Xem mẫu
- Ch¬ng 4
Bèc h¬i
4.1. Kh¸i niÖm vÒ bèc h¬i
ThuËt ng÷ bèc h¬i ®îc c¸c nhµ vËt lý häc dïng ®Ó miªu t¶ qu¸ tr×nh chuyÓn
hãa chÊt láng thµnh chÊt khÝ. §èi víi nhµ thñy v¨n häc, thuËt ng÷ nµy ®îc sö dông
®Ó m« t¶ qu¸ qu¸ tr×nh mÊt níc tõ bÒ mÆt Èm sang khÝ th«ng qua sù b¶o toµn vËt
chÊt vµ qu¸ tr×nh chuyÓn hãa. Níc bèc h¬i vµ vËn chuyÓn tõ bÒ mÆt vµo khÝ quyÓn.
Sù bèc h¬i x¶y ra víi níc ngoµi trêi (gåm: s«ng, hå, biÓn.. ) ®Êt trèng hoÆc thùc vËt.
Thªm vµo ®ã cßn cã sù bèc h¬i cña níc tõ bÒ mÆt thùc vËt, chñ ®Ò nµy ®· ®îc th¶o
luËn trong ch¬ng III. Níc ®îc thùc vËt hÊp thô trùc tiÕp gäi lµ sù tho¸t h¬i níc
(transpiration). Thµnh phÇn bèc h¬i nµy bao gåm níc do thùc vËt lÊy tõ ®Êt sau ®ã
chuyÓn lªn c©y, l¸ vµ tho¸t ra kh«ng khÝ tõ bÒ mÆt l¸. Níc ®îc lÊy tõ ®é s©u nhê rÔ
c©y, sù tho¸t h¬i níc cã thÓ kÐo dµi rÊt l©u ngay c¶ khi níc bÞ gi÷ l¹i trªn líp t¸n l¸
thùc vËt vµ bÞ gi÷ l¹i trong tÇng ®Êt trªn.
MÆc dï theo ®Þnh nghÜa, sù bèc h¬i níc bao gåm tÊt c¶ c¸c qu¸ tr×nh chÊt láng
chuyÓn thµnh h¬i níc. RÊt nhiÒu quyÓn s¸ch cña Mü thÝch dïng thuËt ng÷
Evapotranstration cho toµn bé qu¸ tr×nh bèc h¬i níc (VÝ dô Brooks, 1997; Jensen,
1990 ). Ngêi Mü muèn nhÊn m¹nh c¸c qu¸ tr×nh bèc h¬i tõ ®Êt vµ bÒ mÆt níc vµ c¶
sù tho¸t h¬i níc tõ thùc vËt. T¬ng tù thÕ, c¸c nhµ n«ng nghiÖp dïng thuËt ng÷
“Consumptive use ” ®Ó nhÊn m¹nh thùc vËt cÇn thiÕt lÊy níc trong qu¸ tr×nh t¹o ra
s¶n phÈm thùc vËt biÓu diÔn tÇm quan träng cña sö dông níc mµ kh«ng nãi ®Õn sù
“mÊt” ®¬n thuÇn.
ë ph¹m vi toµn cÇu, sù bèc h¬i níc vµ ma lµ hai thµnh phÇn c¬ b¶n cña vßng
tuÇn hoµn níc. Sù bèc h¬i tr¶ l¹i khÝ quyÓn mét lîng níc t¬ng tù lîng ma r¬i
xuèng bÒ mÆt tr¸i ®Êt. Kho¶ng 2/3 lîng níc ma cña toµn bé bÒ mÆt tr¸i ®Êt trë l¹i
khÝ quyÓn díi d¹ng bèc h¬i, lµm cho nã trë thµnh thµnh phÇn ®¬n lín nhÊt trong
vßng tuÇn hoµn níc trªn Tr¸i ®Êt (Baumagarter vµ Reichel n¨m 1975). Còng trªn
ph¹m vi toµn cÇu, bÒ mÆt tr¸i ®Êt chØ cung cÊp mét phÇn níc ®îc bèc h¬i, phÇn lín
níc bèc h¬i tõ bÒ mÆt biÓn vµ ®¹i d¬ng. §iÒu nµy g©y ¶nh hëng lín ®Õn sù vËn
chuyÓn níc tõ ®¹i d¬ng ®Õn c¸c lôc ®Þa ë ph¹m vi réng, do ®ã t¨ng thªm lîng ma
cho c¸c vïng ®Êt.
Sù bèc h¬i còng rÊt quan träng trong viÖc kiÓm so¸t toµn bé n¨ng lîng cña tr¸i
®Êt, íc tÝnh kho¶ng 75% bøc x¹ mÆt trêi thuÇn ®Õn bÒ mÆt tr¸i ®Êt phôc vô phÇn lín
cho bèc h¬i. PhÇn bøc x¹ lµm Êm khÝ quyÓn kÕt hîp víi mÆt ®Êt b»ng dÉn nhiÖt vµ ®èi
lu vµ ®îc gäi lµ sens¬ (c¶m øng) nhiÖt hay n¨ng lîng v× hiÖu øng nµy ®îc ®o hoÆc
c¶m nhËn ®îc qua sù thay ®æi nhiÖt ®é. N¨ng lîng nµy ®îc dïng ®Ó bèc h¬i hay
ngng tô ®îc gäi lµ hiÓn nhiÖt. §iÒu nµy kÐo theo sù thay ®èi tr¹ng th¸i thay ®æi
nhiÖt ®é. HiÓn nhiÖt bèc h¬i lµ 2.47xMJkg -1 ë 100C vµ ®ã lµ mét yÕu tè rÊt quan
träng trong tÜnh häc vµ tÝch tr÷ nhiÖt (energy budgets). Tæng n¨ng lîng cÇn ®Ó
94
- chuyÓn mét ®¬n vÞ thÓ tÝch níc sang h¬i níc lµ kho¶ng gÊp 6 lÇn n¨ng lîng dïng
®Ó ®un níc tõ 0 ®Õn 100 0C. Ph¶i nhÊn m¹nh r»ng kh«ng cã sù kh¸c biÖt vËt lý nµo
cña bèc h¬i tõ níc, ®Êt vµ thùc vËt (Shuttleworth, 1993). Sù kh¸c biÖt duy nhÊt lµ
trong b¶n chÊt cña sù kiÓm so¸t bèc h¬i c¸c bÒ mÆt nµy. Do ®ã, trong ch¬ng nµy, qu¸
tr×nh bèc h¬i ®îc miªu t¶ ®Çu tiªn, sau ®ã lµ ®Ò cËp sù kh¸c biÖt quan träng gi÷a c¸c
bÒ mÆt kh¸c nhau.
4.2 Qu¸ tr×nh bèc h¬i
TÝnh chÊt vËt lý cña qu¸ tr×nh bèc h¬i cã liªn quan tíi hai khÝa c¹nh: (a) sù
cung cÊp n¨ng lîng cÇn thiÕt t¹i bÒ mÆt bèc h¬i ®èi víi hiÓn nhiÖt bèc h¬i, vµ (b) sù
diÔn ra c¸c qu¸ tr×nh khuyÕch t¸n trong kh«ng khÝ trªn bÒ mÆt bèc h¬i nh»m cung
cÊp mét ®iÒu kiÖn (mean) di chuyÓn h¬i níc sang qu¸ tr×nh bèc h¬i.
B»ng nhiÒu thuËt ng÷ ®¬n gi¶n, qu¸ tr×nh bèc h¬i ®îc m« t¶ nh sau: C¸c
phÇn tö trong khèi níc, hoÆc mÆt hå lín hoÆc mµng máng trªn mét h¹t ®Êt ®Òu lu«n
lu«n chuyÓn ®éng. T¨ng thªm nhiÖt ®é cho níc th× sÏ lµm c¸c phÇn tö nhËn thªm
n¨ng lîng vµ di chuyÓn nhanh h¬n. KÕt qu¶ lµ gia t¨ng kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c phÇn
tö vµ sù liªn kÕt gi÷a c¸c phÇn tö gi¶m ®i. Do ®ã ë nhiÖt ®é cao h¬n, nhiÒu phÇn tö ë
gÇn bÒ mÆt sÏ cã kh¶ n¨ng tho¸t khái bÒ mÆt ®i vµo líp thÊp cña kh«ng khÝ ë bªn
trªn. Thùc tÕ, tÊt c¶ c¸c bÒ mÆt níc ®Òu ®a h¬i níc ®Õn mét ph¹m vi réng hoÆc
hÑp h¬n.T¬ng tù, ®Ó lµm kh« khÝ quyÓn th× lu«n cÇn mét Ýt níc bèc h¬i, c¸c phÇn
tö níc trong líp kh«ng khÝ thÊp còng lu«n lu«n chuyÓn ®éng, vµ mét sè sÏ xuyªn
qua khèi níc ë díi ®Ó ®i lªn. ¸p suÊt riªng (hay tËp trung) bÞ ¶nh hëng bëi c¸c
phÇn tö h¬i níc ®îc gäi lµ ¸p suÊt h¬i níc. ¸p suÊt riªng thêng ®îc dïng thay
cho ¸p suÊt tæng céng, v× vËy nh÷ng thay ®æi cña ¸p suÊt kh«ng khÝ cã thÓ ®o ®îc.
¸p suÊt h¬i níc biÕn ®æi rÊt lín, ®Æc biÖt trong kho¶ng 0.1 ®Õn 4 KPa, so víi ¸p suÊt
khÝ quyÓn tæng céng lµ kho¶ng 100KPa (Oke, 1987; Trenberth, 1992).
Tèc ®é bèc h¬i t¹i mét thêi ®iÓm sÏ phô thuéc vµo c©n b»ng gi÷a tèc ®é bèc h¬i
cña c¸c phÇn tö níc ®i vµo khÝ quyÓn vµ tèc ®é ngng tô cña c¸c phÇn tö tõ khÝ
quyÓn (H×nh 4.1). NÕu nhiÒu phÇn tö níc ®i vµo khÝ quyÓn nhiÒu h¬n tõ khÝ quyÓn
trë l¹i mÆt ®Êt, khi ®ã x¶y ra sù bèc h¬i, ngîc l¹i nÕu c¸c phÇn tö níc trë l¹i nhiÒu
h¬n bay vµo lóc ®ã x¶y ra qu¸ tr×nh ngng tô.
H×nh 4.1 Bèc h¬i lµ c©n b»ng thuÇn gi÷a tèc ®é bèc h¬i cña c¸c phÇn tö níc ®i vµo khÝ quyÓn vµ tèc
®é ngng tô cña c¸c phÇn tö tõ khÝ quyÓn.
Trong ®iÒu kiÖn tÜnh tuyÖt ®èi, chuyÓn ®éng thuÇn cña c¸c phÇn tö h¬i níc tõ
bÒ mÆt bèc h¬i vµo líp kh«ng khÝ bªn trªn sÏ t¨ng dÇn lîng níc trong líp thÊp nhÊt
cña kh«ng khÝ bªn trªn. §iÒu nµy kh«ng thÓ tiÕp tôc t¨ng vµ cuèi cïng ¸p suÊt h¬i
níc t¨ng cho ®Õn khi tèc ®é ngng tô vµ bèc h¬i lµ c©n b»ng nhau, vµ sù bèc h¬i sÏ
diÔn ra liªn tôc. Kh«ng khÝ lóc ®ã sÏ bÞ b·o hßa. ¸p suÊt h¬i níc ¶nh hëng ®Õn sù
95
- b·o hßa h¬i níc ®îc gäi lµ “¸p suÊt h¬i níc b·o hßa” SVP, vµ ®«i khi ®îc ký
hiÖu lµ eo. Tuy nhiªn, thêng th× qu¸ tr×nh khuyÕch t¸n sinh ra do x¸o trén rèi vµ x¸o
trén ®èi lu khÝ quyÓn tÇng thÊp vµ khÝ quyÓn tÇng cao, v× thÕ lµm gi¶m ®¸ng kÓ
lîng h¬i níc vµ cho phÐp sù bèc h¬i diÔn ra. Kh«ng khÝ Êm cã thÓ gi÷ Èm nhiÒu h¬n
kh«ng khÝ l¹nh vµ SVP t¨ng theo logarÝt cña nhiÖt ®é, vÝ dô mét gi¸ trÞ 1.228KPa ë
10 0C vµ 3.169 ë 25 0C.
Aristotle lµ ngêi ®Çu tiªn ghi nhËn r»ng c¶ lîng nhiÖt mÆt trêi vµ giã rÊt
quan träng trong kiÓm so¸t (®iÒu kiÓn) sù bèc h¬i, vµ ta cã thÓ nhËn thÊy r»ng tèc ®é
bèc h¬i trªn bÒ mÆt níc cô thÓ sÏ ®îc kiÓm so¸t bëi mét sè biÕn khÝ tîng: N¨ng
lîng ®Çu vµo, ®é Èm cña kh«ng khÝ vµ tèc ®é di chuyÓn cña kh«ng khÝ lµm cho h¬i
níc t¹o ra ®Ó di chuyÓn tõ bÒ mÆt bèc h¬i.
Nghiªn cøu sù bèc h¬i tËp trung vµo ph¬ng ph¸p nhiÖt lùc häc vµ khÝ ®éng lùc
häc hoÆc lµ sù kÕt hîp hai yÕu tè trªn. VÊn ®Ò ®îc ®Ò cËp tríc cã liªn quan ®Õn sù
c©n b»ng n¨ng lîng cña bÒ mÆt bèc h¬i (cung cÊp hiÓn nhiÖt cÇn thiÕt). C¸c vÊn ®Ò
®îc ®Ò cËp sau l¹i liªn quan ®Õn th«ng lîng h¬i níc tõ bÒ mÆt bèc h¬i.
