農(nóng)業(yè)氣象學(xué)經(jīng)典課件溫度

第三章溫度§3.1大氣溫度§3.2土壤溫度§3.3溫度與農(nóng)業(yè)第三章溫度§3.1大氣溫度1§3.1空氣溫度空氣的非絕熱變化空氣的絕熱變化大氣穩(wěn)定度氣溫的日變化與年變化§3.1空氣溫度空氣的非絕熱變化2

一、空氣的非絕熱變化

1、

輻射（Radiation）以電磁波形式傳遞能量2、分子傳導(dǎo)(Molecularconduction)依靠分子的熱運(yùn)動(dòng)傳遞能量

3、對流(Convection)－空氣垂直運(yùn)動(dòng)

34、湍流(Turbulence)－大團(tuán)空氣（eddy）向垂直和水平方向作無規(guī)律運(yùn)動(dòng)。5、平流（Advection）－空氣的水平運(yùn)動(dòng)（風(fēng)）6、相變（Changephase）－汽態(tài)－液態(tài)－固態(tài)：4、湍流(Turbulence)－大團(tuán)空氣（eddy）向垂4

二、空氣的絕熱變化在氣象學(xué)上，任一氣塊與外界之間無熱量交換時(shí)的狀態(tài)變化過程，叫做絕熱過程。在大氣中，作垂直運(yùn)動(dòng)的氣塊，其狀態(tài)變化通常接近于絕熱過程。當(dāng)升、降氣塊內(nèi)部既沒有發(fā)生水相變化，又沒有與外界發(fā)生熱量交換的過程，稱為干絕熱變化；過程發(fā)生水相變化的，稱為濕絕熱變化。

二、空氣的絕熱變化5

氣塊絕熱上升單位距離時(shí)的溫度降低值，稱為絕熱垂直減溫率（絕熱直減率或絕熱垂直遞減率）。干絕熱直減率對干空氣(dry)和未飽和的濕空氣而言，稱干絕熱直減率。

氣塊絕熱上升單位距離時(shí)的溫6濕絕熱直減率飽和濕（moist）空氣絕熱上升時(shí)，如果只是膨脹降溫，濕絕熱直減率γm=1℃/100m,但水汽既已飽和，就要因冷卻而發(fā)生凝結(jié)，同時(shí)釋放凝結(jié)潛熱而加熱氣塊。所以，飽和濕空氣絕熱上升時(shí)，因膨脹而引起的γm要比γd小，

γm平均值一般為γm=0.5℃/100m。

濕絕熱直減率7

（比較r、γm和γd？）為什么γm﹤γd呢？γm、γd和γ有什么不同？討論（比較r、γm和γd？）為什么γm﹤γd呢？討8三、大氣穩(wěn)定度

大氣層結(jié)：大氣中溫度等氣象要素的垂直分布狀況。

r＞0，大氣為不穩(wěn)定層結(jié)r＜0,大氣為穩(wěn)定層結(jié)

r=0，大氣為中性層結(jié)

三、大氣穩(wěn)定度

大氣層結(jié)：大氣中溫度等氣象要素的垂直分布9A)在穩(wěn)定的大氣層結(jié)下，大氣的對流運(yùn)動(dòng)將受到抑制，常出現(xiàn)霧、層狀云、連續(xù)性降水等天氣現(xiàn)象。污染物不易擴(kuò)散，污染嚴(yán)重。B）在不穩(wěn)定大氣層結(jié)下，空氣對流運(yùn)動(dòng)發(fā)展旺盛，常出現(xiàn)積狀云、陣性降水和冰雹等天氣。污染物擴(kuò)散快，不易造成空氣污染。

r＞0大氣為不穩(wěn)定層結(jié)時(shí)，氣溫下高上低，空氣密度上高下低，因浮力作用，對流旺盛；當(dāng)r＜0為穩(wěn)定層結(jié)時(shí)，因重力作用，抑制對流運(yùn)動(dòng)。因此，我們把大氣層結(jié)具有的這種影響對流運(yùn)動(dòng)的特性稱為大氣層結(jié)的穩(wěn)定度。A)在穩(wěn)定的大氣層結(jié)下，大氣的對流運(yùn)動(dòng)將受到抑制，常出10

