{农业与畜牧管理}海南大学农业气象学第三章温度

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1、第三章 温 度,第三章 温度,1 有关温度的统计量 2 土壤温度的变化 3 土气系统热交换 4 空气温度的变化 5 温度与农业,1 有关温度的统计量,气温、土温、水温、体温 平均温度 极端温度、日较差、年较差,气温,气温是指离地面1.50米气层的平均温度。,离地1.50米：既脱离了局部地表的影响，也照顾了人类活动空间的现实。 气层的平均温度：由于大气是流动的，所以小范围内空气温度是相对均匀的，只要保证空气是自由流通的即可认为任一点的气温为其平均温度。,（1） 这里指的是通常意义上我们所说的气温； （2）在特定要求下测定的气温需解释说明，且二者之间不可比较。,土壤温度,土壤由于和空气物理性质差异

2、较大，其温度差异明显，另外，土壤的流动性很差、成土母质和含水量及其上植被等各有不同，因此，土壤温度不象空气温度那样相对均匀，即没有代表性，而且垂直梯度很大，所以，不能说笼统说某地土壤温度，而要具体说明某地点某深度的土壤温度。,一般我们所说的土壤温度指的是020cm土层的温度，分别测定其0、5、10、15、20cm深度的土壤温度。,土壤温度对植物种子的萌发、根系的生长、土壤微生物的繁殖、土壤生物的活动以及土壤理化性质的变化等都会产生直接影响，是农业生产十分关注的环境因子。,水温,水温影响到水中藻类、水生生物、水体的理化性质等，不同养殖项目需要在不同的水温下才能进行良好。 水温的变化程度介于空气温

3、度和土壤温度之间，它没有空气流动性强烈，但相对土壤来说，其均匀性要好得多。 对于水温的测量，目前生产上进行的尚不多，随着水产养殖产业的发展，水温的测量及其调控必将越来越重要。,体温,体温即生物体表的温度，对于生物体来说，体温是直接反映其生理状态的外在特征。 体温包括植物的叶温、茎干温度，动物的体表温度等，目前应用较多的是叶温。 植物的叶温受环境和自身生理状况影响，不同个体差异较大，常用叶气温差来表示叶片的生理活动状况。,日平均温度,以每天北京时02h、08h、14h、20h的温度值的算术平均来表示。 温度值以正点百叶箱中玻璃温度表的测定值为准，如果没有02h的观测数值，以自动观测值来替代，若没

4、有自动观测值，也可以用下式的计算结果来替代： t02（前一天t20今天tmin）/2 根据要求的不同，可以有不同的日平均温度的统计方法（或某段时间的平均温度），但需要注意的是： 1：取样要均匀； 2：不同的统计方法得到的数据不具有可比较性； 3：需要有说明。,候、旬、月、年平均温度,候平均温度：5d为一候，一月中有6候，第六候天数以26号至月末持续的天数，把该候内每天的日平均温度再求算术平均即为该候的平均温度。 旬平均温度：10d为一旬，每月3旬，第三旬天数从21号到月末，该旬内每天的日平均温度的算术平均即为该旬的平均温度。 月平均温度：该月内每天的平均温度的算术平均平均值为该月的平均温度。

5、年平均温度：一年中各月的平均温度的算术平均值为年平均温度。 多年平均温度：多年来该月（旬、候、年等）的温度的平均值，表示平均状态。,滑动平均和加权平均,滑动平均：常用3d滑动和5d滑动，即在一个温度序列x1、x2、x3xn中，依次取前3（5）个样本值求其平均作为新序列的数值，即： yn（xn-1xnxn+1）/3 加权平均：当序列中每样本的重要性不同时，常用加权平均求其平均值，即： cixi 其中ci为样本xi的权重，ci1,极端温度、日较差、年较差,极端温度：包括极端最高（低）温度、某时段内最高（低）温度、平均最高（低）温度。 日较差：一天中最高温度和最低温度的差值，或称之为温度日变幅。 年

6、较差：一年中，最热月的平均温度和最冷月的平均温度之差。,2 土壤温度的变化,土壤的热特性 土壤表面热收支状况 影响土表温度变化的因素 土壤温度的变化,土壤的热特性,热容量(cv)：单位容积土壤温度变化1所吸收（放出）的热量(J.m-3.-1)称作容积热容量。,土壤各成分的热特性,导热率()：在单位温度梯度的两个界面间，单位时间通过单位面积的热能，称作导热率(J.m-1.s-1.-1)。,问题：分析比较疏松与板结、潮湿与干燥土壤温度的变化情况。,解释说明：霜容易形成于哪些地方，为什么？,土壤表面热收支状况,在地面热量平衡中，假定土壤热通量密度分为表面热收支与深层热通量，则该表达式可以写作： Rn