4.2.1 Nh©n tè nhiÖt lùc häc ¶nh hëng ®Õn bèc h¬i
Ph¬ng ph¸p nhiÖt häc hay c©n b»ng n¨ng lîng ®èi víi sù bèc h¬i liªn quan
®Õn íc tÝnh n¨ng lîng Èn nhiÖt cã s½n ®èi víi níc ®Ó thay ®æi tr¹ng th¸i tõ láng
sang khÝ. NÕu n¨ng lîng tæng céng dïng trong bèc h¬i cã thÓ tÝnh ®îc, th× ta biÕt
®îc hÖ sè hiÓn nhiÖt vµ t¬ng ®èi ®¬n gi¶n ®Ó tÝnh ®îc ®é s©u cña níc bèc h¬i.
Ph¬ng ph¸p nµy gåm hai bíc chÝnh:
(a) X¸c ®Þnh “n¨ng lîng cã s½n” t¹i bÒ mÆt bèc h¬i
(b) Chia n¨ng lîng thµnh sù vËn chuyÓn hiÓn nhiÖt vµ Èn nhiÖt
¸p dông ph¬ng ph¸p c©n b»ng n¨ng lîng ®Ó íc tÝnh bèc h¬i tõ bÒ mÆt níc
do Angstrom t×m ra (1920).
Bøc x¹ thuÇn s½n cã Rn (®Çu vµo trõ ®Çu ra), mét phÇn ®îc sö dông ®Ó ®èt
nãng kh«ng khÝ bªn trªn (H), mét phÇn ®èt nãng bÒ mÆt ®Êt, níc vµ thùc vËt (G),
mét phÇn sö dông bèc h¬i hiÓn nhiÖt (E) vµ cuèi cïng mét phÇn kh«ng ®¸ng kÓ sö
dông ®Ó ph¸t triÓn thùc vËt.
Do vËy, ph¬ng tr×nh c©n b»ng n¨ng lîng cã thÓ viÕt díi d¹ng biÓu thøc sau:
Rn=H + E + G (4.1)
ë ®©y Rn cã thÓ ®o b»ng m¸y v« tuyÕn thuÇn vµ G ®o b»ng nhiÖt ®é ®Êt, nhng
hiÓn nhiÖt ®èi lu (H) biÕn ®æi gi÷a kh«ng khÝ vµ bÒ mÆt níc kh«ng thÓ dÔ ®o ®îc
trùc tiÕp. Lîng bèc h¬i E(mm), ®îc nh©n víi hÖ sè Èn nhiÖt ®Ó chuyÓn sang ®¬n vÞ
n¨ng lîng. Bíc thø hai cña ph¬ng tr×nh c©n b»ng n¨ng lîng lµ x¸c ®Þnh tæng
lîng níc ®îc sö dông trong bèc h¬i, E
R H G
E h
(4.2)
Bowen(1926) cho r»ng tû sè cña th«ng lîng hiÓn nhiÖt vµ Èn hiÖt ( H ), b©y
E
giê cßn gäi lµ Bowen , cã thÓ x¸c ®Þnh tõ ®o nhiÖt ®é kh«ng khÝ vµ ¸p suÊt h¬i níc
t¹i hai mùc, v..v
96
- Ts Ta
es ea (4.3)
ë ®©y ®îc gäi lµ biÓu Èm ‘kh«ng ®æi’ (sè nµy biÕn ®æi hµng tuÇn theo nhiÖt
®é), Ts lµ trung b×nh nhiÖt ®é bÒ mÆt, Ta lµ trung b×nh nhiÖt ®é kh«ng khÝ, es lµ ¸p
suÊt h¬i níc b·o hßa t¹i nhiÖt ®é Ts, ea ¸p suÊt h¬i níc thùc tÕ cña kh«ng khÝ t¹i ®é
cao cho tríc (th«ng thêng 1 hoÆc 2 mÐt ). Ph¬ng ph¸p nµy ®îc gi¶ thiÕt r»ng hÖ
sè vËn chuyÓn rèi nhiÖt vµ h¬i níc b»ng khuyÕt t¸n rèi lµ c©n b»ng.
R G
E n
1 (4.4)
Do ®ã gi¸ trÞ cña thÊp ®èi víi nh÷ng vïng bèc h¬i ë n¬i bøc x¹ lín nhÊt sö
dông cho viÖc bèc h¬i vµ cao h¬n ë nh÷ng n¬i Ýt níc vµ sù vËn chuyÓn hiÓn nhiÖt
vît tréi h¬n. V× thÕ, gi¸ trÞ ®iÓn h×nh cña t¨ng tõ 0.1 ®èi víi vïng biÓn nhiÖt ®íi vµ
0.1-0.3 ®èi víi rõng Èm ít, tõ 0.4 -0.8 ®èi víi rõng «n ®íi vµ ®ång cá, vµ 2-6 cho vïng
b¸n kh« c»n vµ h¬n 10 hoÆc cao h¬n n÷a ®èi víi sa m¹c (Oke, 1987).
Ph¬ng ph¸p nµy ®ßi hái ®o ®¹c chÝnh x¸c sù bøc x¹, th«ng luîng nhiÖt ®Êt vµ
mÆt c¾t (profil) th¼ng ®øng cña nhiÖt ®é vµ ®é Èm. MÆc dï c¸c sè ®o ®ã cã thÓ thu
®îc qua nghiªn cøu t×nh huèng chóng còng cho thÊy giíi h¹n thùc tÕ ®Ó ¸p dông vµo
ph¬ng ph¸p c©n b»ng n¨ng lîng trong viÖc tÝnh to¸n bèc h¬i hµng ngµy.
B¶ng 4.1 Gi¸ trÞ albedo trung b×nh ®iÓn h×nh ®èi víi bÒ mÆt tù nhiªn ®îc lùa chän (dùa vµo sè liÖu thu thËp
cña Lee, 1980; Brutsaert, 1982; Oke,1987)
BÒ mÆt §iÒu kiÖn Albedo
Níc 0.05 - 0.15
Gãc thiªn ®Ønh nhá tíi
lín
TuyÕt 0.30 - 0.90
Old ®Õn Fresh
§Êt 0.05 - 0.35
Èm/ít sang nhÑ/kh«
Cá 0.20 - 0.30
0.15 - 0.25
Vïng n«ng
nghiÖp 0.15 - 0.20
Rõng (T¹m 0.05 - 0.15
thêi)
Rõng (Cã h×nh
chãp)
C©n b»ng n¨ng lîng t¹i bÒ mÆt bèc h¬i ¶nh hëng chñ yÕu bëi albedo (kh¶
n¨ng ph¶n x¹) cña bÒ mÆt, phÇn bøc x¹ ®Õn mµ bÞ ph¶n x¹ trë l¹i khÝ quyÓn. C¸c gi¸
trÞ ®iÓn h×nh chØ ra trong b¶ng 4.1 ®èi víi cá, vïng n«ng nghiÖp vµ c©y cèi. CÇn ph¶i
chó ý r»ng gi¸ trÞ thùc thay ®æi theo thêi gian. C¸c gi¸ trÞ albedo thay ®èi theo gãc
mÆt trêi vµ mµu s¾c cña thùc vËt, nh ®· minh hä trong h×nh 4.2. Nãi chung, víi gãc
mÆt trêi vµ mµu s¾c thùc vËt nhÊt ®Þnh, gi¸ trÞ albedo sÏ t¨ng ®èi víi thùc vËt cao h¬n
lµ thùc vËt thÊp v× cã nhiÒu kh¶ n¨ng hÊp thô b»ng c¸ch nhËn ph¶n x¹ trªn vßm trêi.
Toµn bé albedo cña bÒ mÆt tr¸i ®Êt (®Êt vµ ®¹i d¬ng) kho¶ng 0.15 (albedo ë hµnh
tinh cao h¬n kho¶ng 0.3 so víi mÆt ®Êt do sù cã mÆt cña m©y). NÕu kh«ng cã hÖ thùc
vËt bao phñ vïng nµo th× theo Shuttleworth (1993) cã gi¸ trÞ lµ 0.23.
4.2.2 Nh©n tè khÝ ®éng häc
97
- Ph¬ng ph¸p khÝ ®éng häc (hoÆc dßng ch¶y cña h¬i) liªn quan ®Õn sù khuyÕch
t¸n h¬i níc ®i lªn tõ bÒ mÆt bèc h¬i, vµ liªn quan ®Õn ‘søc lµm kh«’ cña kh«ng khÝ,
bao gåm ®é Èm, tèc ®é níc khuyÕch t¸n khái bÒ mÆt bèc h¬i vµo khÝ quyÓn.
Nãi chung, bèc h¬i tõ mét bÒ mÆt nhÊt ®Þnh trong ®iÒu kiÖn kh«, Êm lµ lín
nhÊt, kÐm nhÊt trong ®iÒu kiÖn l¹nh vµ Èm ít, v× khi ®ã kh«ng khÝ Êm, ¸p suÊt h¬i
níc b·o hßa (es) cña níc cao vµ khi kh«ng khÝ kh«, ¸p suÊt h¬i níc thùc (ea) cña
níc trong kh«ng khÝ thÊp.Bëi v×, trong ®iÒu kiÖn kh«,Èm ®é hôt b·o hßa (es-ea) lµ lín
vµ ngîc l¹i trong ®iÒu kiÖn Èm, l¹nh lµ nhá. Do vËy cã mét mèi quan hÖ c¬ b¶n gi÷a
®é lín ®é hôt b·o hßa vµ tèc ®é bèc h¬i.
H×nh 4.2 C¸c gi¸ trÞ albedo tû lÖ nghÞch víi gãc mÆt trêi, ë ®©y chØ ra 3 vïng n«ng nghiÖp. Chó ý c¸c gi¸
trÞ albedo t¨ng sau ®iÓm s¬ng vµo 18/08 (dùa vµo biÓu ®å gèc cña Monteith vµ Szeicz, 1961).
Râ rµng lµ, giã cµng m¹nh th× cµng ¶nh hëng ®Õn ho¹t ®éng rèi trong kh«ng
khÝ vµ nhiÖt ®é kh¸c nhau rÊt lín gi÷a bÒ mÆt vµ líp kh«ng khÝ bªn trªn, lín nhÊt sÏ
lµ hiÖu øng cña ®èi lu.
Ph¬ng ph¸p ®éng lùc häc ®èi víi bèc h¬i tõ bÒ mÆt tõ bÒ mÆt Èm ®Çu tiªn
®îc Dalton (1802) nhÊn m¹nh trong thuËt ng÷ rÊt chÊt lîng. ¤ng còng cho r»ng
nÕu c¸c nh©n tè kh¸c gi÷ kh«ng ®æi th× sù bèc h¬i tû lÖ thuËn víi tèc ®é giã vµ ®é hôt
¸p suÊt h¬i níc, v..v. VÝ dô, sù kh¸c nhau cña ¸p suÊt h¬i níc b·o hßa t¹i nhiÖt ®é
98
- cña bÒ mÆt níc so víi ¸p suÊt h¬i níc thùc cña kh«ng khÝ bªn trªn cµng lín th× bèc
h¬i cµng lín. §Þnh luËt Dalton mÆc ®Çu cha bao giê khai triÓn thµnh c«ng thøc to¸n
häc, nhng quy t¾c nµy cã nhiÒu ®iÓm t¬ng ®¬ng víi nghiªn cøu vÒ bèc h¬i
E = f(u)(es-ea) (4.5)
trong ®ã f(u) lµ mét hµm cña tèc ®é giã, es lµ ¸p suÊt h¬i níc b·o hßa t¹i bÒ
mÆt, ea lµ ¸p suÊt h¬i níc thùc cña kh«ng khÝ tù do t¹i mét ®é cao tham kh¶o (th«ng
thêng t¹i 1 - 2m).
Díi ¸p suÊt thÊp nhÊt vµi milimÐt kh«ng khÝ di chuyÓn thµnh hµng th¼ng
hoÆc tr¬n, ®êng cong ®Òu theo mét híng, gäi lµ chuyÓn ®éng tÇng (laminar). Khi
trªn líp kh«ng khÝ nµy, ma s¸t gi÷a kh«ng khÝ lín vµ mÆt ®Êt t¹o thµnh lèc vµ xo¸y
vµ kh«ng khÝ di chuyÓn ®éng hçn lo¹n, quanh co, lªn xuèng bÊt thêng gäi lµ chuyÓn
®éng rèi, tiªu biÓu b»ng mÆt c¾t ®êng dßng vµ giã giËt víi sù rèi lo¹n lín. §©y lµ líp
biªn hµnh tinh, ë ®©y chuyÓn ®éng rèi lµ lín phô théc vµo ®é gå nghÒ cña bÒ mÆt vµ
søc m¹nh cña giã. Sù ®èi lu do ma s¸t rèi lµ c¬ chÕ chñ yÕu cho nh÷ng tÝnh chÊt tån
t¹i vµ di chuyÓn cña kh«ng khÝ, gièng nh h¬i níc, ®éng lîng, nhiÖt, CO2 ®i xa khÝ
quyÓn, hoÆc híng vÒ bÒ mÆt ®Êt. Cêng ®é xo¸y cµng lín cµng ¶nh hëng ®Õn sù
ph©n t¸n hay khuyÕch t¸n cña phÇn tö h¬i níc vµo khÝ quyÓn.
Qu¸ tr×nh cã nh÷ng ®Æc tÝnh nµy vËn chuyÓn qua mét chÊt láng ®îc gäi lµ sù
khuyÕch t¸n . Trong tÇng líp biªn gÇn víi bÒ mÆt vËn chuyÓn th¼ng ®øng theo d¹ng
khuyÕch t¸n phÇn tö, trong khi ë quy m« lín víi giã thæi trªn bÒ mÆt khuyÕch t¸n rèi
tù nhiªn trë nªn rÊt quan träng vµ sÏ lµ nguyªn nh©n chñ ®Ò th¶o luËn phÇn sau.