(2)大氣穩(wěn)定度的判斷

判斷某時(shí)刻大氣是否穩(wěn)定要由大氣溫度的垂直梯度r、干空氣絕熱直減率rd和濕空氣絕熱直減率rm的大小決定。

A）γ>γd絕對不穩(wěn)定B）γ<γm絕對穩(wěn)定

C）γ=γd干中濕不穩(wěn)D）γ=γm濕中干穩(wěn)E）γm<γ<γd條件不穩(wěn)定。

(2)大氣穩(wěn)定度的判斷11四、

氣溫的日變化和年變化

原因：日——太陽高度角，年——赤緯什么是日較差?年較差?如果不考慮下墊面（水、陸等）的影響，為什么日較差隨緯度的升高而減小，而年較差隨緯度的升高而增加？日較差與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)系如何？

四、氣溫的日變化和年變化

原因：日——太陽高度角，年——赤12北京海淀地區(qū)地表溫度與氣溫關(guān)系分析

北京海淀地區(qū)地表溫度與氣溫關(guān)系分析13§3.2土壤溫度土壤的熱特性土溫的時(shí)空變化土壤溫波方程§3.2土壤溫度土壤的熱特性14介紹描述熱量的幾個(gè)基本概念：

1、

熱容量C(heatcapacity）:表示某物體溫度每升高1℃所需要的熱量J/℃；2、質(zhì)量熱容Cm(massspecificheat)

:表示單位質(zhì)量物體，升高一度所需要熱量J/kg.℃3、定容熱容CV(volumespecificheat)

:表示單位體積物體，每升高一度所需熱量J/m3.℃Cm與CV的關(guān)系：

CV=ρ.Cm

水：CVw=4·18×106J/m3℃空氣：CVa=0·0013×106J/m3℃

農(nóng)業(yè)氣象學(xué)經(jīng)典課件溫度154導(dǎo)熱率λ(thermalConductivity)J/m.S℃

單位溫度垂直梯度℃/m、單位時(shí)間S、通過單位面積m2(單位換算），它表示物體對熱量傳導(dǎo)快慢的一種能力。例如：水（指4℃靜止的水）λ=0.57J/m.s.℃，空氣（10℃靜止空氣）λ=0.025J/m.s.℃水導(dǎo)熱比空氣快22.8倍。導(dǎo)熱率只說明物體傳導(dǎo)熱量速度快慢。水的λ比空氣大22.8倍，可空氣的Cv只是水的1/3483，所以，空氣比水增溫得快得多。

4導(dǎo)熱率λ(thermalConductivity)165熱擴(kuò)散系數(shù)K(Thermaldiffusioncoefficient)（m2/s）說明物體增溫快慢就有熱擴(kuò)散系數(shù)K，也稱導(dǎo)溫率。K與λ的關(guān)系：K=λ/CV（單位換算）

水：K=0·14×10-6m2/S空氣：K=20.5×10-6m2/S（空氣大146·4倍），空氣升溫快。農(nóng)田土壤濕度B=20%左右時(shí)，對農(nóng)作物生長最為有利。5熱擴(kuò)散系數(shù)K(Thermaldiffusionc17

二、溫度的時(shí)空變化

（一）

垂直變化（空間變化）

土壤溫度的垂直變化的三種類型(日射型、輻射型和過渡型)與氣溫垂直分布的三種類型。

18（二）日、年變化（時(shí)間變化）

土壤和空氣溫度日變化和年變化與太陽輻射的日變化和年變化曲線相似，因?yàn)橥寥篮涂諝獾臒崃渴怯捎诘孛娼邮芰颂栞椛湓鰷睾?，再由地面向上輸送給空氣，向下傳導(dǎo)給土壤，空氣和土壤才得以增溫的，因此溫度和輻射二者有直接相關(guān)關(guān)系。（二）日、年變化（時(shí)間變化）

土壤和空氣溫度191.太陽照射地表面后，熱量可以向上輸送到高空100m以上高度，而且仍很強(qiáng)烈；而往下輸送深處還不到1m就沒有多少熱量傳送了？這是為什么？1.太陽照射地表面后，熱量可以向上輸送到高空100m以上高20

2）隨離地表的距離向上或向下的增加，最高最低溫度出現(xiàn)的時(shí)間越來越滯后？滯后現(xiàn)象主要是因?yàn)?，熱量的傳?dǎo)、輸送需要有一定時(shí)間，所以每層達(dá)到最高或最低的時(shí)間也越滯后。2.從土壤和空氣的溫度的年變化曲線和日變化曲線，都可看到兩個(gè)特點(diǎn)：（1）隨離地表的距離向上或向下的增加，溫度變化振幅越小。這是由于熱量向上，向下輸送過程中，每層空氣或土壤都要留下一部分熱量，所以越往上或下獲得的熱量就越少，增溫幅度就越小。

