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1、温度是下垫面和大气热量变化的表征值，地面温度和空气温度的变化对天气、气候以及植物的生长发育有重要的影响。本章将讨论温度的变化特点、变化规律及其温度对农业生产的影响。,第二章 温度（4学时）,内容提要 ： 1、热量交换方式； 2、土壤的热特性和土壤的热量平衡方程； 3、土温的变化规律及影响因子； 4、气温的变化规律及影响因子； 5、大气稳定度的判断依据； 6、积温的种类及计算； 7、温度与农林生产。,重点和难点： 1、土壤的热量收支平衡方程式，影响土温变化的因子； 2、气温的时空变化，大气稳定度的判定,第一节 土壤、空气及其之间的 热量交换方式,地球表面接受太阳辐射能，在下垫面本身、下垫面和空气
2、，空气层之间，进行多种形式的热量交换，使地面温度、下层土壤温度、大气温度发生变化。,分子热传导是土壤中热量交换的主要方式。分子热传导过程的强弱对土壤层内热状况的形成有着重要意义。,主要的热量交换方式有：,一、分子热传导,二、辐射,辐射热交换是地面和空气之间进行热交换的主要方式，不同空气层之间也可以进行辐射交换。,三、对流,空气在垂直方向上大规模的，有规律的升降运动称为对流，根据其形成原因可分为如下两种：,1、热力对流（自由对流）,发生在低层气温剧烈增高或高层空气冷却时，上下层气温差异加大，低层空气密度小，高层空气密度大，因而产生了垂直方向的运动。 空气升降速度快，多在10m/s左右，水平尺度小
3、，多在0.150km之间，是中低纬度温暖季节经常发生的空气运动现象。,2、动力对流（强迫对流）,常发生在空气水平流动遇到山脉，或其它外力作用下引起的垂直运动。 动力对流的升降速度慢，一般在0.110cm/s之间，但水平范围广，可达到几百km至几千km。,大气中的对流多数是由热力原因和动力原因共同引起的。对流运动是地面和低层大气的热量向高层传递的重要方式。,四、平流,大规模空气的水平运动称为平流。 平流运动是水平方向上热量交换的主要方式。对缓和地区之间和纬度之间的温度差异有很大作用。,五、乱流（湍流）,因为地面受热不均匀，或者空气沿一粗糙不平的下垫面移动时，常出现一种小规模的、无规则的升降气流或
4、空气的涡旋运动，这种空气的不规则运动称为湍流，习惯上常叫乱流。,乱流可使空气在各个方向得到充分混合，并伴随着热量的交换。 乱流是地面和空气、空气和空气之间热量交换的重要方式之一。对缓和贴地气层的温度变化，起着十分重要的作用。,六、潜热,水的相态变化（温度不变）引起的热量转移称为潜热。,潜热交换不仅在地面和空气之间进行，空气之间也有。,第二节 土壤温度,一、影响地面温度变化的因子 (一）地表面热量平衡,地球表面温度的升高和降低，均是由地表面热量收支状况决定的，白天，地表面收入的能量多于支出的能量，地表面温度升高；夜间，地表面释放的热量多于吸收的热量，地表面温度降低；若收支平衡，则地表面温度保持不
5、变。,根据能量守恒原理： 地表面热量收支差额（热量平衡） = 地面热量收入 地面热量支出,综合考虑，地表面的热量收入和支出项有： R：土壤表面与空气层间以辐射形式进行交换的热通量 项（辐射差额） P：土壤表面与空气间以湍流形式进行交换的热通量项 B：土壤表面与下层土壤间以分子传导形式进行交换的 热通量项 LE：土壤表面与空气层间以潜热形式进行交换的热通量 项,地面热量收支示意图,可见，夜间的各项收入和支出与白天正好相反的，若规定：地面得到热量为正，失去热量为负，则地面热量平衡方程式可写成：,R=P+B+LE,实际上土壤和空气，土壤和下层土壤之间的能量交换是在一定的土壤厚度间进行的。,故可将 R