Th«ng lîng th¼ng ®øng cña thùc thÓ nµy (s) trªn mét kho¶ng cc¸ch th¼ng
®øng (z) t¬ng ®¬ng víi gradent tËp trung (ds/dz):
ds
Flux K (4.6)
dz
Nh©n tè t¬ng ®¬ng K ®îc gäi lµ hÖ sè vËn chuyÓn rèi (hoÆc ®«i khi gäi lµ
khuyÕch t¸n xo¸y rèi). K kh«ng ph¶i lµ h»ng sè mµ biÕn ®æi theo kÝch thíc c¸c xo¸y
vµ kho¶ng c¸ch trªn bÒ mÆt. C¸c gi¸ trÞ ®iÓn h×nh tõ 10-5m2s-1 (gÇn ®Õn bÒ mÆt) ®Õn
10 +2m2s-1 (Grance, 1983). V× gi¸ trÞ nµy phô thuéc nhiÒu vµo ®Æc ®iÓm cña chuyÓn
®éng rèi h¬n lµ thùc thÓ riªng biÖt cña chuyÓn ®éng. C¸c nhµ khÝ tîng thêng sö
dông gi¶ thiÕt ®¬n gi¶n, gäi lµ ‘Quy t¾c t¬ng ®¬ng’, cho r»ng c¸c thùc thÓ kh¸c
nhau vËn chuyÓn víi ®iÒu kiÖn t¬ng ®¬ng nhau nªn gi¸ trÞ K lu«n b»ng nhau.
Sù x¸o trén rèi trong líp biªn lµm cho kh«ng khÝ ®ång nhÊt, v× nã mang ®Æc
tÝnh khÝ quyÓn tõ n¬i tËp trung cao ®Õn n¬i tËp trung thÊp (nh nhiÖt vµ h¬i níc) vµ
v× vËy lµm cho chóng c©n b»ng t¹i tÊt c¶ c¸c ®é cao. Do vËy, h¬i níc c«ng thªm vµo
®¸y líp biªn b»ng bèc h¬i sÏ ph©n t¸n vµ khuyÕch t¸n ë trªn, gradient lîng Èm cña
kh«ng khÝ cao nhÊt t¹i bÒ mÆt ®Êt vµ thÊp nhÊt t¹i ®Ønh cña líp x¸o trén rèi. V× cêng
®é x¸o trén kh«ng ®æi, khi t¨ng tèc ®é bèc h¬i sÏ thÊy râ sù t¨ng gradient Èm trong líp
biªn. T¬ng tù, víi tèc ®é bèc h¬i kh«ng ®æi, sù biÕn ®æi cña gradient Èm sÏ thay ®æi
l¹i cêng ®é x¸o trén. Theo ®ã, cã thÓ x¸c ®Þnh ®îc tèc ®é bèc h¬i tõ bÊt cø bÒ mÆt
nµo nhê gradient Èm vµ cêng ®é x¸o trén rèi. Lîng Èm vµ tèc ®é gi¸ cÇn ®îc ®o
®¹c t¹i hai ®é cao tèi thiÓu ®îc biÕt trong líp x¸o trén.
Th«ng lîng th¼ng ®øng cña mét thùc thÓ, T, gi÷a ®é cao a vµ b cã thÓ xem xÐt
trong mèi liªn hÖ rµng buéc sau:
99
- Ta Tb
Flux (4.7)
ra
b
ë ®©y ra lµ hÖ sè khÝ ®éng lùc hoÆc sù c¶n (resistance) líp biªn ( ra 1 / K dz ),
a
nghÜa lµ ®o ®îc sù rµng buéc tÝnh b»ng h¬i níc di chuyÓn ra ngoµi bÒ mÆt cña thùc
vËt vµo khÝ quyÓn xung quanh.
§é x¸o trén gÇn nh liªn hÖ víi vËn tèc giã vµ bÒ mÆt gå ghÒ, mÆc dÇu ma s¸t
rèi nµy cã thÓ t¨ng do rèi ®èi lu n¬i cã gradient thÝch hîp ë nhiÖt ®é kh«ng khÝ trung
b×nh ®i ra khái bÒ mÆt bèc h¬i.
Lîng x¸o trén ®èi lu phô thuéc vµo tÝnh æn ®inh cña khÝ quyÓn, nã ®îc
kiÓm so¸t bëi gradient nhiÖt ®é th¼ng ®øng cña kh«ng khÝ - tèc ®é gi¶m ¸p m«i
trêng - ERL (xem môc 2.1.1). NÕu ERL t¬ng tù víi tèc ®é gi¶m ¸p ®o¹n nhiÖt kh«,
DALR (kho¶ng 0.98oC trªn 100m) mét phÇn tö kh«ng khÝ vËn chuyÓn ®i lªn (hoÆc ®i
xuèng) do rèi sÏ lµm thay ®æi nhiÖt ®é kh«ng khÝ vµ do ®ã mËt ®é thay ®æi t¬ng tù
trong kh«ng khÝ xung quanh. §©y ®îc gäi lµ æn ®Þnh phiÕm ®Þnh vµ rèi vËn chuyÓn
do t¸c ®éng ®èi lu, v..v dùa vµo gradient ¸p suÊt ngoµi. Nh÷ng ®iÒu kiÖn nµy cã xu
híng xuÊt hiÖn xung quanh thêi gian mÆt trêi mäc vµ lÆn vµ ngµy ©m u vµ trêi ®Çy
m©y (Grace, 1983).
MÆt kh¸c, nÕu gradient nhiÖt ®é th¼ng ®øng cña kh«ng khÝ kh¸c víi DALR,
khi ®ã cã thªm rèi ¶nh hëng ®Õn ®èi lu tù do. Dùa vµo profil nhiÖt ®é th¼ng ®øng
nµy cã thÓ t¨ng (®iÒu kiÖn bÊt æn ®Þnh) hoÆc gi¶m (®iÒu kiÖn æn ®Þnh) tæng vËn
chuyÓn rèi. Díi c¸c ®iÒu kiÖn bÊt æn ®Þnh (ELR>DARL) mét phÇn tö kh«ng khÝ ®i
lªn lµm l¹nh chËm h¬n ELR vµ v× vËy nã nhÑ h¬n kh«ng khÝ xung quanh vµ tiÕp tôc
®i lªn. Trong nh÷ng ®iÒu kiÖn nµy sù di chuyÓn th¼ng ®øng cña c¸c xo¸y ®îc gia
t¨ng. Ngîc l¹i, trong ®iÒu kiÖn æn ®Þnh phÇn tö kh«ng khÝ lµm l¹nh nhanh h¬n
kh«ng khÝ xung quanh vµ v× vËy chuyÓn ®éng th¼ng ®øng bÞ gi¶m ®i.
TÝnh æn ®Þnh cña kh«ng khÝ thuêng thay ®æi vµo ban ngµy; ELR t¨ng suèt
ngµy, ®¹t ®Õn gi¸ trÞ cùc ®¹i vµo ®Çu giê chiÒu. KÕt hîp víi ho¹t ®éng cña ®èi lu vµ
t¨ng tÝnh næi cña kh«ng khÝ cïng víi t¨ng cêng ®é rèi vµ ®é s©u líp biªn hµnh tinh
tõ 1-2 km. Ngîc l¹i, vµo ban ®ªm, mÆt ®Êt l¹nh ®i vµ ®iÒu kiÖn gi¶m ¸p thêng ®îc
thay thÕ b»ng nghÞch nhiÖt. §iÒu nµy lµm gi¶m tÝnh næi cña kh«ng khÝ, Èm ít lµm
gi¶m ho¹t ®éng ®èi lu cho ®Õn khi khö ®îc hiÖu øng chuyÓn ®éng rèi kh«ng khÝ vµo
nh÷ng ®ªm trêi yªn tÜnh, hÇu hÕt x¶y ra dßng ch¶y tÇng.
4.3 ¦íc tÝnh bèc h¬i
MÆc ®Çu bèc h¬i rÊt quan träng trong vßng tuÇn hoµn níc, rÊt khã ®Ó ®o d¹c
vµ tÝnh to¸n vµ nã lµ thµnh phÇn quan träng nhÊt trong c©n b»ng níc ®Ó x¸c ®Þnh ®é
chÝnh x¸c (Oliver, 1983). Kh«ng nh mét sè biÕn thñy v¨n kh¸c, nh dßng ch¶y hay
ma cã thÓ ®o trùc tiÕp lîng bèc h¬i nãi chung ®îc ®o gi¸n tiÕp. Mét sè ph¬ng
ph¸p trùc tiÕp ®· ®îc ph¸t triÓn vµ sÏ ®îc ®Ò cËp díi ®©y, nhng chóng kh«ng
®îc sö dông réng r·i bªn ngoµi m«i trêng nghiªn cøu.
Cã hai ph¬ng ph¸p lín ®Ó ®o sù bèc h¬i (Shuttleworth, 1993). C¸ch tÝnh ®¬n
gi¶n vµ dÔ nhÊt bao gåm ®o ®¹c sù mÊt níc láng t¹i bÒ mÆt vµ c¸ch tÝnh phøc t¹p
h¬n gÇn ®©y lµ dïng ph¬ng ph¸p th«ng qua th«ng lîng h¬i níc th¼ng ®øng.
100
- 4.3.1 Sù mÊt níc láng-ph¬ng ph¸p ®o bèc h¬i ®¬n gi¶n
Cã vµi ph¬ng ph¸p truyÒn thèng ®Ó ®o sù mÊt níc láng (vÝ dô Shaw, 1994).
Mçi ph¬ng ph¸p ®Òu cã u ®iÓm vµ h¹n chÕ cña nã. ThiÕt bÞ ®o bèc h¬i gåm mét bÓ
nhá ®Çy níc mµ tõ ®ã níc bèc h¬i qua mét vËt chÊt xèp t¬ng tù nh mét bÒ mÆt
bèc h¬i. Sù mÊt níc bÒ mÆt Èm cho ta dÊu hiÖu vÒ søc lµm kh« kh«ng khÝ, nhng kÕt
qu¶ nµy kh«ng thay ®æi theo ®é s©u cña sù mÊt níc trªn bÒ mÆt ®Êt. Mét ®o ®¹c h÷u
Ých cã thÓ ®a ra tõ sù bèc h¬i thêng ®îc gäi lµ “pan”, mét thïng níc ®Ó ngoµi trêi.
B»ng viÖc ®o ®¹c thêng xuyªn sù thay ®æi c¸c mùc níc vµ b»ng viÖc hiÖu chØnh ma
vµ ®èi víi bÊt cø níc thªm vµo hay chuyÓn ®i (®Ó gi÷ mùc níc ë mét ph¹m vi nµo
®ã) sù mÊt níc do bèc h¬i cã thÓ ®îc x¸c ®Þnh (WMO, 1994). Do chÕ t¹o vµ ho¹t
®«ng ®¬n gi¶n cña chóng, thïng bèc h¬i pan ®îc sö dông réng r·i vµ cã trªn 20 lo¹i
kh¸c nhau trªn thÕ giíi. Mét sè thïng bèc h¬i pan nµy, bao gåm c¶ lo¹i ®îc sö dông
réng r·i nhÊt, ‘Class pan A’ cña côc thêi tiÕt Mü, ®îc ®Æt trªn mÆt ®Êt trong khi
nh÷ng c¸i kh¸c ®îc ®Æt trong lßng ®Êt víi mÐp cña chóng n»m cao h¬n mÆt ®Êt vµi
centimet. ThËt kh«ng may do tÊt c¶ diÖn tÝch bÒ mÆt cña chóng nhá (®iÓn h×nh 1-3m2)
®îc thiÕt kÕ cho thïng bèc h¬i pan d¹ng hå (pans exaggerration lake evaporation).
H¬n n÷a, ë ®Êy nã cã tÝnh chÊt dÔ thay ®æi; chóng kh«ng chØ lµ vÊn ®Ò trªn bÒ mÆt
cña mét pan næi (raise pan) vµ dßng nhiÖt thay ®æi tõ mÆt ®Êt cho ®Õn pan ch×m
(sunken pan), chóng còng bÞ ¶nh hëng do b×nh lu. KÕt qu¶, chóng ta cÇn ¸p dông
hÖ sè thùc nghiÖm pan ®Ó gi¶m gi¸ trÞ nh»m lµm phï hîp víi hå vµ thùc vËt xung
quanh. Gi¸ trÞ hµng n¨m cña hÖ sè pan ‘Class A’ ®Ó sö dông cho c¸c hå thêng ®îc
gi¸ thiÕt lµ 0.7 (Winter, 1981) nhng hÖ sè nµy biÕn ®æi lín gi÷a c¸c n¨m vµ gi÷a c¸c
vÞ trÝ vµ biÕn ®æi nµy rÊt lín trªn nh÷ng chu kú ng¾n nh c¸c th¸ng riªng lÎ (Oroud,
1998). Pan thËm chÝ cung cÊp chØ sè bèc h¬i nhá h¬n tõ mét bÒ mÆt ®Êt h¬n lµ ®èi víi
bÒ mÆt níc ngoµi trêi, do cã vµi sù kh¸c biÖt bao gåm sù ph¶n x¹ nhiÖt, bÒ mÆt gå
ghÒ vµ tÝch tr÷ nhiÖt. Tuy nhiªn, chóng vÉn ®îc sö dông réng r·i, ®Æc biÖt ®èi víi
c¸c níc ph¸t triÓn. Doorenbos vµ Pruitt (1977) cung cÊp híng dÉn lùa chän hÖ sè
pan ®Ó íc tÝnh sù vËn chuyÓn níc cho mïa mµng-gi¸ trÞ nµy thay ®æi tõ 0.4 ®Õn
0.85 phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn ®Êt ®ai.
