Εξατµισοδιαπνοή ΙΑΡΘΡΩΣΗ ΤΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ:

Transcript

1 Εξατµισοδιαπνοή Εργαστήριο Υδρολογίας και Αξιοποίησης Υδατικών Πόρων Αθήνα 2012 ΙΑΡΘΡΩΣΗ ΤΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ: Εξατµισοδιαπνοή ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΦΥΣΙΚΟ ΠΛΑΙΣΙΟ ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΣΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ ΜΕΤΡΗΣΗ ΕΞΑΤΜΙΣΗΣ ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΕΞΑΤΜΙΣΟ ΙΑΠΝΟΗΣ ΜΟΝΤΕΛΟ Υ ΡΟΛΟΓΙΚΟΥ ΙΣΟΖΥΓΙΟΥ

2 Εξάτµιση: Είναι το φαινόµενο µέσω του οποίου τα µόρια ενός σώµατος µεταπίπτουναπότηνυγρήήτηστερεάφάση, στην αέρια. ιαπνοή: Είναι η διαδικασία µε την οποία τα φυτά χρησιµοποιούν το νερό για το µεταβολισµό καιτηνανάπτυξήτους. Ανάλογη διαδικασία µε την εξάτµιση, µε τη διαφορά ότι τα φυτά ελέγχουν την ποσότητα νερού που διαπνέεται ανοίγοντας και κλείνοντας τα στόµατα του φυλλώµατος. Πραγµατική Εξατµισοδιαπνοή: Η απευθείας εξάτµιση από το έδαφος και η διαπνοή γίνονται ταυτόχρονα στη φύση και είναι δύσκολο να διαχωριστούν οι υδρατµοί που παράγονται µε τις δυο διεργασίες. Ως εκ τούτου, ο όρος εξατµισοδιαπνοή (evapotranspiration ΕΤ) χρησιµοποιείται για να περιγράψει τη συνολική διεργασία µεταφοράς νερού στην ατµόσφαιρα από φυτοκαλυµµένες επιφάνειες. υνητική Εξατµισοδιαπνοή: Η ποσότητα εξατµισοδιαπνοής (potential evapotranspiration ΕPΤ ή PET) που πραγµατοποιείται σε πλήρως και οµοιόµορφα καλυµµένες µε χλωρίδα επιφάνειες, κάτω από συνθήκες απεριόριστης διαθεσιµότητας νερού. Η πραγµατική εξατµισοδιαπνοή είναι πάντα µικρότερη (συνήθως πολύ µικρότερη τους θερινούς µήνες) ή τοπολύ ίση µε τηνδυνητικήεξατµισοδιαπνοή. Εισαγωγικές έννοιες Εξάτµιση (evaporation): η µετατροπή του νερού από την υγρή στην αέρια φάση Ορυθµός εξάτµισης εξαρτάται από: 1. τη φυσική διαθεσιµότητα του νερού 2. τη διαθεσιµότητα ενέργειας στην επιφάνεια 3. τη δυνατότητα διάχυσης των παραγόµενων υδρατµών στην ατµόσφαιρα ιαπνοή (transpiration): η µετατροπή του νερού σε υδρατµούς που πραγµατοποιείται στους πόρους της χλωρίδας, και ιδίως των φυλλωµάτων των φυτών (έδαφος ρίζες αγγειακό σύστηµα πόροι φυλλωµάτων στόµατα). εδοµένου ότι ο ρυθµός διαπνοής ελέγχεται από τα φυτά µέσω της ρύθµισης του ανοίγµατος των στοµάτων, η διαπνοή ελαττώνεται όταν η διαθεσιµότητα νερού είναι µικρή και µηδενίζεται κατά τη διάρκεια της νύκτας όπου η διαδικασία της φωτοσύνθεσης διακόπτεται και τα στόµατα κλείνουν.

