《农业气象学 教学课件 ppt 作者 李有 任中兴 崔日鲜 主编4_农业气象学_温度》由会员分享，可在线阅读，更多相关《农业气象学 教学课件 ppt 作者 李有 任中兴 崔日鲜 主编4_农业气象学_温度（56页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第三章 温度,土壤温度、大气温度的变化过程 温度与农业,第一节 土壤温度,一、 土壤热特性,1.热容量 描述土壤热容量的物理量有三种：热容量、质量热容量和定容热容量 热容量（Heat capacity):表示某物体温度升高或降低1所需吸收或 放出的热量。用C表示，单位为J/。 （1）土壤质量热容（Heat capacity of soil at constant mass): 表示单位质量的物体，温度变化1所需吸收或放出的热量。 用Cm表示，单位为J/(kg )。 （2）土壤定容热容（Heat capacity of soil at constant volume): 表示单位体积的物体，温度
2、变化1所需吸收或放出的热量。 用Cv表示，单位为J/(m3 ),表. 土壤和土壤组成成份的热特性,容积热容量 J cm-3 K-1,2.13 2.39 3.51 4.18 1.2110-3,1.28 2.12 2.96,0.58 2.31 4.05,1.42 2.25 3.10,2.热导率（Thermal conductivity) 当物体不同部位之间存在温差时，就会产生热能的传递，热流的方向总是由 高温指向低温。物体传递热量的能力用热导率来表示。 热导率：当温度垂直梯度为1/m时，单位时间内通过单位水平截面积 所传递的热量。用表示，单位为 J/(ms),表. 土壤和土壤组成成份的热特性,容积
3、热容量 J cm-3 K-1,2.13 2.39 3.51 4.18 1.2110-3,1.28 2.12 2.96,0.58 2.31 4.05,1.42 2.25 3.10,3.热扩散率（Thermal diffusivity) 热扩散率：单位容积的土壤，通过热传导，由铅直方向流入（或流出） 热量时，温度升高（或降低）的数值。,当温度梯度为1/cm时，体积为1cm3的物体的单位时间内（一秒） 的温度变化。,热扩散率直接决定着温度传播的速度， 因此，影响土壤温度的铅直分布、最高、最低温度出现的时间。,二、 土壤温度的日、年变化,1.土壤温度的日变化 土壤温度在昼夜间随时间的连续变化，称为土壤
4、温度的日变化。 土壤温度日较差：一天中土壤温度最高值和最低值之差， 称为土壤温度日较差。,影响土壤温度日较差的因素 （1）太阳高度：是影响土壤温度日变最主要和最基本的因子。 正午时刻太阳高度角大的季节和地区，一日内太阳辐射日变化大, 因而土壤温度日较差就大。 （2）土壤热特性： 热导率大的土壤，当土壤表面获得热量时，有较多的热量传向深层; 当土壤表层冷却时，又有较多的热量自深层传至表层,因而土表日较差小。,（3）土壤颜色：深色土壤表面日较差比浅色土壤日较差大。 （4）地形：与平地或凹地相比，凸起地由于通风良好，乱流交换旺盛，白天温度 不易升高，夜间温度不易降低，因而凸起地的日较差小。 （5）天
5、气：与晴天相比，因为阴天的云层能消弱太阳辐射，白天使地面增温少， 而夜间又减少了地面的长波辐射，因而阴天的日较差小。,2.土壤温度的年变化 土壤表面温度的年变化，主要决定于太阳辐射能的年变化。 北半球的中、高纬度地区，土壤表面最高温度一般出现在7，8月份； 土壤表面最低温度一般出现在1，2月份 一年中，最高的月平均温度与最低的月平均温度之差，称为温度年较差。 土壤表面温度年较差：随纬度的增高而增大。 广州（2308N）:15.9 齐齐哈尔（4720N）:47.8,三、 土壤温波方程,根据实际观测，土壤日、年周期性变化非常有规律性，呈现正铉曲线。,假设：土壤结构是均匀一致的前提下， 对地面以下任
