乾燥土壌面からの蒸発速度測定法の開発と蒸発モデルの構築に関する研究

干土表面蒸发速率测量方法开发及蒸发模型构建研究

• 批准号: 09876062
• 负责人: 小林 哲夫
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 1998
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09876062/
• 关键词: 蒸発; DSL; DSL法; DSLバルク法; 非等温蒸発; 土嚢面蒸発; PTZ; MCJ; 熱拡散; 湿度逆転; 逆勾配流れ

乾燥土壌面からの蒸発とは,土壌表面が乾燥して,水蒸気が土壌中でのみ生成される状態を意味する。したがって,日中,土壌表面温度が大気温に比べて極めて高くなりうるために,土壌表面付近では水蒸気密度だけでなく温度勾配も水蒸気移動の駆動力となりうる。その結果,従来の蒸発速度測定法の多くは,乾燥土壌面からの蒸発には適用不能となる。このような温度勾配が水蒸気の駆動力となる蒸発過程を非等温蒸発と定義し,その機構を明らかにしてモデル化した。さらに,非等温蒸発時の蒸発速度測定方を開発し,その有効性を実証した。土壌層を湿潤土層(WSL),相変換層(PTZ)および乾燥土層(DSL)に分類し,それらが表面に露出している状態を,それぞれ,蒸発の第1,第2および第3段階とした。第1段階では水蒸気の生成(相変化)はすべて土壌表面で行われるが,第2段階では表面に露出している厚さ有限のPTZ内で行われる。第3段階ではDSLが表面に露出し,乾燥土壌面からの蒸発に相当する。温度勾配の影響はDSLと大気の境界面付近で作り出され,小対流(MCJ)によって接地気層内に運ばれる。その結果,接地気分層内に湿度逆転(日中,高度と共に比湿が減少する現象)が発現する。温度勾配の影響はDSL内では比較的小さいので,DSL内の水蒸気上昇フラックスを評価して蒸発速度を推定するDSL法を開発した。また,リモートセンシングによって測定可能な土壌表面温度と厚さ5cmの表土層内の平均体積含水率のみを用いて評価できるようDSL法をパラメーター化したDSLバルク法を提案した。両方法は,鳥取砂丘とマサ土を用いて検証され,有効性が確認された。

干燥土壤表面蒸发是指土壤表面干燥且仅在土壤内部产生水蒸气的情况。因此，由于白天土壤表面温度与大气温度相比可能极高，因此不仅水汽密度而且温度梯度都可以成为土壤表面附近水汽运动的驱动力。因此，许多传统的蒸发率测量方法不适用于干燥土壤表面的蒸发。以这种温度梯度为水蒸气驱动力的蒸发过程被定义为非等温蒸发，并对其机理进行了阐明和建模。此外，我们开发了一种测量非等温蒸发过程中蒸发速率的方法，并证明了其有效性。土层分为湿土层（WSL）、相变层（PTZ）和干土层（DSL），其暴露于地表的状态分为第一、第二和第三阶段蒸发，分别分为几个阶段。在第一阶段，所有水蒸气的产生（相变）都发生在土壤表面，而在第二阶段，它发生在云台内，并暴露在表面的有限厚度。在第三阶段，DSL暴露在表面，对应于干燥土壤表面的蒸发。温度梯度效应在 DSL 与大气界面附近产生，并通过小对流 (MCJ) 传入接地空气层。结果，地面接触地层中出现湿度倒转（白天比湿度随海拔高度降低的现象）。由于 DSL 内温度梯度的影响相对较小，因此开发了 DSL 方法，通过评估 DSL 内的水蒸气向上通量来估计蒸发速率。我们还提出了DSL批量方法，将DSL方法参数化，使其仅利用遥感可测量的土壤表面温度和5厘米厚表土层的平均体积含水量进行评估。这两种方法均使用鸟取沙丘和马萨土进行了验证，并证实了其有效性。

项目成果

Kobayashi,T.and W.He: "A method for measuring the rate of evaporation from dry soil by remote sensing" Workshop on Remote Sensing of Hydrological Processes & Applications. 117-122 (1998)

Kobayashi,T.和W.He：“通过遥感测量干燥土壤蒸发速率的方法”水文过程遥感研讨会