Mét kü thuËt kh¸c lµ x©y dùng c©n b»ng níc cho thñy v¨n t¸ch ra khèi ®Êt vµ
thùc vËt ®îc gäi lµ thÈm kÕ. ThiÕt kÕ ®¬n gi¶n nhÊt lµ ®Æt mét c¸i thïng h×nh èng
vµo hè ®µo díi ®Êt, nhng ®iÒu nµy h¬i kh¸c vÒ c¨n b¶n vÒ c¸ch lµm ®èi víi ®Êt vµ
thùc vËt. Mét tr¹ng th¸i tèt h¬n lµ ë ®©y ®Êt thÊm níc n»m trªn mét líp ®Êt kh«ng
thÊm nh ®Êt sÐt nÆng, kÐo theo mét bøc têng hay mµng che ®îc ®a vµo trong mét
c¸i m¬ng c¾t ®µo ®Õn ®¸y líp ®Êt sÐt. Khi ®ã, sù bèc h¬i cã thÓ tÝnh to¸n tõ c©n b»ng
khèi lîng cña sù kh¸c nhau gi÷a ma vµ níc tho¸t ®i, mçi c¸ch nµy ®Òu dÉn ®Õn sai
sè ®o. Tuy nhiªn, ph¬ng ph¸p c©n b»ng níc sö dông t¹i c¸c ®Þa ®iÓm cÇn chän cÈn
thËn vµ kiÓm so¸t ho¹t ®éng cña thÈm kÕ vµ ®«i khi më réng nghiªn cøu ®Çy ®ñ (toµn
bé) c¸c yÕu tè kh¸c cña sù høng níc ma. KÕt qu¶ ®o ®¹c ®· cung cÊp mét sè b»ng
chøng h÷u Ých nhÊt vµ hîp lý vÒ tèc ®é bèc h¬i còng nh nh÷ng biÕn ®æi cña chóng do
sù thay ®æi thùc vËt hay ®Êt sö dông (xem môc 9.3).
Cã c¸c kü thuËt ®Æc biÖt kh¸c ®Ó ®o sù bèc tho¸t h¬i cña c©y. §é quang hîp cña
c¸c l¸ riªng lÎ cã thÓ sö dông Èm kÕ (prometer) ®Ó ®o, mÆc dï ®©y lµ c«ng viÖc nÆng
nhäc. Tèc ®é vËn chuyÓn nhùa c©y cïng víi nh÷ng th©n c©y riªng lÎ cã thÓ sö dông
c©n b»ng nhiÖt vµ kü thuËt xung ®iÖn ®Ó ®o (Swanson, 1994; Smith vµ Allen, 1996),
vµ sù bèc tho¸t h¬i cña toµn bé thùc vËt cã thÓ tÝnh ®îc b»ng viÖc sö dông ph¬ng
101
- ph¸p c©n ®¬t¬ri (Calder, 1992). TÊt c¶ c¸c ph¬ng ph¸p nµy ®Òu gÆp trë ng¹i tõ viÖc
ngo¹i suy tõ nh÷ng c©y riªng lÎ cho c¶ rõng.
4.3.2 Ph¬ng ph¸p phøc t¹p-th«ng lîng h¬i níc
Ph¬ng ph¸p c¬ b¶n lµ ®o vËn chuyÓn th¼ng ®øng cña h¬i níc tõ bÒ mÆt bèc
h¬i cïng víi líp biªn rèi. NÕu ®o gÇn bÒ mÆt th× tèc ®é dßng h¬i níc ®i lªn gÇn ®óng
víi tèc ®é trao ®æi bÒ mÆt.
Cã hai ph¬ng ph¸p c¬ b¶n (Oke, 1987): ph¬ng ph¸p mÆt c¾t hay ph¬ng
ph¸p th«ng lîng gradient dùa vµo ®o ®¹c gradient th¼ng ®øng vµ ph¬ng ph¸p
th«ng lîng xo¸y hay t¬ng quan xo¸y ®îc ®o trùc tiÕp th«ng lîng h¬i níc.
(a) Ph¬ng ph¸p ®o mÆt c¾t dùa vµo gi¶ thiÕt r»ng trªn mét bÒ mÆt ®ång nhÊt
réng nh÷ng xo¸y rèi sÏ vËn chuyÓn ®éng lîng, nhiÖt vµ h¬i níc c©n b»ng lÉn nhau
vµ v× thÕ c¸c hÖ sè vËn chuyÓn cña chóng cã thÓ gi¶ thiÕt b»ng nhau trªn mét kho¶ng
®é cao nhÊt ®Þnh. Ta cã thÓ sö dông mét trong hai c¸ch.
§Çu tiªn, ph¬ng ph¸p mÆt c¾t khÝ ®éng häc ®o sù kh¸c nhau trong hai ®Æc
tÝnh trªn mét ph¹m vi ®é cao vµ biÕt ®îc mét th«ng lîng cña chóng th× th«ng lîng
kh¸c cã thÓ cã ®îc. Do vËy, b»ng ®o ®¹c tèc ®é giã t¹i hai ®é cao vµ th«ng lîng cña
®é ®øt giã - vµ gi¶ thiÕt b¶o toµn c©n b»ng h¬i níc vµ nhiÖt ®é nh ®èi víi ®éng
lîng - th«ng lîng hiÓn nhiÖt cã thÓ cã ®îc tõ ®o ®¹c ¸p suÊt h¬i níc t¹i cung mét
®é cao. Còng t¬ng tù th«ng lîng Èn nhiÖt cã ®îc b»ng viÖc ®o nhiÖt ®é kh«ng khÝ
t¹i hai mùc nµy. Ph¬ng ph¸p nµy yªu cÇu ®o ®¹c chÝnh x¸c vµ trªn thùc tÕ sè ®o ë
hai ®é cao trªn lµ thÝch hîp. Gi¶ thiÕt æn ®Þnh phiÕm ®Þnh (kh«ng cã hiÖu øng næi)
h¹n chÕ ®iÒu kiÖn cã thÓ sö dông.
Thø hai, tû sè Bowen hay ph¬ng ph¸p c©n b»ng mÆt c¾t lµm gi¶m h¹n chÕ gi¶
thiÕt vÒ hÖ sè vËn chuyÓn cña h¬i níc (Kv) vµ hiÓn nhiÖt (Kh) lµ nh nhau, nhng cã
thÓ kh¸c víi hÖ sè ®éng lîng (Km). Do vËy, ph¬ng ph¸p nµy kh«ng h¹n chÕ ®Õn ®iÒu
kiÖn phiÕm ®Þnh. Nã ®îc chia ra tõng phÇn n¨ng lîng cã s½n, Rn, gi÷a Èn nhiÖt vµ
hiÓn nhiÖt dùa theo tû sè
R G
QE n (4.8)
1
CÇn thiÕt ®o bøc x¹ thuÇn, nhiÖt ®é kh«ng khÝ vµ ®é Èm t¹i hai ®é cao (tÝnh
tõ ph¬ng tr×nh 4.3), céng víi th«ng lîng nhiÖt ®Êt, G. Nã cung cÊp ®o ®¹c chÝnh x¸c
h¬n ph¬ng ph¸p khÝ ®éng lùc. CÇn chó ý cÈn thËn trªn bÒ mÆt gå ghÒ nh rõng
canopy; khi ®ã sÏ cã x¸o trén rèi nhiÒu h¬n, gradient th¼ng ®øng sÏ nhá h¬n bÒ mÆt
nh½n. Nh÷ng giíi h¹n ®é chÝnh x¸c cña dông cô ®o (vÝ dô nhiÖt ®é sai kh¸c ®Õn 10-3
o
C) cÇn thiÕt ®o trªn kho¶ng ®é cao lín, cã lÏ t¬ng ®¬ng víi ®é cao cña rõng. VÊn ®Ò
®o ®¹c th«ng lîng nhiÖt ®Êt ®· ®îc Passerat de Silans m« t¶ 1997.
Trong c¶ hai ph¬ng ph¸p x¸c ®Þnh th«ng lîng thêng ¸p dông cho gradient
trung b×nh trong kho¶ng thêi gian tèi thiÓu lµ 30 phót ®Ó lµm tr¬n nh÷ng dao ®éng
ngÉu nhiªn vµ chóng kh«ng æn ®Þnh ®èi víi c¸c tr¹m ë ®ã yªu cÇu th«ng lîng trung
b×nh trªn chu kú ng¾n (Monteith vµ Unsworth, 1990). Tèc ®é bèc h¬i ®îc x¸c ®Þnh
dùa vµo ®é Èm rÊt nhá vµ tèc ®é giã kh¸c nhau trªn mét ph¹m vi kh«ng cao l¾m trong
líp biªn. Tuy nhiªn, sè lÇn vµ ®é chÝnh x¸c cña nh÷ng c«ng cô th¸m s¸t ph¶i rÊt cao.
(b) Ph¬ng ph¸p th«ng lîng xo¸y hay ph¬ng ph¸p t¬ng quan lµ ®o trùc
tiÕp nhÊt th«ng lîng h¬i níc víi lý thuyÕt gi¶ thiÕt Ýt nhÊt vµ v× vËy lµ kü thuËt khÝ
102
- tîng ®îc a chuéng (Shuttleworth, 1993). §o th«ng lîng h¬i níc (hiÓn nhiÖt)
trong kh«ng khÝ hçn lo¹n yªu cÇu ®o tøc thêi vµ ®ång thêi tèc ®é th¼ng ®øng vµ mËt
®é h¬i níc (hoÆc nhiÖt ®é kh«ng khÝ). Do vËy, ®èi víi h¬i níc ®Ó vËn chuyÓn ®i lªn
b»ng chuyÓn ®éng rèi cña kh«ng khÝ cÇn thiÕt trung b×nh chuyÓn ®éng ®i lªn cña
kh«ng khÝ lµ Èm h¬n víi dßng kh«ng khÝ ®i xuèng t¬ng øng.
Ph¬ng ph¸p nµy lÇn ®Çu tiªn ®îc Swinhank (1951) ®Ò cËp. HÖ thèng thÝ
nghiÖm ®îc triÓn khai trong nhiÒu n¨m (vÝ dô Taylor vµ Dyer, 1958; McIlroy, 1971),
nhng chØ ®Õn cuèi n¨m 1980 míi ph¸t triÓn cÇn ®Õn ®é chÝnh x¸c vµ dung lîng tÝnh
to¸n mang l¹i hÖ qu¶ ®¸ng tin cËy cã thÓ ®îc sö dông trong nh÷ng chu kú dµi. ViÖn
thñy v¨n Hydra cña Anh Quèc (tËp ®oµn Shuttleworth, 1988) cã mét hÖ thèng t¬ng
quan xo¸y so víi thiÕt bÞ ®o giã siªu ©m cïng víi c¶m biÕn nhiÖt vµ Èm kÕt hîp víi
mét m¹ch vi xö lý ®Ó ph©n tÝch tæng hîp c¸c kÕt qu¶ ®o ®¹c ®îc trªn c¸nh ®ång. §©y
lµ c«ng cô ®o x¸ch tay thuËn tiÖn ®Çu tiªn sö dông trong nghiªn cøu ®ång ruéng trªn
thÕ giíi, sö dông con sè liªn tôc tÝnh to¸n th«ng lîng víi mét m¹ch vi xö lý c«ng
suÊt nhá. Nh÷ng ph¸t triÓn tiÕp theo bao gåm xem xÐt ®Õn chuyÓn ®éng kh«ng khÝ ba
chiÒu ®Ó cung cÊp nh÷ng sè ®o trªn ®Þa h×nh gå ghÒ, vµ chØ ra th«ng lîng CO2.
Moncrieff (1997) ®· m« t¶ mét hÖ thèng tîng tù dùa vµo c¶m biÕn cã s½n.
Nh÷ng lo¹i dông cô ®o nh vËy thùc tÕ ph¶i cã kh¶ n¨ng thay ®æi rÊt lín ®èi
víi vËn tèc ®é giã th¼ng ®øng vµ toµn bé nghiªn cøu (nhiÖt vµ Èm) vµ cã kh¶ ¨ng t¹o
ra qu¸ tr×nh vµ hîp nhÊt lîng d÷ liÖu rÊt lín. Thêi gian cÇn thiÕt ®Ó ph¶n øng l¹i
phô thuéc vµo kÝch thíc cña rèi. Trªn mét c¸ch rõng gå ghÒ víi giã xo¸y lín bé c¶m
biÕn ho¹t ®éng ë tÇn sè 0.1-10Hz lµ ®ñ, trong khi trªn bÒ mÆt cã thÓ cÇn ®Õn tÇn sè
tu¬ng øng 0.001 (Monteith vµ Unsworth, 1990).
NhiÒu dông cô cÇn thiÕt ®Ó ®o nh vËy cha ®îc chuÈn hãa, ®ßi hái giíi h¹n
b¶o dìng vµ kü thuËt b·o dìng kh¸ tèn kÐm. Nhê vµo c¸c yªu cÇu sè liÖu ®Æc biÖt
®èi víi íc tÝnh bèc h¬i hµng ngµy ®îc chó träng nhê ®ã lîng bèc h¬i cã thÓ íc tÝnh
tõ m« h×nh thùc nghiÖm vµ b¸n thùc nghiÖm cña hÖ thèng bèc h¬i. ë ®©y ®Çu vµo m«
h×nh bao gåm íc tÜnh s½n cã, ®Æc biÖt bèc h¬i tæng céng tõ bÒ mÆt phñ thùc vËt vµ lµ
ph¬ng ph¸p th«ng thêng tÝnh tæng lîng bèc h¬i.
MÉu ®o
TÊt c¶ c¸c ph¬ng ph¸p ®Ó ®o bèc h¬i tõ níc, ®Êt hay c¸c bÒ mÆt thùc vËt,
cïng víi c¸c ph¬ng ph¸p lý thuyÕt ®· th¶o luËn ë phÇn cßn l¹i cña ch¬ng nµy ®Òu
gÆp vÊn ®Ò vÒ ®iÓm mÉu ®o. HÇu hÕt ®Òu gÆp vÊn ®Ò kh«ng chÝnh x¸c cña b×nh lu,
mµ b×nh lu tû lÖ víi kÝch cì cña bÒ mÆt bèc h¬i. Do ®ã thùc tÕ thêng rÊt khã biÕt
nh÷ng sè ®o nµy biÓu diÔn ®óng gi¸ trÞ cña bèc h¬i ë c¸nh ®ång, ®êng dÉn níc hay
quy m« vïng. Tuy nhiªn, Gasn (1986) chuyÓn mét ph¬ng ph¸p ®¬n gi¶n vïng ®o ®¹c
khÝ tîng quy m« nhá nh mét hµm cña ®é cao vµ ®é g« ghÒ khÝ ®éng lùc.
