Verdamping: definitie en schatting
Lees dit artikel voor meer informatie over de definitie en schatting van verdamping.
Definitie:
Verdamping is het proces waarbij water wordt omgezet van vloeibare of vaste toestand in damp door de overdracht van warmte-energie. Het proces van verdamping van water is een van de basiscomponenten van de hydrologische cyclus en bestaat uit die fase waarin neerslag die het aardoppervlak bereikt, wordt teruggevoerd naar de atmosfeer in de vorm van damp.
Er zijn drie soorten verdampingsprocessen, namelijk:
ik. Verdamping van vrije wateroppervlakken (bijvoorbeeld reservoirs, beken en vijvers en meren);
ii. Verdamping van de landoppervlakken; en
iii. Verdamping van vegetatiebedekking (namelijk transpiratie).
Verdamping is een diffusieproces waarbij damp wordt overgedragen van de natuurlijke oppervlakken op aarde naar de atmosfeer. Er zijn twee essentiële vereisten voor verdamping.
Zij zijn:
ik. Beschikbaarheid van bron van warmte-energie om het water te verdampen. Voor verdamping, ongeacht het oppervlak van waaruit verdamping plaatsvindt, is een uitwisseling van 590 calorieën per gram water verdampt bij 20 ° C vereist. De bron van warmte-energie kan afkomstig zijn van zonnestraling of lucht die over het oppervlak of van binnen het onderliggende oppervlak blaast.
ii. Bestaan van dampconcentratiegradiënt tussen het verdampende oppervlak en de omringende lucht. Verdamping kan alleen plaatsvinden als de dampconcentratie op het verdampingsoppervlak groter is dan die in de bovenliggende lucht.
Schatting van de verdamping van het vrije wateroppervlak:
De verandering van toestand van water naar damp treedt op wanneer sommige moleculen in het waterlichaam voldoende kinetische energie bereiken om de bovenstaande lucht te bereiken. Deze beweging van moleculen (waterige damp) door het wateroppervlak produceert een druk en wordt dampdruk genoemd.
Sommige van de moleculen die uit het waterlichaam ontsnappen, vallen terug in het water als de waterdamp wordt gecondenseerd. Verdamping van en condensatie in het wateroppervlak zijn dus continue processen. Wanneer het aantal moleculen dat het waterlichaam als damp achterlaat gelijk is aan het aantal dat terugvalt na condensatie, zou een verzadigingstoestand moeten reiken.
Het geeft een evenwichtstoestand aan tussen de druk die wordt uitgeoefend door de ontsnappende moleculen en de druk van de omringende atmosfeer. Het is dus duidelijk dat verdamping meer is dan condensatie als de ruimte boven het wateroppervlak niet verzadigd is. Kort gezegd, de verdamping is een functie van het verschil tussen de dampdruk van het waterlichaam en de dampdruk van de lucht erboven.
Dalton (in 1802) toonde aan dat onder bepaalde omstandigheden:
E α (e s - e d )
of E = (e s - e d ) Ѱ
Waar E verdamping is
e s is verzadigde dampspanning bij de temperatuur van het verdampende oppervlak (mm Hg)
e d is verzadigingsdampdruk bij de dauwpunttemperatuur (mm Hg).
en Ѱ is een windfactor.
Verschillende empirische vergelijkingen voor het schatten van verdamping zijn ontwikkeld op basis van de wet van Dalton. Sommigen van hen worden hieronder genoemd. (Opgemerkt kan worden dat deze vergelijkingen in FPS-eenheden zijn).
(i) Meyer's Formula (ontwikkeld in 1915):
E = c (e s - e d ) Ѱ
Waarbij E de mate van verdamping is in inches per 30 dagen maand
c is een constante = 11 voor grote diepe waterlichamen, en
= 15 voor kleine ondiepe waterlichamen
e s is maximale dampspanning in inches van Hg.
