Haihtuminen tarkoittaa nesteen, yleensä veden muuttumista kaasuksi ja siirtymistä ympäröivään tilaan. Toisin kuin kiehumista, haihtumista voi tapahtua kaikissa lämpötiloissa. Haihtumista kuvaa suure haihdunta.

Veden kiertokulussa tavallista erilaisilta pinnoilta, kuten vesistöistä, maasta tai kasvillisuuden pinnalta, tapahtuvaa haihtumista kutsutaan evaporaatioksi. Haihtumista voi tapahtua myös osana kasvien elintoimintoja siten, että vesi kulkeutuu kasvin juurien ja varren kautta haihtuakseen lopulta ilmaan kasvin lehdiltä. Tällöin puhutaan transpiraatiosta. Yhteisnimitys näille on evapotranspiraatio.

Haihtumisen vastakohta on tiivistyminen, jossa kosteus tiivistyy ilmakehästä alustalle. Jos kiinteä aine siirtyy suoraan kaasuksi ilmakehään olematta välillä nestettä, puhutaan sublimoitumisesta. Vastaava kaasun asettuminen suoraan pinnalle kiinteäksi aineeksi on härmistymistä.

Atomaarisesta näkökulmasta ilmiötä voidaan tarkastella seuraavasti: kuvitellaan, että suurennetaan haihduttavaa pintaa niin, että vesimolekyylit tulevat näkyviin. Tasapainotilassa osa sinne tänne liikkuvista vesimolekyyleistä joutuu takaisin haihduttavalle pinnalle, mutta pinnalta irtoaa saman verran uusia vesimolekyylejä ilmaan. Tällöin pinnan läheinen ilma on kylläinen vesihöyrystä. Varsinainen haihdunta vaatii energiaa eli vesimolekyylien suurempia nopeuksia. Tämän voi havaita esimerkiksi suihkun jälkeen tuntuvana kylmyytenä: haihtuminen sitoo energiaa iholta. Jatkuva haihdunta edellyttää lisäksi ilman pystysuuntaista sekoittumista, sillä muuten haihduttavan pinnan läheinen ilma tulisi nopeasti vesihöyrystä kylläiseksi.

Haihtuminen ilmastotieteessä

Teoreettinen haihtuminen

Haihtumisella on ilmastotieteessä merkitystä. Haihtuminen vie kasveilta veden ja sitä voi käyttää kuivuusrajojen määrittelyissä. Jos haihtuminen on sademäärää suurempi, kyseessä on kuiva alue,jopa aavikko. Teoreettinne haihtuminen on eri kuin todellinen haihtuminen. Yleensä kasvit ja maaperä eivät haihduta ilmaan niin paljon kuin ilmaan mahtuisi. Teoreettinen haihtuminen (evapotranspiraatio) on kääntäen verrannollinen lämpötilaan eli E=F(1/T) ja on sitä pienempää, mitä suurempi on ilman suhteellinen kosteus. Haihtuminen siis riippuu ilmaan mahtuvasta vesihöyrymäärästä ja siellä jo olevasta vesihöyrymäärästä. Koko ilmaan mahtuva vesihöyrymäärä riippuu kylläisen vesihöyryn paineesta.Kylmässä, kosteassa ilmassa tapahtuu vähemmän haihtumista kuin kuumassa ja kuivassa. Tuuli lisää haihtumista.

Käytännön haihtuminen

Haihtumiseen vaikuttaa maaperä, vesistöjen ja kasvillisuuden määrä ja laatu. Puut, varsinkin havupuut haihduttavat enemmän kuin matalajuurinen lyhyt kasvillisuus.

Haihtumisen laskentayhtälöistä

Haihtumisen laskenta on vaikeaa, koska siihen vaikuttavat monet tekijät, ja siksi on olemassa lukuisia menetelmiä. Penmanin yhtälön muunnelmat lienevät tarkimpia. Suurin mahdollinen haihtuminen potentiaalinen evapotranspiraatio PET tai PPT on ilmastotieteessä merkittävä. Se riippuu lämpötilasta ja pilvisyydestä, joka vähentää lämmittävää suoraa Auringon säteilyä. Haihtuminen ei voi olla koskaan PET:ia suurempi. Kuivuusindeksi (aridisuusindeksi) on sademäärä jaettuna PET:llä. YK käyttää Penman-Monteithin yhtälöä, mutta USA:n kuivilla seuduilla käytetään Blaney-Criddlen yhtälöä, joka on epätarkka kosteammilla alueilla. Tunnetaan myös Makkinkin ja Hargreavesin yhtälöt ja Jensen-Haisen yhtälöt. Yksinkertainen Makkinkin menetelmä on aina vaa'attava tietylle paikkakunnalle.

