Evaporazione. Nel terreno l evaporazione dipende: umidità della superficie a contatto con l atmosfera

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1 Evaporaione Proceo attravero il quale l acqua allo tato t liquido id i traforma in vapore acqueo (vaporiaione) e viene rimoa dalla uperficie evaporante (rimoione del vapore) Il proceo di evaporaione richiede energia, che in ultima analii viene fornita dalla radiaione olare. il tao di evaporaione dipende dalla temperatura e dall umidità dell aria dalle caratteritiche della uperficie evaporante dalla truttura dello trato limite atmoferico (diffuione turbolenta) Nel terreno l evaporaione dipende: umidità della uperficie a contatto con l atmofera e il uolo è aturo i comporta come il pelo libero dell acqua e l evaporaione dipende ecluivamente da fattori meteorologici e il uolo è inaturo l evaporaione dipende dalla conducibilità idrica del terreno inaturo e dall umidità in profondità o dalla preena di falde ottouperficiali.

2 Trapiraione Proceo di vaporiaione dell acqua contenuta nei teuti vegetali e di diffuione del vapore vero l atmofera Quai tutta l acqua aorbita dalle radici viene pera per trapiraione e olo una minima fraione entra a far parte dei teuti della pianta Due fai: evaporaione a livello delle uperfici eterne delle pareti cellulari diffuione tra gli pai intercellulari, attravero tomi e cuticola, vero l atmofera Evaporaione Trapiraione Evapotrapiraione

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4 UNITÀ DI MISURA λ = Calore latente di vaporiaione =,45 MJ kg -1 a 0 C: ci vogliono,45 MJ per far evaporare 1 kg d acqua,45 MJ ono ufficienti a far evaporare 1 mm di acqua in 1 m di uperficie Il tao di ET epreo in MJ m - d -1 è λet il fluo di Il tao di ET epreo in MJ m d 1 è λet, il fluo di calore latente

5 Principio guida: bilancio di energia alla uperficie terretre Schema fiico emplificato di riferimento: Diffuione del calore in un meo omogeneo iotropo Atmofera Terreno Q* RADIAZIONE NETTA T Q E FLUSSO DI CALORE LATENTE Q H FLUSSO DI CALORE SENSIBILE G FLUSSO NEL TERRENO T(t,)= temperatura a profondità eitantet t ρ = denità del meo (uolo, uolo+vegetaione) C = capacità termica K = coefficiente di conducibilità termica ρ C K T t = K lim T = T G G T cot. T W = G () t m = 0 Conviene comporre il termine G(t) in almeno 3 termini principali: G(t) = Q* - Q H -Q E con: Q* = fluo netto in forma di radiaione Q H = fluo in forma di cambio di calore enibile (conveione, conduione,...) Q E = fluo in forma di cambio di calore latente (evaporaione e/o evapotrapiraione)

6 Su medie almeno giornaliere i può aumere G 0 Stima dell evaporaione media giornaliera da bilancio energetico: Q E Q* - Q [ ] H W / m E QE L ρ = [ m / ] E w

7 Bilancio della forante radiativa onde corte emea dal ole onde lunghe emea dall atmofera onde corte (riflea) onde lunghe emea dalla uperficie terretre

8 Stima della forante radiativa Q* Q* = Radiaione netta alla uperficie del terreno. Q* = Q c * + Q l * c: onde corte (olare); l: onde lunghe (terreno, atmofera) Q c * = Q c,i * - Q c,r * i: incidente; r: riflea Q c * = Q c,i * - Q c,r * = Q c,i *(1 - A) A = coeff. di Albedo (dipende d dalla uperficie) i uperficie A acqua 0,03 0,4 abbie aciutte 0,34 0,45 uoli bruni aciutti 0,14 erba 0,6 uoli bruni umidi 0,08 ghiaccio 0,5 Q c,i *= Q c0 f(condiioni ambientali) Q c0 = Radiaione olare al di opra dell atmofera (funione atronomica di latitudine, giorno, ora) Eempio di relaione empirica per valori medi giornalieri ( N )( N N ) Q / * c, i = Qc 0 + ld l ndiorediluce n. di ore di luce n. di ore di inolaione diretta Copertura nuvoloa (0-1)

