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1、第一章1)微气象学的概念：微气象学是研究发生在大气边界层下层及其下部土壤-植被-大气作用层中的微尺度、小尺度或局地尺度的大气现象、过程与变化规律的学科。2)微气象与微气候异同：它们处理的都是发生在近地气层的相似的大气过程，由短期平均的得到的微气象规律通过积分等数学或统计运算能得到长期的微气候变化规律。它们的主要不同在于对气象要素的进行平均的时间尺度不同。微气象是对不仅关心边界层或下垫面层气象变量的短时平均，还关心它们的脉动。而微气候是对气象变量的长期平均，关心的是日变化、季节变化。3)微气候的特点：范围小、差异大、很稳定三个特点。4）微气象的研究领域：包括各种类型下垫面上的辐射收支状况及其分布
2、特征和变化规律，近地层中各种物理属性的输送和交换物理过程、控制机制，微气象的形成原因，各种影响因素，各气象要素的变化规律。如：辐射收支状况，动量、质量、热量交换，水、C、N等 物质循环。尤其关心的是测定和模拟上述湍流交换在植被和地表间的时空变异。目标：改良微气象条件。5） 微气象的研究方法微气象的研究方法通常是采用理论和实验相结合，并以实验为主。实验方法则是以野外试验观测及室内模型实验同时进行。（1）观测试验研究（2）数值模拟研究数值模拟研究就是用系统的观点，从近地层大气物理系统所遵循的基本物理定律（质量守恒律、大气运动规律、能量守恒律）出发，根据下垫面特征，给出适当的边值条件和模式参数值，来
3、研究某个下垫面的温度、湿度、风速等的分布和变化规律。（3）观测试验与数值模拟相结合的研究上述二种研究方法各有长处，也各有局限性，二者结合是微气象研究更合理、更有效的方法，一般用试验观测资料验证数值模拟结果，或者通过观测试验确定数值模拟模式参数 。（4）模型试验研究通过人造模型进行风洞试验来探索某些微气象规律属于模型试验研究方法。第二章1) 两个方程平坦裸露下垫面的地表辐射收支方程Rn=S+D+G-R-U-RL辐射收入项包括：太阳直接辐射S、天空散射辐射D和大气逆辐射G；辐射支出项包括：短波反射辐射R、地面放射辐射U和长波反射辐射RL。地表能量平衡方程可表示为：Rn=H+LE+QsfH为感热通量
4、，LE潜热通量，Qsf为土壤热通量。 2)影响下垫面反射率的因子影响下垫面反射率的因素有2个方面：内因：下垫面本身的物理特性，如的颜色、湿度、粗糙程度等（空间差异）；外因：天文因素，如太阳高度角、波长（时间差异）(1)物体颜色愈深，反射率愈小，颜色愈浅，反射率愈大。(2)地表反射率随土壤湿度的增加而减小，且大致符合负指数关系。(3)粗糙度增加使地表反射率减小。(4)地表反射率随太阳高度角的增大而减小的。(5)地表反射率随辐射波长的不同而不同，对红外区辐射的反射率大于可见光区。 3）有效辐射的影响因子下垫面有效辐射大小取决于地面长波辐射和大气逆辐射，地面长波辐射取决于地面温度；大气逆辐射又受大气
5、温度、大气中的水汽含量以及云状云量等气象因素的影响。（a）地面温度（b）大气温度（c）大气湿度：随着水汽压的逐渐增大，有效辐射减小。（d）云的影响：有效辐射随云量的增加、云层变厚而减小。（e）其他自然和人为因素 ：近地层中的霾和雾减小地面有效辐射；人工措施改变下垫面有效辐射，如：熏烟、灌水、塑料大棚、地膜覆盖和草帘覆盖等等。4)晴天、平坦裸地上净辐射的日变化特征上午下垫面净辐射随时间推移而不断增大晴天地表净辐射的最大值出现时刻不在正午而在正午之前，下垫面净辐射日变化并不对称于正午。下午下垫面净辐射随时间推移下降 。夜间，净辐射的时间变化与有效辐射相同，但符号相反。夜间净辐射在降低到最低值后又有