4.4 Bèc h¬i tõ c¸c bÒ mÆt kh¸c nhau
Nh ®· ®Ò cËp tõ tríc, b¶n chÊt vËt lý cña bèc h¬i lµ kh«ng quan t©m ®Õn bÒ
mÆt bèc h¬i, nh÷ng bÒ mÆt kh¸c nhau sÏ chÞu mét qu¸ tr×nh bèc h¬i kh¸c nhau. Sù
kh¸c nhau nµy ®îc th¶o luËn díi ®©y ®èi víi ba lo¹i bÒ mÆt lín: níc ngoµi trêi, ®Êt
vµ líp phñ thùc vËt.
4.4.1 Bèc h¬i tõ níc ngoµi trêi
103
- Bèc h¬i tõ bÒ mÆt níc ngoµi trêi lµ tr¹ng th¸i ®¬n gi¶n nhÊt, cã Ýt h¹n chÕ bèc
h¬i. Theo ®Þnh nghÜa sù cung cÊp níc nhiÒu ®Õn møc nã kh«ng h¹n chÕ ®Õn tû lÖ mÊt
níc. Theo ®ã tèc ®é bèc hêi tõ hå cã thÓ rÊt cao - 200 mm/n¨m ë c¸c vïng kh« c»n
(Van der Leeden, 1990). CÇn ph¶i tÝnh ®Õn ®iÒu nµy khi x©y dùng hå chøa míi v× sù
mÊt níc thªm tõ bÒ mÆt níc ngoµi trêi sÏ lµm h¹n chÕ cung cÊp níc tõ c¸c bÓ chøa.
Tèc ®é bèc h¬i níc ngoµi trêi ®îc x¸c ®Þng bëi mét sè nh©n tè, c¶ khÝ tîng
(n¨ng lîng, ®é Èm, giã) vµ vËt lý (®Æc biÖt lµ kÝch cì cña bÒ mÆt bèc h¬i), kÕt hîp víi
mét sè yÕu tè bªn ngoµi ¶nh hëng ®Õn qu¸ tr×nh bèc h¬i.
Tèc ®é bèc h¬i nãi chung dùa theo sù thay ®æi cña bøc x¹, ®îc x¸c ®Þnh bëi tr÷
lîng nhiÖt t¹i bÒ mÆt bèc h¬i. Bèc h¬i cã thÓ t¨ng khi nhiÖt ®« kh«ng khÝ t¨ng, vµ cã
thÓ gi÷ mét lîng h¬i níc lín díi mùc b·o hßa. ChuyÓn ®éng cña kh«ng khÝ lµ cÇn
thiÕt ®Ó di chuyÓn líp kh«ng khÝ Èm thÊp nhÊt tiÕp xóc víi bÒ mÆt níc vµ ®Ó x¸o trén
chóng víi líp kh« h¬n ë trªn. Do ®ã tèc ®é bèc h¬i lu«n bÞ ¶nh hëng bëi quy m« cña
chuyÓn ®éng rèi cña kh«ng khÝ. Thùc tÕ, mèi liªn hÖ tèc ®é giã vµ bèc h¬i chØ gi÷ ë mét
møc ®é giã nhÊt ®Þnh, ®«i khi tèc ®é giã t¨ng lªn th× kh«ng t¨ng bèc h¬i v× sù bèc h¬i bÞ
giíi h¹n bëi ®iÒu kiÖn n¨ng lîng vµ c¸c ®iÒu kiÖn Èm.
Trªn mét bÒ mÆt cho tríc, tèc ®é bèc h¬i díi c¸c ®iÒu kiÖn khÝ tîng cã thÓ
thay ®æi kÕt qu¶ vËt lý kh¸c nhau, quan träng nhÊt lµ vïng bÒ mÆt níc.
KÝch thíc cña bÒ mÆt níc
Khi kh«ng khÝ di chuyÓn tõ mÆt ngang cña hå lín ban ®Çu bèc h¬i sÏ cao vµ khi
®é Èm cña kh«ng khÝ t¨ng lªn vµ nhiÖt ®é kh«ng khÝ gi¶m th× tèc ®é bè h¬i sÏ gi¶m.
§èi víi hå lín, bèc h¬i lín nhÊt sÏ gi¶m xuèng tæng céng theo ®é s©u cña hå níc, mÆc
dï thÓ tÝch tæng céng cña h¬i níc cã thÓ sÏ t¨ng theo kÝch thíc cña bÒ mÆt níc.
§èi víi bÒ mÆt réng nh ®¹i d¬ng, ®é Èm cña kh«ng khÝ phÇn lín phô thuéc
vµo kho¶ng c¸ch kh«ng khÝ di chuyÓn, ngo¹i trõ c¸c vïng ven biÓn. KÕt qu¶, sù bèc
h¬i sÏ kh«ng thay ®æi trªn mét vïng réng vµ gÇn nh liªn quan tíi lîng n¨ng lîng
nhiÖt cã s½n. ë mét trêng hîp kh¸c, bÒ mÆt níc nhá do ®ã bèc h¬i Pan g©y ¶nh
hëng lªn nhiÖt ®é hay ®é Èm cña líp kh«ng khÝ n»m trªn mÆt níc. Lîng h¬i níc
nhá rêi bÒ mÆt, thËm chÝ víi tèc ®é bèc h¬i cao, nhanh chãng khuyÕch t¸n v× vËy tèc ®é
bèc h¬i cao liªn tôc ®îc kh«ng ®æi. Sù bèc h¬i ®Þa ph¬ng t¨ng lªn t¹i c¸c n¬i ®îc
gäi lµ èc ®¶o. TiÕp theo, cã mèi liªn hÖ ngîc gi÷a tèc ®é bèc h¬i vµ kÝch thíc bÒ mÆt
bèc h¬i. Sù kh¸c nhau nµy lín nhÊt nÕu ®é Èm cña kh«ng khÝ ®i vµo c¸c vïng kh¸c
nhau lµ rÊt kh¸c nhau.
§é s©u níc
¶nh hëng cña ®é s©u níc hå ph©n bè theo mïa còng cã ¶nh hëng ®¸ng kÓ
tíi bèc h¬i, do nhiÖt dung cña níc vµ sù x¸o trén níc trong hå. ChÕ ®é nhiÖt theo
mïa cña mét hå n«ng sÏ xÊp xØ gÇn víi chÕ ®é nhiÖt ®é kh«ng khÝ theo mïa, v× vËy,
tèc ®é cùc ®¹i cña bèc h¬i sÏ xuÊt hiÖn suèt mïa hÌ vµ tèc ®é bèc h¬i cùc tiÓu suèt
mïa ®«ng. Tuy nhiªn, ®èi víi hå réng, s©u, cã thÓ cã sù trÔ thêi gian vµi th¸ng; trong
suèt mïa xu©n vµ mïa hÌ, nhiÖt ®Õn bÒ mÆt níc cã x¸o trén ®i xuèng vµ bèc h¬i
thÊp h¬n ë bÒ mÆt níc n«ng. Tuy nhiªn, trong mïa ®«ng, níc cã thÓ Êm h¬n kh«ng
khÝ vµ tÝch tr÷ nhiÖt trong hå cã thÓ gi¶i phãng ra cho nªn bèc h¬i sÏ cao h¬n mong
®îi tõ ®o ®¹c khÝ tîng. VÊn ®Ò tÝnh to¸n tÝch tr÷ nhiÖt lµ th« thiÓn ®Ó íc tÝnh bèc
h¬i trong thêi gian ng¾n vµ ®ßi hái ®o ®¹c thêng xuyªn profil nhiÖt ®é cña níc. Tuy
nhiªn, trong mét n¨m, sÏ cã Ýt thay ®æi tÝch tr÷ nhiÖt vµ tæng bèc h¬i hµng n¨m lµ Ýt
104
- biÕn ®æi.
TÝnh mÆn cña níc
NÕu vËt chÊt hßa tan trong mét chÊt láng, chuyÓn ®éng cña c¸c phÇn tö chÊt
láng bÞ ng¨n chÆn l¹i vµ ¸p suÊt h¬i níc cña chÊt láng lµ thÊp (‘§Þnh luËt Raoult’).
Do v©y, tÝnh mÆn cña níc cã thÓ ¶nh hëng ®Õn tèc ®é bèc h¬i v× SVP trªn níc mÆt
lµ thÊp h¬n níc s¹ch tinh khiÕt. Bèc h¬i gi¶m 1% nÕu ®é mÆn t¨ng 1%. Theo ®ã, bèc
h¬i tõ níc biÓn (trung b×nh ®é muèi 350/00, hay g/kg ) lµ kho¶ng 2-3 % Ýt h¬i lµ bèc
h¬i tõ níc s¹ch. MÆc dï hiÖu øng nµy thêng nhá ®ñ ®Ó trõ hao khi so s¸nh tèc ®é
bèc h¬i tõ bÒ mÆt níc s¹ch kh¸c, ®iÒu nµy rÊt quan träng ®èi víi bÊt kú níc mÆn
nµo nh hå níc mÆn, vÝ dô nh BiÓn ChÕt (Calder vµ Neal, 1984). Ngêi ta thêng
chÊp nhËn r»ng tèc ®é bèc h¬i tõ ®Êt bao phñ tuyÕt thêng lµ thÊp. §iÒu nµy cã thÓ
liªn quan ®Õn c¸c ®iÒu kiÖn ®· ghi chó ®èi víi vïng bÞ tuyÕt che phñ (xem môc 3.7).
TuyÕt ë trªn mÆt níc thêng xuÊt hiÖn ë ®Þa ph¬ng vµ thêi gian cña n¨m khi bøc
x¹ ®Õn vµ nhiÖt ®é kh«ng khÝ lµ thÊp. H¬n n÷a, líp phñ tuyÕt cã sù ph¶n x¹ nhiÖt cao
vµ nãi chung lµ bÒ mÆt tr¬n ng¨n chÆn vËn chuyÓn rèi cña nhiÖt vµ h¬i níc (Calder,
1986). Sù bèc h¬i cã thÓ chØ xuÊt hiÖn khi ¸p suÊt cña h¬i níc nhá h¬n so víi bÒ mÆt
tuyÕt. Sù bè h¬i tõ bÒ mÆt tuyÕt sÏ t¨ng khi nhiÖt ®é ®iÓm s¬ng t¨ng ®Õn 00C vµ
nhiÖt ®é t¨ng díi ®é ®«ng kÕt vµ tèc ®é tuyÕt tan ph¶i vît qu¸ tèc ®é bèc h¬i. V× thÕ
cÇn n¨ng l¬ng lín h¬n 10 lÇn ®Ó th¨ng hoa tuyÕt (thay ®æi tõ r¾n sang h¬i) h¬n lµ
lµm tan nã, Khèi lîng níc tan tõ tuyÕt vµ n¨ng l¬ng cã s½n khi dßng ch¶y vÒ c¨n
b¶n lín h¬n tæng lîng bè h¬i.
4.4.2 Bèc h¬i tõ ®Êt trèng
Bèc h¬i tõ bÒ mÆt ®Êt lµ bèc h¬i cña mµng níc xung quanh h¹t ®Êt vµ sù lÊp
®Çy kh«ng gian gi÷a chóng vµ nã bÞ ¶nh hëng bëi cïng c¸c nh©n tè khÝ tîng nh
bèc h¬i níc tõ bÒ mÆt níc tù do. Tuy nhiªn, tèc ®é bèc h¬i tõ ®Êt thêng nhá h¬n
bèc h¬i tõ bÒ mÆt níc tù do díi c¸c ®iÒu kiÖn khÝ tîng bëi v× sù cung cÊp níc cña
®Êt cã thÓ giíi h¹n bëi tæng lîng níc cña ®Êt vµ b»ng kh¶ n¨ng ®Êt vËn chuyÓn
níc ®Õn bÒ mÆt. Nh÷ng nh©n tè nµy ®îc m« t¶ chi tiÕt h¬n trong Ch¬ng 6 (níc
cña ®Êt) vµ chØ m« t¶ ng¾n ngän ë ®©y.
Trong vïng b¸n kh« h¹n, víi thùc vËt tù nhiªn tha, bèc h¬i ®Êt cã thÓ trë
thµnh thµnh phÇn cña bèc h¬i tæng céng (Jacobs vµ Verhoef, 1997; Kabat, 1997).
Ngîc l¹i, ®èi víi vïng nhiÒu s«ng vµ thùc vËt, nh phÝa §«ng B¾c Ch©u ©u, bèc h¬i
tõ thùc vËt nãi chung cung cÊp hÇu hÕt bèc h¬i tæng céng. Ngo¹i trõ, ®Êt trång trèng
vµ vïng ®Êt trÎ, kho¶ng c¸ch c¸c mïa vô lín, ë ®©y bèc h¬i tõ bÒ mÆt ®Êt cã thÓ lµm
c¹n kiÖt níc bÒ mÆt ®Êt vµ cã kh¶ n¨ng ¶nh hëng ®Õn sù sinh trëng vµ s¶n lîng
mïa mµng.
Lîng níc cña c¸c líp bÒ mÆt ®Êt trèng cã ¶nh hëng trùc tiÕp ®Õn tèc ®é bèc
h¬i. Sù bèc h¬i gi¶m nhanh sau khi ma v× lîng níc bÒ mÆt trµn ®Çy cho ®Õn khi
bÒ mÆt ®Êt kh« lµ b»ng 0. Khi kh«ng cã rÔ c©y, chuyÓn ®éng cña níc ®Õn bÒ mÆt tõ
líp ®Êt Èm ë díi ®îc kiÓm so¸t bëi tÝnh mao dÉn vµ do ®ã sÏ cã xu híng thay ®æi
víi ®Æc tÝnh ®Êt. ë vïng ®Êt tèt, cã Ýt lç rç tæ ong, tÝnh mao dÉn cã hiÖu qu¶ trªn mét
kho¶ng c¸ch th¼ng ®øng lín kho¶ng 1mÐt trë lªn, ngîc l¹i ë vïng c¸t th« th× chØ
kho¶ng vµi centimÐt. Tuy nhiªn, tèc ®é vËn chuyÓn níc cã xu híng thay ®æi ngîc
víi ®é cao cña thang mao dÉn. V× vËy ë c¸c ®iiÌu kiÖn ®Æc biÖt phæ biÕn sù cung cÊp
níc ®èi víi bÒ mÆt níc qua ho¹t ®éng cña mao dÉn t¨ng ®¸ng kÓ tæng lîng bèc h¬i.