2）隨離地表的距離向上或向下的增加，最高最低溫21二、土壤的溫波方程土壤溫度的日，年變化曲線可用數(shù)學(xué)公式來表示：，為Z深度土壤平均溫度，為地表0cm處溫度振幅，Z為任何深度（m），t為任意時(shí)刻。ω指溫度曲線的正弦角度，旋轉(zhuǎn)一周為360°=2π，ω=2π/T，T為旋轉(zhuǎn)一周所用的時(shí)間，相對日變化而言，則T=24h，即24h完成360°旋轉(zhuǎn)；相對年變化，則T=365d。t是所求時(shí)刻時(shí)間。二、土壤的溫波方程22從公式中可以看出：土壤溫度振幅將按對數(shù)規(guī)律衰減，土壤溫波峰值出現(xiàn)時(shí)間將按位相Z/ωD滯后。所以，D是一個(gè)重要參數(shù)，稱為土壤衰減深度。從公式中可以看出：土壤溫度振幅將按對數(shù)規(guī)23

土壤溫波的振幅分析

由于D與K成正式，所以，不同的K，D不同，也就是說衰減快慢不同。（1）當(dāng)土壤深度Z=D(1個(gè)衰減深度)時(shí)，（2）當(dāng)土壤深度Z=2D(2個(gè)衰減深度)時(shí)，（3）當(dāng)土壤深度Z=3D時(shí)，所以，我們把3D深度稱為恒溫層，了解土壤恒溫層深度是很重要的。

土壤溫波的振幅分析24如了解了各種土壤的導(dǎo)溫率K，就可以求到日和年的衰減深度D日、D年。關(guān)鍵是K值，下表給出不同土質(zhì)的土壤K和導(dǎo)熱率κ。表3.1

不同土壤的K和κ值

沙壤土粘土泥炭土40%孔隙度飽和40%孔隙度飽和80%孔隙度飽和K×10-6m2/s0.240.740.180.510.100.12λ

J/m.s.℃0.302.200.251.580.060.50如了解了各種土壤的導(dǎo)溫率K，就可以求到日和年的衰減深度D日、25對同種土壤K一樣，日和年的土壤衰減深度相差多少？D年是D日的19倍，即：年恒溫層深度是日的19倍。例如：某塊小麥地為飽和沙壤土，求此塊地的日和年恒溫層？解：所以，日恒溫層Z=3D日=0.14×3=0.42(m)，年恒溫層Z=3D年=0.42×19=7.98(m)。對同種土壤K一樣，日和年的土壤衰減深度相差多少？26

土壤溫波峰值滯后分析sinω(t-Z/D/ω)→相當(dāng)于從sin(α-β)→位相落后β→則峰值滯后β，即峰值滯后Z/D/ω，與Z有關(guān)。當(dāng)Z=D時(shí)，峰值滯后多長時(shí)間？也有兩種情況：一是相對日溫波曲線來說，峰值滯后為1/ω=T/2π=3.82h,二是相對年溫波曲線來說，峰值滯后1/ω=T/2π=58.12d。例：某農(nóng)田為含40%空隙度的粘土，其地表最高溫度出現(xiàn)在12點(diǎn)30分，問離地表10cm深處日最高溫度將何時(shí)出現(xiàn)？解：滯后5.46h，也就是說12.5+5.46≈18時(shí)出現(xiàn)最高溫度。

土壤溫波峰值滯后分析27§3.3溫度與農(nóng)業(yè)基點(diǎn)溫度農(nóng)業(yè)界限溫度積溫對作物生長的影響§3.3溫度與農(nóng)業(yè)基點(diǎn)溫度28一、基點(diǎn)溫度溫度三基點(diǎn)：生長最低、最適、最高溫度。喜涼作物分別為:5℃、20-30℃35-40℃喜溫作物分別為:10-15℃、30-35℃45℃生物能生存的溫度范圍較生長的溫度范圍寬，冷致死溫度較生長最低溫度低，熱致死溫度較生長最高溫度高一、基點(diǎn)溫度溫度三基點(diǎn)：生長最低、最適、最高溫度。29二、農(nóng)業(yè)界線溫度