6、所回升，但一直是负值。净辐射为零的时刻。在地面净辐射日变化过程中，一天有两次的时刻，它们都发生在日间。5)坡地上的直接辐射任何一个坡地、任何时刻的太阳直接辐射计算公式为：(A)坡地坡向对直接辐射的影响坡向的影响以正午时刻，A=0，对|求偏导数有：这表明，当太阳高度角一定时，相同坡度的坡地上直接辐射量随坡向|的增大而减小；即南坡最大，偏南坡次之，东西坡、偏北坡依次再减小，而北坡最小 。掌握理解变化规律对于晴天相同坡度的坡地来说，不同坡向的太阳直接辐射量最大值出现时刻随坡向不同有差异。偏东坡（东南坡、东坡和东北坡）上的直接辐射量上午大于下午，最大值出现在上午；而偏西坡上正好相反；南坡和北坡上的直接
7、辐射量上午和下午基本对称，最大值出现在正午（太阳高度角最大）。最大值的出现时间以东坡最早，然后是东南、东北坡，南、北坡，西南、西北坡，西坡最晚。就各坡地上直接辐射最大值来说，南坡最大，东南坡和西南坡、东坡和西坡以及东北坡和西北坡依次减小，北坡上最小；而且偏南坡上的直接辐射最大值都比水平面上的大，偏北坡上的最大值都比水平面上的小。 坡度的影响以正午（A=0）、南坡（ =0）为例，有：这表明，当h一定时，若h+90，则S ，0随增加而减小；若h+=90，则S ，0出现最大值；显然，正午南坡上出现直接 辐射最大值的坡度为 = 90- h。因为：南坡上正午时刻所获得的直接辐射量就相当于纬度比该地低度的
8、地方水平面上所获得的直接辐射量。南坡坡度每增加1，正午时所获得的直接辐射就相当于地理纬度降低1的水平面上的直接辐射量，即相当于测点向南推移了110 km。问题：求纬度为北纬35度的南坡正午时刻，冬至、夏至、二分日太阳辐射最强的坡度？6）坡地上的净辐射任一坡地上的辐射收支方程：坡前平地反射到坡地上的大气长波辐射 ：林冠辐射平衡各分量第三章1）土壤温度波方程任一深度z处的温度变化方程：土壤温度日、年变化消失的深度例： 若以温度日较差0.1为日恒温层深度即假定某日地面温度振幅为20.0，对南京黄棕壤（代表土壤）K=0.00492cm2/s，试求该日的恒温层深度。取n=1，T=246060=86400
9、秒，K=0.00492cm2/s，根据公式有：若以温度振幅减至地面振幅的1/10作为恒温层深度，即有：一般把日较差小于或高于某一规定值作为恒温层深度比校合理。若令年=日，则有可知，土壤年变化消失的深度是日变化消失深度的19.1倍。所以，就上面南京土壤而言。2）土壤热通量的变化特征基本规律通过土壤任一深度的土壤热通量的年、日变化也是一高阶的正弦周期函数，一天中有最高值和最低值。土壤热通量的绝对值随深度的增加而减小，其振幅随深度增加呈几何级数递减，即深度愈深，土壤热通量振幅愈小，其年、日变化愈不明显。土壤热通量的位相随深度增加也是线性递减。位相为但比同深度的温度波位相提前，即Qs的极值出现时间比同
10、深度的温度波极值出现时间提前了。对日变化来讲，对一阶谐波提前了3小时，二阶谐波提前了1.5小时, n阶谐波提前了小时。就年变化而言, 对一阶谐波提前了1.5月, n阶谐波提前了小时。影响因素从热通量变化的表达式分析可知，影响因素为:通过深度z处的热通量大小与该层土壤容积热容量Cv、导温率K的平方根 以及该深度温度波的振幅成正比，即K，Cv，Azn越大的土壤，Qs也越大。由 可知，对一定土壤来讲，日变化小，对Qs日变化影响小，故Qs的日变化主要取决温度梯度的日变化。的年变化大，雨季土壤湿度大，大，故Qs也大，而在旱季，湿度小，小，故Qs也小。作用面特性对Qs的影响：作用面特性对土壤热交换影响很大
