如何正確操作何得到總導度從而估算葉片的蒸騰量

曾有正在學習如何測量葉片蒸騰作用的人發(fā)來問題：是否可以僅通過測量單片葉子的氣孔導度來估算其蒸騰作用？很遺憾，答案是：No。本文將說明如何正確操作，以及如何得到總導度，從而估算葉片的蒸騰量。

葉片蒸騰速率（E）的計算公式如下：

 

其中：
g_v 是葉片內(nèi)部水蒸氣進入空氣的總導度，
C_vs 是葉片內(nèi)部水蒸氣的濃度，
C_va 是空氣中水蒸氣的濃度。

得到總導度g_v就可以計算蒸騰速率，g_v是兩個變量的組合，要將水蒸氣從葉片內(nèi)部空氣轉(zhuǎn)移到大氣中，不僅需要將水通過葉片的氣孔和蠟質(zhì)層，還需要通過空氣本身(圖1)。

圖1顯示了葉片上單個氣孔的放大圖。水蒸氣用藍色表示。綠色部分為柵欄薄壁細胞和海綿狀葉肉細胞。葉片內(nèi)部的水蒸氣可以通過氣孔和蠟質(zhì)層移動到葉片外部。這就是水蒸氣通過葉片氣孔的導度，被稱為“氣孔導度g_vs”。
氣孔和蠟質(zhì)層并不是限制水蒸氣從葉片內(nèi)部進入空氣的獨有因素。葉片外部的空氣也會阻止水蒸氣的流動，即空氣中水蒸氣的導度，也叫邊界層導度(g_va)。g_vs和g_va就像是電路中的電阻。它們會抵抗水蒸氣的運動，并聯(lián)合起來限制水分從葉片內(nèi)部移動到大氣中。

為了計算蒸騰速率，你需要知道g_vs和g_va。氣孔導度的獲得并沒有太多選擇，它無法計算得到，雖然估算可行，但這并不是一個好的方法，因此需要有一臺可以直接測量氣孔導度的設(shè)備，圖2即為可以測定得到葉片氣孔導度的SC-1穩(wěn)態(tài)氣孔計。

一個簡單的公式得到g_va，如下：

在公式2中，空氣中水蒸氣的導度g_va等于常數(shù)0.147乘以穿過葉片的風速u和葉片的特征尺寸 d 比值的平方根。

• u：穿過葉片的風速，由測量得到
  d：葉片的特征尺寸，等于0.72 w（其中w是葉片的寬度，由測量得到）

要獲得u這個值，就需要測量葉片上的風速。這種情況小型風速計可能更適合。接下來獲取葉片的特征尺寸（圖3）。測量葉片在風向上的寬度，然后乘以一個常數(shù)0.72。

 

得到這兩個變量，就可以用它們來計算水蒸氣對空氣的導度g_va。

得到g_va和g_vs后，將兩者結(jié)合，計算出總導度（g_v）。公式3顯示了如何整合邊界層導度和氣孔導度。

 

已經(jīng)通過計算得到了g_v，接下來還需要獲得公式1中提到的兩種水蒸氣的濃度。
葉片內(nèi)部水蒸汽濃度等于葉片溫度下的飽和蒸汽壓除以大氣壓(公式4)。

 

這兩個值都很容易計算。葉片溫度下的飽和蒸汽壓由Tetens公式(公式5)給出。

式中
b 為17.502，
c 為240.97 ℃，
T_L 為葉溫。

公式 6顯示了如何獲得大氣壓P_a，

 

其中A是海拔高度。

C_va 的計算公式如下：

e_s 是用公式5計算的在空氣溫度T_a下的飽和蒸汽壓，

T_a 是空氣溫度，由測量得到，
h_r 是相對濕度，由測量得到。
把它們代入公式4 (C_vs)和公式7 (C_va)即可得到C_vs和C_va，再將它們代入公式1，解出蒸騰速率E。

盡管公式 E = g_v(C_vs - C_va)很簡單，但是要估算葉片蒸騰，需要測量相當多的變量。

g_vs —氣孔導度（SC-1）
T_L —葉片溫度（IRT）
T_a —空氣溫度（ATMOS41）
h_r —相對濕度（ATMOS41）
A —海拔高度（測量或查詢）
u —風速m/s（ATMOS41）
w —葉片寬度（尺子）

整個測量及計算過程總結(jié)如下圖：

請注意：獲取風速這一參數(shù)，可以使用ATMOS41氣象站，但這取決于葉片的位置。如果葉片靠近地面， 而ATMOS41位于2米處，就必須對高度進行校正。有公式可以用來推算降至目標位置的風速。當接近地面時，風速會呈指數(shù)遞減。