11. Методи визначення турбулентного потоку водяної пари ( випаровування)

Метод турбулентної дифузії. Турбулентний потік водяної пари дорівнює швидкості випаровування з одиниці поверхні за одиницю часу. Якщо z₂ =2 м, z=0,5 м, z₀=0, густина ₀ = 1,3 кг/м³, атмосферний тиск Р= 1013 гПа, з урахуванням формули S=0,622е/Р, за проміжок часу 1 година (3600 с) швидкість випаровування визначається за формулою

( кг/ м² год.) (4.28)

З урахуванням того, що 1 кг води на площі 1 м² утворює шар товщиною 1 мм, то

(мм/год), (4.29)

де ( м²/с) – коефіцієнт турбулентності на висоті = 1 м; (гПа) – градієнт вологості повітря у приземному шарі .

Метод теплового балансу. Випаровування з поверхні суші та води можна визначити з рівняння теплового балансу діяльного шару

( 4.30)

де В₀ – радіаційний баланс діяльного шару підстильної поверхні; Р_т − турбулентний потік тепла або витрати тепла за рахунок турбулентного переносу; = LW – приховане тепло (конденсації або випаровування); Р_Г – потік тепла у ґрунті або воді.

Турбулентний потік тепла та витрати на випаровування зв’язані між собою і цей зв’язок має назву співвідношення Боуена

(4.31)

З урахуванням формули (4.31) перепишемо (4.30)

(4.32)

Тоді випаровування за методом теплового балансу розраховується за формулою

(4.33)

Параметр Боуена представимо у наступному вигляді

(4.34)

де t і е  градієнти температури і вологості у приземному шарі.

З урахуванням того, що S = 0,622 і що у приземному шарі Р 1000 гПа розрахункова формула для визначення випаровування з поверхні суші за методом теплового балансу набуває наступного вигляду:

(4.35)

У формулі (4.35): В₀ і Р_г у Вт/м² − радіаційний баланс поверхні і потік тепла у грунт відповідно; L − питоме тепло пароутворення у Дж/кг; Δe = ( е_0,5− е _2,0 ) у гПа; Δt = (t_0,5 − t_2,0) у К; W у кг/м²с, або мм/с.

Із формули (4.35) випливає, що максимального значення випаровування набуває тоді, коли теплообмін між діяльним шаром грунту і глибинними шарами відсутній ( = 0) і весь потік радіації витрачається на випаровування. Оскільки радіаційний баланс рідко перевищує значення 1,05 кВт/м², то максимальне випаровування при t = 1 K і e = 1 гПа приблизно складає 0,1 мм/год.

Випаровування залежить від швидкості вітру. Найбільше поширена проста емпірична формула для розрахунку швидкості випаровування (турбулентного потоку водяної пари) формула В.В. Шулєйкіна

, (4.36)

де – парціальний тиск насичення при температурі випарної поверхні; – парціальний тиск; −швидкість вітру у м/с. Якщо і вимірюються на висоті 2 м то .