Penmanin yhtälö

Penmanin yhtälöllä lasketaan haihtuminen avoveden pinnasta. Haihtumista on tässä yhtälössä Auringon energian takia. Sitä käytetään monissa tarkimmissa haihtumisyhtälöissä, joista lasketaan jonkin seudun kuivuutta eli aridisuutta. Penmanin yhtälöstä on monta eri versiota, joista yksi tässä.

$E=\backslash frac\{m\; R\_n\; +\; \backslash rho\_a\; c\_p\; C\_\{at\}\; \backslash delta\; e\}\{\backslash lambda\_v\; \backslash left(m\; +\; \backslash gamma\; \backslash right)\; \}$

jossa:

m = Kylläisen vesihöyryn painekäyrän jyrkkyys (Pa K^-1)

R_n = Auringon nettosäteily (W m^-2)

ρ_a = ilman tiheys (kg m^-3)

c_p = ilman ominaislämpökapasiteetti (J kg^-1)

C_at = ilman lämmönjohtavuus konduktanssi (m s^-1)

δe = vesihöyryn paineen maksimi (Pa)

λ_v = höyrystymisen vapauttama latentti lämpö (J kg^-1)

γ = psykrometrinen vakio (Pa K^-1) 0,66

Jos kaavassa käytetään SI-yksiköitä, se tuottaa haihtumiselle E tuloksen yksikössä ' kg/(m²·s), vesikilogrammaa neliömetriltä sekunnissa.

Penman-Montlethin kaava

Penmanin-Montlethin menetelmä (PM) on YK:n maatalousjärjestö FAO:n suosittelema tarkka laskentakaava haihtumisen laskemiseen.

$ET\_0\; =\{\; 0,408\; \backslash Delta(R\_n-G)+\backslash gamma*(900/(T+273))*U\_2(e\_a-e\_d)\; \backslash over\; \{\; \backslash Delta+\backslash gamma*(1+0,34*U\_2\; )\; \}\; \}$

Jossa

• ET_o = Kasvin vertailuhaihtuminen (mm/päivä)
• R_n = Nettosaäteily kasvin pinnalle (MJ/m²/päivä)
• G = Maaperän lämpövirta (MJ/m2/päivä)
• T = Keskimääräinen päivälämpötila (°C)
• U₂ = Keskimääräinen tuulennopeus 2 m korkeudessa (m/s)
• (e_a-e_d) = Vesihöyryn paineen vaje (KPa)
• D = Vesihöyryn painekäyrän jyrkkyys (KPa/°C)
• g = Psykrometrinen vakio(= 0,66) (KPa/°C]
• e_a = Kylläisen vesihöyryn paine lämpötilassa T (KPa)
• e_a = 0,611*exp(17,27T/(T + 237,3))
• T = Lämpötila (°C)
• e_d = RH * e_a eli todellinen vesihöyryn paine (KPa)
• RH = Suhteellinen kosteus
• Jyrkkyys (engl. slope) = (409,8*e_a)/(T+237,3)
• R_{n = Rns - Rnl}
• R_ns = Sisääntuleva auringon nettosäteily (MJ/m²/päivä)
• R_nl = Ulosmenevä pitkäaaltoinen nettosäteily (MJ/m²/päivä)
• R_ns = (1 - alfa)*R_s
• R_s = Sisääntuleva Auringon säteily(MJ/m²/päivä)
• alfa = albedo ali valonheijastuskyky
  • ruoho 0,23 (tai 0,26)
  • alfalfa-heinä 0,19-0,25
  • tammimetsä 0,175
  • mäntymetsä 0,14 (0,10-10,12)
  • pelto (vehnä ja ohra) 0,10-0,25
  • vesi 0,05-0,1
  • kuiva maa 0,18
  • märkä maa 0,11
• R_nl = f*2,45*1E-9*(e_x)*^*
• f = Säätö pilvipeitteelle= 0,1 + 0,9(n/N).
• T_kx = Päivän suurin lämpötila (kelviniä K)
• n=Monta auringonpaisteista tuntia päivässä
• N=päivän kokonaispituus tuntia

Keskimääräinen tuulen nopeus on yleensä 80-160 km/päivä.