0?C-農(nóng)事活動(dòng)開始或終止，喜涼作物生長的起始溫度,小于０℃為寒冷期。0℃：對某地區(qū)（一般而言），廣義的生長期系指作物能生長的時(shí)期。以春季的平均氣溫于0℃開始，至秋季的平均氣溫大于0℃終止期的日數(shù)計(jì)算。某作物的生長期，即為該作物由播種—成熟期間的日數(shù)。鑒定—地區(qū)的復(fù)種程度，需考慮夏秋作物及秋種作物接茬的可能性，一般以0℃以上的日數(shù)的指標(biāo)。春季日平均氣溫穩(wěn)定通過0℃，為北方土壤日化夜涼，早春作物開始播種，冬小麥開始返青，多年生果木開始萌動(dòng)的指標(biāo)，秋季0℃終止日為北方冬小麥及多年生果木停止生長的日期。故選用≥0℃之間的持續(xù)日數(shù)，為鑒定地區(qū)作物生長期長度的指標(biāo)。二、農(nóng)業(yè)界線溫度305?C：早春作物播種，5℃:冬小麥分蘗、馬鈴薯等開始播種（＞5℃日數(shù)為喜涼作物生長期）

10℃：喜溫作物開始生長、喜涼作物生長迅速；＞10℃日數(shù)為喜溫作物生長期。15℃：喜溫作物生殖生長下限、早稻移栽、熱帶作物生長。雙季稻大田生長期。20℃：水稻分蘗及迅速生長；安全齊穗；玉米、高粱安全灌漿。5?C：早春作物播種，5℃:冬小麥分蘗、馬鈴薯等開始播種（31三、積溫及對作物生長發(fā)育的影響

溫度與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)系非常密切。作為熱量條件的指標(biāo)，影響著作物的生長、分布、產(chǎn)量和發(fā)育速度，從而影響著作物全生育期的長短及各發(fā)育期出現(xiàn)的早晚。三、積溫及對作物生長發(fā)育的影響溫度與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的32積溫作物生育要求一定的累積熱量強(qiáng)度，其表征指標(biāo)為積溫?；顒?dòng)積溫：高于生物學(xué)下限溫度的日平均氣溫的累積和有效積溫：有效溫度的總和。有效溫度為日平均氣溫減去生物學(xué)下限溫度。小麥從抽穗到成熟發(fā)育速度與溫度的關(guān)系（最低9-11，最適18-20，最高32）積溫小麥從抽穗到成熟發(fā)育速度與溫度的關(guān)系（最低9-11，最適33成熟發(fā)育速率與有效積溫的關(guān)系當(dāng)量積溫活動(dòng)積溫經(jīng)過溫度強(qiáng)度系數(shù)訂正后得到物理量，反映某種作物對累積熱量的要求?？杀磉_(dá)為：ΣＱ＝K(T)ΣtΣＱ為當(dāng)量積溫，Σt為活動(dòng)積溫，K(T)為溫強(qiáng)系數(shù)：K(T)=n0T0/Σt，式中T0為作物發(fā)育最快的溫度，n0為該溫度下發(fā)育所需的天數(shù)。成熟發(fā)育速率與有效積溫的關(guān)系當(dāng)量積溫34效值積溫？？積溫運(yùn)用中要注意的問題：作物不同發(fā)育階段要求不同的最適溫度。以生長下限溫度為基礎(chǔ)的積溫不能完全決定作物能否完成發(fā)育階段。以用平均溫度來計(jì)算的積溫不能完全反映作物生長對熱量的要求。如：玉米熱量單位：加拿大的Brown于1963年提出用于反映玉米生育期的熱量指標(biāo)。CHU=[(Tmin-4.4)+1.85(Tmax-10)-0.026(Tmax-10)2]/2式中Tmax和Tmin分別為日最高和最低氣溫。又如：海南與西雙版納的橡膠一般生殖生長階段要求溫度較高，溫度不滿足則不能完成發(fā)育過程。如：棉花，開花結(jié)鈴需要較高的溫度，昆明不能種棉花而在鄭州棉花生長發(fā)育很好。效值積溫？？積溫運(yùn)用中要注意的問題：35實(shí)習(xí)五如何求算某地穩(wěn)定通過某界限溫度的日期、持續(xù)天數(shù)及活動(dòng)積溫有效積溫實(shí)習(xí)五如何求算某地穩(wěn)定通過某界限溫度的36農(nóng)業(yè)氣象學(xué)經(jīng)典課件溫度37本章重點(diǎn)：1、空氣的絕熱變化和大氣層結(jié)穩(wěn)定度2、

