农业气象学-第一章绪论.

1《农业气象学》农业气象教研室徐晨电话862737282008.32学习《农业气象学》的说明一、教材《农业气象学》二、授课时间34学时，实验16学时。（9周）三、考试（上课出席、课堂提问、实验报告、平时作业、平时考试。）综合评定成绩。四、参考书：《农业气象学》段若溪姜会飞主编《农业气象学》陈志银主编；浙江大学出版社《气象学与气候学》周淑贞主编;高等教育出版社3绪论气象：简单地说，大气中物理现象。一、气象学1、气象学：研究大气中各种物理现象、物理过程的形成原因、时空分布及演变规律，并运用这些规律为人类生产生活服务的一门学科。2、物理现象：风、云、雨、雪等3、物理过程：水汽的蒸发与凝结等44、气象要素用来描述各种物理现象、物理过程的物理量。天气变化的特征量。如气温、湿度、气压、日照、降水、风向、风速、云等称气象要素。55、气象学的分类天气学气候学大气污染学大气动力学应用气象学大气物理学大气探测学物候学园林气象学军事气象学农业气象学林业气象学医疗气象学66、气象学的研究对象与任务（1）把大气当作研究的客体,从定性和定量两方面来说明大气的特征（2）研究导致大气现象发生和发展的能量来源、性质及其转化。（3）研究大气现象的本质，进而解释大气现象，寻求其发生、发展的规律（4）应用上述规律，控制自然和改造自然、造福人类。7二、农业气象学1、概念:是大气科学与农业科学之间的交叉学科。农业气象学是大气科学与农业科学相互交叉渗透形成的一门边缘学科，主要研究农业生产与气象环境条件的相互关系和相互作用，研究内容包括农业生产过程与气象条件的关系和变化规律，受气象条件影响和制约的农业问题及其解决途径，农业设施、农业生物群体、农业生产技术和措施对周边气象和微气象环境的影响及调控途径等。82、农业气象要素：光—太阳辐射、日照，光是主要要素。热—温度，热是主导因子。水—湿度、降水，水是生活因子。汽—CO2、气压，汽是相互作用因子。风—风向、风速，是相互作用因子。这些特征量称为农业气象要素。应用到生产中去又称农业气象条件。93、气象与农业生产的关系：（1）提供重要生存环境和物质、能量基础；（2）提供可利用的气候资源；（3）对生产过程的影响；（4）对宏观生态环境及其他自然资源的影响；（5）农业生产对大气环境的反作用；104、农业气象的研究对象研究对象：作物、林草、花卉、畜禽、昆虫、水生生物和微生物等农业生物，也包括温室、畜舍、农用机械、水利工程、仓库等农业设施。还包括栽培养殖等农事活动、产品加工、运输、储藏、销售等生产经营活动。115.农业气象学研究内容或任务：（1）农业气象监测；（2）农业气象信息服务；（3）农业气候资源开发、利用与保护；（4）农业气象灾害与生态环境建设；（5）农业小气候利用与调节；（6）农业气象基础理论研究；126、农业气象学的研究方法①平行观测法②地理播种法③分期播种法④地理分期播种法⑤人工气候法⑥气候分析法⑦统计分析法和图解分析法⑧气象卫星遥感、地理信息系统和全球定位系统技术的应用。13三、气象学、农业气象学发展简史（一）萌发时期公元前26世纪到公元16世纪中叶（二）初建时期16世纪中叶到19世纪末（三）发展时期20世纪初至80年代末（四）现代化时期20世纪80年代末至今顺天时、量地利，则用力少而成功多，任情反道，劳而无获。------齐民要术14包围在地球表面的整个空气，是一个连续的大气圈。称大气。大气的物理现象和物理过程都发生在这里。大气总质量约5.3×1015吨,其中有50%集中在离地5.5公里以下的层次里。1、大气的作用（1）对地面的影响改变地表形态保护地球的温度形成水循环（2）对生物和人类的影响“保温被”“永动机”“雕塑师”----“生命之本”第一章大气15一、大气的组成物质组成有三态变化特点：气态：水汽、氮气、氧气、二氧化碳等液态：水、液滴固态：冰晶、悬浮的杂质按组成分:低层大气（0—90km）：由干洁空气、水汽、杂质组成高层大气（90km）：由氮、氧原子组成（1）N2与O2；1、干洁大气：(99.97%)（2）O3；（3）CO2；2、水汽：天气变化的主角，吸收长波辐射。