105
- ë nh÷ng vïng kh« nãng, gradient h¬i níc cña c¸c líp ®Êt bÒ mÆt lu«n tån t¹i vµ h¬i
níc cã thÓ vËn chuyÓn lªn bÒ mÆt. §é dµy cña líp bèc h¬i sÏ lín ®èi víi ®Êt tèt
(Yamanake, 1998). §Êt mµu sÏ cã xu híng ¶nh hëng lín ®Õn bèc h¬i; ®Êt tèi sÏ hÊp
thô nhiÒu nhiÖt h¬n ®Êt s¸ng vµ dÉn ®Õn t¨ng nhiÖt ®é bÒ mÆt cã thÓ t¨ng tèc ®é bèc
h¬i. ChÕ ®é ma còng quan träng ®èi víi sù bæ sung níc cho ®Êt vµ nã còng t¬ng tù
nh ®èi víi sù mÊt níc chÆn gi÷ trªn bé l¸ thùc vËt. Bèc h¬i trung b×nh tõ bÒ mÆt
®Êt sÏ lín nÕu bÒ mÆt ®Êt thêng xuyªn Èm do thØnh tho¶ng ma rµo h¬n lµ ®Êt thØnh
tho¶ng bÞ ít do lîng ma t¬ng ®¬ng tõ mét sè c¬n b·o lín.
M« h×nh sö dông thêng xuyªn nhÊt cña bèc h¬i ®Êt trèng lµ cña Ritchie
(1972), gåm hai phÇn. Sau khi ma, ban ®Çu bèc h¬i ®¹t tèc ®é cùc ®¹i, tiÕp ®Õn gi¶m
®i nh mét hµm thêi gian.
§o bèc h¬i b»ng kü thuËt c¶m øng tõ xa
Sensor tõ xa cã mét vai trß quan träng cung cÊp diÖn tÝch íc tÝnh cña bèc h¬i
cho mét ph¹m vi quy m« lín tõ c¸c c¸nh ®ång riªng lÎ ®Õn lu vùc chÝnh cña c¸c con
s«ng. Sù bèc h¬i cã thÓ ®o trùc tiÕp b»ng c¸c kü thuËt c¶m øng tõ xa vµ c¸c kü thuËt
hiÖn hµnh nhÊt kÕt hîp víi c¸c biÕn t¬ng ®èi dÔ ®o (nh ph¶n x¹ bøc x¹ mÆt trêi vµ
nhiÖt ®é bÒ mÆt) céng thªm sè ®o khÝ tîng mÆt ®Êt, ®Ó t¹o ra c©n b»ng n¨ng lîng
mÆt trêi hoµn chØnh. Xem xÐt c¸c ph¬ng ph¸p chÝnh ®îc Moran vµ Jacksson (1991)
vµ Rango (1994) ®a ra. VÝ dô sö dông h×nh ¶nh GOES ®îc ®Ò cËp bëi Leith vµ
Solomon (1985) vµ cña Meteosat vµ NOAA vµ h×nh ¶nh tia h«ng ngo¹i do Seguin
(1985). H×nh 4.3 chØ ra mét vÝ dô b¶n ®å bèc h¬i hµng ngµy víi quy m« c¸nh
®ång/n«ng tr¹i ë Hµ Lan dùa vµo ®êng quÐt hång ngo¹i, ®îc Soer (1980) b¸o c¸o.
4.4.3 Bèc h¬i tõ líp phñ thùc vËt
§iÒu thó vÞ nhÊt ®èi víi c¸c nhµ thñy v¨n häc lµ sù mÊt h¬i níc liªn quan ®Õn
bÒ mÆt thùc vËt, bao gåm c¶ mïa mµng n«ng nghiÖp vµ c©y cèi tù nhiªn. Ngêi ta sím
nhÊn m¹nh r»ng bèc h¬i tæng céng tõ thùc vËt tæng bèc h¬i cña níc chÆn gi÷ tõ bÒ
mÆt Èm cña thùc vËt (xem Ch¬ng 3) vµ bèc tho¸t h¬i thùc vËt. HÖ thèng bèc tho¸t h¬i
cung cÊp mét vÝ dô ®Æc trng cña qu¸ tr×nh bèc h¬i, ë ®ã níc bèc h¬i tõ mét chuçi
thùc vËt liªn quan ®Õn nhau.
Sù bèc tho¸t h¬i gÇn gièng víi sù quang h¬p, mµ sù quang hîp lµ qu¸ tr×nh cÇn
thiÕt ®Ó thùc vËt h×nh thµnh c¸cbonhydrat, lµ nÒn t¶ng ®èi víi sù sèng thùc vËt. §èi
víi hÇu hÕt c¸c thùc vËt ph¬ng tr×nh ph¶n øng cã thÓ viÕt nh sau:
(4.9)
6CO2 12 H 2 O C 6 H 12 O6 6O2 6 H 2 O
Do vËy, thùc vËt lÊy CO2 tõ kh«ng khÝ vµ kÕt hîp víi níc ®Ó tao thµnh
carbohydrate vµ O2 mÊt ®i tõ thùc vËt nh mét s¶n phÈm khÝ. Chuçi quang hîp,
thÞt l¸ trong bé l¸ ®îc b¶o vÖ bëi líp biÓu b× bªn ngoµi cñng cè cÊu tróc l¸ vµ b¶o vÖ
chuçi bªn trong tõ thiÖt h¹i vËt lý , tõ tÊn c«ng cña vi khuÈn nhá vµ còng ng¨n chÆn
sù lµm kh«. PhÇn lín c¸c lç nhá ®îc gäi lµ khÝ khæng (gäi t¾t khÝ khæng) trªn toµn bé
l¸ khuyÕch t¸n CO2 vµ O2 suèt qu¸ tr×nh quang hîp, nhng chóng còng cho phÐp mÊt
h¬i níc tõ thùc vËt.
106
- H×nh 4.3 Mét vÝ dô cña b¶n ®å bèc h¬i hµng ngµy sö dông sensor tõ xa cña nhiÖt ®é bÒ mÆt cho mét
vïng gÇn Losser ë Hµ Lan (B¶n sao víi sù cho phÐp c¶u G.R.J.Soer, 1980, íc tÝnh vïng bèc tho¸t h¬i
vµ ®iÒu kiÖn ®é Èm ®Êt sö dông sensor tõ xa ®o nhiÖt ®é bÒ mÆt cña mïa vô )
H×nh 4.4 minh häa bèc tho¸t h¬i phøc t¹p cho thùc vËt ®¬n trong bÒ mÆt líp
phñ thùc vËt, vµ chØ ra r»ng nã phô thuéc vµo mét chuçi qu¸ tr×nh vËn chuyÓn níc.
§Êt, thùc vËt vµ khÝ quyÓn h×nh thµnh c¸c phÇn dßng ch¶y liªn tôc ®Ó ng¨n chÆn lÉn
nhau. ë ®©y níc di chuyÓn víi tèc ®é kh¸c nhau vµ tr¶i qua sù thay ®æi c¶ hãa häc
vµ vËt lý. Níc ë mét ®iÓm trong profil ®Êt di chuyÓn díi ¶nh hëng cña gradient
Èm híng vÒ l«ng c©y (hair) cña rÔ, ®îc hÊp thô sau ®ã di chuyÓn ®i lªn th©n c©y
thùc vËt th«ng qua c¸c èng nhá (xylen) trong th©n c©y gç.
Sù bèc tho¸t h¬i - ®iÒu kh«ng muèn nhng ph¶i chÊp nhËn?
RÊt Ýt níc ®îc c¸c rÔ thùc vËt mang lªn , mµ thùc tÕ ®îc gi÷ l¹i trong ®Êt,
hÇu hÕt sù mÊt níc do bèc tho¸t h¬i. Sù mÊt h¬i níc xuÊt hiÖn cïng víi sù nghÞch
®¶o con ®êng ®Ó hÊp thô CO2 trong quang hîp.
H×nh 4.4 Dßng bèc tho¸t h¬i cña thùc vËt ®¬n trong vÒ mÆt líp phñ thùc vËt, chØ ra mét sù chÆn gi÷
chÝnh ®èi víi sù di chuyÓn níc.
Sù bèc tho¸t h¬i cã thÓ gäi lµ 'necessary evil' bëi v× sù ®ång hãa CO2 tõ khÝ
107
- quyÓn yªu cÇu sù thay ®æi khÝ m¹nh mÏ trong khi ng¨n chÆn sù mÊt níc thõa yªu
cÇu sù thay ®æi khÝ gi÷ thÊp (Raschke, 1976). Tuy nhiªn, sù bèc tho¸t h¬i g©y hiÖu
øng lµm l¹nh thùc vËt trong thêi tiÕt nãng (v× nhiÖt ®îc sö dông trong Èn nhiÖt hãa
h¬i) vµ sù di chuyÓn cña níc vËn chuyÓn chÊt dinh dìng qua thùc vËt.
Thùc vËt cã thÓ kiÓm so¸t sù mÊt níc b»ng thay ®æi sù më ra cña lç hæng khÝ
khæng. Do vËy, hËu qu¶ cña lîng níc thiÕu trong thùc vËt gi¶m sù hÊp thô CO2,
dÉn ®Õn gi¶m bít tèc ®é sinh trëng thùc vËt vµ cÇn tíi níc cho mïa mµng n«ng
nghiÖp.
Cell níc thÕ n¨ng
Cell lµ c¸c nh©n tè cÊu tróc c¬ b¶n trong thùc vËt vµ kiÓm so¸t thùc vËt c¬ së
t¬ng øng víi níc khi di chuyÓn qua thùc vËt. Thµnh Cell lµ cã nhiÒu lç nhá vµ vµ
níc di chuyÓn qua c¸c Cell do chªnh lÖch thÕ n¨ng níc. NÕu mét lç sÏ qu¸ chËm ®Ó
thay thÕ sù mÊt níc do sù bèc tho¸t h¬i, nã kh«ng cã vai trß quan trong cña thÈm
thÊu. §©y lµ dßng níc qua mét c¸i mµng ®îc t¸ch hai tr¹ng th¸i tËp trung kh¸c
nhau. ThÕ n¨ng níc, , trong mét Cell thùc vËt cã thÓ chØ ra nh:
P ( 4.10)
Trong ®ã lµ thÕ n¨ng thÊm thÊu, P lµ thÕ n¨ng ¸p suÊt cña thµnh Cell ë bªn
trong, hay søc tr¬ng. T¹i thêi ®iÓm sù thiÕu níc cùc trÞ, ¸p suÊt tr¬ng cã thÓ gi¶m
®Õn 0, do sù mÊt nµy trë nªn mÒm rò hay mÒn th©n c©y vµ ®iÒu kiÖn thùc vËt cã thÓ
nãi lµ bÞ hÐo. Lo¹i bá sù duy tr× cña thÕ n¨ng níc thÊp b»ng tÝch lòy tËp trung cao
cña muèi trong Cell nhùa c©y cña chóng, dÉn ®Õn v« hiÖu thÕ n¨ng thÊm thÊu lín.
§iÒu nµy ®îc bï ®¾p ®Æc biÖt bëi thÕ n¨ng søc tr¬ng d¬ng. Suèt ho¹t ®éng bèc
tho¸t h¬i mét phÇn lµm mÊt níc cña c¸c Cell lµm gi¶m thÕ n¨ng søc tr¬ng, vµ lµm
t¨ng sô tËp trung nhùa Cell, ë ®©y do thÕ n¨ng thÊm thÊu trë nªn Èm h¬n. HiÖu øng
kÕt hîp thÊp h¬n thÕ n¨ng níc cña c¸c Cell l¸. Do vËy, sù mÊt h¬i níc do sù bèc
tho¸t h¬i thêng lµm gi¶m thÕ n¨ng cña níc, mµ thÕ n¨ng níc t¸c ®éng nh mét lùc
hót vËn chuyÓn tõ Cell nµy ®Õn Cell kh¸c ph¸i th«ng qua hÖ thèng tõ l¸ ®Õn rÔ vµ cã
kh¶ n¨ng lÊy níc thËm chÝ c¸c c©y cao nhÊt chèng l¹i träng lùc. ThÕ n¨ng níc trong
thùc vËt t¬ng tù ®èi víi thÕ n¨ng níc cña ®Êt ®îc m« t¶ chi tiÕt trong Ch¬ng 6.
Dßng níc tõ ®Êt di chuyÓn theo sù gi¶m gradient thÕ n¨ng níc, , xuÊt hiÖn
®èi ngîc víi sù ng¨n chÆn sù di chuyÓn (vÝ dô nh ®Êt ®Õn rÔ, rÔ ®Õn l¸, lµ ®Õn khÝ
quyÓn). M«i thµnh phµn phÇn nµy cã thÓ biÓu diÔn ph¬ng tr×nh vËn chuyÓn chung:
2
Flux 1 (4.11)
r
ë ®©y r ®îc gäi lµ sù c¶n. §èi víi mét hÖ thèng bao gåm mét chuçi ng¨n chÆn,
gièng nh toµn bé thùc vËt, sù c¶n tæng céng R, t¬ng tù víi ®Þnh luËt Ohm's, ®¬n
gi¶n lµ tæng cña c¸c sù c¶n riªng lÎ (vÝ dô R = r1+r2+r3+....). Trong sinh lý häc thùc
1
vËt ®Ó thuËn tiÖn thay thÕ sù c¶n b»ng ®é dÉn nghÞch ®¶o (vÝ dô g ), do ®ã hÖ sè
r
c¶n lµ m¾c song song, gièng nh c¸c l¸ riªng biÖt, cÊu tróc toµn bé t¸n l¸ lµ tæng cña
cÊu tróc riªng lÎ, (vÝ dô nh G = g1+g2+g3+...). Do ®ã, víi mét thÕ n¨ng níc kh¸c
nhau nhÊt ®Þnh, th«ng lîng lµ tû lÖ trùc tiÕp víi ®é dÉn.
