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農業溫室氣體排放估算 - 水田甲烷(參數篇)

基本概念可參考上一篇文章 https://learncropmodel.blogspot.com/2025/05/blog-post.html 上一篇文章提及碳排係數在Tier1當中的拆解方式如下,我們來看看文獻裡的參數吧 $EF_i = EF_c \cdot SF_w \cdot SF_p \cdot SF_o$ EF i : i條件的每日排放係數 EF c : 無施用有機肥料下持續灌溉水田的排放係數 SF w : 不同水分管理區域的調整因子(表 5.12) SF p : 不同種植前水分管理調整因子(表 5.13) SF o : 有機質肥料型態或施用量之調整因子(Eq. 5.3, 表5.14) Baseline emission factor 也就是EF c 的預設係數來自於表5.1 (page 5.53) 表5.1 預設水田甲烷排放係數,假設水稻栽培時間小於180天、連續淹水、未施用有機質 World Regional Emission factor (kg CH 4 ha -1 d -1 ) Error range (kg CH 4 ha -1 d -1 ) Region Emission factor (kg CH 4 ha -1 d -1 ) Error range (kg CH 4 ha -1 d -1 ) 1.19 0.80 - 1.76 Africa 1.19 0.80 - 1.76 East Asia 1.32 0.89 - 1.96 Southeast Asia 1.22 0.83 - 1.81 South Asia 0.85 0.58 - 1.26 Europe 1.56 1.06 - 2.31 ...

蒸氣壓差 (VPD)

蒸氣壓差的英文為Vapor pressure deficit,縮寫為VPD。

大氣當中所能保有的水蒸氣量為蒸氣壓,在這裡是把氣體濃度使用分壓方式表示,在特定的環境下大氣所能含有最多的蒸氣壓量就是飽和蒸汽壓 (saturated vapor pressure, SVP),當氣溫越高的時候,大氣所能含有的水分就增加,溫度降低時,飽和蒸汽壓就降低 (我們可以從微觀的想法,溫度越高時水分子的動能越大,因此大氣當中更多的飽和蒸汽壓)。

實際蒸氣壓 (actual vapor pressure, AVP)是指大氣當中現有的水分含量,因此,蒸氣壓差(VPD)是指實際蒸氣壓和飽和蒸汽壓之間的差值,我們可以想為是大氣當中實際水蒸氣濃度和飽和濃度的差值,因此蒸氣壓差越大,就代表空氣越乾燥。

相對溼度(relative humidity, RH) 是實際蒸氣壓和飽和蒸汽壓的比值,相對溼度越低,空氣越乾燥。蒸氣壓差是濃度差的概念,而相對溼度是比例的概念,因此在科學上,蒸氣壓差比相對濕度更具有代表性。

關鍵概念

$$RH = \frac{AVP}{SVP} \times 100$$

$$VPD = VSP - AVP$$


如何計算大氣蒸氣壓差 AVPD?

1. 計算飽和蒸氣壓(SVP):使用 Buck (1981) 的公式8

$$SVP = [1.0007+3.46\times 10^{-6}\times P ]\times 6.1121\times e^{17.502 T / (T+240.97) }$$

其中SVP的單位為kPa,P為大氣壓力,1 atm為101.325 kPa,T為溫度(°C)。

2. 計算實際蒸氣壓(AVP)

$$AVP= RH \times SVP $$

3. 計算蒸氣壓差(VPD)

$$ VPD = SVP-AVP$$

或

$$ VPD = SVP \times (1-RH)$$


如何計算葉片蒸氣壓差 LVPD?

葉片蒸氣壓差的計算方法和大氣蒸氣壓差的算法類似,區別在於先利用葉片溫度計算葉片飽和蒸汽壓差(LSVP),再跟大氣實際蒸氣壓差(AVP = RH * SVP ) 計算葉片蒸氣壓差
LVDP = LSVP - AVP

參考資料

https://pulsegrow.com/blogs/learn/vpd

Buck A.L. 1981. New equations for computing vapor pressure and enhancement factor. American Meteorological Society 20:1527-1532.

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