Εξάτμιση και Διαπνοή

Η διαδικασία μέσω της οποίας το νερό μεταφέρεται από την επιφάνεια της Γης (επιφάνεια γης, ελεύθερες επιφάνειες νερού, εδαφικά ύδατα κ.λπ.) στην ατμόσφαιρα ονομάζεται εξάτμιση.Κατά την εξάτμιση επεξεργασία το λανθάνουσα θερμότητα εξάτμισης λαμβάνεται από την επιφάνεια της εξάτμισης.Επομένως εξάτμιση θεωρείται ως μια διαδικασία ψύξης. Εξάτμιση από την επιφάνεια του εδάφους, οι ελεύθερες υδάτινες επιφάνειες, το νερό του εδάφους κ.λπ. έχουν μεγάλη σημασία στις υδρολογικές και μετρολογικές μελέτες,

γιατί επηρεάζει:

• τη χωρητικότητα των δεξαμενών,
• την απόδοση των λεκανών απορροής ποταμών,
• το μέγεθος των αντλιοστασίων,
• η καταναλωτική χρήση νερού από τα φυτά κ.λπ.

Διαπνοή ορίζει την απώλεια νερού από τα φυτά στην ατμόσφαιρα μέσω των πόρων στην επιφάνεια των φύλλων τους.

Η το νερό επιστρέφει στην ατμόσφαιρασε μορφή ατμού, όχι μέσω ενός μόνο μηχανισμού, αλλά μέσω τριών διακριτών διεργασιών.

• η πρώτη διαδικασία περιλαμβάνει το κλάσμα του νερό που αναχαιτίζεται από τη βλάστηση πριν φτάσει στο έδαφος,
• το δεύτερο είναι το διαπνοή των φυτών,
• και το τρίτο είναι το εξάτμιση του βαρυτικού νερού.

Ένα μέρος της βροχόπτωσης που πέφτει στην καλυμμένη με βλάστηση γη μπορεί να συγκρατηθεί από τα φυτά. Αυτό το τμήμα ονομάζεται διακοπή.

Αυτό το τμήμα γενικά εξατμίζεται πίσω στην ατμόσφαιρα χωρίς να φτάσει στην επιφάνεια του εδάφους. Μια πολύ μικρή ποσότητα του νερού που συγκρατείται στα φυτά πέφτει στο έδαφος από τα φύλλα. Αυτό το τμήμα ονομάζεται ως διέλευσης.

Στις καλυμμένες με βλάστηση περιοχές είναι σχεδόν αδύνατο να γίνει διάκριση μεταξύ εξάτμισης και διαπνοής. Ως εκ τούτου, οι δύο διαδικασίες συγκεντρώνονται και αναφέρονται ως εξατμισοδιαπνοή.

Εξάτμιση

Αρχίζει η εξάτμιση Με την κίνηση των μορίων του νερού. Μέσα σε μια μάζα υγρού νερού, τα μόρια δονούνται και κυκλοφορούν με τυχαίο τρόπο.Αυτή η κίνηση σχετίζεται με τη θερμοκρασία: όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία, τόσο περισσότερο ενισχύεται η κίνηση.

Ο ρυθμός εξάτμισης και εξατμισοδιαπνοής ποικίλλει ανάλογα με:

• μετεωρολογικοί (ατμοσφαιρικοί) παράγοντες που επηρεάζουν την περιοχή,
• και για τη φύση της επιφάνειας εξάτμισης.

Οι παράγοντες που επηρεάζουν τον ρυθμό εξάτμισης (και επίσης την εξατμισοδιαπνοή) είναι:

1. Ηλιακή ακτινοβολία
2. Σχετική υγρασία
3. Θερμοκρασία του αέρα
4. Άνεμος
5. Ατμοσφαιρική πίεση
6. Θερμοκρασία του υγρού νερού
7. Αλμυρότητα
8. Βάθος νερού
9. Αεροδυναμικά χαρακτηριστικά
10. Ενεργειακά χαρακτηριστικά

Ηλιακή ακτινοβολία

Ηλιακή ακτινοβολία αποτελεί κινητήρια δύναμη των καιρικών και κλιματικών συνθηκών, και κατά συνέπεια, του υδρολογικού κύκλου.Ηλιακή ακτινοβολία παρέχει την ενέργεια που απαιτείται για την εξάτμιση των υγρών μορίων του νερού.

