Формулы скорости испарения воды: Дальтон, Шулейкин, Будыко

Под скоростью испарения понимается количество воды, испарившееся в единицу времени с единицы поверхности. По закону Дальтона скорость испарения υ_u (г/см²∙сек) прямо пропорциональна дефициту влажности, т. е.

υ_u = D(E' - e), (12 1)

где Е' - упругость насыщения пара при температуре испаряющей поверхности;
е - упругость водяных паров в воздухе;
D - коэффициент пропорциональности.

Формула (12, 1) справедлива для лабораторных условий, когда воздух над испаряющей поверхностью неподвижен, а само испарение происходит при постоянной температуре. Тогда коэффициент D принимает значение коэффициента молекулярной диффузии водяного пара в воздух и имеет значение 0,22 см²/сек при t = 0°. Однако в естественных условиях молекулярная диффузия водяного пара пренебрежимо мала по сравнению с турбулентной, поэтому формула (12, 1) дает результаты, не соответствующие данным измерений. В связи с этим для практических расчетов используются эмпирические формулы.

Подобного рода формула для испарения с океанической поверхности предложена Шулейкиным:

υ_u = с (Es - е) U, (12,2)

где υ_u - скорость испарения в миллиграммах в минуту на 1 см²;
Es - насыщающая упругость водяных паров в миллиметрах ртутного столба, вычисляемая по температуре воды;
е - упругость водяного пара в миллиметрах ртутного столба на высоте 5 см над водой;
U - скорость ветра на высоте 5 см над водой (в м/сек);
с - коэффициент пропорциональности, равный 5,52 ∙ 10^-2.

Более общий вид формул для скорости испарения позволяет получить современная теория турбулентности приводного (приземного) слоя атмосферы. Согласно этой теории, вертикальный поток водяного пара (количество водяного пара, проходящего через единицу поверхности в единицу времени) в пределах приземного слоя атмосферы не зависит от высоты. Это положение справедливо для так называемой установившейся турбулентности, при которой существенных изменений во времени не происходит. В таком случае поток водяного пара равен скорости испарения.

Вертикальный поток водяного пара w₀ для таких условий определяется формулой

Знак минус означает, что ось z направлена вверх. Интегрирование этой формулы в предположении, что коэффициент турбулентности линейно изменяется с высотой, приводит к следующему выражению для потока водяного пара или для скорости испарения, предложенному Будыко:

индексы _{1 2 5} — высоты над уровнем моря, на которых производится измерение соответствующих величин (в м).

Формула (12, 5) получена эмпирически. Она проверена при вычислении коэффициента турбулентности над морской поверхностью.

Сведения об авторах и источниках:

Автор: Н. И. Егоров, И. М. Безуглый, В. А. Мнежинский, и др.

Источник: Морская гидрометеорология

Данные публикации будут полезны для курсантав морских учебных заведений и капитанаов/штурманов гражданского флота, интересующимся глубоким пониманием гидрометеорологии