土壤溫度：（1）土壤溫波振幅分析（2）土壤溫波峰值遲后分析（3）例題分析3、積溫的種類及其統(tǒng)計(jì)方法本章重點(diǎn)：38思考題1.什么叫絕熱變化？怎樣利用絕熱梯度來判斷大氣的穩(wěn)定度？2．土壤的熱特性有哪些？它們是怎樣影響土壤溫度的變化？

3．為什么高緯度地區(qū)土壤溫度的年變化較低緯度地區(qū)大？

4．土壤溫度垂直分布有幾種類型？有何特點(diǎn)？

5．在正常天氣情況下，一地的地面最低溫度為什么出現(xiàn)在日出前？最高溫度出現(xiàn)在正午后，而不是在輻射最強(qiáng)的正午？

6．試比較土壤、水體和大氣的熱傳播特點(diǎn)以及地面溫度、氣溫和水溫極值溫度出現(xiàn)時(shí)間和較差的大小。

7．逆溫層和山區(qū)暖帶是怎樣形成的？在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中怎樣利用逆溫？

9．何謂農(nóng)業(yè)界限溫度？常用的農(nóng)業(yè)界限溫度有哪些？其意義是什么？怎樣確定農(nóng)業(yè)界限溫度？

11．三基點(diǎn)溫度包括哪些內(nèi)容？

12．常用的積溫有哪些？活動(dòng)積溫和有效積溫有什么不同？它們在統(tǒng)計(jì)方法和實(shí)際應(yīng)用中有何區(qū)別？

13．簡述計(jì)算活動(dòng)積溫和有效積溫的方法。

14．名詞解釋

熱容量導(dǎo)熱率導(dǎo)溫率日較差年較差三基點(diǎn)溫度界限溫度活動(dòng)積溫有效積溫思考題1.什么叫絕熱變化？怎樣利用絕熱梯度來判斷大氣的穩(wěn)定39練習(xí)題1、某人要建地下別墅，其土質(zhì)為孔隙度40%的沙壤土，要求別墅每年1月15日達(dá)到一年中最高溫度，即正好比地表最高溫度出現(xiàn)時(shí)間遲6個(gè)月（183天），問別墅應(yīng)建在多深處？已知地表年溫振幅A（0）為40℃，地下別墅年平均溫度為18℃，求別墅的年溫振幅A（別）及年平均最高溫度T高和最低溫度T低？2、美國“阿波羅號”宇宙飛船測得月亮表面及其地下30cm處的最高及最低溫差分別為280℃和10℃，月球上晝夜各持續(xù)14天（按地球天算），求月亮上土壤的日衰減深度D和熱擴(kuò)散率K，并與地球上的土壤K值相比較？練習(xí)題1、某人要建地下別墅，其土質(zhì)為孔隙度40%的沙40SOILPROBLEMS1、Supposeyouweretryingtopreventapipeburiedinsandorclayfromfreezingduringthewinter,andcouldcontrolthesoilmoisturetobeeitherdry,moderatelymoist,orverywet.Whichofthesechoiceswouldbebest?Worst?Explainwithreferencetoconceptsofthermaldiffusivityanddampingdepth.2、Soilheatfluxesmeasuredat5cmand10cmdepthsinadrysandsoilwere65w/m2and15w/m2,respectively.Willthissoillayerwarmorcoolwithtime,andhowmany℃willitchangeinanhour?SOILPROBLEMS1、Supposeyouw413、Wiggleyandlowlywormarecousins,WiggleylivesinasandygardenwithadailyDof15cminthecitywhileLowlywormisafarmerwholivesonacarrotfarminpeatsoilwherethedailyDis5cm.Bothowncondominiumsatthe20cmdepthandannualtemperaturewaveusuallypeaksaboutJuly15atthesurface.Atwhattimeofyeardoeachofourtwofriendsusuallyexperiencethewarmesttemperaturesintheirhomes?(Notethatthesecalculationmighthavepracticalapplicationtodifferingtimesofactivationofsoilinsectorrootgrowthinvarioussoiltypes.)4、SupposeLowlywormwantedtotakehiswintervacationinaclimatewherethewarmesttemperaturesoftheyearwerefoundonJanuary15,exactly6monthslaterthanthewarmestsurfacetemperatures.Towhatdepthinthepeatsoilshouldheburrowforhisvacation?3、Wiggleyandlowlywormarec425、IftheannualsurfacetemperaturewaveonLowly’speatsoilhasanamplitudeof15℃,whatistheamplitudeoftheannualwaveathishomeat20cm?Athisvacationretreatat3m?6、OnoneoftheApolloflightstothemoon,soiltemperaturemeasurementsshowedthattherangeofsurfacetemperaturewasabout280℃between“day”and“night”,eachofwhichlastsfor14days.Thetemperaturerangeat30cmdepthwasonly10℃.WhatarethedampingdepthandthermaldiffusivityofMoonsoil?ComparewithEarthsoilandsuggestwhytheMoonvaluesaremuchlower.5、Iftheannualsurfacetemper43第三章溫度§3.1大氣溫度§3.2土壤溫度§3.3溫度與農(nóng)業(yè)第三章溫度§3.1大氣溫度44§3.1空氣溫度空氣的非絕熱變化空氣的絕熱變化大氣穩(wěn)定度氣溫的日變化與年變化§3.1空氣溫度空氣的非絕熱變化45