3 Φυσικό πλαίσιο ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΓΙΑ ΜΕΤΑΒΟΛΗ ΦΑΣΗΣ ΣΤΟ ΝΕΡΟ Απορρόφηση 80 θερµίδων (calories) Λανθάνουσα θερµότητα τήξης Απορρόφηση 100 θερµίδων (calories) Απορρόφηση 540 θερµίδων (calories) Λανθάνουσα θερµότητα εξάτµισης Πάγος 1 gr 0 o C Νερό 1 gr 0 o C Νερό 1 gr 100 o C Υδρατµοί 1 gr 100 o C Απελευθέρωση 80 θερµίδων (calories) Λανθάνουσα θερµότητα πήξης Απελευθέρωση 100 θερµίδων (calories) Απελευθέρωση 540 θερµίδων (calories) Λανθάνουσα θερµότητα συµπύκνωσης Φυσικές ιδιότητες νερού και υδρατµών Μια µάζα υδρατµών στην ατµόσφαιρα, όταν βρίσκεται σε θερµοκρασία Τ και καταλαµβάνει όγκο V, ασκεί µερική πίεση e σύµφωνα µε τονόµο του Dalton: e*v=n*r*t όπου: e = η µερική πίεση υδρατµών V = ο όγκος που καταλαµβάνουν σε θερµοκρασία Τ ( o K) n = η µάζα των υδρατµών προς τη µάζα 1 γραµµοµορίου υδρατµών (18 g) R = παγκόσµια σταθερά των αερίων µε τιµή R=8.31 Nm/( o K Mole) = 8.31 J/( o K Mole)= lt atm/( o K mole) Για κάθε θερµοκρασία, υπάρχει µια τιµή της πίεσης των υδρατµών, πάνω από την οποία αυτοί αρχίζουν να υγροποιούνται. Η πίεση αυτή λέγεται πίεση κορεσµού των υδρατµών e s και δίνεται από την εξίσωση: T e s = 6.11 exp T [hpa]

4 Η µεταβολή της πίεσης κορεσµού των υδρατµών µε τηθερµοκρασία 80 (es hpa) Θερµοκρασία ( o C) Κλίση της καµπύλης κορεσµού των υδρατµών, : des 4098e = = s [hpa/ o C] dθ 2 ( T ) Σχετική υγρασία, U (συµβολίζεται και µε RH [Relative Humidity]): e U = x100% e Έλλειµµα κορεσµού υδρατµών, D: D=e s e s Λανθάνουσα θερµότητα εξάτµισης, λ: λ = Τ s (Τs ηθερµοκρασία στην επιφάνεια του νερού σε ο C) [kj/kg] Ψυχροµετρικός συντελεστής, γ: (Τυπική τιµή τουγ=0.67 hpa/ o C.) c p p p [hpa/ o C] γ = = 1.63 ε λ λ όπου: cp η ειδική θερµότητα του αέρα (για σταθερή πίεση) σε [kj/(kg o C)] µε τυπικήτιµή cp = kj/(kg o C) p ηατµοσφαιρική πίεση [hpa] ε=0.622 ο λόγος µοριακών βαρών νερού και ξηρού αέρα (1 mole υδρατµών/ 1 mole ξηρού αέρα = 18 g / g = 0.622) και λ ηλανθάνουσαθερµότητα εξάτµισης [kj/kg]

5 Ηλιακή ακτινοβολία στα όρια της ατµόσφαιρας S 0 Λαµβάνεται από πίνακες ως συνάρτηση του γεωγραφικού πλάτους του τόπου που εξετάζεται και του συγκεκριµένου µήνα. Μέσες µηνιαίες τιµές της εξωγήινης ηλιακής ακτινοβολίας So σε kj/(m 2 d) για γεωγραφικά πλάτη (φ) 36 ο 46 ο στοβόρειοηµισφαίριο Γεωγραφικό πλάτος φ ( ο ) Μήνας Ιαν Φεβ Μαρ Απρ Μαϊ Ιουν Ιουλ Αυγ Σεπ Οκτ Νοε εκ Ηλιακή ακτινοβολία στο έδαφος =f s *S 0 fs: αδιάστατος συντελεστής απορρόφησης από την ατµόσφαιρα που κατά Prescott: n f s = as + bs N *τυπικές τιµές των παραµέτρων αs=0.25 και bs=0.50 n: πραγµατικός αριθµός ωρών ηλιοφάνειας της ηµέρας Ν: θεωρητικός αριθµός ωρών της ηµέρας (ώρες από την ανατολή έως τη δύση του ηλίου). Λαµβάνεται από πίνακες συναρτήσει του γεωγραφικού πλάτους της περιοχής και του µήνα που εξετάζεται. Μέσες µηνιαίες τιµές της αστρονοµικής διάρκειας ηµέρας Ν σε ώρες για γεωγραφικά πλάτη (φ) 36ο 46οστοΒόρειοΗµισφαίριο Μήνας Γεωγραφικό πλάτος φ ( ο ) Ιαν Φεβ Μαρ Απρ Μαϊ Ιουν Ιουλ Αυγ Σεπ Οκτ Νοε εκ

