水文学概论：水面蒸发的机制分析

自然条件下的蒸发是水分和热量的综合反映。一般来说，蒸发的发生取决于两个条件，一是将水由液态变为气态的热能，一是是否有水分的供应，以及水分供应的状况。水面蒸发是最简单的蒸发形式，属于水分不受限制的蒸发，其蒸发主要受制于水面所接受的太阳辐射能量。对于一个自由水面来说，太阳辐射热量进入水体使得水体表层温度升高，水分子动能增加，运动加剧，且水面温度越高，水分子的运动越活跃。由于水分子之间本身存在着一定的相互作用力，即内聚力，使得水分子聚集于水体。但当水分子运动的动能大于水分子之间的内聚能时，水分子就能从水体逸出而散失到大气当中，此即为蒸发的物理机制。由于水体获得的能量不是均匀的，只有表层那些动能足够大的水分子才能突破水面进入大气，所以蒸发主要在水的表层发生。

根据理想气体状态方程和混合气体压强公式，温度和体积一定时，气体的分压正比于气体的分子数。在蒸发的初期，由于空气中水汽分子的数量相对较少，因而水汽压也较小。水面与空气中的水汽压差则较大，由水面逸出的水分子数量较多。相反地，从空气中返回水面的水分子数量较小。通常认为水面逸出的水分子数量与返回水面的水分子数量之差，就是实际观测到的蒸发量或蒸发强度。

随着蒸发的不断进行，从水面跃入空气中的水汽分子越来越多，以致水面以上大气中的水汽含量越来越多，水汽压也就越大，水面与空气中的水汽压差减小，水汽分子由水面进入大气的速率明显减小，而空气中的水汽分子返回水面的速率则明显增大。对于一个封闭的系统来说，当二者进行到一定程度时，必然会出现跃出水面的水汽分子数等于进入水面的水汽分子数，此时空气与水面的水汽压差为零，蒸发因此停止。水汽压差为零时，空气中的水汽分子达到饱和，此时的水汽压称为饱和水汽压。如果水面的温度继续增加，空气中的蒸发又开始进行，直到空气中的水汽分子再次达到饱和为止。因此，对于封闭的自由水面来说，蒸发速率主要取决于水面和水面以上大气之间的水汽压差。(www.xing528.com)

在自然条件下，由于空气的体积是无限的，水面上空气中的水汽分子存在一定的浓度梯度，由水面进入大气的水汽分子会通过空气对流、紊动以及水汽的扩散等作用不断的沿梯度方向向上输送，从而减少了水面以上空气中的水分子数，降低了水汽压，使其很难达到饱和的状态，因此实际上不可能出现空气与水面的水汽压差为零的情况。所以自然条件下的蒸发量不仅与饱和水汽压差有关，还与空气的对流和紊动以及水汽的扩散等作用有关，而影响这些作用的因素主要与风速、气压、湿度等气象条件。