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1、第二章第二章 温温 度度土壤温度土壤温度空气的温度空气的温度温度与农业温度与农业热量交换方式热量交换方式第一节第一节 热量交换方式热量交换方式辐射热交换辐射热交换地面大气热交换的主要方式地面大气热交换的主要方式任何温度在绝对零度以上的物体，通过辐射的放射和任何温度在绝对零度以上的物体，通过辐射的放射和吸收而进行的热量交吸收而进行的热量交换方式。换方式。 分子传导热交换分子传导热交换土壤中热交换的主要方式土壤中热交换的主要方式物质通过分子碰撞，所产生的表现为热量传导的动能物质通过分子碰撞，所产生的表现为热量传导的动能交换方式。交换方式。流体流动热交换流体流动热交换流体在各个方向上流动时，热量随流
2、体流动而输送的流体在各个方向上流动时，热量随流体流动而输送的热量交换方式。热量交换方式。 根根据流体流动的方向性分为：据流体流动的方向性分为：对流、平流和乱流。对流、平流和乱流。 定义定义：流体在垂直方向上有流体在垂直方向上有规律的升降运动。规律的升降运动。作用：作用：使上下层空气混合，产生热量交换。使上下层空气混合，产生热量交换。 分类：分类：对流：对流：分类分类热力对流热力对流动力对流动力对流作用：作用：对对大规模的热量传递和缓和地区之间、纬度之间大规模的热量传递和缓和地区之间、纬度之间温度的差异起着很大作用。温度的差异起着很大作用。 乱流（湍流）乱流（湍流）主要发生在贴地层主要发生在贴地
3、层定义：定义：流体在各方向上的不规则运动。流体在各方向上的不规则运动。分类：分类：热力乱流热力乱流动力乱流动力乱流定义：定义：流体在水平方向上的流动。流体在水平方向上的流动。平流：平流：近地气层乱流强度的时空变化：近地气层乱流强度的时空变化： 陆地比海面强陆地比海面强 山地比平原强山地比平原强 白天比夜间强白天比夜间强 夏季比冬季强夏季比冬季强潜热交换潜热交换物质在进行相态变化时所发生的热量交换物质在进行相态变化时所发生的热量交换。地面热量收支地面热量收支R RL L E EP PB BR RL L E EP PB B（白天）（白天）地表面地表面热量收支示意图热量收支示意图 （夜间）（夜间）地
4、表地表面面昼夜热量收支平衡方程：昼夜热量收支平衡方程：白天：白天：R-P-B-LE=0R-P-B-LE=0夜间：夜间：-R+P+B+LE=0-R+P+B+LE=0一、地面热量收支一、地面热量收支( (平衡平衡) )第二节第二节 土壤温度土壤温度地表地表层层昼夜热量收支平衡方程：昼夜热量收支平衡方程：QQs sQQs sR RL L E EP PB BL L E ER R P PB B（白天）（白天）（夜间）（夜间）地表层地表层热量收支示意图热量收支示意图白天：白天：R-P-B-LE=QR-P-B-LE=Q夜间：夜间：-R+P+B+LE= -Q-R+P+B+LE= -Q热量平衡过程热量平衡过程地
5、球表面吸收太阳辐射能后，会通过各种热量收支方地球表面吸收太阳辐射能后，会通过各种热量收支方式，产生能量的转换和输送而达到平衡，这样的物理过程式，产生能量的转换和输送而达到平衡，这样的物理过程称为称为热量平衡过程。热量平衡过程。二、土壤的热属性二、土壤的热属性热容量热容量定义：定义：在热交换过程中，物体温度变化在热交换过程中，物体温度变化所需所需吸收或放出吸收或放出的热量的热量。分类：分类：质量热容量（比热、比热容）质量热容量（比热、比热容）容积热容量容积热容量质量热容量：质量热容量：定义：定义：单位质量单位质量的物质，温度变化的物质，温度变化所需吸收或所需吸收或放出的热量。放出的热量。单位：单