6、一个深度、任一时刻的温度可以用正铉公式来表示。,:表示z深度t时刻的土壤温度，单位：； A(0):地表振幅。 :土温曲线的正铉角度；=2/， 为周期(日变化周期为24h,年变化为365d) z:观测深度； t:观测时间； D:土壤衰减深度(Damping depth): 土壤温波振幅减少e-1(0.368)的深度(m)。 用 来表示，K 为土壤的热扩散率。, 若土壤深度按算术级数增加，则土壤温度的振幅按几何级数减少。 如：土壤深度增加(如0，D2D3D) 土壤温度振幅的减少 (A0：Az：A2z=1:e-1:e-2)。 当 z = D时，Az = e-1 = 0.37A(0)； z = 2D时
7、，Az = e-2 =0.13A(0)； z = 3D时，Az = e-3 =0.05A(0)。 到了某一深度，振幅趋近于零， 土壤温度的振幅消失。(土壤恒温层) , 土壤最高温度和最低温度的出现时间，随深度的增加而滞后。 任意深度z处的位相(用时间表示)为， 位相滞后时间为 z/(D)。,当 z = D 时， 土壤日最高、最低温度出现的时间比地表滞后： 土壤年最高、最低温度出现的时间比地表滞后：,1.日射型：土壤温度随深度增加而降低的类型(12,16)。 2.辐射型：土壤温度随深度增加而增加的类型(04)。 3.过渡型：土壤温度的垂直分布分别具有日射型和辐射型的特征。,四、 土壤温度的垂直分
8、布,第二节 大气温度,一、大气的热量输送,空气的温度变化途径有两种 空气与外界有热量交换，使空气内能发生变化。 这种变化叫做非绝热变化。 空气与外界没有热量交换，只是由于外界压力变化使空气膨胀或压缩， 也会引起内能的变化。这种与外界未发生热量交换而引起的变化， 称为绝热变化(Adiabatic process)。,1. 空气温度的非绝热变化(空气与外界发生热量交换),（1）分子传导（Conduction) 依靠分子的热运动将能量从一个分子传递给另一个分子，而达到热量 平衡的传热方式。 （2）辐射（Radiation) 通过长波辐射方式，大气和地面之间、空气团之间不停地进行 热量交换。,（3）对
9、流（Convection) 当暖而轻的空气上升时，周围冷而重的空气便下来补充，这种升降 运动，称为对流。 通过空气的对流运动，空气上下层互相混合，热量随之得到交换， 使底层空气的热量传递到较高的气层。,（4）湍流（Turbulence) 空气的不规则运动称为湍流（乱流）。 当有湍流时，相邻空气之间在各个方向发生混合，发生热量交换,（5）平流（Advection) 大规模空气块的水平运动称为平流。 当冷空气流经暖的区域时，可使流经区域温度下降。 当暖空气流经冷的区域时，可使流经区域温度上升。 （6）蒸发与凝结（Evaporation and condensation) 当水在蒸发时要吸收能量。水
10、汽在凝结时，要放出潜热。,2. 空气温度的绝热变化(空气与外界不发生热量交换),空气与外界没有热量交换， 而是由外界压力的变化，使空气膨胀或压缩引起的空气内能的变化，称为绝热变化。,绝热冷却,空气块(团)在上升过程中，因外界压力减小，空气团体积膨胀，对外做功。而这时，由于空气团与外界没有热量交换，做功所需的能量，只能由空气团本身的内能来负担，因此，该空气团消耗内能而温度下降。,空气块(团)在下降的过程中，因外界压力增大，空气团体积被压缩，外界对空气团做功。在绝热条件下，所作的功只能用于增加空气团的内能，因而空气团的温度升高。,绝热增温,根据空气团的水汽含量，可分为干绝热变化 湿绝热变化,(1)
11、干绝热变化： 是指干空气或未饱和的湿空气团，在绝热上升或下降过程中的绝热变化。在干绝热变化过程中，空气团温度随高度的变化率称为干绝热直减率。 （Adiabatic lapse rate for dry air) d, 一般约为1/100m。 (2)湿绝热变化： 是指饱和湿空气团，在绝热上升或下降过程中的绝热变化。 在湿绝热过程中，空气团温度随高度的变化率称湿绝热直减率。 （Adiabatic lapse rate in saturated air） m, 其值约为0.5/100m。,d m： 在湿绝热变化过程中，饱和空气团上升时，由于温度降低，发生凝结，放出热量，缓和了空气上升冷却的程度。因此
