субэкваториальном поясе при местных благоприятных условиях поступления резной и подземной воды (Чад. Верхний Нил) испарение достигает значения, максимального для суши.

В умеренном поясе северного полушария в зоне пустынь испарение около 200 мм и меньше, в лесной зоне - от 300 до 500 мм, и в тундрах снова уменьшается до 100 мм. В пустынях малое испарение вызвано недостатком влаги, в тундрах — нехваткой тепла.

Испарение заключается в переходе воды из жидкой или твердой фазы в газообразную и в поступ­лении водяного пара в атмосферу.

Испарение – это процесс энергетический. Он зависит от количества тепловой энергии, которая может быть затрачена на данной поверхности в единицу времени, и определяется, следо­вательно, уравнением теплового баланса на земной поверхности. На океанах на испарение затрачивается до 90% энергии солнечной радиации.

Вторым метеорологическим условием, определяющим вели­чину испарения, является влагоемкость воздуха, степень его сухо­сти или влажности. Количественно она характеризуется дефицитом влажности, который в свою очередь зависит от температуры воздуха и в меньшей степени от ветра. Разумеется, испарение может происходить только при наличии воды. На суше это условие имеется далеко не везде и не всегда: аридным зонам свойствен дефицит влаги, в гумидных зонахвлагиможет не хватать в отдельные периоды. В связи с этим в метео­рологии выработано понятие об испаряемости (Ец).

Испаряемость – это максимально возможное испарение при данных метео­рологических условиях, не лимитированное запасами влаги. То же относится к термину «потенциально возможное испарение».

Испарение принадлежит к числу важнейших процессов географической оболочки. На него расходуется большая часть сол­нечноготепла. Скрытая теплота парообразования, выделяющаяся при конденсации влаги, нагревает атмосферу, и этот источник тепла для атмосферы является основным. Испарившаяся влага поступает на материки и обеспечивает их осадками.При фазовых переходах воды происходит поглощение или выделение тепла, а при цирку­ляции атмосферы оно перераспределяется. Один из видов испаре­ния-транспирация-участвует в биологических процессах и об­разовании биологической массы.

Климатическое и, особенно, биофизическое значение испаряе­мости заключается в том, что она показывает иссушающую спо­собность воздуха: чем больше можетиспариться при ограничен­ных запасах влаги в почве, тем ярче выражена засушливость. В одних местах это приводит к появлению пустынь, в других - вызывает временные засухи, в-третьих, где испаряемость ничтож­на, создаются условия переувлажнения.

В Северной Европе испарение близко к своему верхнему пре­делу - испаряемости-около 100 мм в год. В зонесухих степей Юго-Востока Европы, а также в аридных областях средиземно­морских субтропиков испаряемость достигает 1200 - 1300мм, адействительное испарение вследствие недостатка влаги составля­ет только 300 мм. Дефицит влаги - разница между осадками и испаряемостью в аридных зонах составляет примерно 600-800 мм.

Максимальная испаряемость, естественно, в пустынях, особен­но в Сахаре. В центральных ее частях она превышает4500 мм.Испарение, ограниченное ничтожным количеством осадков, не превышает 100 мм в год. Здесь на испарение расходуются не только осадки, но и подземная вода, стекающая с Атласских гор и из бассейна Центральной Африки. Разница между потенциаль­ным (4500 мм) и фактическим (около 100 мм) испарением выражает степень сухости Сахары.

Наибольшее испарение (около 1 200 мм) происходит на забо­лоченных низинах Центральной Африки-в бассейне озера Чад и Верхнего Нила. Растения, обеспеченные здесь теплом и влагой, дают наибольший на Земле прирост растительной массы. В эква­ториальной Африке испаряетсяза год слой воды в 1000мм.

Испаряемость и испарение отражают и режим осадков, и ре­жим тепла. Соотношение прихода и расхода атмосферной влаги называется атмосферным увлажнением .