Evapotranspirace ( ET ), je množství vody, převedena do atmosféry pomocí odpařování v úrovni terénu a na úrovni zadržení srážek , a rostlina transpirace . Je definován přenosy vody do atmosféry ze země, vody zachycené vrchlíkem a vodních ploch . Transpirace je definována přenosy vody v rostlině a ztrátou vodní páry na úrovni průduchů jejích listů.
Koncept evapotranspirace a jeho opatření se objevila v padesátých letech ; je to důležité pro vysvětlení a kvantifikaci přenosu vody v ekosystémech , pro výpočet potřeby vody v lesích, zemědělských plodinách a obecněji pro hospodaření s vodou v přírodních nebo polopřirozených vegetačních oblastech nebo pro odhad významu městských tepelných bublin nebo důsledky změny vegetace v prostředí.
Odpařování vody je postupný přechod z kapalného do plynného stavu . Tento jev je tedy progresivní vaporizací . Když je nad kapalinou volný objem, je zlomek molekul, které tvoří kapalinu, v plynné formě. V rovnováze určuje množství hmoty v plynné formě tlak nasycených par, který závisí na teplotě . Když je parciální tlak páry v plynu nižší než tlak nasycených par a ten je nižší než celkový tlak okolí, část molekul prochází z kapalné fáze do plynné fáze: toto je odpařování, které vyžaduje dodávka odpovídajícího latentního tepla, které kapalinu ochlazuje.
Zachycení srážek vegetací se týká procesu, kterým meteoritickém vody jsou zachyceny a zadrženého listy a větve, tak nikdy dosažení povrchem. Zachytávání omezuje dobíjení vodních zdrojů půdy, přičemž voda zachycená listy se přímo odpařuje.
Těžko lze posoudit, ve vesmíru se výrazně liší, zejména podle druhů rostlin a povětrnostních podmínek. Velmi četné, hlavní faktory, které řídí schopnost vegetačního krytu zachytit a zadržovat vodu, se týkají listů (tvar, velikost, drsnost, turgidita, orientace, rozpad, věk, hustota, index listové plochy atd.).
U lesních porostů se míra zachycení obecně pohybuje od 15 do 35% u listnatých stromů a od 25 do 50% u jehličnanů (obecně vyšší míra, což je vysvětleno jejich vždyzelenými listy zachycujícími srážky podzim-zima). Tato rychlost je u druhů v bylinné vrstvě méně dobře kvantifikovatelná . Jejich nižší celková listová plocha vysvětluje nižší sazby než lesní porost: Fougère-Aigle by zachytil 12% dopadajících dešťů, travní porost 4 až 5%.
V rostlinách , transpirace je kontinuální proces, způsobené odpařováním z vody z listů a odpovídajícím vychytávání z kořenů do půdy . Potění je hlavním motorem v oběhu mízy a vyskytuje se hlavně v průduchech . Regulace jejich otevření proto přímo ovlivňuje intenzitu potu.
Role transpirace v rostlinách je mnohonásobná: je motorem cirkulace surové mízy v xylému , podporuje do určité míry chlazení rostlin a umožňuje přenos minerálních solí do míst, kde to rostlina potřebuje , hlavně v listech, které jsou sídlem fotosyntézy .
Celkové množství vody uvolněné do atmosféry transpirací rostlin je obrovské (více než roční tok Amazonky v Brazílii pouze pro Amazonku . Pro ilustraci může velký dub odpařit 1 000 litrů vody denně ( tj. jedna tuna), ale v průměru za slunečný den se bříza odpaří za den 75 litrů vody, buk 100 litrů, lípa 200 litrů. Hektar buku odmítne asi 250 mm vody. voda během vegetačního období a hektar tropického deštného pralesa evapotranspiráty mnohem více (1 530 mm u některých studií v Guyaně). To vysvětluje roli, kterou hrají velké rostlinné formace, zejména lesy na koloběhu vody , regionální a globální klima a jejich působení jako přirozené klimatizace.
