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如何測量計算葉片蒸騰速率?

更新時間:2025-09-17      點擊次數:260



如何測量計算葉片蒸騰速率?


曾有正在學習如何測量葉片蒸騰作用的人發來問題:是否可以僅通過測量單片葉子的氣孔導度來估算其蒸騰作用?很遺憾,答案是:No。本文將說明如何正確操作,以及如何得到總導度,從而估算葉片的蒸騰量。




葉片蒸騰速率(E)的計算公式如下:

如何測量計算葉片蒸騰速率?



其中:

gv 是葉片內部水蒸氣進入空氣的總導度,
Cvs 是葉片內部水蒸氣的濃度,
Cva 是空氣中水蒸氣的濃度。

得到總導度gv就可以計算蒸騰速率,gv是兩個變量的組合,要將水蒸氣從葉片內部空氣轉移到大氣中,不僅需要將水通過葉片的氣孔和蠟質層,還需要通過空氣本身(圖1)。



如何測量計算葉片蒸騰速率?



圖1顯示了葉片上單個氣孔的放大圖。水蒸氣用藍色表示。綠色部分為柵欄薄壁細胞和海綿狀葉肉細胞。葉片內部的水蒸氣可以通過氣孔和蠟質層移動到葉片外部。這就是水蒸氣通過葉片氣孔的導度,被稱為“氣孔導度gvs"。




氣孔和蠟質層并不是限制水蒸氣從葉片內部進入空氣的因素。葉片外部的空氣也會阻止水蒸氣的流動,即空氣中水蒸氣的導度,也叫邊界層導度(gva)。gvsgva就像是電路中的電阻。它們會抵抗水蒸氣的運動,并聯合起來限制水分從葉片內部移動到大氣中。

為了計算蒸騰速率,你需要知道gvsgva。氣孔導度的獲得并沒有太多選擇,它無法計算得到,雖然估算可行,但這并不是一個好的方法,因此需要有一臺可以直接測量氣孔導度的設備,圖2即為可以測定得到葉片氣孔導度的SC-1穩態氣孔計。


如何測量計算葉片蒸騰速率?



如何測量計算葉片蒸騰速率?


一個簡單的公式得到gva,如下:

如何測量計算葉片蒸騰速率?

在公式2中,空氣中水蒸氣的導度gva等于常數0.147乘以穿過葉片的風速u和葉片的特征尺寸 d 比值的平方根。

要獲得u這個值,就需要測量葉片上的風速。這種情況小型風速計可能更適合。接下來獲取葉片的特征尺寸(圖3)。測量葉片在風向上的寬度,然后乘以一個常數0.72。


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得到這兩個變量,就可以用它們來計算水蒸氣對空氣的導度gva。




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得到gvagvs后,將兩者結合,計算出總導度(gv)。公式3顯示了如何整合邊界層導度和氣孔導度。


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如何測量計算葉片蒸騰速率?


已經通過計算得到了gv,接下來還需要獲得公式1中提到的兩種水蒸氣的濃度。

葉片內部水蒸汽濃度等于葉片溫度下的飽和蒸汽壓除以大氣壓(公式4)。


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這兩個值都很容易計算。葉片溫度下的飽和蒸汽壓由Tetens公式(公式5)給出。


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式中



b 為17.502,
c 為240.97 ℃,
TL 為葉溫。




公式 6顯示了如何獲得大氣壓Pa,


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其中A是海拔高度。




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Cva 的計算公式如下:


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es 是用公式5計算的在空氣溫度Ta下的飽和蒸汽壓,

Ta 是空氣溫度,由測量得到,

hr 是相對濕度,由測量得到。

把它們代入公式4 (Cvs)和公式7 (Cva)即可得到CvsCva,再將它們代入公式1,解出蒸騰速率E。




如何測量計算葉片蒸騰速率?

盡管公式 E = gv(Cvs - Cva)很簡單,但是要估算葉片蒸騰,需要測量相當多的變量。




gvs —氣孔導度(SC-1)
TL —葉片溫度(IRT)
Ta —空氣溫度(ATMOS41)
hr —相對濕度(ATMOS41)
A —海拔高度(測量或查詢)
u —風速m/s(ATMOS41)
w —葉片寬度(尺子)

整個測量及計算過程總結如下圖:



如何測量計算葉片蒸騰速率?

請注意:獲取風速這一參數,可以使用ATMOS41氣象站,但這取決于葉片的位置。如果葉片靠近地面, 而ATMOS41位于2米處,就必須對高度進行校正。有公式可以用來推算降至目標位置的風速。當接近地面時,風速會呈指數遞減。



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