一、空氣的非絕熱變化

1、

輻射（Radiation）以電磁波形式傳遞能量2、分子傳導(dǎo)(Molecularconduction)依靠分子的熱運(yùn)動(dòng)傳遞能量

3、對流(Convection)－空氣垂直運(yùn)動(dòng)

464、湍流(Turbulence)－大團(tuán)空氣（eddy）向垂直和水平方向作無規(guī)律運(yùn)動(dòng)。5、平流（Advection）－空氣的水平運(yùn)動(dòng)（風(fēng)）6、相變（Changephase）－汽態(tài)－液態(tài)－固態(tài)：4、湍流(Turbulence)－大團(tuán)空氣（eddy）向垂47

二、空氣的絕熱變化在氣象學(xué)上，任一氣塊與外界之間無熱量交換時(shí)的狀態(tài)變化過程，叫做絕熱過程。在大氣中，作垂直運(yùn)動(dòng)的氣塊，其狀態(tài)變化通常接近于絕熱過程。當(dāng)升、降氣塊內(nèi)部既沒有發(fā)生水相變化，又沒有與外界發(fā)生熱量交換的過程，稱為干絕熱變化；過程發(fā)生水相變化的，稱為濕絕熱變化。

二、空氣的絕熱變化48

氣塊絕熱上升單位距離時(shí)的溫度降低值，稱為絕熱垂直減溫率（絕熱直減率或絕熱垂直遞減率）。干絕熱直減率對干空氣(dry)和未飽和的濕空氣而言，稱干絕熱直減率。

氣塊絕熱上升單位距離時(shí)的溫49濕絕熱直減率飽和濕（moist）空氣絕熱上升時(shí)，如果只是膨脹降溫，濕絕熱直減率γm=1℃/100m,但水汽既已飽和，就要因冷卻而發(fā)生凝結(jié)，同時(shí)釋放凝結(jié)潛熱而加熱氣塊。所以，飽和濕空氣絕熱上升時(shí)，因膨脹而引起的γm要比γd小，

γm平均值一般為γm=0.5℃/100m。

濕絕熱直減率50

（比較r、γm和γd？）為什么γm﹤γd呢？γm、γd和γ有什么不同？討論（比較r、γm和γd？）為什么γm﹤γd呢？討51三、大氣穩(wěn)定度

大氣層結(jié)：大氣中溫度等氣象要素的垂直分布狀況。

r＞0，大氣為不穩(wěn)定層結(jié)r＜0,大氣為穩(wěn)定層結(jié)

r=0，大氣為中性層結(jié)

三、大氣穩(wěn)定度

大氣層結(jié)：大氣中溫度等氣象要素的垂直分布52A)在穩(wěn)定的大氣層結(jié)下，大氣的對流運(yùn)動(dòng)將受到抑制，常出現(xiàn)霧、層狀云、連續(xù)性降水等天氣現(xiàn)象。污染物不易擴(kuò)散，污染嚴(yán)重。B）在不穩(wěn)定大氣層結(jié)下，空氣對流運(yùn)動(dòng)發(fā)展旺盛，常出現(xiàn)積狀云、陣性降水和冰雹等天氣。污染物擴(kuò)散快，不易造成空氣污染。

r＞0大氣為不穩(wěn)定層結(jié)時(shí)，氣溫下高上低，空氣密度上高下低，因浮力作用，對流旺盛；當(dāng)r＜0為穩(wěn)定層結(jié)時(shí)，因重力作用，抑制對流運(yùn)動(dòng)。因此，我們把大氣層結(jié)具有的這種影響對流運(yùn)動(dòng)的特性稱為大氣層結(jié)的穩(wěn)定度。A)在穩(wěn)定的大氣層結(jié)下，大氣的對流運(yùn)動(dòng)將受到抑制，常出53