6、位：J/(kg)(J/(kg)(或或J/(g)J/(g) 计算：计算： 容积热容量：容积热容量：定义：定义：单位体积单位体积的物质，温度变化的物质，温度变化所需吸收或所需吸收或放出的热量。放出的热量。单位：单位：J/(mJ/(m3 3)()(或或J/(cmJ/(cm3 3) 计算：计算：C Cmm 、C Cv v之间的关系之间的关系：土壤热容量分析土壤热容量分析：土壤成分土壤成分容积热容量（容积热容量（J/J/（3 3 ） ）土壤矿物质土壤矿物质 土壤有机质土壤有机质 水水 空气空气1.9251.925 2.7082.708 4.1864.186 0.00130.0013在土壤的组成物质中，在
7、土壤的组成物质中，空气的热容量最小空气的热容量最小，水的热容水的热容量最大量最大，固体成分介于两者之间固体成分介于两者之间。 导热率（热导率）导热率（热导率）定义及单位：定义及单位：定义：定义：指物体在指物体在单位厚度间单位厚度间、保持单位温度差保持单位温度差时，其时，其相对的两个面在相对的两个面在单位时间单位时间内通过内通过单位面积单位面积的的热热流量流量。单位单位： J/J/（mSmS）( (或或/ /（mm ）) )热流量方程：热流量方程：导热率，导热率， Q Q：热容量；热容量； T/ZT/Z：温度梯度，温度梯度，负号负号表示表示热流方向由高温指向低温。热流方向由高温指向低温。 方程的
8、意义：方程的意义：当其他条件相同时，导热率大的物质，热流量大，当其他条件相同时，导热率大的物质，热流量大，传热速度快；反之则小。传热速度快；反之则小。 土壤成分土壤成分导热率（导热率（W/W/（） ） 土壤矿物质土壤矿物质 土壤有机质土壤有机质 水水 空气空气0.02930.0293 0.019970.01997 0.006280.00628 0.0002093 0.0002093 土壤中土壤中固体成分的导热率最大固体成分的导热率最大，水居中水居中，空气最小空气最小。 土壤导热率分析：土壤导热率分析：土壤导热率影响因子：土壤导热率影响因子：土壤含水量土壤含水量土壤孔隙度土壤孔隙度单位：单位：2
9、 2/S( /S(或或2 2/S) /S) ：导温率，：导温率，：导热率，导热率，：容积热容量。：容积热容量。 定义：定义：单位容积单位容积的物质，通过的物质，通过热传导热传导，由，由垂直方向垂直方向获获得或失去得或失去焦耳（焦耳（J J）的热量时，的热量时，温度升高或降温度升高或降低的数值低的数值称为导温率。称为导温率。计算公式：计算公式：导温率（导温系数、导温率（导温系数、热扩热扩热扩热扩 散率散率）定义及单位：定义及单位：土壤导温率分析：土壤导温率分析：砂土的热特性与土壤湿度的关系砂土的热特性与土壤湿度的关系土壤湿度较小的土壤湿度较小的情况下，导温率情况下，导温率随着土壤湿度的随着土壤湿
10、度的增大而增加；增大而增加；当土壤湿度增加当土壤湿度增加 到一定程度后，到一定程度后，土壤土壤导温率导温率却呈却呈现出减小的趋势。现出减小的趋势。土壤导温率对土壤温度分布的影响：土壤导温率对土壤温度分布的影响：直接决定着土壤温度的垂直分布及最高、最低温度直接决定着土壤温度的垂直分布及最高、最低温度出现的时间。出现的时间。三三 、地面和土壤温度的变化、地面和土壤温度的变化表征温度变化的几个物理量表征温度变化的几个物理量较差：较差： 指一定周期内，温度最高值与最低值之差。指一定周期内，温度最高值与最低值之差。日较差：日较差：一日内最高温度与最低温度之差。一日内最高温度与最低温度之差。年较差：年较差