7、Rst(1-r)RlnGHLEG+GdHLE GRst(1-r)RlnGdHLE 则： tG/Cv 显然，当G0时，地表温度增加，反之当G0，地表温度降低。,影响土表温度变化的因素,影响到达地表的总辐射数值大小的因子： 纬度、季节、不同时刻、大气透明度、坡度、坡向 影响地表反射率的因子： 颜色、植被、土壤含水量 影响地面有效辐射的因子： 地表温度、空气温度、云状、云量、空气中尘埃 影响土壤热通量大小的因子： 土壤类型、土壤湿度、孔隙度、土层温度垂直梯度 影响地表蒸发速度的因子： 土壤湿度、空气湿度、地表风速、地形、大气压 影响显热通量大小的因子： 气温垂直梯度、风场、空气湿度,日变化： 一天中

8、最高温度一般出现于午后13h左右，而最低温度出现于日出前后，一天中温度变幅即日较差，随纬度、地形、季节、离海远近、土壤性质、天气等而不同。 年变化： 一年中最高温度一般出现于七月，最低温度出现于一月，土温的年较差大小主要决定于太阳辐射能的年变化，随着纬度的增加，年较差变大，如广州15.9，北京34.7，齐齐哈尔47.8，另外也随着离海远近而有一定的差异，沿海小而内陆较高。 垂直变化： 土温随深度的增加，其振幅减小、位相落后，到某深度后，其日（年）较差为0称为日（年）恒温层。 思考：地下水的温度年变化特征,土壤温度的变化,3 土气系统热交换,热传导 对流与平流 辐射 蒸发与凝结 湍流,热传导指的

9、是物质系统（气体、液体或固体），由于内部各处温度不均匀而引起的热能（内能）从温度较高处向温度较低处输运的现象。热传导的实质是由大量分子、原子或电子的相互碰撞，而使热能（内能）从物体温度较高部分传到温度较低部分的过程。热传导是固体中热传递的主要方式，在气体、液体中它往往与对流同时发生。 土壤间热量传递以热传导方式为主，而空气间这样传递量很小，一般可以忽略，但在研究边界层的热量流动时需要重点考虑。,分子热传导,对流与平流,对流：空气的垂直运动成为对流。按照成因可以分为自由对流（热力对流）和强迫对流（动力对流）两种。对流促使不同温度的空气团发生位置的交换，从而带动热量的垂直输送。对流是基层大气能量流

10、动的重要方式，同时也是水汽和污染物质、灰尘等输送的最主要途径。,自由对流：当垂直方向气温的梯度大于某临界值，上层空气密度较下层更大，空气自由发生位置交换。,强迫对流：当水平运动的空气遇到障碍物（建筑物、树、山等）而翻越时发生的气流垂直方向的运动。,平流：指空气的水平方向运动或其运动的水平分量。平流形成的原因主要是由于水平方向气压的不均匀（实际上是由于温度场的不均匀造成的），空气从高压向低压方向运动，所以，平流是不同温度空气团的位置交换，与对流相类似，在平流的同时发生热量、水汽等的交换，地表空气的热量流动基本上是通过这种方式实现的。,辐 射,蒸发与凝结,蒸发将地面热量通过水汽输送到高空，再通过凝

11、结而释放，也可通过结露（霜）等形式将热量输送到地表。 蒸发输送的热量相当惊人，地表约有一半的热量是通过这种形式来输送的。 练习：某地一天（按12小时计）蒸发量为8毫米，计算其平均潜热通量。 蒸发与凝结调节着地表的温度，使地表温度变化和缓，如无霜的霜冻要比有霜的霜冻对作物伤害更大。 水汽的蒸发与凝结也是有些天气系统（如热带低压、台风）等存在和加强的基础。,湍流,空气的不规则运动称为湍流（乱流）。湍流一般发生于边界层空气与下垫面之间的相对运动。这种运动是边界层热量交换的重要方式。 湍流运动是大气动力学研究的重点之一，广泛应用于汽车、轮船、火箭等高速运动物体的设计等领域。,4 空气温度的变化,空气温