(2)大氣穩(wěn)定度的判斷

判斷某時(shí)刻大氣是否穩(wěn)定要由大氣溫度的垂直梯度r、干空氣絕熱直減率rd和濕空氣絕熱直減率rm的大小決定。

A）γ>γd絕對不穩(wěn)定B）γ<γm絕對穩(wěn)定

C）γ=γd干中濕不穩(wěn)D）γ=γm濕中干穩(wěn)E）γm<γ<γd條件不穩(wěn)定。

(2)大氣穩(wěn)定度的判斷54四、

氣溫的日變化和年變化

原因：日——太陽高度角，年——赤緯什么是日較差?年較差?如果不考慮下墊面（水、陸等）的影響，為什么日較差隨緯度的升高而減小，而年較差隨緯度的升高而增加？日較差與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)系如何？

四、氣溫的日變化和年變化

原因：日——太陽高度角，年——赤55北京海淀地區(qū)地表溫度與氣溫關(guān)系分析

北京海淀地區(qū)地表溫度與氣溫關(guān)系分析56§3.2土壤溫度土壤的熱特性土溫的時(shí)空變化土壤溫波方程§3.2土壤溫度土壤的熱特性57介紹描述熱量的幾個(gè)基本概念：

1、

熱容量C(heatcapacity）:表示某物體溫度每升高1℃所需要的熱量J/℃；2、質(zhì)量熱容Cm(massspecificheat)

:表示單位質(zhì)量物體，升高一度所需要熱量J/kg.℃3、定容熱容CV(volumespecificheat)

:表示單位體積物體，每升高一度所需熱量J/m3.℃Cm與CV的關(guān)系：

CV=ρ.Cm

水：CVw=4·18×106J/m3℃空氣：CVa=0·0013×106J/m3℃

農(nóng)業(yè)氣象學(xué)經(jīng)典課件溫度584導(dǎo)熱率λ(thermalConductivity)J/m.S℃

單位溫度垂直梯度℃/m、單位時(shí)間S、通過單位面積m2(單位換算），它表示物體對熱量傳導(dǎo)快慢的一種能力。例如：水（指4℃靜止的水）λ=0.57J/m.s.℃，空氣（10℃靜止空氣）λ=0.025J/m.s.℃水導(dǎo)熱比空氣快22.8倍。導(dǎo)熱率只說明物體傳導(dǎo)熱量速度快慢。水的λ比空氣大22.8倍，可空氣的Cv只是水的1/3483，所以，空氣比水增溫得快得多。

4導(dǎo)熱率λ(thermalConductivity)595熱擴(kuò)散系數(shù)K(Thermaldiffusioncoefficient)（m2/s）說明物體增溫快慢就有熱擴(kuò)散系數(shù)K，也稱導(dǎo)溫率。K與λ的關(guān)系：K=λ/CV（單位換算）

水：K=0·14×10-6m2/S空氣：K=20.5×10-6m2/S（空氣大146·4倍），空氣升溫快。農(nóng)田土壤濕度B=20%左右時(shí)，對農(nóng)作物生長最為有利。5熱擴(kuò)散系數(shù)K(Thermaldiffusionc60

二、溫度的時(shí)空變化

（一）

垂直變化（空間變化）

土壤溫度的垂直變化的三種類型(日射型、輻射型和過渡型)與氣溫垂直分布的三種類型。

61（二）日、年變化（時(shí)間變化）

土壤和空氣溫度日變化和年變化與太陽輻射的日變化和年變化曲線相似，因?yàn)橥寥篮涂諝獾臒崃渴怯捎诘孛娼邮芰颂栞椛湓鰷睾螅儆傻孛嫦蛏陷斔徒o空氣，向下傳導(dǎo)給土壤，空氣和土壤才得以增溫的，因此溫度和輻射二者有直接相關(guān)關(guān)系。（二）日、年變化（時(shí)間變化）

土壤和空氣溫度621.太陽照射地表面后，熱量可以向上輸送到高空100m以上高度，而且仍很強(qiáng)烈；而往下輸送深處還不到1m就沒有多少熱量傳送了？這是為什么？1.太陽照射地表面后，熱量可以向上輸送到高空100m以上高63