Transpirační volání je jedním z motorů cirkulace surové mízy (dochází také k radikulárnímu tlaku ). Během fotosyntézy, průduchy otevřené, aby CO 2 . Roztok listů se poté uvede do styku s vnějším vzduchem. Rozdíl mezi potenciálem atmosférické vody a potenciálem listů vyvolává únik vody (přítomné v listech) do atmosféry. Relativní tlak v xylému klesá a je nižší než atmosférický tlak. Xylem je pak pod napětím, což umožňuje vzestup surové mízy.
Mnoho fyzických, biologických a meteorologických faktorů ovlivňuje evapotranspiraci, včetně:
Evapotranspirace představuje pouze malou část globálního vodního cyklu (tato odpařená voda představuje 0,04% vody v hydrosféře ), ale zajišťuje přenos vody z půdy a vegetace do atmosféry. Pokud je atmosféra ve srovnání s oceány malou vodní nádrží, její velká mobilita a její neustálé výměny s oceánskými a suchozemskými nádržemi jí dávají zásadní roli ve vodním cyklu.
Odpařování probíhá hlavně nad oceány (85%), kde energie ze slunečního záření transformuje kapalnou vodu na páru. Oceán odpařuje více vody, než přijímá ve formě srážek. Tento deficit kolem 10% se na kontinentech vyskytuje ve formě přebytku srážek ve srovnání s odpařováním. Transpirace je zdaleka největším tokem vody ze suchozemské biosféry (64%, tj. 80 až 90% suchozemské evapotranspirace) před zachycením srážek (27%), odpařováním z půd (6%) a odpařováním z otevřených vodních ploch ( 3% hlavně z oceánů, moří, řek a jezer), tyto průměrné údaje se liší v závislosti na podnebí.
Ve většině povodí představují ztráty vody evapotranspirací nejdůležitější část vodní bilance. V kontinentálních oblastech by tak více než 60% srážek bylo rozptýleno evapotranspirací.
Potenciální a skutečná evapotranspirace se značně liší mezi ekosystémy a někdy i mezi ročními obdobími
Všechny rostliny potřebují vodu. Některé se hodně odpařují, jiné trochu. V biologickém inženýrství se tato vlastnost využívá k odvodnění mokré a bažinaté půdy výsadbou topolů nebo vrb v mírném podnebí. Některé semi-vodní rostliny, nazývané palustrin nebo hydrofyty , se během svého růstového období hodně evapotranspirují. Jiné akumulují vodu ve svých tkáních, evapotranspirace pak může být časem částečně posunuta; Jsou to například rašeliníku z rašelinišť .
V tropickém podnebí používáme rostliny, které se málo odpařují a které vytvářejí klenbu se svými větvemi (palmami), aby bylo možné pěstovat na jejich úpatí rostliny, které by se více šířily, kdyby byly na plném slunci, pomerančovníky, citroníky, zelenina., voňavé rostliny. Pod palmami se tak uměle vytváří mikroklima příznivé pro pěstované rostliny.
Stejně jako v případě měření srážek (déšť, sníh atd.) Je jednotkou měření evapotranspirace milimetr hloubky vody. 1 mm odpovídá 1 litru vody na metr čtvereční nebo 10 kubických metrů na hektar . Evapotranspirace může řádově dosáhnout uprostřed evropského mírného pásma 4 až 6 mm / den uprostřed léta a ve středomořské zóně 6 až 8 mm / den .
Ke zpřesnění odhadů evapotranspirace bylo přidáno několik dalších konceptů. Tyto koncepty mají variabilní definice podle autorů.
Pojem „ potenciální evapotranspirace “ (ET p ) se běžně staví proti „skutečné evapotranspiraci“ (ET nebo ET r , anglicky: skutečná evapotranspirace ET a ).
Skutečná evapotranspirace označuje přesné množství vody evapotranspirované skutečným vegetačním krytem. Je nemožné měřit data v měřítku grafu nebo oblasti.