6 Ακτινοβολία του ηλίου στα όρια της ατµόσφαιρας και στο έδαφος µικρού µήκους κύµατος, S (Short Wave = Βραχύ κύµα). Ακτινοβολία που εκπέµπεται από τη γη όταν θερµαίνεται ακτινοβολία µακρού µήκους κύµατος, L (Long Wave = Μακρύ κύµα). Ακτινοβολία f s *S 0 Ένα µέρος της ανακλάται και επιστρέφει στην ατµόσφαιρα Το υπόλοιπο εισέρχεται στο έδαφος (ή στην υδατική επιφάνεια) και αυξάνει τη θερµοκρασία του. Το ποσοστό της ακτινοβολίας που εισέρχεται στο έδαφος είναι: S n = ( 1 α ) f S S 0 [kj/(m 2 d)] όπου α είναι ο βαθµός ανακλαστικότητας του εδάφους ή λευκαύγεια (albedo). Τυπικές τιµές της λευκαύγειας (albedo) Νερό τυπική τιµή Έδαφος Έρηµος Κωνοφόρο δάσος ενδρώδεις καλλιέργειες Λοιπές Καλλιέργειες τυπική τιµή γιαελλάδα Παλιό χιόνι Φρέσκο χιόνι

7 Νόµος θερµικής εκποµπής των StefanBoltzman Τα σώµατα που διαθέτουν απόλυτη θερµοκρασία Τ [ ο Κ] εκπέµπουν ενέργεια Q, σύµφωνα µε τησχέση: Q = ε σ 4 Τ όπου: Q = ο ρυθµός εκποµπής ενέργειας ανά µονάδα επιφάνειας και ανά µονάδα χρόνου Τ = η απόλυτηθερµοκρασία της επιφάνειας του σώµατος που εκπέµπει σ = παγκόσµια σταθερά, γνωστή ως σταθερά StefanBoltzman ε = αδιάστατο µέγεθος γνωστό ως ικανότητα θερµικής εκποµπής (emissivity) που εξαρτάται απότουλικότουσώµατος (για το ιδεατό µελανό σώµα, ε=1). Για το νερό ε Καθαρή ακτινοβολία µακρών κυµάτων Ln Η διαφορά της θερµικής ακτινοβολίας που εκπέµπεται µείον την ακτινοβολία που επιστρέφει. 4 όπου: L n = ε nflσ ( Τa + 273) [kj/(m 2 d)] Ο αδιάστατος συντελεστής ε n δίνεται από τον τύπο του Brunt: ε n = αe be ea µε τους συντελεστές κατά Penman α e = 0.56, b e = 0.08 και e a [hpa] την µερική πίεση των υδρατµών της ατµόσφαιρας στη θερµοκρασία Τa Ο συντελεστής επίδρασης της νέφωσης (καθαρός αριθµός) δίνεται από την εξίσωση: n fl = αl + bl N µε τους συντελεστές κατά Penman πάλι α L = 0.1, b L = σ = 4.9x 10 kj /( m K d ) η σταθερά των Stefan Boltzman και Τα = η µέση θερµοκρασία του αέρα σε ο C

