По уравнению связи

Коэффициент турбулентного обмена можно вычислить в зави­симости от характеристик влажности воздуха, скорости ветра и температуры как минимум на двух горизонтах, однако на метео­станциях эти характеристики измеряют только на высоте 2 м. По­этому А. Р. Константинов разработал методику расчета суммарно­го испарения с использованием стандартных данных метеостан­ций. Эту величину можно определять с помощью номограммы (рис. 6.7) по средним многолетним значениям парциального дав­ления водяного пара е, мб, и температуры воздуха. Однако этот ме­тод не рекомендуют применять для засушливых территорий.

Гидролого-климатический метод. Этот ме­тод, разработанный В. С. Мезенцевым и развитый И. В. Карнацевичем, нашел широкое применение в мелиоративных расчетах. Уравнение для расчета суммарного испарения имеет следу­ющий вид:

Рис. 6.5. Средний годовой слой суммарного испарения с суши, мм

(6.14)

где — максимально возможное испарение (водный эквивалент теплоресур­сов испарения); —общее увлажнение, мм осадков; — параметр, учитываю­щий гидравлические условия стока в различных ландшафтных и климатических условиях.

Рис. 6.7. Номограмма для вычисления среднего многолетнего годового испарения, мм, по методу турбулентной диффузии

При этом максимально возможное испарение предлагают рас­считывать по формуле

(6.15)

где — сумма среднемесячных положительных температур воздуха за год, °С.

Уравнение можно использовать и для определения месячно­го суммарного испарения, но тогда определяют другим способом.

Биоклиматический метод. Суммарное испарение с орошаемых земель рассчитывают также и биоклиматическим ме­тодом А. М. и С. М. Алпатьевых. Этот метод учитывает биологи­ческие особенности сельскохозяйственных культур, и используют его при минимальном увлажнении корнеобитаемого слоя почвы, то есть при запасах влаги не менее 65 % наименьшей полевой влагоемкости. Расчеты проводят по формуле

(6.16)

где — сумма суточных дефицитов влажности воздуха за рассматриваемый пе­риод на высоте 2 м, мб; — биологический коэффициент испарения, который за­висит от вида растений.

Измерение испарения. Из всех составляющих водного баланса Земли испарение измерить наиболее сложно.

Испарение с водной поверхности измеряют с помощью испа­рительных бассейнов и испарителей. В России стандартным се­тевым прибором является испаритель ГГИ-3000 (ГГИ — Государственный гидрологический институт). Он представляет со­бой металлический сосуд (рис. 6.8) с площадью испаряющей поверхности 3000 см². В центре испарителя установлена вертикальная трубка, к окончанию которой прикреплена коленчатая игла. Острие иглы находится на 7,5 см ниже борта испарителя. Испаритель наполняют водой до уровня, совпадающего с окон­чанием иглы.

Уровень воды в испарителе определяют с помощью специальной объемной бюретки, устанавливаемой на вертикальную трубку в сроки измерений. Количество выпавших осадков учитывают наземным дождемером, который располагают рядом с испарителем. Слой испаряющейся воды между сроками наблюдений, мм,

(6.17)

где — слой выпавших осадков, мм; и — уровни воды в сроки наблюдений, мм;

— поправочный коэффициент для измерительной трубки.

Рис. 6.8. Испаритель ГГИ-3000 (а) и объемная бюретка (б):

1 — иголка; 2 — трубка; 3 — клапан

Испарители ГГИ-3000 можно устанавливать на берегу водоема и на специально оборудованных плотах. Эталонным испарителем принято считать испарительный бассейн с площадью зеркала 20 м² и глубиной 2 м.

Показания испарительного бассейна площадью 20 м² соответ­ствуют испарению с малых водохранилищ и прудов площадью до 5 км2. Испарение с водоемов больших размеров увеличивают в среднем на 15...20 %.

В практике измерения испарения с водной поверхности использовали и используют и другие испарители. Например, судовой испаритель Лютгенса, по которому испарение определяют в зависимости от изменения концентрации соли в воде. А судовой испаритель Шулейкина представляет собой открытый калориметр, наполненный морской водой, теплообмен которой с окружающим воздухом, осуществляется только через поверхность испарения, при этом интенсивность испарения определяют по понижению температуры воды в калориметре.