11、：一年中最热月平均温度与最冷月平均温度之差。一年中最热月平均温度与最冷月平均温度之差。绝对年较差：绝对年较差：年极端最高气温与极端最低气温之差。年极端最高气温与极端最低气温之差。位相：位相：最高温度与最低温度出现的时间差。最高温度与最低温度出现的时间差。、地面温度和热量收支的关系（日变化和年变化）、地面温度和热量收支的关系（日变化和年变化）地面温度变化与地面热量收支示意图地面温度变化与地面热量收支示意图1 1地面温度日变化曲线；地面温度日变化曲线；2 2地面热量支出日变化曲线；地面热量支出日变化曲线；3 3地面辐射收入日变化曲线。地面辐射收入日变化曲线。 TmTm：地面最低温度；地面最低温度；
12、TMTM：地面最高温度地面最高温度 一天中地面最高温度、地一天中地面最高温度、地面最低温度出现在地面热面最低温度出现在地面热量收支相抵（平衡）的时量收支相抵（平衡）的时刻。刻。 一年中地面最热月温度，一年中地面最热月温度，一般出现在月或月，一般出现在月或月，地面最冷月温度一般出现地面最冷月温度一般出现在月或月。在月或月。 、土壤温度的变化、土壤温度的变化时间变化时间变化日变化日变化日较差的影响因子：日较差的影响因子：(1)(1)太阳高度太阳高度 (2)(2)土壤热特性土壤热特性 (3)(3)土壤颜色土壤颜色 (4)(4)地形地形 (5)(5)天气天气 日恒温层日恒温层（土温日不变层）土温日不变
13、层）：土壤温度日较差为零时的深度。土壤温度日较差为零时的深度。日恒温层深度：日恒温层深度：一般深度约为一般深度约为40408080，平均为，平均为6060。土壤温度的年变化土壤温度的年变化 年恒温层年恒温层（年温度不变层）年温度不变层）：土壤温度的年较差为零时的深度。土壤温度的年较差为零时的深度。日恒温层的影响因子：日恒温层的影响因子：纬度、季节、土壤热特性纬度、季节、土壤热特性土壤温度位相：土壤温度位相： 土壤温度位相落后于地面温度，土层越深，位相落后越多。土壤温度位相落后于地面温度，土层越深，位相落后越多。年较差：年较差： 纬度纬度 深度深度极值：极值： 出现时间，出现时间，位相位相。四、
14、土壤温度的垂直分布四、土壤温度的垂直分布日分布日分布 日射型日射型（受热型）受热型）：土壤温度垂直分布土壤温度垂直分布图中图中1313时时辐射型辐射型（放热型）放热型）：图中图中0101时时上午转变型上午转变型（由辐射（由辐射型向日射型过渡型向日射型过渡）：图中图中0707时时傍晚转变型傍晚转变型（由日射型向辐射型过渡（由日射型向辐射型过渡）：图中图中1919时时年分布年分布 放热型、受热型和过渡型。放热型、受热型和过渡型。 影响土温变化的因素影响土温变化的因素 土壤本身的物理特性：土壤本身的物理特性： 土壤湿度土壤湿度 土壤颜色土壤颜色 土壤机械组成及腐殖质土壤机械组成及腐殖质外界条件：外界
15、条件： 地面覆盖物地面覆盖物 地形和天气条件地形和天气条件五、土壤的冻结和解冻五、土壤的冻结和解冻土壤冻结：土壤冻结： 当土壤温度降低到当土壤温度降低到00以下时，土壤中方水分与潮湿土以下时，土壤中方水分与潮湿土 粒发生凝固或结冰，使土壤变得非常坚硬，这就是粒发生凝固或结冰，使土壤变得非常坚硬，这就是土土 壤冻结壤冻结。冻结的土壤称为。冻结的土壤称为冻土冻土。影响因素影响因素 天气天气 土壤结构土壤结构 土壤湿度土壤湿度 地势地势 地表积雪地表积雪 植被状态植被状态分布：自北向南逐渐减少分布：自北向南逐渐减少土壤冻结的影响：土壤冻结的影响： 土壤解冻后变疏松，利于空气流通和水分渗透土壤解冻后变疏松，利于空气流通和水分渗透 地下水位不深的地区使得下层水汽向上扩散，增加耕地下水位不深的地区使得下层水汽向上扩散，增加耕 作层水分储量作层水分储量 增加乔木抗风性增加乔木抗风性 造成植物生理干旱造成植物生理干旱 掀耸现象掀耸现象相关措施相关措施 播种前播种前 镇压土壤镇压土壤 农产品窖藏考虑最大冻土深