12、度的日变化 空气温度的年变化 空气温度的垂直变化 逆温,空气温度的日变化,一天中，通常最高温度出现在1415时，最低温度出现于日出后； 随高度的增加，日较差减小，其峰值时间推迟； 影响日较差大小因素： 纬度、季节、地形、土壤性质、天气,返回,空气温度的年变化,一年中最热月一般为7月，最冷月为1月，部分海岛地区最热月和最冷月向后推迟，称为海洋性气候。 我国气温的变化，夏季南北差异小，冬季差异大。 随离海洋的远近，年较差一般增加。,返回,返回,返回,温度的垂直变化,对流层空气温度随离地面高度的增加而降低，平均来说，每升高100米，降低0.65； 气温垂直梯度：每升高1hm，空气温度下降的数值。 形

13、成这种温度分布的原因？ 问题：温度下高而上低会不会产生自由对流？ 临界气温垂直梯度：1/hm。即当每升高100米气温下降超过1时，可发生自由对流，而小于这个数值时，气层是稳定的。 如气温垂直梯度小于0，表面随高度的增加气温在增加，在对流层中发生这种现象称为逆温，发生逆温的气层称逆温层。,返回,逆温的原因及种类,辐射逆温：由于下垫面夜间强烈辐射而形成的。 平流逆温：暖平流到达冷的下垫面，由于热交换而形成。 山地逆温：山区夜间山顶冷空气下滑迫使谷中暖空气抬升而形成。 锋面逆温：冷暖气团相遇，在其交界面形成。 逆温对于农业生产的意义： （1）利用逆温现象防霜冻（熏烟，逆温层空气层结稳定）； （2）喷

14、洒农药； （3）作物种植地块的选择； （4）昆虫的迁徙与逆温。,返回,5 温度与农业,温度对农作物生长发育的影响 三基点温度、农业界限温度 积温及其在农业生产中应用 土壤温度与农业生产 调控温度的农业生产措施,温度对农作物生长发育的影响,影响作物的分布界限 不同作物都有其适生环境，其中温度是其重要的限制因子，温度的自然分布决定了作物的分布。 影响作物的产量 在合适的温度下，作物的光合与呼吸达到最佳配合，净光合速率最大。 影响到作物的生长期 一般来说，温度高，作物的生长期缩短。 影响作物的花芽分化 对作物来说，花芽分化是其重要生理时期，对环境相当敏感，合适的温度是其重要因素，如水稻（晚稻），有些

15、作物还需要一定程度和持续时间的低温（春化）等。 影响到作物的光合与蒸腾等生理活动 植物叶片温度的高低，是影响其蒸腾活动的主要因素，同时叶片的气孔开张，光合作用的全过程等都与其温度是相关的。,三基点温度及农业界限温度,作物生命活动过程的最适温度、最低温度和最高温度的总称。 在最适温度下，作物生长发育迅速而良好；在最高和最低温度下，作物停止生长发育，但仍维持生命。如果温度继续升高或降低，就会对作物产生不同程度的危害，直至死亡。 三基点温度之外，还可以确定使植物受害或致死的最高与最低温度指标，称为五个基本温度指标。 作物生命活动的各个过程都须在一定的温度范围内进行。通常维持作物生命的温度范围大致在一

16、10到50之间，而适宜农作物生长的温度，约为5到40，农作物发育要求的温度则又在生长温度范围之内，通常为2030。在发育温度范围外，作物发育将停止，但生长仍可维持；当温度不断降低，达到一定程度后，不但作物生长停止，而且生命活动亦受到阻碍，受低温危害，甚至受冻致死，大多数作物生命活动的最高温度为4050之间。 不同作物或不同品种的不同生育时期，三基点温度是不同的。 作物生长发育时期的不同生理过程，如进行光合作用、呼吸作用时等的三基点温度也不同。光合作用的最低温度为05，最适温度为2025，最高温度为4050；而呼吸作用分别为一10，3640与50。有人研究，马铃薯在20时光合作用达最大值，而呼吸作用只有最大值的12；温度升到48时，呼吸率达最大值，而光合率却下降为0。,三基点温度和农业界限温度,虽然作物生命活动的三基点温度受作物种类、生育时期、生理状况等因素的影响变化，但各种作物生命活动的三基点温度仍有一些共同的特征： （