3、气溶胶粒子：空气污染物和水汽凝结核。16（1）N2与O2N2是大气中含量最多的气体，约占78.09%，是地球上生命体的基本成分，并以蛋白质的形式存在于有机体中。土壤中N元素的来源：ａ植物根瘤菌固氮；ｂ大气中的闪电可将氮、氧结合起来，形成氮氧化合物并随降水进入土壤，被植物吸收。O2是维持人类及动物生命极为重要的气体，约占20.95%，满足他们的呼吸作用，并在氧化作用过程中得到热能以维持生命。氧气还决定着有机体的燃烧、腐败及分解过程。植物的光合作用又向大气放出氧并吸收二氧化碳.17（2）O3含量1.0×10-6%来源：①主要是氧分子在太阳紫外线辐射作用下形成的；②有机物的氧化和雷电的作用；空间分布：地面10km以下含量很少，以20--25km比较集中浓度最大，称臭氧层。O2O+oO2+oO3时间变化特点：随季节而变化，春季最大，夏季小作用：O3含量少、浓度极低，能强烈吸收太阳辐射紫外线能量的90%以上。特别是对波长小于0.29微米的紫外线短波辐射，达不到地面。18紫外C紫外B紫外A波长0.20~0.28微米，如果到达地面，可以杀灭地球上的一切生物；波长0.28~0.32微米，如果到达地面，也能杀死或损伤地面上的生物；：波长大于0.32微米，对人类有用处；如消毒灭菌，促进植物的细胞壁和纤维素的形成等。意义：①对高层大气有“加热”作用，使得10~50km高度的气层温度显著增高；②臭氧层对地面生物起到了屏障和保护作用。近年来，由于某一些化工的发展，引起大气中臭氧含量的变化，对此全世界都给予极大的关注。19臭氧洞——一个重要的环境问题80年代初，在南极大陆发现了臭氧含量明显减少、区域并有逐年扩大趋势，称为臭氧洞。产生原因：人类活动释放的大量含氯、氟、烃（cfc），氟里昂等对臭氧层有破坏作用。臭氧层破坏所造成的后果:由于缺少臭氧层的屏障和保护作用，大量对人类和其它生物有害的紫外线可以到达地面，对生物产生严重的伤害。对人的伤害：皮肤癌，眼癌，青光眼，白内障等疾病的患病率大幅度上升。据估计，紫外线透过率每增加10%，疾病的患病率可增加20%至60%。20（3）CO2含量0.03%来源：陆地上海洋上有机物的腐烂、分解，动植物的呼吸作用和石油、煤等矿物质的燃烧、火山喷发等。分布：①多集中于大气的底部20km以下的气层内；②其含量随时间和地点而不同：一般夏季少冬季多；白天少夜间多；城市、工矿区多（0.05%）；农村少（0.02%）；作用：①植物进行光合作用，制造有机物质的重要原料。②它能吸收和放射长波辐射，对地面有保温作用。如果大气中CO2浓度不断增加，将使全球气候发生明显变化。212、水汽的生消和分布来源：江、河、湖、海、湿地等陆地水面的蒸发和植物蒸腾，因凝结降水而返回地面。处在不断的循还之中。含量变化规律：主要集中在（１.５～２km）低层大气中，随高度减少；与地理因素关系密切；水平方向上分布也不均匀；随时间变化大（一年四季）作用：水汽是成云致雨的必要条件；对地面保温223、气溶胶粒子气溶胶粒子：悬浮在大气层中沉降率很小的固体、液体微粒。组成：有机物——花粉、微生物、细菌等。无机物——灰烬、火山尘埃、盐粒、小水滴等。作用：•作凝结核，使水汽凝结成水滴、冰晶、影响云，降水的形成。••能吸收辐射，影响着地面与近地层的温度变化。23成云致雨的必要条件主要成分次要成分水汽固体杂质生物体的基本成分维持生物活动的必要物质植物光合作用的原料；对地面保温吸收紫外线，使地球上的生物免遭过量紫外线的伤害成云致雨的必要条件；对地面保温大气组成主要作用干洁空气O3N2O2CO2大气各成分的作用244、大气污染物质大气污染物：由于人类活动或自然过程而产生的对生物有害的大气成分。污染物的种类；烟尘、硫化物、氮化物、氧化物、卤化物、有机物等等酸雨：大气降水的PH值明显低于正常值（5.6)的现象。