النتح التبخري

يؤثر نوع الغطاء النباتي على مستويات النتح. ^{[ 15 ]} فعلى سبيل المثال، عادةً ما تنتح النباتات العشبية بمعدل أقل من النباتات الخشبية ، نظرًا لقلة كثافة أوراقها . كما أن النباتات ذات الجذور العميقة قادرة على النتح بشكل أكثر استمرارًا، لأن هذه الجذور تمتص كمية أكبر من الماء إلى النبات وأوراقه. ومن الأمثلة الأخرى أن غابات الصنوبريات تميل إلى أن يكون لديها معدلات نتح أعلى من غابات الأشجار عريضة الأوراق المتساقطة ، خاصةً في فصل الشتاء وبداية الربيع، لأنها دائمة الخضرة . ^{[ 16 ]} ونظرًا لانتشار المحاصيل الزراعية ، يُطلق على النتح أيضًا اسم " عرق الذرة ". ^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]}

يُعدّ النتح مكونًا رئيسيًا من التبخر النتحي (مقارنةً بالتبخر) في المناطق ذات الغطاء النباتي الكثيف. ^{[ 20 ]} ونتيجةً لذلك، قد يؤدي الغطاء النباتي الكثيف، كالغابات، إلى زيادة التبخر النتحي وتقليل كمية المياه المتدفقة. كما يؤدي الغطاء النباتي إلى انخفاض درجة حرارة سطح الأرض بشكل عام، ويؤثر على كيفية تأثير الطاقة الشمسية على معدلات التبخر النتحي. ^{[ 13 ]} وبذلك، يُمكن تسريع انتقال الحرارة بين الغلاف الجوي وسطح الأرض، مما يزيد من معدلات التبخر. وتتحكم كثافة الغطاء النباتي في الظروف البيئية المختلفة للنظم البيئية المتنوعة، وفي كيفية حركة المياه عبر النظام. وتتحكم أنواع الغطاء النباتي المختلفة في ظروف النتح، إلا أن عملية التبخر النتحي تختلف من نبات لآخر بناءً على خصائص كل نبات. ^{[ 13 ]}

يُستثنى من ذلك نوعان من الغابات: الغابات السحابية والغابات المطيرة . ففي الغابات السحابية، تجمع الأشجار الماء السائل الموجود في الضباب أو السحب المنخفضة على سطحها، والذي يتساقط في النهاية إلى الأرض. وتساهم هذه الأشجار في عملية النتح، ولكنها غالبًا ما تجمع كمية من الماء تفوق ما تتبخره أو تفقده. ^{[ 21 ] [ 22 ]} أما في الغابات المطيرة، فيزداد إنتاج الماء (مقارنةً بالأراضي غير المشجرة في نفس المنطقة المناخية) حيث يزيد النتح من الرطوبة داخل الغابة (ويتكثف جزء منها ويعود سريعًا على شكل هطول مطري على سطح الأرض). كما أن كثافة الغطاء النباتي تحجب ضوء الشمس وتخفض درجات الحرارة على سطح الأرض (مما يقلل من الفاقد الناتج عن التبخر السطحي)، وتقلل من سرعة الرياح (مما يقلل من فقدان الرطوبة المحمولة جوًا). ويؤدي هذا التأثير المُجتمع إلى زيادة تدفقات الجداول السطحية وارتفاع منسوب المياه الجوفية مع الحفاظ على الغابات المطيرة. يؤدي إزالة الغابات المطيرة في كثير من الأحيان إلى التصحر ، حيث ترتفع درجات حرارة سطح الأرض وسرعة الرياح، ويفقد الغطاء النباتي أو يُدمر عمداً عن طريق إزالة الغابات وحرقها، ويقل رطوبة التربة بفعل الرياح، وتصبح التربة عرضة للتآكل بسهولة بفعل الرياح القوية والأمطار الغزيرة. ^{[ 23 ] [ 24 ]}