(i) Dit komt overeen met de maandelijkse gemiddelde luchttemperatuur voor kleine en ondiepe wateren, en
(ii) Overeenkomend met de watertemperatuur voor grote en diepe waterlichamen.
e d is de werkelijke dampdruk in lucht in inches van Hg.
(i) Gebaseerd op de maandelijkse gemiddelde luchttemperatuur en relatieve vochtigheid voor kleine en ondiepe wateren, en
(ii) Gebaseerd op informatie over 30 ft boven wateroppervlak voor grote en diepe waterlichamen.
Ѱ is een windfactor = (1 + 0, 1 ω)
ω is de gemiddelde windsnelheid per mph op ongeveer 30 ft boven het wateroppervlak.
(ii) RoHwer Formula (ontwikkeld in 1931):
E = 0.771 (1.465 - 0.0186 B) Ѱ (e s - e d )
Hij overwoog effect van atmosferische druk en introduceerde een factor (1.465 - 0.0186 B)
In de bovenstaande vergelijking
Ѱ = 0.44 + 0.118 ω
In deze vergelijking
E is de snelheid van verdamping in inches per dag.
B is gemiddelde barometrische waarde in inches kwik (Hg) bij 32 ° F.
e s is maximale dampspanning in inches van Hg.
e d is de werkelijke dampdruk in de lucht op basis van de maandelijkse gemiddelde luchttemperatuur en de relatieve vochtigheid in inches van Hg.
ω is de maandelijkse gemiddelde windsnelheid in km / u.
(iii) Christiansen-formule (het zijn metrische eenheden):
E p = 0, 473 R. Ct. C w . C s . C e . C m
waarbij E p verdampingsverlies is in mm
R is buitenaardse straling in mm (de waarde van R varieert met breedtegraad en ook met maand tot maand).
C m is een coëfficiënt om verdamping als gemiddelde voor de maand weer te geven.
C t, C w, C h, C s en C e zijn coëfficiënten voor temperatuur, windsnelheid, relatieve vochtigheid, procent mogelijke zonneschijn en hoogte allemaal uitgedrukt in dezelfde eenheden als E p . Voor het berekenen van de waarden van verschillende coëfficiënten gaf Christiansen afzonderlijke uitdrukkingen. De uitdrukkingen zijn gecompliceerd en niet binnen het bestek van de studie.
Beperkingen van empirische vergelijkingen:
De bovenstaande vergelijkingen lijden aan de volgende beperkingen:
(i) Toepassing van deze vergelijkingen is moeilijk omdat het misschien niet mogelijk is om de informatie die nodig is voor hun oplossing op gewenste locaties te verkrijgen.
(ii) Het merendeel van de gebruikte hoeveelheden zijn gemiddelde waarden op basis van maandelijkse gemiddelden, terwijl verdamping in de praktijk afhankelijk is van de feitelijke situatie op een ander tijdstip.
Verdamping van bodemoppervlakken:
De mechanica van verdamping van grondoppervlakten is in principe vergelijkbaar met die welke wordt waargenomen voor verdamping van de wateroppervlakken. Bovendien moeten de ontsnappende moleculen van waterdamp uit de grond de weerstand overwinnen vanwege de aantrekking van de gronddeeltjes voor het water.
Dezelfde factoren die de verdamping van het vrije wateroppervlak beïnvloeden, hebben ook invloed op de verdamping van het landoppervlak, maar het verschil dat bestaat, is te wijten aan de mate van vochtigheid van het landoppervlak. De verdampingssnelheid van verzadigde bodems is vrijwel identiek aan de verdampingssnelheid van het vrije wateroppervlak.
Wanneer het vochtgehalte van de oppervlaktegrond minder wordt, neemt het verlies aan vocht door verdamping af en wanneer het vrij laag wordt, houdt de verdamping praktisch op. Het is te zien dat de verdamping van het bodemoppervlak door zal gaan zolang als de ondiepe oppervlaktelaag 10 cm zegt voor klei en 20 cm voor zandige bodems vochtig blijft. De verdamping van het bodemoppervlak kan worden gemeten met behulp van een lysimeter.