25即：对流层；平流层；中间层；（电离层、D层）热层；（热成层、暖层）散逸层。观测证明：大气在垂直方向上的物理性质有显著的差异，根据温度、成分、密度、电离状况等物理性质，同时考虑到大气的垂直运动等因素，可将大气分为五层。二、大气的垂直（铅直）结构26散逸层对流层平流层中间层热层对流旺盛近地面，纬度不同厚度变；高度增来温度减，只因热源是地面；天气复杂且多变，风云雨雪较常见气温随Z升高增温因层中臭氧多水平流动天气好高空飞行很适合上冷下热高空对流电离层地球束缚引力小空气质点往外跑中间层顶到八百km氧原子吸紫增温快27（一）对流层大气最底层1、厚度：平均来说低纬度为17~18km、中纬度为10~12km、高纬度为8~9km。就季节而言，夏季厚、冬季薄。2、主要特征：（1）集中3/4的大气质量和几乎全部的水汽，风云雨雪发生层（2）气温随高度升高而降低（3）有强烈的对流和乱流运动（4）气象要素水平分布不均匀T2-T1γ=Z2-Z1γ＝０.６５℃／１００米：称气温垂直梯度或气温直减率28上层中层对流层分层下层下层：自地面至1~2km高度，又称摩擦层。接近地面50~100m以下气层称为近地面层，2m以下称贴地气层。中层：自2~6km高的气层，受地表摩擦小。云和降水多发生在这层。上层:自6km到对流层顶。对流层与平流层之间，有一厚度为几百米到2km的过渡层，称对流层顶。自由大气层（摩擦层）29（二）平流层厚度从对流层顶至55公里左右高度范围内称为平流层。这一层集中了大气中的大部分臭氧，空气密度很小。温度随着高度而升高；平流层顶气温可达-3度。空气以水平运动为主，气流运行平稳，没有强烈的对流运动。水汽和尘埃很少，很少有云，透明度好。30（三）中间层（电离层、D层）厚度从平流层顶到85公里左右的高度为中间层。其主要特点有：温度随高度而迅速降低，顶部温度可降到-113—-83度有强烈的垂直运动，故又称为高空对流层。中间层内水汽含量极少，几乎没有云层，有时能看到一种薄而带银白色的夜光云。它是由极细微的尘埃所组成的。31（四）热层、（又称电离层、暖层）从中间层顶以上，到大约800km左右为热层。其主要特点有：温度随高度而升高；300km处温度可达1000度，顶部可高达2000度空气稀薄，空气处于高度离子状态。有利于无线电波通讯。32（五）散逸层（又称外层）热成层以上为外层——称散逸层。是大气圈与星际空间的过渡带。•空气更加稀薄••空气质点的运动速度很快，受到的地心引力很小，大气物质具有向星际空间逃逸的特性。33大气上界的确定以物理现象出现的最高高度作为确定上界的标准：“极光”出现最大高度为1000—1200公里，因此可确定大气上界为1200公里左右。以空气密度作为确定上界的标准：接近星际空间的气体密度的高度约为2000—3000公里。34三、大气与农业（氧气、氮气、CO2）二氧化碳的利与弊上世纪以来，由于大气中二氧化碳浓度的持续上升所产生的“温室效应”越来越显著，使地球表面升温，导致全球气候的改变，对作物的生长和增产关系也十分密切。自然界中二氧化碳是绿色植物光合作用不可缺少的原料，而二氧化碳浓度的高低直接影响作物光合作用快慢，在一定范围内，随着其浓度的增加，光合速度和有机物质的积累也不断增加。实际上，现在大气中二氧化碳的浓度都远远不能满足作物光合作用的需要。作物光合作用每制造1克物质，要吸收1.47克的二氧化碳。35估计目前地球上，绿色植物光合作用每年需二氧化碳约1500亿吨，若要增产粮食，植物消耗二氧化碳的量还要不断增加，因此大气中二氧化碳的上升趋势对作物产量提高是有利的。但是，大气中二氧化碳浓度的上升对作物产量也带来不利影响，①二氧化碳浓度上升后，昆虫易生长繁殖，危害农作物更加严重；②随着二氧化碳浓度的上升引起地球变暖，使蒸发量加大，势必使少雨干旱地区更加干燥，降低作物产量。因此，二氧化碳对农作物产量的提高是有利有弊的。36太阳辐射太阳辐射进入地球大气后，约51%被地表面吸收；约30%被地表面、云顶