Ηλιακή ακτινοβολία επηρεάζει

• η ατμόσφαιρα,
• την υδρόσφαιρα
• και η λιθόσφαιρα

Την ώρα της εξάτμισης, η θερμική ενέργεια (δηλαδή η αισθητή θερμότητα) μεταφέρεται σε λανθάνουσα ενέργεια.Λανθάνουσα θερμότητα (ενέργεια) είναι η θερμότητα που είτε απορροφάται είτε απελευθερώνεται κατά τη διάρκεια μιας αλλαγής φάσης από πάγο σε υγρό νερό, ή υγρό νερό σε υδρατμό. Όταν το νερό μετακινείται από υγρό σε αέριο, αυτή είναι μια αρνητική ροή (δηλαδή απορροφάται ενέργεια). Κατά τη διάρκεια της αντίθετης αλλαγής φάσης (αέριο σε υγρό) εμφανίζεται θετική ροή θερμότητας (δηλαδή απελευθερώνεται ενέργεια).

Σχετική υγρασία

Για μια συγκεκριμένη θερμοκρασία και πίεση αέραείναι δυνατό να καθοριστεί η μέγιστη ποσότητα υδρατμών που μπορεί να συγκρατεί το δέμα αέρα.

Η έλλειμμα κορεσμού είναι η διαφορά μεταξύ της πίεσης ατμών κορεσμού e_S και την πραγματική τάση ατμών e_a.

Αυτό το έλλειμμα (π_s-e_a) μπορεί επίσης να περιγραφεί σε σχέση με την έννοια του σχετική υγρασία H_r, Η_r = (π_a / ε_s). 100

Η σχετική υγρασία είναι η σχέση μεταξύ της ποσότητας νερού που περιέχεται σε μια μάζα αέρα και της μέγιστης ποσότητας νερού που μπορεί να χωρέσει η αέρια μάζα.

H_r = (π_a / ε_s). 100

Η ικανότητα του αέρα να απορροφά περισσότερους υδρατμούς μειώνεται όσο αυξάνεται η υγρασία του αέρα, οπότε ο ρυθμός εξάτμισης γίνεται πιο αργός.

Θερμοκρασία του αέρα

Θερμοκρασία συνδέεται στενά με το ρυθμό ακτινοβολίας. Η ίδια η ακτινοβολία συσχετίζεται άμεσα με την εξάτμιση. Συνεπάγεται, λοιπόν, ότι υπάρχει σχέση μεταξύ της εξάτμισης και της θερμοκρασίας στην επιφάνεια εξάτμισης. ο ρυθμός εξάτμισης είναι, ειδικότερα, συνάρτηση της αύξησης της θερμοκρασίας.Κοντά στο έδαφος, θερμοκρασία αέρα είναι βαριά

επηρεασμένος από

• τη φύση της επιφάνειας του εδάφους
• και την ποσότητα της ηλιοφάνειας.

Η συνολική ποσότητα υδρατμών που μπορεί να συγκρατηθεί από ένα δέμα αέρα εξαρτάται από τη θερμοκρασία και την πίεση.

Η θερμοκρασία του αέρα έχει διπλή επίδραση στην εξάτμιση:

• Αυξάνει την πίεση ατμών κορεσμού, που σημαίνει αύξηση του ελλείμματος κορεσμού.
• Από την άλλη πλευρά, η υψηλή θερμοκρασία σημαίνει ότι υπάρχει διαθέσιμη ενέργεια για εξάτμιση.

Άνεμος

Καθώς το υγρό νερό εξατμίζεται από υδάτινο σώμα, επιφάνεια γης ή έδαφος κ.λπ.ο αέρας δίπλα σε αυτά τα περιβάλλοντα θα γίνει κορεσμένος ατμός. Για τη συνέχιση της εξάτμισης, αυτός ο κορεσμένος αέρας πρέπει να αφαιρεθεί. Με άλλα λόγια ατμοσφαιρική ανάμειξη πρέπει να συμβεί.

Η άνεμος παίζει ουσιαστικό ρόλο στην εξάτμιση διαδικασια μαςεπειδή, αντικαθιστά τον κορεσμένο αέρα δίπλα σε μια επιφάνεια εξάτμισης με ένα πιο στεγνό στρώμα αέρα. Η απομάκρυνση του κορεσμένου αέρα (ατμοσφαιρική ανάμειξη) πραγματοποιείται από τον άνεμο.Αν η ταχύτητα του ανέμου είναι μηδέντο δέμα του αέρα δεν θα απομακρυνθεί από την επιφάνεια εξάτμισης και θα είναι κορεσμένο με υδρατμούς.

Σε γενικές γραμμές, μια αλλαγή 10% στην ταχύτητα του ανέμου προκαλεί 1-3% αλλαγή στην ποσότητα εξάτμισης όταν οι άλλοι μετεωρολογικοί παράγοντες είναι ίδιοι.

Ατμοσφαιρική πίεση

Ατμοσφαιρική πίεση, εκφράζεται

• σε kilopascal (kPa),
• σε χιλιοστά υδραργύρου (mm Hg)
• ή σε millibar (mb).