Naproti tomu potenciální evapotranspirace je hodnota vypočítaná matematickými vzorci. ET p je tedy předmětem různých definic, v závislosti na autorech a použitých výpočtových metodách. Tuto představu o potenciální spotřebě vody zavedl Thornthwaite v roce 1948, poté ji převzal Howard Penman ve svém vzorci výpočtu (1948).
V roce 1956 definoval Penman (1956) ET p jako: „odpařování z dostatečně rozsáhlého krátkého trávníku, v dobrém stavu a vhodně zásobeného vodou“. V závislosti na autorech a metodách jsou do definice ET p zahrnuty různé meteorologické, fyzikální nebo biologické parametry : například rostlinný druh, stálost energetických toků, otevření průduchů , stálost relativní vlhkosti. .
Tyto dva pojmy ET r a ET p jsou užitečné a nezbytné pro studium bilancí cirkulace vody a zejména pro stanovení vodních požadavků plodin nebo pro výpočet „oázového efektu“ zóny, kde je evapotranspirace větší. plocha). Rostliny v suchých prostředích mohou výrazně snížit svou evapotranspiraci, když nemají vodu. Rostliny v deštivých tropicko-rovníkových oblastech obecně nemohou.
Referenční evapotranspirace (ET o ) je koncept používaný v různých metodách odhadu. Je to hodnota pro vybranou vegetaci za skutečných vodních podmínek, která umožňuje odvodit evapotranspiraci pro další vegetační kryt. Toto praktické použití referenční plodiny souvisí s malou variací potenciální evapotranspirace podle různých rostlin za stejných klimatických podmínek.
V závislosti na podnebí a metodách odhadu lze jako referenci použít jakýkoli druh rostlin. Typickými referenčními rostlinami jsou tráva ( rašelina ) nebo pěstovaná vojtěška ( alfalfa ) nízké výšky, a to díky metodám výpočtu vyvinutým obecně pro zemědělské účely.
Maximální evapotranspirace (ET m ) maximální hodnota evapotranspirace dané plodiny ve vegetativním stadiu za daných klimatických podmínek, zohledněná ET 0 . Jedná se o opravu ET 0 podle vegetačního krytu. ET m = K c x ET 0 , K c je koeficient plodiny. Pro určení koeficientu oříznutí, Christian de Pescara navrhuje následující postup: je třeba vést oříznutí na ET m , který může být určen zařízení provádí výpočet ET 0 nad pozemku nebo pomocí lysimetru . Pak máme ET r max = ET m a vypočítáme: K c = ET r max / ET 0 . Můžeme tedy kalibrovat koeficienty plodiny K c .
Kromě srážek je evapotranspirace hlavním parametrem v bioklimatických studiích a v některých studiích dopadu.
Pro vědce je snadné měřit evapotranspiraci rostliny nebo malého vegetačního povrchu (například pomocí potometeru nebo přenosné transpirační komory), ale je obtížné změnit měřítko stromu , lesa , rákosu , plodiny nebo zeměpisné oblasti . V ideálním případě bychom měli vzít v úvahu více či méně důležitou sílu zachycování deště a jiné meteorické vody (mlhy, rosa, sníh, mráz atd.). Poté použijeme empirické metody nebo modelování.
Velký počet teoretických nebo empirických metod hodnocení byly stanoveny od poloviny XX -tého století vědci (často s místními kalibrační problémy dělat některé platné v jiných regionech). Specialisté běžně rozlišují tři odlišné přístupy:
Tyto modely musí být vždy používány opatrně as přihlédnutím k jejich metodickým omezením, zejména pokud jde o lesnictví a tropickou bioklimatologii .
Celosvětově evapotranspirace ze světového oceánu každoročně odstraňuje plátek vody 1200 mm a dodává do atmosféry 430 000 km 3 vody, zatímco tento proces nad kontinenty (zejména nad jezery) poskytuje pouze 75 000 km 3 .