6、=P+B+LE 中的 B 项分解为： QS - 表层土壤的热量收支 B-下层土壤的热量收支,地面层热量收支示意图,则地面层热量收支方程为 QS=R P B LE,式中：QS为正值时，土壤表层得热大于失热，地面温度上升； QS为负值时，土壤表层得热小于失热，地面温度下降； QS=0时，土壤表层得热等于失热，地面温度最高或最低。 QS-可理解为热量的净积累(变化量),不同的下垫面性质，地面热量差额各项大小不同。例如，干燥疏松的沙质与潮湿紧密的粘质土壤相比，沙质土壤的 LE 项几乎为零，B 也很小，地面净得辐射能 R 后，主要用于 QS 和 P 的昼夜交换，使地面和空气温度变化剧烈，相对而言，潮湿粘
7、性土壤的温度变化表现的和缓些。,（二）土壤的热力学特性,土壤温度的升高和降低不但受地面热量收入多少的支配，还将受到土壤本身的热力学特性的影响。土壤的热力学特性包括：热容量、导热率、导温率等。,（一）热容量-表示土壤容纳热量的能力 容积热容量（CV）：J/m3（焦耳/米3.度） 重量热容量： J/g （焦耳/克.度）,当土壤获得或失去相等的热量时，热容量越大的土壤，升温或降温的幅度越小。,土壤热容量的大小主要决定于土壤的组成成份和组成比例：,土壤空气-热容量最小 土壤水分-热容量最大 土壤固体部分-热容量居中,一般来说，改变土壤热容量的主要因素是土壤水分与土壤孔隙度的大小。土壤的热容量随着土壤湿
8、度的增加而增大，随着土壤孔隙度增加而减少。 在自然情况下，单位体积土壤孔隙的变化并不很大，所以热容量的改变，主要决定于土壤孔隙中水分的改变，也就是说主要决定于土壤湿度。,土壤的孔隙度可以人为地改变。例如，翻犁中耕后的土壤，孔隙度增大，若是土壤水分含量没有显著的增加，则土壤热容量必然减小。镇压以后的土壤，孔隙度减小，热容量增加。,春季时，干燥的沙质土壤，由于迅速升温，农事活动可以相应提早九天至十几天。,（二）导热率（）-表示土壤传递热量的能力。 -单位：J/m.s.（焦耳/米.秒.度）,导热率的大小，也决定于土壤的组分及其比例：,土壤空气-导热率最小 土壤固体成分-导热率最大 土壤水分-导热率居
9、中,土壤湿度增加时，使土壤导热率变大； 土壤空气多孔隙度大，使土壤导热率变小。 另外，土壤中有机质含量也影响导热率，有机质含量多，导热率变小。,（三）导温率（K） 表示土壤传递温度和消除层次间温度差异的能力。,其定义为：单位体积的土壤，由于流入（或流出）数量为的热量后，温度升高（或降低）的数值。,可用此式表达： K=/CV,据研究，干土起初因湿度上升，导温率是增大的，当土壤湿度2030%土壤的导温性能最好，土壤湿度再增加导温率反而减少，所以土壤太干或太湿导温率都不好。,在其他条件相同时，导温率越大，其表面温度变化越小，而土壤内温度变化则越大。,二、土壤中热量的传递,白天，土壤表面热量-土壤深层
10、 夜间，土壤深层热量-土壤表面,土壤温度的变化首先从土壤表面开始，然后逐渐影响深层土壤温度的变化，其变化随深度的增加而减少，而且最高，最低温度出现的时间也随土壤深度增加愈来愈推后。,三、土壤温度的日、年变化,由于地球的自转和公转，使到达地面的太阳辐射能有周期性的日年变化，因而引起土壤温度也有相应的日年周期性的变化。,温度日、年变化的特征通常是用“时相”和“较差”来描述。 “时相”即“极值出现时刻”，是指最高温度或最低温度出现的时刻； “较差”即“振幅”，是指最高值和最低值之差。,（一）土壤表面温度的日变化,1、时相： 最高温度-13时左右 最低温度-将近日出的时候,2、日较差：,一天中，土壤的
11、最高温度与最低温度之差，称土壤温度日较差。,影响土温日较差的因素：,A、太阳高度角-h 决定地面接收太阳辐射的多少 纬度：随纬度的增高，土温日较差减小。 季节：夏季冬季，但春季最大。 B、地形-地形主要是影响乱流热交换 凹地平地凸地。 C、下垫面颜色-主要影响土壤的反射率 深色浅色 D、导热率 导热率小的导热率大的,E、热容量 热容量小的热容量大的 F、天气 晴天阴天 云层白天能削弱太阳辐射同时减小地面有效辐射，结果白天使地面增温少，而夜间又大大减少地面的有效辐射，所以，阴天土壤温度日较差较小。 G、地表覆盖物-能减少地面有效辐射 无覆盖物有覆盖物,上述因子中，太阳高度角是影响土壤温度日变化的