8 Ολική καθαρή ενέργεια ακτινοβολίας, R n Η διαφορά της καθαρής ακτινοβολίας βραχέων κυµάτων που εισέρχεται στην επιφάνεια του εδάφους, µείον την καθαρή θερµική ακτινοβολία της γης. Rn = S n Ln Ενεργειακό ισοζύγιο σε υδάτινη ή εδαφική επιφάνεια f s S 0 αf s S 0 L n S n =(1α)f s S 0 Εξάτµιση ιαδικασία µεταφοράς νερού από γήινες και υδάτινες επιφάνειες προς την ατµόσφαιρα, µε τηµορφή υδρατµών. Εξαρτάται κυρίως από: την ηλιακή ακτινοβολία, τη θερµοκρασία, την πίεση των υδρατµών, την ταχύτητα του ανέµου, τη φύση της επιφάνειας εξάτµισης

9 Προσδιορισµός της εξάτµισης 1. Λεκάνη εξάτµισης και ατµόµετρο (α) Λεκάνη εξάτµισης Το πλέον ευρέως χρησιµοποιούµενο όργανο Μετρήσεις της στάθµης του νερού εκτελούνται ηµερησίως σε φρεάτιο ηρεµίας µε µετρητική συσκευή Το ύψος του εξατµιζοµένου νερού προσδιορίζεται από τη διαφορά των αναγνώσεων, κατόπιν διορθώσεως λόγω προσθήκης ή αφαίρεσης νερού στη λεκάνη και λόγω βροχόπτωσης Εξάτµιση από µικρές επιφάνειες > εξάτµιση µεγάλων υδάτινων επιφανειών πολλαπλασιασµός µε συντελεστής λεκάνης εξάτµισης (β) Ατµόµετρο Λειτουργία ανάλογη µε αυτήντουεξατµισίµετρου, µε τη διαφορά ότι στο όργανο αυτό δεν υπάρχει ελεύθερη επιφάνεια νερού, αλλά µια πορώδης επιφάνεια που τροφοδοτείται από δοχείο Η ελάττωση της στάθµης του νερού στο δοχείο, συνδέεται µε τηνεξάτµιση µε τη χρήση κατάλληλων συντελεστών Προσδιορισµός της εξάτµισης 2. Μέθοδοι υδατικού ισοζυγίου E= I+ P O Os+ S όπου Ε είναι η εξάτµιση, Ι είναι η εισροή, P είναι η κατακρήµνιση, Ο είναι η εκροή, O s είναι η διήθηση και S είναι η µεταβολή στην αποθήκευση

10 Προσδιορισµός της εξάτµισης 3. Μέθοδοι ισοζυγίου ενέργειας Ολική καθαρή ενέργεια ακτινοβολίας στην επιφάνεια της γης: R n = S n L n Η ποσότητα αυτή ενέργειας, µετατρέπεται σε: λανθάνουσα θερµότητα Λ (ενέργεια που δαπανάται για την εξάτµιση του νερού) αισθητή θερµότητα Η (ποσότητα ενέργειας που επάγεται από το υδάτινο σώµα στηνατµόσφαιρα) R n = H + Λ Προσδιορισµός της εξάτµισης 4. Μέθοδοι µεταφοράς µάζας Εξάτµιση ως µεταφορά µάζας ή διάχυση των υδρατµών από µεγαλύτερες προς µικρότερες συγκεντρώσεις Νόµος διάχυσης του Fick: de E a = M όπου: dz Εa = ορυθµός εξάτµισης e = η µερική πίεση υδρατµών Μ = οσυντελεστήςµεταφοράς και z = το τοπογραφικό υψόµετρο Εµπειρική σχέση Dalton: E a = ( e e ) F ( u ) = D F ( u ) s [kg/(m 2 d)] όπου: D=e s e [hpa] το έλλειµµα κορεσµού των υδρατµών F(u) η συνάρτηση του ανέµου. Κατά Penman δίνεται από τη γραµµική εξίσωση: F ( u) = 0.26( u) [hpa kg/(m 2 d)] (u είναι η ταχύτητα του ανέµου σε [m/s] µετρηµένη σε ύψος 2mαπότοέδαφος)

