土-气界面是地球关键带中,联系大气-土壤-地下水的关键界面。蒸发是土-气界面水热传输的重要过程,在太阳辐射与大气湍流作用下,水分发生相变由液态转化为水蒸汽,在风速、水汽压差等气象要素的驱动下逃逸出地表。土面蒸发不仅受气象要素影响较大,还受蒸发面类型、地下水位埋深、蒸发面水分有效性等下垫面因素控制,过程较为复杂。准确计算裸土蒸发量对研究西北地区地下水文循环过程具有重要意义,然而水蒸气无色无味,土壤实际蒸发量难以准确实测。在众多水文模型中,常用一个与地下水位埋深、土壤糙度有关的系数乘以饱和裸土蒸发量（潜在蒸发量）来计算实际蒸发量。在实际应用中,饱和裸土蒸发量难以获取,常用水面蒸发量代替该量。该简化方法还假设饱和裸土蒸发量由大气蒸发能力决定,与土壤类型无关,因此,常用在特定地区及气候条件下获取的经验-半经验公式直接计算。总结国内外研究现状可知,用水面蒸发量代替饱和裸土蒸发量这一简化方法是不准确的,用修正系数对二者进行转换的方法存在一定局限性,目前鲜有研究系统地对上述两种蒸发的差异做出合理解释,并且开展长期场地尺度的潜在蒸发机理研究很少。综上所述,本研究依托长安大学渭水校区水与环境原位试验场,使用大型蒸渗仪测量并对比了细砂、粗砂、砾砂三种典型饱和裸土蒸发量与水面蒸发量。基于蒸渗仪实测蒸发量、气象要素、剖面温度、热通量等野外高频实测数据,结合室内物理实验与数值模拟,对不同下垫面蒸发过程中的能量转化与水热传输机理进行了系统研究,得到如下主要结论:（1）蒸渗仪实测结果显示,三种典型饱和裸土蒸发量（PEs）与水面蒸发量（PEw）在年、季节、天、小时尺度上均存在差异,因此无法使用修正系数对二者进行直接换算。对比不同岩性饱和裸土蒸发量（PEs）可知,饱和细颗粒土壤的累积蒸发量大于饱和粗颗粒,蒸发量差异集中出现在春夏两季的白天,在蒸发需求较低的秋冬两季饱和裸土蒸发量差异较小;实测结果还显示,饱和裸土的累积蒸发量整体大于水面。在天尺度上,饱和裸土与水面蒸发量差异显著,白天饱和裸土蒸发量大于水面,夜间则小于水面,并且水面蒸发量实测曲线的峰值滞后于饱和裸土。该试验填补了西北地区饱和裸土与水面蒸发差异对比的研究空白,试验结果更新了学者们认为二者蒸发量近似这一假设。（2）基于传热模型,对比饱和裸土（固-液二相介质）与水（单相流体）的传热机理差异,识别了影响饱和裸土与水体温度分布特征的三个关键因素:热参数、传热机制和边界条件。相关结论为开展不同下垫面的蒸发机理研究奠定了基础。（3）基于辐射量、反照率、热通量、剖面温度、气象要素等实测数据,详细计算了饱和裸土与水面上的能量通量（包括净辐射Rn,热通量G及热储量变化N,显热通量H）,使用宏观界面能量平衡方程解析了饱和裸土与水在蒸发过程中的能量转化差异过程并解释了二者蒸发量差异产生的原因,提出界面“有效能量Rn-G（或N）”决定潜在蒸发量大小及昼夜变化特征这一重要结论。（4）基于Fick定律和边界层理论,解析了不同岩性饱和裸土与水面蒸发过程中水汽扩散的动力学过程,量化了由蒸发面上方不同水蒸汽浓度梯度?e（不同蒸发面温度）和不同粘性边界层厚度δ引起的蒸发速率差异。通过修正粘性边界层厚度估算公式中的参数,提升了水蒸汽扩散模型的计算精度。（5）利用长期原位观测结果,评价了四种被广泛应用的潜在蒸发估算模型在计算不同蒸发面、不同时间尺度下蒸发量的适用性及可靠性。结果表明,潜在蒸发量估算模型的适用性在很大程度上取决于对界面能量的精确计算,考虑“有效能量Rn-G（或N）”差异的模型能较好得拟合蒸发总量及蒸发量昼夜变化特征。该结论为准确计算蒸发量、提升水资源估测精度提供了依据。（6）基于实测数据与水文模型模拟了不同潜在蒸发量对实际蒸发量的影响。使用综合水文模型Hydro Geo Sphere计算不同地下水位埋深下的实际蒸发量。计算表明,在模型中分别输入饱和裸土与水面蒸发量,计算出的裸土实际蒸发量相对差异最高可达18%,模拟结果显示,潜在蒸发量的选取对裸土实际蒸发量的估算影响显著。