Evapotranspirace může být zhruba aproximována měřeními provedenými na odpařovací pánvi naplněné vodou ( anglické reproduktory nazývají odpařování pánve ). Při absenci deště se předpokládá, že kolísání hladiny vody v nádrži je úměrné evapotranspiraci, protože voda v nádrži podléhá stejným klimatickým podmínkám jako rostliny a půda: (sluneční) záření , vítr, teplota a vlhkost.
Tento jednoduchý vztah je formulován:
Mnoho faktorů však odlišuje odpařovací podmínky nádrže a evapotranspiraci půdy a rostlin (kapacita nádrže pro akumulaci tepla, turbulence vzduchu atd.). Tyto odlišné aspekty se berou v úvahu při instalaci kontejnerů (velikost a tvar kontejneru, výběr barvy a materiálů atd.) A složitějšími korekčními koeficienty (definovanými klimatickými a geografickými faktory). Podle FAO by metoda odpařovací pánve poskytla „přijatelné“ odhady s relevantním umístěním košů a pro odhady za období delší než 10 dnů. Podle studií ASCE se ve srovnání s jinými výpočtovými metodami obecně ukázalo, že metoda bin je „nepravidelná a nekonzistentní“.
Penman a Monteith modelováníPenman-Monteithovo modelování je široce používáno a je považováno za model FAO „nejlepší výsledky a minimální chyba“ s „přesnými a konzistentními“ výsledky pro mírné, vlhké a suché podnebí. U tohoto modelu je rostlinný kryt považován za homogenní celek a evapotranspirace je považována za „svislou“ jako sled odporů a předpisů zabraňujících odpařování vody: odpor půdy, kořenů, průduchů listů, baldachýnu atd.
Komplexní Penman-Monteithův (1965) vzorec obsahuje mnoho parametrů, které jsou měřitelné nebo vypočítatelné z meteorologických a agronomických údajů . Použitá meteorologická data zahrnují například kolísání teploty, vlhkosti a atmosférického tlaku, zeměpisné šířky, nadmořské výšky, doby trvání slunečního svitu a síly větru. Mezi agronomické parametry patří albedo a stomatální vodivost rostlin, výška rostlin, druh půdy atd.
S parametry:
AND p : Potenciální evapotranspirace (dostupnost vody v půdě a rostlinách) Δ: Změna sytosti vlhkosti podle teploty vzduchu. (Pa⋅K -1 ) R n : čisté ozáření (W⋅m −2 ) toku vnějších energií c p : Tepelná kapacita vzduchu (J⋅kg −1 ⋅K −1 ) ρ a : Hustota suchého vzduchu (kg⋅m -3 ) δ e : deficit tlaku par nebo specifická vlhkost (Pa) g a : Hydraulická vodivost vzduchu (m⋅s -1 ) g s : Vodivost průduchů (m⋅s -1 ) γ : psychrometrická konstanta ( γ ≈ 66 Pa⋅K -1 ) Modelování dostupnosti vodySkutečná evapotranspirace (ET) se poté vypočítá z měření dostupnosti vody v půdě a kořenech. Tato dostupnost se měří na základě vlhkosti půdy a fyzikálních vlastností půdy a kořenů - nebo se počítá z modelu zásob vody (výpočet infiltrace, odtoku a prosakování podle srážek).
Ve srovnání s výpočtem energetických bilancí (viz další část) umožňuje tato metoda výpočtu specifikovat evapotranspiraci po krátkou dobu (doba kratší než 1 hodina); ale modelování vyžaduje složitá a nákladná měření ke stanovení fyzikálních parametrů. Stejně tak malé chyby v hodnocení dostupnosti vody v půdě znamenají velké chyby v odhadu skutečné evapotranspirace.
Výpočet základní a evapotranspirace plodinEvapotranspiraci konkrétního vegetačního krytu lze tedy vypočítat přímo ze vzorců kombinujících model Penman-Monteith a dostupnost vody. V praxi se obecně počítá jako funkce referenční kultury (ET o ).
