蒸散（ET）的測量方法與儀器

2025-11-07 08:59:36 點將科技系統(tǒng)集成部 20

蒸散（Evaportranspiration，ET）是地表水分蒸發(fā)和植物蒸騰的總和，是水循環(huán)、能量平衡和植物生理活動中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

測量方法大致可以分為四類：傳統(tǒng)測量法、基于微氣象學的方法、遙感估算方法和模型估算方法。

1、傳統(tǒng)測量方法（點尺度）

這類方法直接測量或通過水量平衡計算ET，通常代表一個點或很小區(qū)域的數(shù)值

蒸滲儀被視為直接測量ET的基準方法，精度很高。是通過一個裝滿原狀土和植物的容器，通過精確測量其重量或水量變化來計算ET。

相對于其他方法，其代表性有限，如果做大型地下室蒸滲，破壞性也越大

波文比能量平衡法通過測量凈輻射、土壤熱通量以及上下兩個高度的空氣溫濕度差，計算潛熱通量（即ET）。

優(yōu)點是理論清晰，免去了對湍流交換系數(shù)的直接測量。缺點是在平流條件下（如干濕交界處）誤差大；需要下墊面均一、大氣穩(wěn)定。

2、基于微氣象學的方法（田塊尺度）

這類方法通過測量大氣湍流來直接計算水汽通量

渦動相關(guān)法：直接、快速測量垂直風速和水汽濃度的協(xié)方差，從而得到潛熱通量。

直接測量ET，理論上是最可靠的通量測量方法，可長期連續(xù)自動觀測。

缺點是設(shè)備非常昂貴，主流的進口品牌預(yù)算在50萬元左右（不帶安裝塔和其他額外傳感器），數(shù)據(jù)處理復雜（需要坐標旋轉(zhuǎn)、頻率響應(yīng)校正等）；存在能量不閉合問題；需要大面積的平坦均一下墊面。

觀測范圍約100m~10km，取決于安裝高度。

閃爍儀：通過發(fā)射光束，測量因空氣湍流造成的光強閃爍效應(yīng)，反算出大面積上的感熱通量，再結(jié)合能量平衡求算ET。

測量的是路徑平均值（通常幾百米到幾公里），代表性好；適用于復雜下墊面（如起伏地形）。

缺點在于測量的是感熱通量，需要其他觀測數(shù)據(jù)（凈輻射、土壤熱通量）來推算ET；在濕潤條件下精度會下降。

觀測范圍0.5km-10km。

3、遙感估算方法（區(qū)域至全球尺度）

這類方法利用衛(wèi)星或航空遙感數(shù)據(jù)，通過地表能量平衡模型反演ET。

利用遙感數(shù)據(jù)（如Landsat, MODIS）獲取地表反射率、溫度等，建立能量平衡模型（如SEBAL, SEBS, METRIC）計算ET。

優(yōu)點：空間覆蓋范圍廣，可獲取區(qū)域ET分布圖；成本相對較低；可回溯歷史數(shù)據(jù)。

缺點：時空分辨率矛盾（高空間分辨率衛(wèi)星如Landsat重訪周期長，如16天）；需要地面氣象數(shù)據(jù)輔助；瞬時結(jié)果需要時間尺度擴展才能得到日/月ET；在植被茂密或云覆蓋下精度受限。

4、模型估算方法（彭曼公式）

Penman-Monteith方程是當前國際上公認的計算參考作物蒸散（ET?）和實際作物蒸散（ETc）的標準方法。它結(jié)合了能量平衡原理和空氣動力學原理，是一個物理意義明確的綜合模型。

它所需要的數(shù)據(jù)相對比較容易得到，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)有氣溫、相對濕度、風速、太陽輻射或者日照時數(shù)。在數(shù)據(jù)質(zhì)量較好的情況下，它能提供非常可靠的計算結(jié)果。

并且，聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）推薦其作為計算參考蒸散（ET?）的唯一標準方法，這使得全球不同地區(qū)的研究結(jié)果具有可比性。

如何選擇合適的方法？

選擇哪種方法取決于研究目的、預(yù)算、所需尺度以及精度要求

追求單點高精度，用于方法校準或基礎(chǔ)研究：蒸滲儀是黃金標準。
進行田塊尺度的連續(xù)、高精度通量觀測，且有充足預(yù)算：渦度相關(guān)系統(tǒng)是較好的選擇，全球通量網(wǎng)（如FLUXNET）主要采用此法。
預(yù)算有限，但需要田塊尺度的可靠數(shù)據(jù)，且下墊面均一：波文比系統(tǒng)是一個很好的折中方案
需要了解幾百米到幾公里尺度上的平均ET，特別是復雜地形：閃爍儀非常有用。
需要獲取大范圍（如整個流域、省或國家）的ET空間分布圖：遙感方法是可行的選擇，通常需要結(jié)合地面站點數(shù)據(jù)進行驗證和校正。
預(yù)算有限，需其他方法的補充和驗證，可選擇彭曼公式方法。彭曼公式是利用氣象觀測數(shù)據(jù)來“計算”或“估算”ET值。它是許多測量方法和模型的理論基礎(chǔ)。