تتميز المناطق المروية بكثافة عالية بارتفاع نسبة الرطوبة في التربة. ويؤثر محتوى الرطوبة في التربة على إجمالي التبخر النتحي. فالمناطق ذات مستويات الرطوبة المنخفضة في التربة تؤدي إلى انخفاض تفاعل التبخر النتحي، مما يزيد من درجة حرارة سطح التربة. أما المناطق ذات مستويات الرطوبة العالية، فتتميز بتبخر نتحي أكثر فعالية، مما يؤدي إلى انخفاض درجة حرارة سطح التربة. ^{[ 25 ]} ويُستثنى من ذلك المناطق ذات منسوب المياه الجوفية المرتفع ، حيث يمكن للخاصية الشعرية أن تتسبب في صعود المياه من المياه الجوفية عبر مصفوفة التربة عائدةً إلى السطح. إذا كان التبخر النتحي المحتمل أكبر من الهطول الفعلي، فإن التربة ستجف حتى تستقر الظروف، ما لم يُستخدم الري . ^{[ 26 ]} إن الحصول على مزيد من المعلومات حول كيفية تأثير التبخر النتحي على إنتاج المحاصيل بشكل عام سيمكننا من إنتاج محاصيل ذات جودة أعلى، ويعزز قدرتنا على ري حقولنا بكفاءة واستدامة في العمليات الزراعية واسعة النطاق. وقد تبين أن الحقول والمحاصيل تشهد ارتفاعًا في مستويات التبخر النتحي في المناطق التي تُطبق فيها أنظمة الري. ^{[ 27 ]} على النقيض من ذلك، تُلاحظ مستويات أقل من النتح في المناطق التي لا تُستخدم فيها أساليب الري. ومع استمرار تطور القطاع الزراعي، تؤدي التقنيات الزراعية والأسمدة الجديدة إلى زيادة معدلات النتح. ^{[ 27 ]}

يمكن تقدير التبخر النتحي من خلال تقييم معادلة توازن الماء لمنطقة معينة: تربط معادلة توازن الماء التغير في كمية المياه المخزنة داخل الحوض ( S ) بمدخلاته ومخرجاته:

${\displaystyle \Delta S=P-ET-QD\,\!}$

في المعادلة، يرتبط التغير في كمية المياه المخزنة داخل الحوض ( ΔS ) بالهطول ( P ) (المياه الداخلة إلى الحوض)، والتبخر النتحي ( ET )، وتدفق المياه في الأنهار ( Q )، وتغذية المياه الجوفية ( D ) (المياه الخارجة من الحوض). وبإعادة ترتيب المعادلة، يمكن تقدير التبخر النتحي (ET) إذا عُرفت قيم المتغيرات الأخرى.

${\displaystyle ET=P-\Delta SQD\,\!}$

تتمثل الطريقة الثانية للتقدير في حساب توازن الطاقة.

${\displaystyle \lambda E=R_{n}-GH\,\!}$

حيث تمثل λE الطاقة اللازمة لتحويل الماء من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية، _و Rn الإشعاع الصافي، و G تدفق الحرارة في التربة، و H تدفق الحرارة المحسوسة . وباستخدام أجهزة مثل مقياس التلألؤ ، أو ألواح قياس تدفق الحرارة في التربة، أو مقاييس الإشعاع، يمكن حساب مكونات موازنة الطاقة، ومن ثم حساب الطاقة المتاحة للتبخر والنتح الفعلي.

تستخدم خوارزميتا SEBAL و METRIC صور الأقمار الصناعية لحساب توازن الطاقة على سطح الأرض. وهذا يسمح بحساب التبخر النتحي الفعلي والمحتمل بدقة متناهية، بكسلًا بكسلًا. يُعدّ التبخر النتحي مؤشرًا رئيسيًا لإدارة المياه وكفاءة الري. تستطيع خوارزميتا SEBAL وMETRIC رسم خرائط لهذه المؤشرات الرئيسية زمانيًا ومكانيًا، لفترات زمنية تتراوح بين أيام وأسابيع وسنوات. ^{[ 28 ]}

باستخدام البيانات المناخية كالرياح ودرجة الحرارة والرطوبة، يمكن حساب التبخر المرجعي. تُعد معادلة بنمان المعادلة الأكثر شيوعًا واستخدامًا لحساب التبخر المرجعي . وتوصي منظمة الأغذية والزراعة ^{[ 29 ]} والجمعية الأمريكية للمهندسين المدنيين ^{[ 30 ]} باستخدام صيغة بنمان-مونتيث . كانت معادلة بلاني-كريدل الأبسط شائعة في غرب الولايات المتحدة لسنوات عديدة، لكنها أقل دقة في المناطق الرطبة ذات الرطوبة العالية. تشمل المعادلات الأخرى لتقدير التبخر من البيانات المناخية معادلة ماكينك ، وهي معادلة بسيطة لكنها تتطلب معايرة خاصة بموقع محدد، ومعادلات هارجريفز .

لتحويل التبخر المرجعي إلى التبخر الفعلي للمحصول، يجب استخدام معامل المحصول ومعامل الإجهاد . تتغير معاملات المحاصيل، كما هو مستخدم في العديد من النماذج الهيدرولوجية، عادةً على مدار العام لأن المحاصيل موسمية، وبشكل عام، يختلف سلوك النبات على مدار العام: تنضج النباتات المعمرة على مدار عدة مواسم، بينما لا تعيش النباتات الحولية لأكثر من بضعة مواسم ، لذا يمكن أن تعتمد استجابات الإجهاد بشكل كبير على العديد من جوانب نوع النبات وحالته.