11 Προσδιορισµός της εξάτµισης 5. Μέθοδοι συνδυασµού Η µέθοδος Penman Συνδυασµός µεθόδων ισοζυγίου ενέργειας µε µεθόδους µεταφοράς µάζας. Εξάτµιση από υδάτινη επιφάνεια κατά Penman: Rn γ E = + F ( u ) D [kg/(m 2 d)] + γ λ + γ όπου: γ = οψυχροµετρικός συντελεστής [hpa/ o C]. Τυπική τιµή = 0.67 hpa/ o C = η κλίση της καµπύλης κορεσµού των υδρατµών [hpa/ o C] 17.27T 4098e = s ( T ), όπου e = 6.11 T + s e Rn = η ολική καθαρή ενέργεια ακτινοβολίας [kj/(m 2 d)] R n = S n L n λ = ηλανθάνουσαθερµότητας εξάτµισης [kj/kg] λ = *Τ F(u) = η συνάρτηση ταχύτητας του ανέµου [kg/( hpa m2d)] F(u) = 0.26*(1+0.54*u 2 ) D = το έλλειµµα κορεσµού των υδρατµών [hpa] D = e s e = e s U*e s Εξατµισοδιαπνοή Η εξατµισοδιαπνοή περιλαµβάνει τόσο τη διαπνοή από τη βλάστηση όσο και την εξάτµιση από υδάτινες επιφάνειες, το έδαφος, το χιόνι, τον πάγο και τη βλάστηση. (α) Άµεση εκτίµηση (µέτρηση) της εξατµισοδιαπνοής Η εξατµισοδιαπνοή µπορεί να µετρηθεί άµεσα µε: (α) δεξαµενές, (β) λυσίµετρα και (γ) χρήση αγροτεµαχίων.

12 Εξατµισοδιαπνοή (β) Έµµεση εκτίµηση της εξατµισοδιαπνοής 1. Μέθοδοι υδατικού ισοζυγίου Όταν δεν υπάρχει άρδευση η εξατµισοδιαπνοή δίνεται από την εξίσωση: ET = P + SW ± RO D όπου: P είναι η κατακρήµνιση, SW η µεταβολή της περιεκτικότητας του εδάφους σε νερό, RO η επιφανειακή απορροή και D η βαθιά διήθηση. * Μειονεκτήµατά της µεθόδου είναι η χαµηλού επιπέδου ακρίβεια των µετρήσεων και οι δυσκολίες εκτίµησης της ΕΤ στη διάρκεια των περιόδων βροχής. Εξατµισοδιαπνοή 2. Μέθοδοι προσδιορισµού της δυνητικής εξατµισοδιαπνοής από κλιµατικά δεδοµένα 2.1 Μέθοδος Penman Monteith Rn γ ' E ' = + F ( u ) D + γ ' λ + γ ' [kg/(m 2 d)] όπου γ ' = ( u ) γ [hpa/ o C] ητροποποιηµένη έκφραση του ψυχροµετρικού συντελεστή, ώστε να λαµβάνει υπόψη την αντίσταση των στοµάτων. Ηταχύτητα ανέµου u δίνεταιπάλισε[m/s] 90 F ( u ) = u T [kg/(hpa m 2 d)] η τροποποιηµένη µορφή της συνάρτησης ανέµου µε Τ πάλι σε [ ο C] και u σε [m/s] * Οι υπόλοιπες µεταβλητές υπολογίζονται όπως ακριβώς και στη µέθοδο Penman, µε τη διαφορά ότι τροποποιείται ο συντελεστής ανάκλασης α (albedo), λαµβάνοντας συνήθως µεγαλύτερες τιµές, µε αποτέλεσµα ναµεταβάλλεται η καθαρή ακτινοβολία Rn.