12、主要的也是基本因子。 地表状况（导热率、热容量、地形和土壤颜色等）的影响使温度日变化带有地方性特点。 天气条件的影响，一般都是使地面温度产生不规则的变化。 任何时间和任意地方的温度日较差，都是在上述诸因子的综合作用下产生的。,随着土壤深度增加，土壤温度日较差也很快减小，到达某一深度土壤温度日较差为零，这个深度较日变消失层。 日变消失层随深度的变化规律： 凡是热量收入多的地区和季节，向下传递的热量也多，日变消失层就深； 导热率大，热容量小的土壤日变消失层深。,（二）土壤表面温度的年变化,土壤表面温度的年变化主要与地面接受的太阳辐射年变化有关。,1、时相： 北半球的中、高纬度地区： 月平均最高温度
13、-7（8月） 月平均最低温度-1（2月）,赤道附近：一年中太阳直射两次，因此土壤表面的温度年变化也有两个起伏，月平均最高温度分别出现在春分和秋分之后；月平均最低温度分别出现在夏至和冬至以后。,2、年较差： 一年中，土壤最高月平均温度与最低月平均温度之差，称为土温年较差。,土壤温度年较差的大小与纬度、地表状况、天气等因子密切相关。A、土壤温度的年较差随纬度增高而增大；B、其它因子对年较差的影响与日较差大体相同。,影响土温年较差的因素：,随土壤深度的增加年较差减小，至一定深度时，年较差为零，即土温在全年温度不变。在这个深度及其以下的层次叫常年恒温不变层，简称常温层。 常温层随纬度，深度。,四、土壤
14、温度随着土壤深度的变化规律 1、随着土壤深度增加，土壤温度极值出现的时间逐渐落后。 （1）日变化：土壤深度每增加10厘米，温度最大值、最小值出现的时间落后2.5- 3.5小时。 （2）年变化：土壤深度每增加1米，月平均温度最大值、最小值出现的时间落后2030天。 2、随着土壤深度增加，土壤温度的较差逐渐减小。 （1）日较差：土壤深度40厘米以下，温度日变化基本消失 。 （2）年较差：10米以下的土壤，已为常温层。,五、土壤温度的垂直分布类型,由于土壤中各层热量在太阳辐射的作用下，昼夜不停地进行交换，使得土壤温度的垂直分布具有特点，根据土温观测资料，土壤温度的垂直分布可归纳为三种类型：日射型、辐
15、射型、过渡型。,（一）日射型(受热型） 土壤温度随深度的增加而降低的类型。一般出现在白天和夏季。是由土壤表面首先增热造成的，热量由地表向下层传递。以一日中13时和一年中的7月份的土壤温度垂直分布为代表。,（二）辐射型（放热型） 土壤温度随深度的增加而增加的类型。一般出现在夜间和冬季，是由土壤表面首先冷却造成的，热量由下层向地表传递。以一日中01时和一年中的1月份的土壤温度垂直分布为代表。,（三）过渡型 土壤上、下层温度的垂直分布分别具有日射型和辐射型的特征。,清晨过度型、春季过渡型-辐射型日射型 傍晚过渡型、秋季过渡型-日射型辐射型,无论何种转变，都是从地面开始逐渐向较深的土层渗透的。,六、土
16、壤的冻结和解冻,（一）土壤冻结,（二）土壤解冻,（三）我国各地区土壤冻结的情况,依据我国的冻土资料分析，可粗略地认为日平均气温-3-5为10cm土层开始冻结的温度指标。,七、土温对植物的影响,1、土温影响植物根系对水分和养分的吸收 2、土温影响植物块根、块茎的形成 3、土温影响种子发芽、出苗 4、土温影响昆虫的发生,第三节 水层的温度,一、影响水层温度变化的因子 1、热容量 当土壤和水体的吸热量或放热量相等时，水面升温或降温幅度应比土壤小一倍。 2、水为一半透明体 太阳辐射可透入相当深的水层（几十米的水层）中，约只一半的能量为10cm以上的水层所吸收，另一半能量则为10cm以下直到100m深左右的水层所吸收，所以水面温度的升高，要比地面小得多。 3、蒸发 水面蒸发多，因蒸发耗热使