Thorthwaiten menetelmä

Kokemusperäiseen kaavaan pohjautuva Thornthwaiten menetelmä (TH) haihtumisen laskemikseksi. Melko paljon käytetty, ei niin hyvä kuin Penman-Monteithin menetelmä.

Tuloksena haihtuminen mm kuukaudessa (ei mm vuodessa!)

$E\; =\{C*10*((10*T)/I)^a\}$

• C=kuukausittainen auringonpaisteen leveyskerroin, normaalisti 1,6

• E = Haihtuminen milliä kuukaudessa (mm/kuukausi)
• T = Kuukauden keskilämpötila (°C)
• I = ‘Lämpöindeksi’ 12 kuukaudelle vuodessa kaavasta I = (T/5)^1,514
• a = 6,75 x 1E-7*I^3 - 7,71 x 1E-5*I^2 + 1,792 x 1E-2*I + 0,49239

Tämä yhtälö antaa yleensä liian suuria arvoja toukokuulle, kesäkuulle ja heinäkuulle Intiassa.

Lämpöindeksin arvoja

Kuukauden lämpötila/lämpöindeksi I

• 10 C -->I= 2,9
• 12 3,8
• 14 4,8
• 16 5,8
• 18 7,0
• 20 8,2
• 22 9,4
• 24 10,8
• 26 12,1
• 28 13,6
• 30 15,1

Penmanin PET Thonhwaiten PET:stä

Tästä saadaan Penmanin PET eli suurin mahdollinen teoreettinen haihtuminen, Euroopan ja Sudanin oloihin.

PET(P) = 1,3 * PET(T) - 0,428 * sademäärä + 246

• PET(P) = Penmanin haihtuminen
• PET(T) = Thornhwaiten haihtuminen

Blaney-Criddlen menetelmä

USA:ssa melko kuivilla alueille käytetty menetelmä, ei soveltune Suomen oloihin.

U = KP (0,46*T + 8,13)

• U = Kuukausittainen veden käyttö (mm/kuukausi)
• K = Kuukausittainen veden kulutuskerroin (yksikötön vakio)
• P = Maksimimäärä päivän tunteja vuodessa, riippuu paikan leveysasteesta
• T = Kuukauden keskilämpötila (o C)

Hargreavesin menetelmä

Hargreavesin menetelmä ruohostolle, virhe 11,3%, malko suuri.

ETp(mm/päivä)=a*Ra*(TD^(1/2))*(Ta+17,8)

a=0,0023

TD lämpötilaerotus päivän kuumimman ja kylmimmän hetken välillä

Ra Auringon säteily muutettuna haihtumisyksiköiksi, otetaan taulukosta tai lasketaan FAO:n suosittelemalla yhtälöllä

Ta päivän keskilämpötila

Makkinkin menetelmä

Virhe 3,9%, mutta vaatii paikkakuntakohtaisen säädön.

ETp=0,61*(Δ/Δ+γ)*(Rs/λ)-0,12

Rs cal cm2-1, kokonaisauringonsäteily

Δ mbar/C vesihöyrynpainekäyrän jyrkkyys

&gammaM mbar/C prsykrometrinen vakio

λ latentti lämpö cal g-1

P ilmakehän paine mbar

Makkinkin menetelmä saksaan ja alankomaihin.

ETp=0,7*(Δ/Δ+γ)*(Rs/λ)

Katso myös

• Kuivuusrajat

Lämpöoppi | Hydrologia

Vypařování | Evaporation | Verdampfen | Evaporation | Aurumine | Evaporación | Évaporation | התאיידות | Evaporazione | Garavimas | Verdamping | 蒸発 | Parowanie | התאיידות | Evaporação | Evaporation | Izhlapevanje | 蒸发