13 Εξατµισοδιαπνοή 2.2 Μέθοδος Thornthwaite Σχέση για τη µηνιαία εξατµισοδιαπνοή µεβάσητη µέση µηνιαία θερµοκρασία 10t i µ Ν E p = 16 J 360 όπου Εp, είναι η δυνητική εξατµισοδιαπνοή σε mm/µήνα, ti η µέση µηνιαία θερµοκρασία σε ο C, µ οαριθµός ηµερών, Ν η µέση αστρονοµική διάρκεια της ηµέρας, J ο ετήσιος δείκτης θερµοκρασίας και α µια εµπειρική παράµετρος που εξαρτάται από το δείκτη J α Ο δείκτης θερµοκρασίας J, δίνεται από τη σχέση: J = 12 j i i = 1 Ο µηνιαίος δείκτης θερµοκρασίας j i είναι συνάρτηση της µέσης µηνιαίας θερµοκρασίας κατά την εξίσωση: j = i 3 / t i Μηνιαία ποσοστά ωρών ηµέρας % των ωρών ηµέρας του έτους (Πίνακας 3.4) Μήνας Β.Γεωγ. Πλάτος Ιαν Φεβ Μαρ Απρ Μαι Ιουν Ιουλ Αυγ Σεπ Οκτ Νοε Δεκ

14 2.2 Μέθοδος Blaney Criddle Εξατµισοδιαπνοή Εµπειρική σχέση ανάµεσα στην εξατµισοδιαπνοή, τη µέση θερµοκρασία του αέρα και το µέσο ποσοστό ωρών ηµέρας. (.8T + 32) 1 p ET = kf = k 3.94 όπου ΕΤ είναι η µηνιαία δυνητική εξατµισοδιαπνοή σε mm, k είναι ένας εµπειρικός συντελεστής που αναφέρεται στη συγκεκριµένη καλλιέργεια (συντελεστής καλλιέργειας), Τ η µέση µηνιαία θερµοκρασία του αέρα σε ο C και p το ποσοστό ωρών ηµέρας του µήνα (Πίνακας 3.4) N µ Εναλλακτικά το p δίνεται από τη σχέση: p = όπου Ν η µέση αστρονοµική διάρκεια της ηµέρας σε h και µ οαριθµός ηµερών του συγκεκριµένου µήνα. Τιµές εποχιακού φυτικού συντελεστή k Πίνακας 3.7 Τιµές µηνιαίων φυτικών συντελεστών Πίνακας 3.8 Τιµές εποχιακού φυτικού συντελεστή Κ (σχέση Blaney Criddle) (Πίνακας 3.7) ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΑ Διάρκεια βλαστικής Περιόδου σε μήνες Κ Μηδική Αραβόσιτος Βάµβαξ Σιτηρά Εσπεριδοειδή Φυλλοβόλα οπωροφόρα Φυτικό λιβάδι Πατάτα Όρυζα Σακχαρότευτλα Τομάτα Λαχανικά Μεταξύ Παγετών Μεταξύ Παγετών Μεταξύ Παγετών Σηµείωση: Οι µικρότερες τιµές του Κ ισχύουν για παραθαλάσσιες περιοχές και οι µεγαλύτερες για περιοχές µε ξηρό κλίµα.

15 Μηνιαίοι φυτικοί συντελεστές αρδευόµενων καλλιεργειών (σχέση Blaney Criddle) (Πίνακας 3.8) Καλλιέργ. Περιοχή Ι Φ Μ Α Μ Ι Ι Α Σ Ο Ν Δ Μηδική Αβοκάντο Αραβόσιτος Βαµβάκι Χλοοτάπητας Πεπόνια Οπωροφόρα φυλλοβό λα Λεµονιά Πορτοκαλιά Kαρυδιά Βοσκές Πατάτα Σόργον Σακχαρότ. Κριθάρι Σιτάρι Τοµάτα Λαχανικά Θερμή, Πεδινή Παραθαλ. Υψηλή Εσωτερική Πεδινή Παραθαλ. Πεδινή Εσωτερική Πεδινή Εσωτερική Παραθαλ. Παραθαλ. Ενδιάµεση Εσωτερική Εσωτερική Εσωτερική Εσωτερική, Υψηλή Εσωτερική Εσωτερική, Ξηρή Εσωτερική Ενδιάµεση Παραθαλ. Εσωτερική, Ξηρή Εσωτερική Παραθαλ Μέθοδος Hargreaves Εξατµισοδιαπνοή ET = MF ( 18T + 32 CH P a ) όπου ΕΤP είναι σε mm/µήνα, MF είναι ένας µηνιαίος συντελεστής που εξαρτάται από το γεωγραφικό πλάτος και δίνεται από πίνακες, Τα είναι η µέση µηνιαία θερµοκρασία (σε ο C) και CH είναι ένας διορθωτικός παράγοντας για τη σχετική υγρασία RH που χρησιµοποιείται µόνον όταν η µέση ηµερήσια σχετική υγρασία ξεπερνά το 64%. Το CH µπορεί να υπολογιστεί από την ακόλουθη εξίσωση: CH = 0.166(100 RH ) Για µέση ηµερήσια RH 64% CH = 1 1 / 2 *Πολύ απλή µέθοδος και απαιτεί ελάχιστα κλιµατικά δεδοµένα