11、，在其它条件相同的条件下，凡是导热率大、反射率小、蒸发弱的作用面，其土壤热交换量就大，反之，则小。有多种自然覆盖物存在时，也使土壤热交换明显减小。3）典型晴天下，日土壤温度铅直分布分为四种类型：a、日射型又称受热型：日间由于地表吸收太阳辐射而获得热量，地表迅速升温，热量由地表向下层输送，温度自地面向下随深度增加而递减，TZ0，典型出现时间为01时。c、早上过渡型：日出以后，地表得到热量，温度很快上升，这时土壤上层，热量由地表向下输送，温度自地表向下随温度增加而递减，TZ0，最低温度出现在某一深度，由此向上，温度均呈递增型，典型出现时间为07时。d、傍晚过渡型：日落后地表开始辐射降温，地表温度逐
12、渐下降，在土壤上层温度随深度增加而递增，TZ0，而在下层，地表辐射冷却还未影响到，温度仍持续日射型分布，随深度增加而递减，TZ0，这时最高温度出现在另一深度，由此向上，向下温度都是递减的，典型出现时间为19时。 4）影响土壤温度状况的因素影响土壤温度状况的因素有以四个方面因素：地理条件、天气条件、土壤条件、地表覆盖情况，下面就这四方面因素作一些讨论。（1）地理条件：地理条件主要指海拔高度和地形条件对土壤温度状况的影响。A、海拔高度：随着海拔高度增加，大气中水汽和尘埃均减少，大气透明度增加，因而白天获得的辐射能和夜间放出的长温辐射都比海拔低的平原地区多，所以高山或高原地区，白天温度比平原高，晚上
13、比平原低，日夜差大。随海拔增加，气温下降快且梯度大，而土壤温度随海拔高度增加，递减慢，梯度小。B、地形条件：地形条件主要指山坡的坡向、坡度、地形形态，如山顶和盆地，马鞍型地形等，地形条件不同，土壤温度差异很大 。（2）天气条件：一段讲，在晴天、静风、土壤干燥时，土壤温度高；而在阴天、大风、土壤潮温时，土壤温度低。云量的影响：在辐射收支为正的白天和暖季，云层增多，土壤温度偏低，而在辐射收支为负的夜间或冷季，云层增多，土壤温度偏高。风速的影响：风速影响湍流交换的热量输送。日间，云层和风速都有减低土壤温度的作用；夜间，云层和风速都有提高土壤温度的作用。故霜冻多发生在晴朗无风的夜间。降水的影响：降水增
14、加，土壤湿度增大，导热率增大，从而增加土壤层之间热量的上下交换，故有白天降低温度，夜间提高温度，减小土壤温度日较差的作用。另外潮湿的土壤，蒸发耗热量也大，使土壤热通量减少，温度也偏低 。（3）土壤条件的影响：土壤条件主要指土壤湿度、土壤颜色、土壤质地等对土壤温度的影响a、土壤湿度的影响一般特点是潮湿的土壤对应的土温较低，干燥的土壤对应的土温较高。原因是潮湿的土壤，蒸发耗热量大（LE大），带走的热量多，故温度低，潮湿的土壤，导热率大，白天热量易向下输送，上层土壤温度不会很高；潮湿的土壤，容积热容量大，每升高1，所吸收的热量多，故温度不易升高。干燥土壤则相反。b、土壤颜色的影响颜色深的土壤，反射率小，吸收太阳辐射多，温度高。颜色浅的土壤，反辐射率大，吸收太阳的辐射少，温度偏低。颜色对土壤温度的影响温度一段夏大于冬季，晴天大于阴天。c、土壤质地的影响粗质地土壤（如砂土），温度年、日振幅小，温度波影响土层深细质地土壤（如壤土），温度年、日振幅大，温度波影响土层浅（4）地面覆盖物的影响：土壤条件主要指土壤湿度、土壤颜色、土壤质地等对土壤温度的影响。a、植被的影响：有植被的土壤温度日较差小于无植被的裸地。b、雪被的影响：雪被是不良的导热体，其导热率很小，只有0.0004Cal/cm/s/，而土壤平均导热率比雪被大一个量级，为0.003 Cal/cm/s/，雪被的导热率只有土壤