Xem xÐt mét tr¹ng th¸i æn ®Þnh ®Òu cña dßng bèc tho¸t h¬i th«ng qua chuçi
ng¨n chÆn sÏ c©n b»ng, do vËy:
108
- s 1 1 a
Flux
rp rg
( 4.12a vµ 4.12b )
a
s
rp rg
ë ®©y thÕ n¨ng níc lµ s t¹i bÒ mÆt ®Êt-rÔ, 1 lµ ë l¸, vµ a ë trong kh«ng
khÝ, hÖ sè c¶n trong thùc vËt lµ rp vµ pha khÝ lµ rg. MÆc dÇu ®©y ®îc ®¬n gi¶n hãa, do
gi¶ thiÕt r»ng dßng æn ®Þnh ®Òu vµ hÖ sè c¶n kh«ng ®æi (c¸c ®iÒu kiÖn nµy Ýt khi xuÊt
hiÖn trong thùc tÕ). Víi c¸ch ®¬n gi¶n nµy ®· cung cÊp mét mét d¹ng h÷u Ých cña
dßng níc trong thùc vËt. B»ng ký hiÖu c¸c gi¸ trÞ theo mµu ®èi víi thÕ n¨ng t¹i c¸c
®iÓm kh¸c nhau trong hÖ thùc vËt, quan hÖ quan träng víi hÖ sè c¶n kh¸c nhau trong
kiÓm so¸t th«ng lîng bèc tho¸t h¬i cã thÓ ®îc minh häa (vÝ dô Weatherley, 1976).
Do vËy, nÕu níc cña ®Êt lµ b·o hßa (vÝ dô s = 0), thÕ n¨ng níc trong l¸ 1 =-
2MPa vµ thÕ n¨ng níc trong kh«ng khÝ, a =-100MPa (®é Èm t¬ng ®èi ~ 50%),
r
thay c¸c gi¸ trÞ nµy vµo ph¬ng tr×nh 4.12a chØ ra g ~ 50 . §iÒu nµy chØ ra r»ng sù
rp
c¶n cña pha khÝ lín h¬n rÊt nhiÒu sù c¶n cña thùc vËt vµ ngîc l¹i sÏ kiÓm so¸t sù
¶nh hëng cña sù bèc tho¸t h¬i.
HÇu hÕt nh÷ng nhµ vËt lý nghiªn cøu qu¸ tr×nh bèc tho¸t h¬i g¸n cho kiÓm
so¸t 'nguyªn thñy' ®èi víi khÝ khæng, mÆc dÇu mét sè ®iÒu kiÖn cã sù c¶n cña rÔ mµ
quan trong nhÊt lµ kÕt hîp víi dßng bèc tho¸t h¬i (Kramer vµ Boyer, 1995).
Nh÷ng nh©n tè ¶nh hëng tíi sù bèc tho¸t h¬i tõ líp phñ thùc vËt lµ lín vµ sÏ
thay ®æi phô thuéc vµo c¸c ®iÒu kiÖn. M« t¶ ë ®©y sÏ tËp trung vµo hai ¶nh hëng
chÝnh lªn thùc vËt, vÝ dô kiÓm so¸t khÝ khæng vµ sù hót níc cña rÔ.
KiÓm so¸t khÝ khæng
KhÝ khæng trung b×nh chiÕm kho¶ng 1% tæng diÖn tÝch l¸ trong ph¹m vi réng
cña c¸c loµi thùc vËt (Monteith vµ Unsworth, 1990). Chóng thêng chØ xuÊt hiÖn xa
trôc bÒ mÆt (phÝa sau) cña l¸. Chóng cã thÓ hoµn toµn kh«ng cã mÆt phÝa trªn l¸, trôc
l¸, bÒ mÆt l¸, ®Æc biÖt ®èi líi c¸c c©y l¸ réng. Mçi khÝ khæng bao gåm mét cÆp c¸c cét
thon dµi xung quanh lç hæng khÝ khæng. Thµnh cét cña lç hæng lu«n thÊm níc ®îc
sö dông ®Ó hßa tan khi tæng hîp khÝ CO2 vµ O2 trong quang hîp, ë ®©y chóng di
chuyÓn æn ®Þnh cïng víi thùc vËt b»ng khuyÕch t¸n. Khi níc bèc h¬i tõ c¸c thµnh
nµy, ¸p suÊt h¬i níc trong lç hæng khÝ khæng t¨ng lªn vµ khuyÕch t¸n c¸c phÇn tö
h¬i níc mang ®Õn th«ng qua khÝ khæng vµo trong kh«ng khÝ bªn ngoµi.
KhÝ khæng kÕt hîp hiÖu øng trung b×nh cña sù thay ®æi khÝ, cÇn ®Õn trong
quang hîp, nghÜa lµ giíi h¹n thiÖt h¹i nguy hiÓm ®èi víi thùc vËt do mÊt níc. KÝch
thíc cña lç hæng thùc vËt c¸ thÓ thay ®æi do sù thay ®æi søc tr¬ng cña c¸c guard
cells. Khi søc tr¬ng cña lç tæ ong më trªn l¸ (guard cells)lµ thÊp h¬n lç ®ãng. V× khÝ
khæng cã cÊu tróc quang hîp chÝnh, chóng v« cïng nh¹y ®èi víi sù thay ®æi cêng ®é
¸nh s¸ng. Do vËy, phÇn lín c¸c thùc vËt cã thÓ ban ngµy ®Ó thay ®æi khÝ khæng; chóng
thêng më suèt ngµy (cho qu¸ t×nh quang hîp) vµ khÐp l¹i vµo ban ®ªm khi trêi tèi ®Ó
ng¨n ngõa sù mÊt níc kh«ng cÊn thiÕt khi quang hîp kh«ng x¶y ra. Chóng rÊt còng
nh¹y ®èi víi sù tËp trung khÝ CO2, khÝ khæng më ra nÕu sù tËp trung gi¶m xuèng.
109
- Sù c¶n khÝ khæng cña l¸ (r1) ng¨n c¶n qu¸ tr×nh quang hîp, tù thùc vËt ¸p ®Æt
lªn vµ vµ ®· chØ ra trong môc 4.5.1 díi ®©y.
Nãi chung, khÝ khæng kiÓm so¸t khuyÕch t¸n h¬i níc kÕt hîp víi duy tr× søc
tr¬ng l¸. Tuy nhiªn, c¸c nh©n tè ¶nh hëng sù c¶n khi khæng lµ thay ®æi vµ hiÓu
®îc c¬ chÕ chØ sô chËm l¹i. §iÒu nµy ®îc Federer (1995) vµ Sharkey vµ Ogawa
(1987) m« t¶ vµ tÝnh to¸n bëi ions Kali vµo guard cells, hiÖu øng sù tËp trung carbon
dioxide vµ vai trß cña axÝt abscisic. HiÖu øng ¸nh s¸ng xuÊt hiÖn chót Ýt sù kh¸c
nhau gi÷ c¸c loµi, víi khÝ khæng më hoµn toµn cña mét phÇn 10 ¸nh s¸ng ®Çy ®ñ (vÝ
dô Turner vµ Begg, 1973). Do v©y, víi ngµy n¾ng, sù c¶n khÝ khæng trªn c¸c l¸ béc lé
sù gi¶m nhanh khi mÆt trêi lÆn, gi÷ l¹i mét gi¸ trÞ cùc tiÓu c¶ ngµy nÕu cung cÊp
níc ®èi víi l¸ lµ ®ñ vµ t¨ng lªn khi mÆt trêi mäc (Federer, 1975).
C¸c nh©n tè vËt lý cã thÓ rÊt quan träng bëi v× sù kh¸c nhau gi÷a c¸c loµi ë r1.
VÝ dô, tèc ®é gi¶m cña sù bèc tho¸t h¬i tõ c©y th¹ch nam lµ do sù c¶n khÝ khæng cña
nã lín (~ 50-170sm-1 theo Wallace, 1984; Miranda, 1984). KÕt qu¶ nµy do khÝ khæng
chØ xuÊt hiÖn bªn trôc cña l¸ ë ®êng r·nh víi l«ng c©y mÞn, v× vËy mµ sù di chuyÓn
cña h¬i níc bÞ suy yÕu (Hall, 1987).
Khi sù bèc tho¸t h¬i xuÊt hiÖn, thÕ n¨ng níc cña l¸ gi¶m xuèng, do vËy t¨ng
dßng ®i vµo cña níc tõ vïng thÕ n¨ng cao h¬n trong th©n c©y, rÔ c©y vµ ®Êt. NÕu ®Êt
®ñ Èm, gi¸ trÞ nhá nhÊt cña sù c¶n (vÝ dô ®é dÉn cùc ®¹i) cã thÓ duy tr× suèt c¶ ngµy vµ
bèc h¬i kiÓm so¸t bëi c¸c nh©n tè khÝ tîng. Tuy nhiªn, khi sù bèc h¬i tõ l¸ vît qu¸
tèc ®é cung cÊp níc ®Ó chóng ®i qua hÖ thèng ®Êt ®Õn th©n, thÕ n¨ng níc cña l¸ tíi
h¹n ®· ®¹t ®îc, t¹i ®ã khÝ khæng b¾t ®Çu khÐp l¹i, ®ã giíi h¹n sù mÊt níc. Gi¸ trÞ
tíi h¹n nµy phô thuéc vµo lÞch sö loµi thùc vËt vµ l¸ c©y ®Þa ph¬ng. VÝ dô c¸c l¸ c©y
trªn t¸n c©y (canopy) cã thÓ cã gi¸ trÞ thÊp h¬n, v× vËy c¸c l¸ c©y ë díi t¸n c©y ®ãng
sím h¬n (Steveson vµ Shaw, 1971), ¸m chØ cung cÊp níc u ®·i ®èi víi c¸c l¸ më ra
(exposed) trong t¸n c©y trªn (Federer, 1975). Sù c¶n khÝ khæng t¨ng lªn trªn gi¸ trÞ
cùc tiÓu vµ sù thiÕu níc gi¶m bèc h¬i thùc tÕ díi møc ®é gi¶m thÕ n¨ng th«ng qua
c¬ chÕ kiÓm so¸t khÝ khæng. ChÝnh x¸c khi sù c¶n khÝ khæng xuÊt hiÖn vÉn kh«ng râ
nh khi Federer (1975) quan tr¾c, '§©y lµ líp c©u hái vÒ gi¸ trÞ cña tr¹ng th¸i níc
cña ®Êt ®îc gäi lµ kiÓm so¸t khÝ khæng. Nã ®îc minh häa rÊt khã kh¨n mèi quan hÖ
tiªu biÓu gi÷a khÝ tîng, thùc vËt vµ ®Êt ¶nh hëng lªn sù bèc h¬i.
Sù kh¸c nhau cña c¸c thùc nghiÖm xuÊt hiÖn kh¸ ®a d¹ng. C«ng viÖc nghiªn
cøu ®· chØ ra r»ng kiÓm so¸t khÝ khæng cña bèc h¬i trong c¸c ®iÒu kiÖn ®Êt Èm. VÝ dô
Shepherd, 1972; MCNaughton vµ Black, 1973 ®· cïng nghiªn cøu sù bèc h¬i xuÊt
hiÖn kh«ng lµm gi¶m díi thÕ n¨ng cña níc trong l¸ c©y cho ®Õn khi gi¸ trÞ lîng
níc cña ®Êt ®¹t ®îc lµ rÊt nhá (VÝ dô Veihmeyer, 1972; Ritchie, 1973). C¸c thùc
nghiÖm nh lo¹i nµy ®· ®îc Turner (1986) xem xÐt l¹i.
Víi hÖ ®Êt-thùc vËt-khÝ quyÓn nhÊt ®Þnh cã ®Æc ®iÓm do sù thay ®æi lîng níc
theo kh«ng gian vµ thêi gian, ®iÒu nµy cã lÏ còng kh«ng qu¸ ng¹c nhiªn r»ng c¸c lo¹i
thùc vËt kh¸c nhau, sinh trëng trong ®Êt kh¸c nhau vµ c¸c ®iÒu kiÖn khÝ quyÓn
kh¸c nhau, sÏ h¹n chÕ sù bèc h¬i t¹i c¸c gi¸ trÞ kh¸c nhau cña tr¹ng th¸i níc cña
®Êt. Thùc vËy, cã thÓ ®ång ý r»ng ®¸ng chó ý nhiÒu nhÊt lµ sù t¬ng tù cña bèc tho¸t
h¬i tõ loµi rõng kh¸c nhau ë Ch©u ¢u ®îc Roberts chó ý (1983; 1999) vµ gi¶i thÝch
c¸c sè h¹ng t¬ng tù cã thÓ c¶ r1-min vµ còng nh mèi liªn hÖ gi÷a r1 vµ ®é Èm khÝ
quyÓn. H¬n n÷a, Robert ®· gîi ý r»ng cïng gi¸ trÞ r1-min ë rõng Ch©u ¢u cã thÓ dÉn
110
- ®Õn c¸c loµi c©y cã liªn quan ®Õn khÝa c¹nh di truyÒn ®èi víi cïng ®iÒu kiÖn níc cña
®Êt.