Испарение с почвы измеряют с помощью почвенных испарителей. Сущность метода состоит в том, что испарение с почвы между сроками наблюдений определяют по изменению массы почвенного монолита, помещенного в испаритель, с учетом вы­павших осадков за тот же период и количества воды, просочив­шейся через него. Изменение массы устанавливают взвешивани­ем, а осадки измеряют с помощью почвенного дождемера. Воду, просочившуюся через монолит и собравшуюся в водосборном сосуде испарителя, измеряют стаканом дождемера. При наблю­дениях пользуются почвенными испарителями ГГИ-500-50 (пло­щадь 500 см, высота 50 см) и ГГИ-500-100 (площадь 500 см², вы­сота 100 см).

Испаритель ГГИ-500-50 показан на рисунке 6.9. Он состоит из внутреннего и внешнего цилиндров и водосборного сосуда. Во внутренний цилиндр помещают почвенный монолит с ненару­шенной структурой. Дно внутреннего цилиндра съемное с отвер­стиями, через которые вода, просочившаяся через монолит, попа­дает в водосборный сосуд. При взвешивании и измерении количе­ства просочившейся воды водосборный сосуд открепляется от внутреннего цилиндра испарителя.

Испаритель ГГИ-500-100 отличается от испарителя ГГИ-500-50 только высотой.

Недостаток весового метода измерения испарения — изоляция почвенного монолита от окружающей почвы.

Рис. 6.9. Почвенный испаритель ГГИ-500-50:

1 — внутренний цилиндр; 2—дно с отверстиями; 3— сосуд для сбора просочившейся воды; 4— защелка дна; 5— наружный цилиндр; 6— дождевое ведро; 7— кольцевая сетка; 8— конусный бак

Более точно испарение можно измерять с помощью специаль­ных нестандартных гидравлических испарителей, основанных на принципе гидростатического взвешивания монолита. Например, на территории Валдайской научно-исследовательской лаборато­рии ГГИ использовали гидравлический испаритель большой мо­дели (рис. 6.10), в центре которого был помещен почвенный мо­нолит площадью 5 м² и глубиной 2 м. Монолит заключен в сталь­ной кожух, соединенный с 12 радиально расходящимися консоля­ми, которые опираются на выступы (шейки) поплавка. Последний погружен в воду кольцевого бассейна. Вес монолита и кожуха с консолями уравновешивается подъемной силой поплавка. Сум­марная площадь двенадцати шеек поплавка подобрана равной площади испаряющей поверхности прибора. Поэтому изменение веса почвенного монолита (выраженное в толщине слоя воды) вследствие испарения, конденсации или выпадения осадков на его поверхность соответствует вертикальному перемещению пла­вающей системы испарителя относительно уровня воды в бассей­не. Эти перемещения регистрируются тремя самописцами уровня, расположенными под углом 120°. Средняя кривая по данным трех самописцев характеризует изменение положения центра тяжести почвенного монолита.

Рис. 6.10. Схема устройства гидравлического испарителя большой модели:

1 — почвенный монолит; 2 — опорная консоль; 3 — щетка поплавка; 4 — кольцевой полый по­плавок; 5— кольцевой бассейн, наполненный водой; 6— пространство для работы наблюдате­ля; 7— насыпной фунт на крышке прибора

Распределение испарения по поверхности земли. Обычно при анализе климатических условий региона оценивают как реальное испарение, так и испаряемость. Значения испаряемости для тер­ритории суши существенно различаются (от менее 100 мм в год в арктических и антарктических широтах до 3000 мм в год в райо­нах пустынь). Испаряемость, как правило, увеличивается с уда­лением от морей и океанов и приближением к областям с посто­янным высоким давлением и соответственно безоблачным не­босводом. В частности, на европейской территории России ис­паряемость возрастает по направлению с северо-запада на юго-восток—в Санкт - Петербурге 320 мм, в Москве 417 мм, в райо­нах Нижней Волги более 800 мм. Если продолжать двигаться примерно в том же направлении, то в пустынных территориях Средней Азии можно встретить регионы с испаряемостью око­ло 2000 мм.

Распределение фактического испарения по земному шару по­казано на карте (рис. 6.11), из которой видно, что области с мак­симальным испарением находятся в пределах тропических широт Мирового океана, в частности у юго-восточного побережья Северной Америки — более 2500 мм. Наименьшие значения испарения (до 100 мм) — в высоких широтах северного полушария.

Для территории бывшего СССР о значениях испарения с по­верхности суши (суммарного испарения) можно судить по карте, показанной на рисунке 6.5.