12、降温减小。 而干空气或未饱和空气上升时并没有发生凝结放热，因此降温增多。 空气块(团)在下沉增温时，如空气块有凝结的水分，则由于蒸发耗热，下沉时的增温比干绝热增温少。,二、 大气稳定度（Atmospheric stability),1.大气稳定度的概念： 空气块受到垂直方向扰动后， 大气层结(温度和湿度的垂直分布)使该空气团具有返回或远离 原来平衡位置的趋势和程度，称为大气稳定度。 取大气中某高度上的一团空气， 假如这团空气受到某种外力的作用，产生了向上或向下的运动，那么就可能出现以下三种情况： ,（1）稳定（Stable）： 空气团受力移动后，逐渐减速，并且有返回原来 高度的趋势，则这时的气
13、层对该空气团来说是稳定的。 （2）不稳定(Unstable)： 如果该空气团一离开原来的高度就逐渐加速运动， 并有远离原高度的趋势， 这时的气层对于该空气团来说是不稳定的。 （3）中性（Neutral）： 如果该空气团在外力作用下到达某高度以后，既不加 速也不减速，停留于此高度， 这时的气层对于该空气团来说是中性的。,2.大气稳定度的判断 当该空气块(团)受到外力作用，作垂直运动时， 只要它本身的绝热直减率(d或m)与周围空气的温度垂直梯度不一致， 那么它到达新的高度时其温度与周围空气的温度就不相同。 导致该空气团(块)的密度与周围空气密度的不相同。 最终产生向上或向下的力。 当空气块的重力小
14、于浮力时，空气块向上运动。 当空气块的重力大于浮力时，空气块向下运动。 当空气块的重力等于浮力时，空气块不运动。, 值越小，大气越稳定。 在逆温的情况下， m 时，大气是不稳定的。,三、气温的时空变化,1.气温的周期性变化 （1）气温的日变化：一天中气温随时间的连续变化，称气温的日变化。 气温日较差：在一天中空气温度有一个最高值和一个最低值， 两者之差为气温日较差。,上海市7月气温日变化的平均情况,影响气温日较差的因素 1. 纬度：气温日较差主要决定于正午的太阳高度角，而正午的太阳高 度角是随纬度的升高而减小的。 因此，气温日较差是随纬度的升高而减小。 热带地区：12左右； 温带地区：8.0-
15、9.0； 极圈：3.0-4.0,2. 季节：夏季日较差大于冬季。中高纬度地区，春季日较差最大。 ,3. 地形：低凹地的气温日较差大于凸地的气温日交差。 4. 下垫面性质： 陆地日较差大于海洋； 沙土、深色土、干松土壤的日交差大于粘土、浅色土和潮湿紧密地土。,5. 天气： 晴天日较差大于阴雨天的日较差； 大风天的日较差较小。,（2）气温的年变化：一年中气温随时间的连续变化，称气温的年变化。 气温年较差：在一年中月平均气温最高值与最低值之差，称为气温 年较差。 中、高纬度地区月平均最高温度在7月份出现；最低温度在1月份出现 海洋上的最高气温在8月份出现，最低温度在2月份出现,影响气温年较差的因素
16、1.纬度：气温年较差随纬度的升高而增大(太阳辐射随纬度的年变化有关)。,2.海洋：由于海陆热特性不同，对于同一纬度的海陆地区， 大陆地区冬夏两季空气的热量收入的差值比海洋大。 所以大陆上的年较差比海洋大。 温带海洋气温年较差为11 大陆上年较差可达20-60 3.距海远近：由于水的热特性，使海洋升降温都比较缓和， 距海洋越近，受海洋的影响越大，气温年较差越小。,2.气温的非周期性变化 在大气水平运动的影响下会发生非周期性的变化。 在春季，有北方冷空气的南下，会使气温大幅度下降。 在秋季，有南方暖空气的北上，会出现气温突升的现象。,3.气温的垂直分布 一般情况下，在对流层中，气温是随着高度的增加而降低的。 因为对流层空气是通过吸收地面辐射而增温的。 所以，距地面越远，温度则越低。 （1）气温的垂直梯度：指高度相差100m，两端气温的差值（/100m）。 简称气温直减率()。 Z 表示两高度差； T 表示两高
