水面蒸發
正文
水面的水分從液態轉化為氣態逸出水面的過程。水面蒸發包括水分化汽（又稱汽化）和水汽擴散兩個過程。英國E.哈雷於1687年首先套用蒸發器，測定水面蒸發量。1802年英國J.道耳頓提出蒸發量與水汽壓差成比例的定律。1915年W.施米特套用熱量平衡方程估算洋面蒸發。1939年C.W.索恩思韋特與B.霍爾茲曼導出蒸發計算公式。此後，H.L.彭曼於1948年把熱量平衡與質量轉移理論結合，提出計算蒸發的組合公式。為了研究減少蒸發損失，1925年E.K.里迪爾套用各種脂肪酸，首先觀測單分子膜抑制水面蒸發的作用。中國於20世紀50年代設立了100和20平方米蒸發池，進行器測法的實驗,60年代起先後提出了計算蒸發的各種經驗公式。
物理過程 蒸發直接體現熱量交換與水量交換過程的聯繫。水分化汽和水汽擴散的兩個過程是：①水分化汽。水體內部水分子處在連續運動狀態，其速度各不相同。當水面的一些分子，得到的動能大於其他水分子對它的吸引力，就逸出水面。水溫越高，水分子運動越快。由於水汽分子的不規則運動，有一部分水汽分子回到水中，產生凝結。實測的蒸發量指從水面逸出的水分子數量與返回水中的水分子數量之差。②水汽擴散。有三種形式：由於水汽壓差而引起的水汽分子從水汽壓高處向水汽壓低處輸送，稱分子擴散；由於溫差而引起的下層暖濕空氣上升和上層冷乾空氣的下沉，稱對流擴散；由於颳風，水分子隨風吹離，稱紊動擴散。
影響因素 有水汽壓差、風速、氣溫和水質等。水汽壓差指水面溫度的飽和水汽壓與水面上空一定高度的實際水汽壓之差。它反映著水汽濃度梯度，根據擴散理論所提供的概念，蒸發率與水汽壓差成正比變化。風速的大小，決定著紊動擴散的強弱。一般認為，風速愈大，水面蒸發率也愈高。氣溫主要控制空氣濕度，間接影響水面蒸發。按照道爾頓定律,如風速和相對濕度不變,溫度升高10°C，蒸發量增加 1倍。水中含有鹽分，鹽分子會增加分子的吸力，減少蒸發。在同一環境下，海水的蒸發比淡水的少2～3％。
蒸發量的確定 單位時間從水面蒸發的水量稱水面蒸發率,以毫米/日計。水面蒸發量可用儀器直接觀測確定，也可估算。中國採用的直接觀測水面蒸發的儀器有20厘米直徑小型蒸發器，80厘米直徑套盆式蒸發器。60年代初選用 E-601型蒸發器為全國標準儀器。蒸發實驗站則採用20和 100平方米蒸發池和漂浮蒸發器。大水體的蒸發量的確定要用各種蒸發器測得的蒸發量乘以折算係數。折算係數隨蒸發器面積大小，季節和氣候區等不同而異。
大水體蒸發量的間接估算可用水量平衡法，即根據降水、徑流和蓄水量等要素推求自然水體某一時段的水面蒸發量。這種方法精度受測量誤差的影響，套用受到一定限制。另一種是熱量平衡法，是通過測算太陽短波輻射,大氣和水面長波輻射,進出水體的熱量、對流的熱量和水體的儲熱量等來估算蒸發量。如有觀測資料，這個方法能估算到 1小時的時段蒸發量，但由於其中幾個必要的項目難估算，易產生誤差。經驗公式與半經驗公式法是根據蒸發的影響因素之間的關係推求水面蒸發量。
水面蒸發的抑制 水面蒸發消耗水分，也消耗熱能，因此抑制蒸發是保護水熱資源的重要措施。抑制方法尚處在實驗研究階段，可用油脂薄膜和用單分子薄膜減緩水分子的擴散。常用的藥劑為十六烷醇（C16H33OH）、十八烷醇(C18H37OH)或其他混合劑。
參考書目
施成熙、粟宗嵩主編：《農業水文學》，農業出版社，北京，1984。
