农业气象学3

青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第三章温度第三章温度大气温度、土壤温度的变化过程温度与农业青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第三章温度第一节大气温度一、大气的热量输送空气的温度变化途径有两种非绝热变化和绝热变化▋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(Adiabaticprocess)。青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第三章温度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。青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第三章温度（3）对流（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。青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第三章温度（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，发生热量交换青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第三章温度（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（Evaporationandcondensation)当水在蒸发时要吸收能量。水汽在凝结时，要放出潜热。青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第三章温度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。青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第三章温度绝热冷却空气块(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青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第三章温度(1)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。（Adiabaticlapseratefordryair)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。（Adiabaticlapserateinsaturatedair）m,其值约为0.5℃/100m。青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第三章温度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。青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第三章温度二、大气稳定度（Atmosphericstability)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：稳定、不稳定、中性青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第三章温度（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。青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第三章温度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。青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第三章温度青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第三章温度■值越小，大气越稳定。在逆温的情况下，0，大气极稳定，阻碍对流和湍流的发展。■值越大，大气越不稳定。当地面强烈受热时，或高空有冷平流出现时，都可出现大气不稳定状态，大气出现不稳定状态时，将有助于对流的加强和云的发展。■对于饱和空气：当m时，大气是稳定的。当=m时，大气是中性的。当m时，大气是不稳定的。青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第三章温度三、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青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第三章温度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：8.0-9.0℃；极圈：3.0-4.0℃青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第三章温度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。气温日较差不仅与白天的最高温度值有关，还取决于夜间的最低温度值青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第三章温度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。青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第三章温度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。青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第三章温度（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月份出现青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第三章温度影响气温年较差的因素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)。青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第三章温度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。青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第三章温度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。Δ在春季，有北方冷空气的南下，会使气温大幅度下降。Δ在秋季，有南方暖空气的北上，会出现气温突升的现象。青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第三章温度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()。ΔZ表示两高度差；ΔT表示两高度相应的气温差；负号表示气温垂直分布的方向。气温垂直梯度在对流层中的平均值为约0.65℃/100m。ZT青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第三章温度（2）对流层中的逆温现象a.辐射逆温：由于地面强烈辐射冷却而形成的逆温，称为辐射逆温。在晴朗无云或少云的夜晚，地面因强烈的有效辐射而很快冷却，使贴近地面的气层也随之降温。青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第三章温度b.平流逆温：当暖空气平流到冷的地面或冷的水面上时，由于近地面气层的空气受冷的地面的影响大，降温较多；而上层空气受地面影响小，降温也较少。青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第三章温度逆温现象在农业生产中的应用■有霜冻的夜晚，往往有逆温存在，气层处于最稳定状态。此时燃烧干草、化学物质等，这些物质的燃烧所形成的烟雾会被逆温层阻挡而弥漫在贴地气层，使大气逆辐射增加，防霜冻效果好。■喷洒农药时，为使农药能均匀地洒落在植株上，也往往利用清晨的逆温层，使药剂不能向上乱飞。■在寒冷季节需要凉晒一些农产品时，为避免地面温度过低受冻，可将晾晒的东西置于一定高度之上。〈一般2m高度处的气温比地面温度高3-5℃〉青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第三章温度第二节土壤温度青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第三章温度一、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（Heatcapacity):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（Heatcapacityofsoilatconstantmass):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℃)。Specificheatcapacity（2）土壤定容热容（Heatcapacityofsoilatconstantvolume):表示单位体积的物体，温度变化1℃所需吸收或放出的热量。用Cv表示，单位为J/(m3℃)VmCC青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第三章温度表.土壤和土壤组成成份的热特性容积热容量Jcm-3K-12.132.393.514.181.2110-31.282.122.960.582.314.051.422.253.10青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第三章温度2.热导率（Thermalconductivity)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λ表示，单位为J/(℃·m·s)ZTG青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第三章温度表.土壤和土壤组成成份的热特性容积热容量Jcm-3K-12.132.393.514.181.2110-31.282.122.960.582.314.051.422.253.10青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第三章温度例题：由热传导作用通过面积为1m2、厚度为0.2m土块的热通量密度为50w/m2。设该土块的导热率为1.2J/(m·℃·s)，试计算该土块两端的温度差。ZTG青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第三章温度3.热扩散率（Thermaldiffusivity)热扩散率是指在一定的热量得失情况下，土壤温度变化快慢的一个物理量。热扩散率：单位容积的物质，通过热传导，由铅直方向流入（或流出）λ(单位为J)的热量后，温度升高（或降低）的数值。VCK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