漫谈蒸发

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根据本人2000年写的一个电视科学教育短片改写于2007/11/17

1. 蒸发是看不见的气象过程

谈到气象,容易想到蓝天、白云或者暴风、骤雨,这些容易看到的气象过程。现在谈谈一种看不见的气象过程,它的学术名称是蒸发

气象学中把液体的水或者固体的冰、雪变成看不见的水汽的过程称为蒸发。蒸馒头或者洗澡的时候我们经常看到水蒸汽,你为什么说水汽看不见呢?!

这是你的一个误解,气体状态的水汽是以分子状态存在,单个的水分子的直径比一个毫米的百万分之一还小。眼睛是看不到它的。人们通常说的水蒸汽其实是一些小水滴,它仍然是液体而不是气体。它们的直径大约是气体水分子的直径的1万倍。 有的云也是小水滴组成的。

水分蒸发变成水汽的过程固然直接看不见,但是我们也可以推测出这个过程的存在。杯子里剩下水底为什么今天没有了?它蒸发到空气中去了。凉到外面的湿衣服为什么干了?衣服上的水分也是蒸发到空气中去了。

 

2. 为什么会有蒸发过程

水分为什么会蒸发?我们说只要空气的相对湿度没有到达100%的饱和状态,暴露在空气中的液体或者固体的水分就会往空气中跑,这就是蒸发过程。如果空气中的水分已经达到了它的最大的容量,相对湿度已经到了100%,水分就不蒸发了。在非常潮湿的地方,洗好的衣服晾了很久都不干,原因就是空气的相对湿度已经是100%了。这时蒸发过程也就停止了。

在空气比较干,风比较大,阳光比较足、温度比较高的时候蒸发过程就进行的比较快,否则蒸发就比较慢。

 

3. 各种测量蒸发量的方法和含义

为了研究自然界的蒸发,气象站就得测量每天蒸发量究竟有多少。为此他们把一个直径20厘米的盛了水的容器(称为蒸发皿)放到外边,到第二天再测量水分减少了多少。减少的部分就是一天的蒸发量。

气象站测量蒸发的方法简单易行。如果把每天测量蒸发加起来就得到了全年的蒸发。全国各地的气象站都这么做。我们也就知道了全国各地的全年蒸发了。

但是这种方法也有缺点:它不能完全代表自然界真的蒸发量,有时它偏差非常大。蒸发皿的直径太小造成蒸发量偏大。另外自然的下垫面有的干有的湿,还有沼泽、农田、湖泊或者海洋。这些不同的下垫面的实际蒸发量显然各不相同。气象站测量的蒸发量究竟代表谁?

为了研究不同的自然情况下的蒸发量,人们还选用直径更大大的蒸发皿或者测量土壤的蒸发量、水面的蒸发量,农田蒸发量甚至叶面的蒸发量。这些测量蒸发的方法在逐步推广中。另外,还研究了一些半经验的理论公式也可以间接计算蒸发量。

 

4对蒸发量的误解

各地气象站都有蒸发量资料,也经常被人们引用。在很湿润地区,气象站测量的蒸发量大约是自然蒸发量的60% 。所以利用它粗略分析蒸发量的差别还是可以的。但是在干旱地区气象站测量到的蒸发量与实际蒸发量就有非常严重的偏差。

例如新疆吐鲁番盆地的托克逊,气象站测量的年蒸发量是3.7米(水的厚度)。有人就说那里的蒸发量大得惊人。然而实际情况是那里的年降水量不足1厘米厚。所以当地自然条件下可以提供的蒸发量最多也就是1厘米。它根本没有资本蒸发3.7米厚的水分,既实践蒸发量与3.7米差了370倍。

把气象站测量的蒸发量作为干旱地区的实际蒸发量来描写显然是歪曲了事实。气象部门应当把气象站的蒸发量改称为蒸发能力就会减少人们的误会。人们在引用蒸发量数据时首先弄明白它的准确含义也会避免这种误解。

 

5.蒸发是提炼净水的伟大过程

海洋里那么的水由于有盐分而不能喝,工厂排出的污水也不能直接用。我们用是净水来自自然界的降水,而降水来自海洋和陆地上的盐水、污水的蒸发。是默默无闻的蒸发过程整天为我们提炼着干净的水蒸气,降水过程再把干净的水蒸气变成净水送回大地。大自然的蒸发过程免费地为我们提炼着净水,说它是个伟大的过程不算特意恭维它。

 

6. 蒸发与降水量、流量的关系

蒸发是地面的水分升到空气中,而降雨降雪是空气的水分降落到地面上。它们不仅是两个相反的气象过程也是互相依存的两个过程。如果地面上的水分不再通过蒸发进入空气中,不出10天地球上再也看不到雨雪了。

蒸发不仅与降水互相依存,它们还与地面的河流有关。

在任何一个自然流域,它的蒸发、降水与河水流量都是基本平衡的。写成公式就是

任何一个区(流)域:(本区降水量R)+ (流进入该流域的河水和地下水量)

=(本区蒸发量E)+(流出该流域的河水和地下水量)

 

7.蒸发的三种地理分区

根据多年的实际蒸发量与降水量的关系,可以把地球表面划分为3大类地区

l        实际蒸发量E=降水量R的干旱地区。那里的降水量十分稀少,它落到地上基本是就在本地蒸发了。地面上没有看不到有水流的痕迹。沙漠、某些戈壁地区就是这样。它们是无径流区。应当说那里的径流系数[R-E/R]=0

l        实际蒸发量<降水量的径流形成区。那里的年降水量大于当地的实际蒸发量,在地面上可以看到沟壑,多余的水分会顺地形而下汇成河流。显然这个地区就是河流的形成区,那里的径流系数大于0。我国和世界的多数陆地是这样的地区。

l        实际蒸发量>降水量的径流耗散区。这类地区由于有外来的河水或者地下水的补给,而本地的降水不多,结果是实际蒸发量>降水量的地区。它们的典型代表是干旱地区的绿洲、内陆河流尾闾湖泊(如罗布泊)、有地下水补给的沼泽、干旱地区的河流沿岸以及海洋的某些区域。新疆、宁夏的绿洲农业就在这个区域里。

 

8. 蒸发与光合作用的关系

农田、森林、草地、花盘里的水分的除了通过土壤蒸发以外还有很多水分是通过植物体,主要是植物的叶子,而蒸发的到空气中的(有时把通过植物而蒸发的过程称为蒸腾)。

为什么植物也要蒸发水分?这不是浪费吗?研究发现这也是误解。实际上,植物的光合作用和蒸发(蒸腾)过程是同时进行的化学和物理过程。植物蒸发的水分越多它生长也越快,或者说蒸发越多农作物积累(形成)的干物质也越多。农作物离不开水分的主要原因原来在这里!所以我们不要小看蒸发过程。如果没有植物的蒸发(蒸腾)植物本身不能生长,没有了植物地球上也就没有动物和人类了。

9. 正确知识蒸发对于保护、利用、改造自然有着重要的理论和实践意义

大自然真是一个奇妙的机器,它既有暴风骤雨也有默默无声蒸发过程。你想过吗,如果没有了蒸发,天空也就没有了雨水,没有了雨水也就没有了河流,没有了植物和动物。

蒸发过程联系着地面的河流、联系着地球的植被、景观和我们的农业、森林和草场。在进行大规模的引水灌溉、南水北调、植树造林和环境保护的时候,应当对每个步骤引起的蒸发量的变化进行了科学的分析。正确认识蒸发过程和蒸发规律对于保护、利用、改造自然有着非常重要的理论意义和实践意义。

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