Zvažte referenční evapotranspiraci (ET o ), například pro dostatečně hydratovaný pozemek 12 cm vysoké trávy vypočítaný podle vzorce Pennman-Monteith. Z tohoto Eto se pak vypočte na evapotranspirace pro určité plodiny (ET c ), například pšeničné pole.
Se zjednodušeným vzorcem závisí ET c na plodinovém faktoru (K c ) spojeném s rostlinami (druhy rostlin, hloubce kořenů, stavu růstu atd.) A stresovém faktoru (K s ) spojeném se zvláštnostmi půdy ( složení půdy). půda, vodní stres, ochrana před větrem a odpařováním, rozestupy rostlin, frekvence zalévání atd.). Tento výpočet AND c je často uveden pod zjednodušenou rovnicí:
Jiné rovniceEvapotranspirace může být odhadnuta z rovnovážné vodní rovnice odtokové nádrže (S):
S:
Odpařování lze tedy vypočítat z odvozeného vzorce:
Tento typ modelování se zdá nepřesný po krátkou dobu, ale poměrně spolehlivý po dlouhou dobu, pokud jsou měření srážek přesné.
Základní měřeníHistorické měření je založeno na lysimetrické metodě. V praxi se variace vody měří na malém referenčním grafu uspořádaném ve formě nádrže s lysimetrem . Toto měřicí zařízení umožňuje měřit (vážením) kolísání vody (ΔS) v povodí (voda obsažená v půdě a rostlinách). Lyzimetr také umožňuje shromažďovat a měřit vypouštěnou vodu (D) směrem k suterénu. Odtoková voda (Q) se shromažďuje (například s kanály instalovanými na okraji nádrže), které se mají měřit. Srážky (P) se měří srážkoměrem .
Tato měření tak umožňují určit evapotranspiraci vymezené pánve. Tato referenční evapotranspirace (ET o ) poté umožňuje odhadnout nebo vypočítat odpařování jakéhokoli rostlinného krytu většího rozsahu nebo jiné rostlinné povahy.
Je použita jiná metoda, vodní bilance změnami vlhkosti v půdě.
Modelování srážek a proudění Atmosférická rovnováhaTato metoda spočívá v tom, že se jako reference vezme plátek atmosférického vzduchu nad krytem rostliny. Evapotranspirace se odvodí měřením a porovnáním vody obsažené v této referenční zóně.
Měřicí kovariance turbulence je běžná metoda odhadu s použitím různých měřicích přístrojů: anemometr sonický tři směry, vlhkoměr do kryptonu v otevřeném poli ...
Ostatní rozvahyPoužívají se další metody: energetická bilance, metoda průtoku mízy, satelitní data.
Ve fyzickém přístupu je přeměna vody na páru zvažována podle jejích energetických aspektů. Tímto přístupem evapotranspirace (ET) odpovídá toku latentního tepla (LE) v následující rovnici energetické bilance:
S
Zanedbáním ΔCO 2 (2–3% energie) a ΔM lze vzorec zjednodušit a evapotranspirace se proto odhaduje z naměřených a vypočítaných údajů o čistém záření a jiných tepelných tocích. V této podobě se tento přístup také nazývá „Bowenův poměr“ (metoda, která je méně spolehlivá, čím suchější je prostředí).
Polní měřeníNa stupnici malého vegetačního krytu lze energetické výměny měřit v terénu pomocí různých zařízení: síťové záření se měří pyrradiometrem . Tok tepla v půdě se měří průtokoměrem . Citelné a latentní tepelné toky se počítají z diferenciálních měření teploty okolí a vlhkosti umístěných psychrometrů .
Satelitní měřeníV regionálním měřítku lze energetické výměny měřit některými satelity dálkového průzkumu Země ; jejich radiometry měří spektrální jasy na vrcholu atmosféry, pro různé vlnové délky (viditelné, infračervené, tepelné infračervené atd.), albedos a povrchové teploty a vegetační indexy. Tato data jsou poté analyzována různými metodami, jako jsou algoritmy SEBAL (en) nebo S-SEBI.