§©y còng lµ mét c¶m biÕn, ë ®ã sù hoµ hîp cña tÝnh kh«ng ®ång nhÊt phøc t¹p
cña thÕ n¨ng níc vµ sù chÆn gi÷ bÒ mÆt cña c¸c l¸ riªng lÎ. Do vËy, sù bèc h¬i tõ t¸n
l¸ thùc vËt lµ tæng cña sù bèc h¬i mÊt tõ tÊt c¶ c¸c bÒ mÆt l¸ riªng lÎ. NÕu chØ sè
diÖn tÝch l¸ L lµ diÖn tÝch bÒ mÆt cña tÊt c¶ c¸c l¸ trªn mét ®¬n vÞ diÖn tÝch ®Êt, vµ
nÕu r1 lµ trung b×nh sù c¶n bÒ mÆt l¸ th× toµn bé sù c¶n bÒ mÆt cña t¸n l¸ rc (còng cã
thÓ gäi lµ sù c¶n cña t¸n l¸ hay sù c¶n bÒ mÆt träng t¶i) cã thÓ cã liªn quan nh sau:
r
rc 1 (4.13)
L
§iÒu nµy ®îc m« t¶ nh ‘kiÓm so¸t toµn bé vËt lý cña sù bèc tho¸t h¬i’ (Lee,
1980). Do lo¹i trõ ®èi víi líp phñ thùc vËt tha thít cña chØ sè diÖn tÝch l¸ thêng lín
h¬n ®¬n vÞ, ®é lín sù c¶n khÝ khæng nãi chung thÊp h¬n sù c¶n khÝ khæng l¸. Nªn chó
ý r»ng, kü thuËt thêng (vÝ dô Szeicz, 1973) chia trung b×nh r1 cho chØ sè diÖn tÝch l¸
biÓu diÔn tæng qu¸t. Nã kh«ng cho phÐp cÊu tróc t¸n l¸ vµ sù t¬ng t¸c khÝ hËu nhá
gi÷a cac l¸ riªng lÎ, nh gi¶m bøc x¹ ®Õn t¸n l¸ thÊp h¬n. Do vËy, mèi liªn hÖ cña
trung b×nh r1 víi rc lµ mét ‘thiÕu sãt chÝnh’ trong hiÓu biÕt (Federer, 1979).
Trong thùc tiÔn, L lµ khã tÝnh to¸n, hay ®o ®¹c cña kiÓm so¸t khÝ khæng vµ t¸n
l¸ vµ quy m« t¸n l¸ thêng kh«ng phô thuéc vµo r1 (Kelliher, 1975). HÖ sè r1 cã thÓ
®îc ®a ra tõ ®é xèp trªn c¸c l¸ riªng lÎ, trong khi ®ã rc ®èi víi c¸c t¸n l¸ thêng
®îc ®a ra b»ng ph¬ng tr×nh Penman-Monteith (xem môc 4.6.2).
§©y lµ c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu ®îc xem xÐt trong c¸c giai ®o¹n nghiªn cøu
kh¸c nhau ®îc ®a ra trong b¶ng 4.2.
B¶ng 4.2 ThuËt ng÷ vµ biÓu tîng cho sè h¹ng c¶n kh¸c nhau ®èi víi h¬i níc di chuyÓn sö dông trong kiÓm
tra nµy. Chó ý r»ng cã sù m©u thuÉn lín trong sö dông c¸c biÓu tîng nµy: trong mét sè trêng hîp rs sö
dông cho sù c¶n cña t¸n l¸, trong khi ë mét n¬i kh¸c sö dông cho sù c¶n khÝ khæng cña l¸. Trong thùc tiÔn cã
sù kh¸c nhau Ýt trong c¸c gi¸ trÞ cña sù c¶n t¸n l¸ vµ sù c¶n bÒ mÆt.
Sù c¶n M« t¶
Sù c¶n khÝ ®éng lùc, ra Thay ®æi theo ®é cao thùc vËt vµ tèc
KhÝ khæng (hay sù c¶n bÒ ®é giã
mÆt) ®èi víi c¸c lµ riªng lÎ, r1 Thu ®îc tõ porometry trªn c¸c l¸
Canopy (hay sù c¶n bÒ mÆt ®¬n lÎ
träng t¶i), rc
Sù c¶n bÒ mÆt, rs Thu ®îc tõ quy m« díi r1 sö dông
chØ sè diÖn tÝch l¸.
Thu ®îc b»ng c¸ch tÝnh to¸n tõ
ph¬ng tr×nh Penman-Monteith vµ sù hiÓu
biÕt khÝ tîng. Bao gåm sù c¶n phi sinh lý
häc (®Êt vµ litter). Do vËy, rs = rc+rsoil
Sù c¶n khÝ kh«ng liªn tôc thay ®æi theo thêi gian v× c¸c nh©n tè ¶nh hëng, ®Æc
biÖt lµ thay ®æi cêng ®é ¸nh s¸ng. Smith (1985) tÝm thÊy r»ng rc cho lóa mú lµm Èm
tèt ®ñ thay ®æi theo chØ sè diÖn tÝch l¸ vµ ®é hôt ¸p suÊt h¬i níc, nh ®· chØ ra trong
h×nh 4.5. T¬ng tù, Stewart (1988) chia ra m« h×nh b¸n thùc nghiÖm liªn hÖ gi÷a rc
vµ yÕu tè khÝ tîng ®èi víi rõng th«ng.
111
- Cho nhiÒu môc ®Ých kh¸c nhau ®©y lµ c¸c gi¸ trÞ bèc tho¸t h¬i níc thùc vËt cã
tÝnh chÊt trung b×nh, cùc ®¹i, cùc tiÓu cho c¸c thùc vËt trªn thÕ giíi ®îc chØ ra trong
b¶ng 4.3.
KiÓm so¸t rÔ
Xem xÐt kiÓm so¸t khÝ khæng tríc ®©y nhÊn m¹nh sù cÇn thiÕt cña cung cÊp
níc cho ®Êt-thùc vËt ®Çy ®ñ ®Ó c¸c l¸ duy tr× thÕ n¨ng níc cña l¸ trªn mùc tíi h¹n.
Thùc vËy, c¸c nghiªn cøu truyÒn thèng cña thùc vËt híng tíi nghiªn cøu vai trß cña
rÔ c©y nh tÝnh ×, ch×m ®ång nhÊt trong níc cña ®Êt, mÆc dÇu tÝnh liªn tôc nµy ®·
®îc ®Æt c©u hái (Turner, 1986; Montieth, 1985).
Sù chó ý nµy cã môc ®Ých lµ díi mét sè tr¹ng th¸i rÔ ®ãng vai trß lµ c¶m biÕn
®Çu tiªn cña øng suÊt níc h¬n lµ l¸. Nã xuÊt hiÖn khi sù thiÕu níc ®èi víi rÔ c©y cã
thÓ do sù thay ®æi trong sù thay trao ®æi chÊt cña rÔ, cïng víi sù t¨ng lªn s¶n phÈm
axÝt abscisic vµ sù nhiÔu lo¹n trong chuyÓn hãa nitr¸t. Nã cã thÓ mang l¹i nh÷ng tÝn
hiÖu hãa sinh ®Õn c¸c l¸ thùc vËt ¶nh hëng ®Õn sù thay ®æi qu¸ tr×nh quang hîp,
bao gåm sù gi¶m ®é dÉn khÝ khæng vµ tèc ®é quang hîp, kh«ng chó ý tíi dßng thÕ
n¨ng níc cña l¸ (Kramer vµ Boyer, 1995). Ngîc l¹i, chåi c©y ph¸t triÓn trong vïng
níc ®ñ trong ®Êt phô thuéc vµo níc vµo nh÷ng ngµy n¾ng vµ ®iÒu kiÖn nµy dêng
nh ch¾c ch¾n r»ng rÔ c©y cã thÓ trë thµnh sensor ®Çu tiªn cña níc. Mét sè tranh
luËn ®èi ngîc ®· biÓu diÔn trong chuçi c¸ bµi b¸o cña Kramer (1998), Passioura
(1988) vµ Schulze (1988).
H×nh 4.5 Sù c¶n t¸n l¸ cña mµu mang thay ®æi ®¸ng kÓ chØ sè diÖn tÝch l¸ vµ dé hôt ¸p suÊt h¬i níc
(Smith, 1985)
C¸c thùc vËt lÊy níc tõ suèt thêi gian kh« h¹n dÉn ®Õn lµm gi¶m níc cña ®Êt
112
- xung quanh rÔ vµ dÉn ®Õn lµm gi¶m tÝnh dÉn cña ®Êt vµ sÏ t¨ng ®¸ng kÓ sù c¶n ®èi
víi dßng chÊt láng. Quy m« vµ hiÖu qña cña hÖ thèng rÔ gióp x¸c ®Þnh tæng lîng
níc cã s½n bao phñ thùc vËt vµ gi¶m nhanh trong ®iÒu kiÖn kh«, tèc ®é bèc h¬i thùc
gi¶m díi tèc ®é gi¶m thÕ n¨ng cña h¬i níc trong l¸ c©y (xem môc 4.6.1).
B¶ng 4.3 Gi¸ trÞ cùc ®¹i trung b×nh cña ®é dÉn khÝ khæng (mms-1). (C¸c gi¸ trÞ tõ Kelliher, 1975).
Lo¹i thùc vËt L¸ ®¬n lÎ, gmax T¶i träng thùc vËt,
Gmax
Cá «n ®íi 8 7
Ngò cèc 11 32.5
5.7 21.2
C©y cã qu¶ h×nh
nãn 4.6 20.7
Thùc vËt phï du 6.1 13
Rõng nhiÖt ®íi 5.3 17
C©y b¹ch ®µn
RÔ thùc vËt hÊp thô níc theo gradient cña thÕ n¨ng níc gi¶m trong ®Êt ®Õn
rÔ vµ sù xuÊt hiÖn nµy trë thµnh hai c¬ chÕ cña sù hÊp thô (Kramer vµ Boyer, 1995).
Sù bèc h¬i thùc vËt bay h¬i nhanh tõ lç hæng cña l¸ lµm gi¶m thÕ n¨ng níc trong l¸
®îc hót tõ th©n c©y thùc vËt dÉn ®Õn lµm gi¶m thÕ n¨ng cña l¸ vµ di chuyÓn níc
vµo rÔ. Ngîc l¹i, thùc vËt bèc h¬i chËm g©y ra hiÖn tîng thÊm do ¸p suÊt trong c¸c
lç hæng nhá trong th©n c©y. §©y cã thÓ do dßng ®i vµo cña níc tõ ®Êt vµ cã thÓ ®a
®Õn ¸p suÊt d¬ng lµm cho níc cã thÓ rØ ra tõ c¸c vÕt søt cña c©y.
Xem xÐt ®é s©u cña rÔ gîi lªn r»ng mét khu rõng sÏ bèc h¬i nhiÒu h¬n ®ång cá
bëi toµn bé c©y cá rÔ s©u h¬n cá. Tuy nhiªn, mèi liªn hÖ gi÷a mËt ®é rÔ vµ níc hÊp
thô kh«ng ®¬n gi¶n nh thÕ nµy. Tõ c¸nh ®ång thÝ nghiÖm (vÝ dô McGowan, 1984;
McGowan vµ Tzimas, 1985) ®· chØ ra r»ng níc cña ®Êt ®îc lÊy tõ rÔ cña c©y trång
kh«ng chØ phô thuéc vµo sù ph¸t triÓn rÔ vµ thÕ n¨ng níc cña ®Êt, mµ cßn phô thuéc
vµo sù kh¸c nhau cña thÕ n¨ng cã thÓ ph¸t triÓn gi÷a ®Êt vµ rÔ.
Sè ®o tõ thÝ nghiÖm trong suèt vµ sau thêi kú h¹n h¸n lín ë Anh cña n¨m
1975-1976 trªn ba vô liªn tôc cña c©y mú mïa ®«ng ph¸t triÓn ë mét c¸nh ®ång nh
nhau chØ ra r»ng c©y trång víi hÖ rÔ lín nhÊt, qu¶ thùc cã mét hÖ rÔ lín kh¸c thêng,
sinh trëng trong n¨m h¹n h¸n thø hai, 1976, cã ®ñ kh¶ n¨ng hót níc cña ®Êt vµ v×
vËy lµm ®Êt kh« trong mïa vô 1975 vµ 1977. Sè liÖu thÕ n¨ng níc cña thùc vËt chØ
ra r»ng sù kh« h¹n níc trong ®Êt kÕt hîp víi ‘...sù thiÕu kh¶ n¨ng ®Ó ®iÒu chØnh sù
thÊm läc ®¸ng kÓ, dÉn ®Õn sù mÊt níc sím cña søc tr¬ng l¸ vµ khÐp kÝn khÝ khæng’
(McGowan, 1984). Sù ®iÒu chØnh thÈm thÊu rÊt quan träng v× nã x¸c ®Þnh hiÖu qu¶
cña níc ®îc thùc vËt sö dông vµ ®îc nãi rÊt râ trong kÕt qu¶ cña ngêi ®i tiªn
phong nghiªn cøu vÊn ®Ò nµy lµ Hsaio (1976) vµ Turner (Begg vµ Turner, 1976; JonÐ
vµ Turner, 1978). Sù hót do rÔ cã thÓ liªn hÖ râ h¬n víi thÕ n¨ng cña níc trong èng
nhá cña th©n c©y, rÔ c©y cùc tiÓu.
4.4.4 C¸c nh©n tè ®Êt
C¸c cè gi¾ng rÊt lín ®Ó t×m ra mèi liªn hÖ sù bèc h¬i thùc vËt tõ tr¹ng th¸i
níc cña ®Êt. Tuy nhiªn, ®iÒu nµy sÏ râ h¬n, c¸c ®iÒu kiÖn níc cña ®Êt ¶nh hëng
bëi bèc h¬i tõ c¸c bÒ mÆt thùc vËt gÇn nh liªn kÕt víi ‘kiÓm so¸t’ thùc vËt sö dông
níc qua khÝ khæng vµ hÖ thèng rÔ mµ ®iÒu nµy rÊt khã ®Ó ph©n lo¹i chóng. Ngîc
113
nguon tai.lieu . vn