Αντιπροσωπεύει το βάρος μιας στήλης αέρα ανά μονάδα επιφάνειας. Ενα αύξηση της ατμοσφαιρικής πίεσηςεμποδίζει την κίνηση των μορίων έξω από το νερό. ο ο ρυθμός εξάτμισης αυξάνεταιόταν μειώνεται η ατμοσφαιρική πίεση .Μπορεί να είναι σημαντικός παράγοντας όπου υπάρχει υψομετρική διαφορά μεγαλύτερη από μερικές χιλιάδες μέτρα.

Θερμοκρασία του υγρού νερού

Μοριακή κίνηση στο νερό εξαρτάται από τη θερμοκρασία. Όταν η θερμοκρασία του υγρού νερού είναι υψηλή, η μοριακή κίνηση είναι γρήγορη. Σε αυτή την περίπτωση ο αριθμός των μορίων που εγκαταλείπουν το υδάτινο σώμα θα είναι επίσης υψηλός, με αποτέλεσμα την αύξηση της εξάτμισης.

Εάν η θερμοκρασία του εξατμιζόμενου νερού είναι υψηλή, μπορεί να εξατμιστεί πιο εύκολα. Ετσι ποσότητες εξάτμισης είναι υψηλά σε τροπικά κλίματα και τείνουν να είναι χαμηλά στις πολικές περιοχές. Παρόμοιος αντιθέσεις βρίσκονται μεταξύ καλοκαιρινών και χειμερινών ποσοτήτων εξάτμισης σε μεσαία γεωγραφικά πλάτη.

Αλμυρότητα

Η αλατότητα (συνολικά διαλυμένα στερεά) αναφέρεται σε όλα τα ιόντα (κατιόντα και ανιόντα) που είναι διαλυμένα στο νερό. ο Η αλατότητα του νερού επηρεάζει αρνητικά την εξάτμιση. Μια αύξηση 1% στη συγκέντρωση αλατιού προκαλεί μείωση 1% στην εξάτμιση. Ενα παρόμοιο υπάρχει σχέση με άλλες ουσίες σε διάλυμα, επειδή η διάλυση οποιασδήποτε ουσίας επιφέρει α μείωση της τάσης ατμών. Αυτό πτώση της πίεσης είναι ευθέως ανάλογη με τη συγκέντρωση της ουσίας στο διάλυμα.

Βάθος νερού

Το βάθος ενός σώματος νερού παίζει καθοριστικό ρόλο στην ικανότητά του να αποθηκεύει ενέργεια. ο κύρια διαφορά μεταξύ ενός ρηχού υδάτινου σώματος και ενός βαθύτερου είναι ότι τα ρηχά νερά είναι πιο ευαίσθητα στις εποχιακές κλιματικές διακυμάνσεις. ΕΝΑ ρηχό υδάτινο σώμα θα είναι πιο ευαίσθητο στις διακυμάνσεις του καιρού ανάλογα με την εποχή.Βαθύτερα υδάτινα σώματα, λόγω της θερμικής τους αδράνειας, θα έχουν πολύ διαφορετική απόκριση εξάτμισης.

Αεροδυναμικά χαρακτηριστικά

Η αεροδυναμικά χαρακτηριστικά της επιφάνειας όπως

• τραχύτητα,
• υφή του υλικού στην επιφάνεια (λεπτά ή χονδροειδή υλικά),
• ή το μέγεθος της επιφάνειας

επηρεάζουν επίσης την ποσότητα της εξάτμισης.

Ενεργειακά χαρακτηριστικά

Η συντελεστής ανάκλασης (albedo) της επιφάνειας καθορίζει τα ενεργειακά χαρακτηριστικά της επιφάνειας.Αν αυτός ο συντελεστής (albedo) είναι υψηλός, ένα μεγαλύτερο μέρος της εισερχόμενης ακτινοβολίας θα ανακλάται και στη συνέχεια η εξάτμιση θα είναι χαμηλότερη από αυτήν την επιφάνεια.

Αναφορές

• Καθ. Δρ. FİKRET KAÇAROĞLU, Σημείωμα Διάλεξης, Πανεπιστήμιο Muğla Sıtkı Koçman
• Davie, T., 2008, Fundamentals of Hydrology (Δεύτερη Έκδοση). Rutledge, 200 p.
• Musy, A., Higy, C., Hydrology. CRC Press, 316 p.
• Newson, M., 1994. Hydrology and The River Environment. Oxford Univ. Pres, UK, 221 p.
• Raghunath, HM, 2006, Hydrology (Δεύτερη Έκδοση). New Age Int. Publ., Νέο Δελχί, 463 p.
• Usul, N., Engineering Hydrology. METU Press, Άγκυρα, 404 σελ.