Priestley-Taylor 計算器

重點速覽：普利斯特利-泰勒（Priestley-Taylor, 1972）法是一種估算『參考／潛在蒸散量（evapotranspiration, ET）』的能量平衡方法，特別適用於濕潤、供水充足（大範圍飽和或近飽和）的地表。它是更完整的 Penman 組合式的簡化版本，理解它要先回到 Penman 的兩大蒸散驅動力：其一是『能量項』——太陽淨輻射提供把水汽化所需的潛熱，是蒸散的能量來源；其二是『空氣動力項』——風與空氣乾燥度（水汽壓差）把地表附近的水汽帶走，維持蒸散持續進行。Penman 把兩者加總。Priestley 與 Taylor 觀察到：在大範圍濕潤、供水不受限的地表（如充分灌溉的作物、水體、飽和土壤），近地面空氣本身已相當潮濕，空氣動力項的貢獻相對穩定且可用一個經驗比例來概括，於是他們把空氣動力項省略，只保留能量項，再乘上一個經驗係數 α 來補足被省略的那部分。這就是 Priestley-Taylor 公式：ET = α × [Δ/(Δ+γ)] × (Rn − G)/λ。逐項解釋：Rn 是地表淨輻射（進來的短波與長波輻射淨值），G 是土壤熱通量（傳入土壤的能量），兩者相減 (Rn − G) 就是可供蒸散使用的『可用能量』（日尺度上 G 通常很小、近似 0，可用能量約等於 Rn），單位 MJ·m⁻²·day⁻¹。Δ 是飽和蒸氣壓對溫度曲線的斜率（kPa/°C），隨氣溫升高而增大——它代表溫度每升一度、空氣能多容納多少水汽，溫度愈高 Δ 愈大、能量愈容易轉成蒸散。γ 是濕度計常數（psychrometric constant，約 0.066 kPa/°C，隨氣壓即海拔變化），把能量與水汽壓聯繫起來。比值 Δ/(Δ+γ) 稱為『能量分配因子』，是介於 0 到 1 之間的無因次數，表示可用能量中有多少比例會轉為蒸散（其餘轉為顯熱加熱空氣）——溫度愈高 Δ 愈大、這個比例愈接近 1。λ 是水的蒸發潛熱（約 2.45 MJ/kg，25°C），把能量（MJ·m⁻²）換算成蒸發的水深（mm，因 1 mm 水 = 1 kg/m² 需約 2.45 MJ）。α 是 Priestley-Taylor 經驗係數，對濕潤、供水充足的地表典型取 1.26（這個 1.26 正是用來『補回』被省略的空氣動力項貢獻）；乾燥、供水受限或稀疏植被地表 α 會低於 1.26。舉例，某日淨可用能量 (Rn − G) = 15 MJ·m⁻²·day⁻¹、氣溫 25°C 對應 Δ = 0.189 kPa/°C、γ = 0.066 kPa/°C、α = 1.26：能量分配因子 Δ/(Δ+γ) = 0.189/(0.189+0.066) = 0.189/0.255 ≈ 0.7412；ET = 1.26 × 0.7412 × 15 ÷ 2.45 = 1.26 × 0.7412 × 6.122 ≈ 5.72 mm/day。也就是這樣的能量與溫度條件下，濕潤地表每天約蒸散 5.7 mm。用途：其一，在濕潤、供水充足的環境（充分灌溉農地、濕地、水體、雨後）估算潛在蒸散，作水資源與灌溉評估；其二，因只需輻射與溫度、不需風速與濕度細節，適合資料較少但地表濕潤的情境，比只用溫度的方法更有物理基礎；其三，作為 FAO Penman-Monteith 的簡化替代或交叉驗證。使用 Priestley-Taylor 要注意：一是它假設地表濕潤、供水不受限，若地表乾燥、氣孔關閉（水分逆境），實際蒸散會低於本式估值，α 需下調；二是 α = 1.26 是廣泛採用的經驗值，但不同地表與氣候（乾燥、平流強的地區）α 會偏大或偏小，最好在地校正；三是 Δ 要用對應氣溫的值、γ 要對應海拔氣壓；四是它估的是接近潛在／參考蒸散，得到作物實際蒸散仍要考量作物與水分狀況；五是在乾旱、強平流（乾熱風）條件下 Priestley-Taylor 會低估，此時完整的 Penman-Monteith 較適合。總之，Priestley-Taylor 以能量分配因子 Δ/(Δ+γ)、可用能量 (Rn−G) 與經驗係數 α，簡潔地估算濕潤地表的蒸散，是能量平衡蒸散估算的重要方法。