16 Μονάδες µέτρησης 1 joule = 1Nm = cal 1 ατµόσφαιρα = mb = 760 mm Hg = 14.7 psi 1 εκτοπασκάλ (hpa) = 100 Pa 1 bar = 10 5 Pa = 1000 hpa Βαθµοί Kelvin ( K) = T σε C Εξίσωση Υδατικού Ισοζυγίου P + Q SI + Q GI E Q S0 Q G0 S n = 0 [L 3 ή L3T1 ] όπου P είναι η κατακρήµνιση, Q SI, Q GI είναι η επιφανειακή και η υπόγεια εισροή αντίστοιχα Εείναιηεξάτµιση (συµπεριλαµβάνοντας και τη διαπνοή) Q SO, Q GO είναι η επιφανειακή και η υπόγεια εκροή αντίστοιχα S είναι η µεταβολή της αποθηκευτικότητας n είναι διορθωτικός όρος

17 Ηλιακή ακτινοβολία Άµεση διάχυτη ακτινοβολία Άµεση (direct) Η ακτινοβολία που φτάνει στην επιφάνεια της Γης χωρίς να σκεδαστεί στην ατµόσφαιρα Εξαρτάται από: την απορρόφηση της ηλιακής ακτινοβολίας στην ατµόσφαιρα το ύψος του ηλίου την απόσταση του ηλίου το υψόµετρο της θέσης την κλίση της επιφάνειας ιάχυτη (diffuse) Η ακτινοβολία που φτάνει στην επιφάνεια της Γης αφού έχει αλλάξει η διεύθυνση της από ανάκλαση ή σκέδαση στην ατµόσφαιρα. Εξαρτάται από: την απορρόφηση της ηλιακής ακτινοβολίας στην ατµόσφαιρα το ύψος του ηλίου το υψόµετρο της θέσης την ανακλαστικότητα του εδάφους το ποσό και το είδος των νεφών τη σύνθεση των σωµατιδίων και των αερίων της ατµόσφαιρας Μέση ετήσια ηλιακή ακτινοβολία σε οριζόντιο έδαφος (W/m 2 ) Πηγή: Christopherson, 2000

