測量葉片蒸騰作用
有時,學習如何測量葉子蒸騰作用的研究人員會問我們,他們是否可以通過簡單地測量單葉的氣孔導度來估計其蒸騰作用。不幸的是,答案是否定的。這篇文章說明了為什么這是真的,以及您需要做什么來估計總電導,從而估算葉子的蒸發量。
葉子的蒸騰作用 ( E )的計算由公式 1 給出
其中g v是從葉子內部進入空氣的蒸汽總電導,C vs是葉子內部的蒸汽濃度,C va是空氣中的蒸汽濃度。
需要電導項 ( g v ) 來求解蒸騰作用,但它實際上是兩個變量的組合。要將水蒸氣從空氣內部轉移到大氣中,不僅需要讓水通過葉的氣孔和蠟質角質層,還需要通過空氣本身(見圖 1)。
圖 1 顯示了葉子上單個氣孔的放大圖。水蒸氣以藍色顯示。柵欄薄壁細胞和海綿狀葉肉細胞以綠色顯示。葉子內部的水蒸氣可以通過氣孔和蠟質角質層移動到葉子的外部。但大多數時候(當氣孔打開時),水會通過氣孔進入大氣。這稱為通過葉氣孔導度的蒸汽導度 ( g vs )。
氣孔和蠟質角質層并不是將水蒸氣從葉子內部移動到大量空氣中的唯一限制。葉子外面的空氣也抵抗水蒸氣的運動。這稱為空氣中水蒸氣的電導,或邊界層電導 ( g va )。既克VS和克VA行為像在電路中的電阻。它們抵抗水蒸氣的移動,并且它們共同作用(稱為串聯電阻)以限制水從葉子內部移動到大量空氣中。
氣孔導度
要計算蒸騰作用,您需要知道電導g vs和g va。測量氣孔導度時沒有很多選擇。你無法計算。估計是可能的,但不是一個好方法,因此使用設備來測量它。要獲得氣孔導度(或氣孔導度)g vs,請使用葉孔隙計,例如 METER SC-1 葉孔隙計。
邊界層電導
要獲得下一個電導值g va,請使用簡化的工程方程(方程 2)。
在等式 2 中,空氣的蒸汽傳導率 ( g va ) 等于常數 (0.135) 乘以葉片上風速 ( u ) 的平方根除以葉片的特征尺寸 ( d )。
· u = 穿過葉子的風速
· d = 葉子的特征尺寸 (0.72 w) 其中w是葉子的寬度
要獲得這些值,首先用風速計測量穿過葉子的風速, 它提供了d的值。 在這種情況下,它必須是一個小型風速計,但這是可能的。接下來,找到葉子的特征維度(圖 2)。為此,測量葉片在風向的寬度并乘以常數 0.72。
葉子圖,其中 w 是葉子在風向的寬度。
獲得這兩個變量后,您就可以使用它們來估計蒸汽對空氣的電導率 ( g va )。
系統的電導
獲得g va和g vs 后,您可以組合這些電導以獲得系統電導的實際值 ( g v )。公式 3 顯示了如何組合串聯電導
表面蒸氣濃度
現在您有了g v,您需要計算公式 1 中顯示的兩個蒸汽濃度。
表面的蒸汽濃度等于葉片溫度下的飽和蒸汽壓除以空氣壓力(公式 4)。
計算這兩個值很容易。葉溫下的飽和蒸汽壓由 Tetens 公式(公式 5)給出。
其中b為 17.502,c為 240.97 ℃,T為葉溫。在此視頻中,您可以更詳細地了解如何進行此計算。公式 6 顯示了如何獲得P a或空氣壓力
其中 A 是葉子位置的高度。
空氣中蒸氣的濃度
您需要的另一個值是C va
其中(Ë小號)是在空氣溫度(飽和蒸汽壓?一個)發現使用公式5和?現在是空氣溫度和? - [R是相對濕度。必須測量相對濕度、氣溫和葉溫。一旦你測量和計算了所有這些東西,只需將它們代入方程 4 ( C vs ) 和方程 7 ( C va )。
獲得C vs 和C va 后,您可以將它們代入方程 1 并求解E:葉子的蒸騰作用。
如何測量葉子蒸騰作用:總結
因此,要估計葉片蒸騰作用,您需要測量相當多的變量,即使公式 ( E = g v (C vs – C va ) 很簡單。
· G vs – 氣孔導度(使用葉孔計 SC-1)
· T L – 葉溫(使用紅外線溫度計 IRT)
· T a – 氣溫(使用氣象站ATMOS 41)
· h r – 相對濕度(使用氣象站ATMOS 41)
· A – 海拔高度(在互聯網上查找)
· u – 風速* (m/s)(使用氣象站ATMOS 41)
· w – 葉子寬度(使用小尺子)