水面蒸发

水面的水分子汽化并扩散至大气的过程。水分汽化过程，其需要的能量，来源于太阳辐射、水体与其他环境交换的热量，当水面的一些分子获得大于液体内平均动能时，克服了分子间的内聚力，逸出水面，跃入紧接水面的空气层中。同时，空气中的部分水汽分子，也有返回到水体内，发生凝结现象。实际的蒸发量是逸出水面分子的净数量。当空气的相对湿度为****时，由于空气中水汽已饱和，进出水面的分子量相等，蒸发量为零。扩散过程，当水面水汽压大于空气中实际水汽压时，紧接水面的水汽分子，从水汽压高的地方扩散至水汽压低的地方，而它的位置再由水面逸出的水汽分子来填充，这是分子扩散现象。当接近蒸发面的气温大于上层气温时，下层的暖湿空气因比重小，成为不大的细流升向上空，上层的冷干空气则下沉，这是对流扩散现象。当刮风时，将蒸发面上的水汽吹走，而被干空气所代替，把将要饱和的空气冲淡，促进蒸发，这是紊动扩散现象，是主要的扩散过程。水面蒸发直接体现水量交换过程与热量交换过程间的联系，是水文循环的主要环节，水热平衡的共同要素。水面蒸发既消耗水分资源也消耗热能资源，在干旱缺水地区，控制蒸发，既可增加有用水量，又可保持水温，提高农业生产。

关于水面蒸发的研究，远在1687年，天文学家哈利（E.Halley）用蒸发器观测水面蒸发量。1802年道尔顿（J.Dalton）提出蒸发量与水汽压差成比例关系。1915年施米特（W.Schmidt）应用热量平衡原理，确定洋面蒸发。1939年桑斯韦特与霍尔兹曼（C.W.Thornthwaite&Benjamin Halzman）导出质量转移法计算蒸发公式。约于1920年左右，一些学者于水面撒布单分子薄膜，以试验控制蒸发。中国于20世纪20年代开始用直径80厘米蒸发器观测水面蒸发，50年代开展蒸发实验研究。80年代初根据全国蒸发实验资料，确定了不同气候区的各类蒸发器折算系数及水面蒸发计算模型。

水面蒸发的影响因素

①水汽压差。根据水文混和理论，质量通量与物质的浓度梯度成比例，就蒸发而言，物质浓度梯度体现为水面温度的饱和水气压与水面上空一定高度的实际水汽压之差，即与水汽压差成比例。②风。风速的大小，体现着紊动扩散的强弱，风速愈大，水分子扩散愈快，蒸发率也愈大，但风速与蒸发量之间的确切关系，*初有些学者认为其他条件相同时，蒸发率与风速平方根成正比，其后有些学者认为蒸发率与风速的一次方成比例。③辐射。水分化汽需要热能，太阳辐射是自然蒸发的主要能源，太阳辐射月总量与月蒸发量之间的关系，*为密切，由于太阳辐射是一项重要影响因素，故蒸发量随日、季、纬度与天空条件而变化。④温度。水温控制水分子逸出水面速度，也是确定水面饱和水汽压的依据，气温决定着水汽传播速度与空气的饱和水汽压，它们的影响与辐射相似，并在水汽压中有所反映，但在热水蒸发研究中，计算蒸发量时，认为除考虑水汽压差与风速外，尚应考虑水气温差。⑤气压。水面上气压降低，空气密度减小，水分子易于逸出，蒸发量将增大，但此项影响较小，易被其他相互有关的气象因素所掩盖，例如随着高程增加，气压减小，温度降低，二者对于蒸发影响，可部分抵消。⑥水质。在相同受热情况下，混水的温度较高，蒸发较大；水中含有溶解质，减小了水面饱和水汽压，从而减少蒸发，例如每增加含盐量1%，蒸发量减小1%，故海水的蒸发比淡水的小2～3%。

水面蒸发量的确定

水面蒸发量的单位以毫米计，确定的方法有器测法与计算法两大类。

器测法 所用的仪器见蒸发器。蒸发器观测的成果换算为自然水面蒸发，须乘一折算系数。这一系数在时间上变化是秋冬大于春夏，在地区上变化是潮湿的地区大于干旱地区，中国各型蒸发器年折算系数如表。

中国各型蒸发器年折算系数表

中国各型蒸发器年折算系数表（续）-1

计算法 ①水量平衡法。主要包括任何时段水体的输入，输出与蓄水量等不同项目的平衡，可应用于确定任何水体的蒸发，但受水量平衡方程所包括各个项目测量误差的影响，难于精确。②热量平衡法。解热量平衡方程需估计太阳辐射、大气辐射、水体长波辐射。进出水体热量，对流热量与水体蓄热量，如有可靠的观测资料，可以计算短到一小时的时段蒸发，一般应用于小于一周的时段。③质量转移法。根据控制蒸发面上水汽转移自然因素，即主要是垂直湿度梯度与气流的紊动，以计算蒸发。这一方法只能算月平均值，它与热量平衡相组合的一些方法，可以消去每个方法中原有的测量困难。④经验公式法。许多公式是根据道尔顿定律，并用影响蒸发的一些因素加以修正，适用于中国东北、华北、华中与华南气候区的水面蒸发模型为：

水面蒸发

或E＝0.16（e0－e150）（1＋0.56W150），

适用于康滇、青藏与蒙新气候区的公式为：

E＝0.30(e0－e150)

或E＝0.17（e0－e150）（1＋0.76W150）

式中 E为蒸发量（毫米/日）；e0为水面温度饱和水汽压（毫巴）：e150为水面上150厘米处实际水汽压（毫巴）；W150为水面上150厘米处风速（米/秒）。

水面蒸发的控制措施 控制措施包括：①取用库水时，泄放表层温水，以减少水汽压差；②应用地下水库；③应用油脂薄膜，减缓水分子的扩散速度；④应用单分子薄膜，例如将十六烷醇（C16H33OH）、十八烷醇（C18H37OH）或其混合剂撒布于水面上，形成单分子膜。上述药剂每公斤能在4000多平方米的水面形成紧密的薄膜，减少蒸发量约为10～40%或更多。