18 Ηλιακή ακτινοβολία Ηλιακή ισχύς και ενέργεια στο έδαφος Βόρεια Ελλάδα Αιγαίο Κρήτη kwh/m 2 W/m 2 kwh/m 2 W/m 2 kwh/m 2 W/m 2 ΙΑΝ ΦΕΒ ΜΑΡ ΑΠΡ ΜΑΙΟΣ ΙΟΥΝ ΙΟΥΛ ΑΥΓ ΣΕΠ ΟΚΤ ΝΟΕ ΕΚ ΕΤΟΣ Πηγή: RETScreen Data, NASA Ενεργειακό ισοζύγιο της γης ΙΑΣΤΗΜΑ ΒΡΑΧΕΑ ΚΥΜΑΤΑ ΜΑΚΡΑ ΚΥΜΑΤΑ 19 ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ Απορρόφηση από το Ο 3 Απορρόφηση απ τα σύννεφα Απορρόφηση από τους υδρατµούς και τη σκόνη ΩΚΕΑΝΟΙ, Ε ΑΦΟΣ Εισερχόµενη 100 ηλιακή ακτινοβολία Εξερχόµενη ακτινοβολία βραχέων και µακρών κυµάτων ιάχυση απ την ατµόσφαιρα Ανάκλαση απ τα σύννεφα Απορρόφηση ηλιακής ακτινοβολίας απ την επιφάνεια Ανάκλαση απ την επιφάνεια 117 Εκποµπή µακρών κυµάτων απ την επιφάνεια Απορρόφηση και εκποµπή απ τα αέρια Απορρόφηση θερµοκηπίου και εκποµπή (CO 2, H 2 O κ.ά.) απ τα σύννεφα 111 Ροή αισθητής θερµότητας (αγωγή, κατακόρυφη µεταφορά) 96 Απορρόφηση µακρών κυµάτων απ την επιφάνεια 7 Πηγή: Κουτσογιάννης και Ξανθόπουλος (1999) Ροή λανθάνουσας θερµότητας (εξατµιση, διαπνοή) 23

19 Μέση ετήσια καθαρή ακτινοβολία στο έδαφος (W/m 2 ) Πηγή: Christopherson, 2000 Εξατµισίµετρο

20 Εξατµισίµετρο Λυσίµετρο

21 Υψοµετρική µεταβολή της ταχύτητας ανέµου u 2 = u 1 z ln z z ln z όπου u 1, u 2 ηταχύτηταανέµου σε ύψη z 1 και z 2 αντίστοιχα z 0 ηπαράµετρος τραχύτητας Τυπικές τιµές της παραµέτρου τραχύτητας z 0 για διάφορες φυσικές επιφάνειες (cm) Πάγος Ασφαλτοστρωµένη επιφάνεια Υδάτινη επιφάνεια Χλόη ύψους µέχρι 1cm 0.1 Χλόη ύψους µέχρι 110 cm Χλόησιτηρά κλπ ύψους 1050 cm 25 Φυτοκάλυψη ύψους 12 m 20 ένδρα ύψους 1015 m 4070 Μοντέλο υδρολογικού ισοζυγίου Τέλος Σεπτεµβρίου Β=85 mm Ε=60 mm Κ=150 mm Α=0 mm Οκτώβριος Α=25 mm Κ: Χωρητικότητα δεξαµενής ΠΕ=60 mm Β: Βροχόπτωση Ε: υνητική εξατµισοδιαπνοή ΠΕ: Πραγµατική εξατµισοδιαπνοή Β=130 mm Ε=30 mm Α: Απόθεµα Q: Απορροή Νοέµβριος Α=125 mm ΠΕ=30 mm Κ=150 mm Κ=150 mm ΠΕ n = Ε n B n >= Ε n Β=90 mm Ε=25 mm Q=40 mm Α n =min(a n1 +B n ΠΕ n, K) Q n =max(a n1 + B n Ε n K, 0) εκέµβριος Α=150 mm ΠΕ=25 mm Κ=150 mm

22 Τέλος Μαρτίου Μοντέλο υδρολογικού ισοζυγίου Α=150 mm Κ=150 mm Β=40 mm Ε=110 mm B n < Ε n ΠΕ n = B n + A n1 *(1exp [(B n Ε n )/K]) Α n =min(a n1 +B n ΠΕ n, K) Q n =0 ΠΕ [mm] Σχέση ΠΕ και Κ για σταθερό (B n Ε n ) Απρίλιος Α=94.1 mm Κ=150 mm ΠΕ= 95.9 mm Β=30 mm Ε=130 mm Μάιος Α=48.3 mm Κ=150 mm ΠΕ= 75.8 mm Κ [mm] Σχέση ΠΕ και (B n Ε n ) για σταθερό Κ 20 Β=25 mm Ε=160 mm 18 ΠΕ [mm] Ιούνιος Α=19.6 mm Κ=150 mm Β Ε [mm] ΠΕ= 53.7 mm