9 Radiaione ad onde lunghe Q l * = Q l,a * - Q l,r * - Q l,e *= Q l,a *(1-A l )-Q l,e * a: emea dall atmofera r: riflea e:emea dalla uperficie A l = Coeff. di Albedo per le onde lunghe (<<A, generalmente tracurabile) Radiaione emea: Legge di Stefan-Boltman per un corpo grigio Q l εσt 4 = Temperatura aoluta ( K) Cotante (5.67x10-8 J/m K 4 ) Emiività Eempio di legge empirica per l emiività dell atmofera [ e] ε a = ( N ) Per la uperficie terretre: Acqua ε e = Terreno ε e Preione di vapore in mb

10 Flui turbolenti di calore dalla uperficie vero l atmofera Eprimibili a partire dalla legge di Fick Q K H E = K ρ C K H H = a P T 0.6 LE e Q K E = E ρa P Coefficiente di diffuione turbolenta per il calore (incognito, dipende dalla truttura dello trato limite turbolento) La loro applicaione diretta richiederebbe di conocere ia il coefficiente di diffuione che i gradienti verticali di umidità e temperatura (ovvero diporre di miure di temperatura e umidità a due diveri livelli vicino alla uperficie!) Ipotei di lavoro: -diponibilità di miure meteorologiche tandard (temperatura, umidità, preione, velocità del vento) ad una quota di riferimento (tipicamente m) -Validità del bilancio i energetico medio Q E Q* - Q H -Stima indipendente del termine di forante radiativa Q* e 1 ( e ) e T 1 ( T ) T : miurati : alla uperficie (incogniti)

11 Incognite: Q, Q, K, e, T E H Equaioni: Bilancio energetico + leggi di Fick H Neceitano ulteriori ipoteii 1. Superficie atura -> Evapo(trapiraione) poteniale e = e ( T ). Similarità fra cambio turbolento di calore e cambio turbolento di quantità di moto -> trato limite atmoferico con tratificaione neutra Fluo di quantità di moto: U τ 0 * K U M = = Dipende ρa * dalla U Profilo di velocità nello trato limite turbolento in U ( ) = log condiioni neutre: Ipotiando K H K E K M U K M κu = log / ( ) 0 K H T K T U κ at 0 cabrea della up. Cotante di Von karman = 0.4 U T = U κu log / M ( 0 )

12 Analogamente per il gradiente di vapore. Alla uperficie i può ipotiare U(=0) = 0 T U T T U e U e e U Sotituendo il tutto nell equaione di bilancio energetico ottengo una equaione nella ola incognita T: at ( T ) Q * κ U log / L P E + ρ + ac p T T e eat T ( ) ( ) ( ( )) = 0 Riolvendo per T e otituendo nella legge di Fick, i ottiene la formula di Penmann per la evaporaione poteniale da una uperficie atura Q E = Q + * γ LEB at Δ 1+ γ / Δ [ e ( T ) e ] B ρ U aκ C P a p = 0.6 γ = 65 P K a / P log / 0.6L ( ) 0 e at T T γ Δ = = Δ ( T ) E Al livello del mare T = T

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15 Preena della vegetaione (EvapoTrapiraione p Poteniale) La preena delle cavità tomatali tende ad otacolare ulteriormente l evaporaione. Tale effetto può eere rappreentato tramite analogia con la reitena elettrica. Formula di Penman-Monteith per l Evapotrapiraione poteniale Conduttana atmoferica Conduttana della chioma C atm C chio Fattore di macheramento ~ 0.5 Q ET κ U = ln / = f LAI = ( ) 0 Δ Q * + ρa CP Catm [ eat ( T ) e ] Δ + γ ( 1+ C / C ) 0 C leaf veg 10 atm chio Leaf Area Index = Area di uperficie i foliare per unità di area di terreno

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19 Metodi empirici per il calcolo di ETp Blaney e Criddle: ET p ( 0.46 T + 8 ) = C P T [mm/giorno] T=temperatura media menile [ C] P=durata media menile atronomica del giorno (100. ore/1) C=C(ri,Urmin,Vv)

20 Thornthwaithe: ET = P ct a [cm/mee] T=temperatura media menile [ C] ( I ) a a( I ) c = c ; = Ti I = 1 5 a = I c = 1.6 I a I=indice termico annuale Serra: ET P ΔT T T = 0.9( 100 U % ) 1 e 1000 [mm/mee] T=temperatura media menile [ C] U % =umidità media menile (%) ΔT=Tmax-Tmin [ C]

21 E / E pot 1 Vegetaione Evapotrapiraione reale in condiioni di uolo non aturo Suolo nudo 0 θ a θ θ c θ θ θ Suolo aturo Capacità di campo Punto di appaimento