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蒸散(ET)的測量方法與儀器

點擊次數:203 發布時間:2025-11-21

蒸散(Evaportranspiration,ET)是地表水分蒸發和植物蒸騰的總和,是水循環、能量平衡和植物生理活動中的關鍵環節。

測量方法大致可以分為四類:傳統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域的數值


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)。


優點是理論清晰,免去了對湍流交換系數的直接測量。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


渦動相關法:直接、快速測量垂直風速和水汽濃度的協方差,從而得到潛熱通量。




直接測量ET,理論上是優選的通量測量方法,可長期連續自動觀測。
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),數據處理復雜(需要坐標旋轉、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,需要其他觀測數據(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。

圖片關鍵詞


3、遙感估算方法(區域至全球尺度)

這類方法利用衛星或航空遙感數據,通過地表能量平衡模型反演ET。


利用遙感數據(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。




優點:空間覆蓋范圍極廣,可獲取區域ET分布圖;成本相對較低;可回溯歷史數據。
缺點:時空分辨率矛盾(高空間分辨率衛星如Landsat重訪周期長,如16天);需要地面氣象數據輔助;瞬時結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方程是當前認可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。




它所需要的數據相對比較容易得到,基礎數據有氣溫、相對濕度、風速、太陽輻射或者日照時數。在數據質量較好的情況下,它能提供非常可靠的計算結果。
并且,聯合國糧農組織(FAO)推薦其作為計算參考蒸散(ET?)的標準方法,這使得全球不同地區的研究結果具有可比性。



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、高精度通量觀測,且有充足預算:渦度相關系統是較好的選擇,全球通量網(如FLUXNET)主要采用此法。

  • 預算有限,但需要田塊尺度的可靠數據,且下墊面均一:波文比系統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,通常需要結合地面站點數據進行驗證和校正。

  • 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據來“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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