2）隨離地表的距離向上或向下的增加，最高最低溫度出現(xiàn)的時(shí)間越來越滯后？滯后現(xiàn)象主要是因?yàn)?，熱量的傳?dǎo)、輸送需要有一定時(shí)間，所以每層達(dá)到最高或最低的時(shí)間也越滯后。2.從土壤和空氣的溫度的年變化曲線和日變化曲線，都可看到兩個(gè)特點(diǎn)：（1）隨離地表的距離向上或向下的增加，溫度變化振幅越小。這是由于熱量向上，向下輸送過程中，每層空氣或土壤都要留下一部分熱量，所以越往上或下獲得的熱量就越少，增溫幅度就越小。

2）隨離地表的距離向上或向下的增加，最高最低溫64二、土壤的溫波方程土壤溫度的日，年變化曲線可用數(shù)學(xué)公式來表示：，為Z深度土壤平均溫度，為地表0cm處溫度振幅，Z為任何深度（m），t為任意時(shí)刻。ω指溫度曲線的正弦角度，旋轉(zhuǎn)一周為360°=2π，ω=2π/T，T為旋轉(zhuǎn)一周所用的時(shí)間，相對日變化而言，則T=24h，即24h完成360°旋轉(zhuǎn)；相對年變化，則T=365d。t是所求時(shí)刻時(shí)間。二、土壤的溫波方程65從公式中可以看出：土壤溫度振幅將按對數(shù)規(guī)律衰減，土壤溫波峰值出現(xiàn)時(shí)間將按位相Z/ωD滯后。所以，D是一個(gè)重要參數(shù)，稱為土壤衰減深度。從公式中可以看出：土壤溫度振幅將按對數(shù)規(guī)66

土壤溫波的振幅分析

由于D與K成正式，所以，不同的K，D不同，也就是說衰減快慢不同。（1）當(dāng)土壤深度Z=D(1個(gè)衰減深度)時(shí)，（2）當(dāng)土壤深度Z=2D(2個(gè)衰減深度)時(shí)，（3）當(dāng)土壤深度Z=3D時(shí)，所以，我們把3D深度稱為恒溫層，了解土壤恒溫層深度是很重要的。

土壤溫波的振幅分析67如了解了各種土壤的導(dǎo)溫率K，就可以求到日和年的衰減深度D日、D年。關(guān)鍵是K值，下表給出不同土質(zhì)的土壤K和導(dǎo)熱率κ。表3.1

不同土壤的K和κ值

沙壤土粘土泥炭土40%孔隙度飽和40%孔隙度飽和80%孔隙度飽和K×10-6m2/s0.240.740.180.510.100.12λ

J/m.s.℃0.302.200.251.580.060.50如了解了各種土壤的導(dǎo)溫率K，就可以求到日和年的衰減深度D日、68對同種土壤K一樣，日和年的土壤衰減深度相差多少？D年是D日的19倍，即：年恒溫層深度是日的19倍。例如：某塊小麥地為飽和沙壤土，求此塊地的日和年恒溫層？解：所以，日恒溫層Z=3D日=0.14×3=0.42(m)，年恒溫層Z=3D年=0.42×19=7.98(m)。對同種土壤K一樣，日和年的土壤衰減深度相差多少？69

土壤溫波峰值滯后分析sinω(t-Z/D/ω)→相當(dāng)于從sin(α-β)→位相落后β→則峰值滯后β，即峰值滯后Z/D/ω，與Z有關(guān)。當(dāng)Z=D時(shí)，峰值滯后多長時(shí)間？也有兩種情況：一是相對日溫波曲線來說，峰值滯后為1/ω=T/2π=3.82h,二是相對年溫波曲線來說，峰值滯后1/ω=T/2π=58.12d。例：某農(nóng)田為含40%空隙度的粘土，其地表最高溫度出現(xiàn)在12點(diǎn)30分，問離地表10cm深處日最高溫度將何時(shí)出現(xiàn)？解：滯后5.46h，也就是說12.5+5.46≈18時(shí)出現(xiàn)最高溫度。

土壤溫波峰值滯后分析70§3.3溫度與農(nóng)業(yè)基點(diǎn)溫度農(nóng)業(yè)界限溫度積溫對作物生長的影響§3.3溫度與農(nóng)業(yè)基點(diǎn)溫度71一、基點(diǎn)溫度溫度三基點(diǎn)：生長最低、最適、最高溫度。喜涼作物分別為:5℃、20-30℃35-40℃喜溫作物分別為:10-15℃、30-35℃45℃生物能生存的溫度范圍較生長的溫度范圍寬，冷致死溫度較生長最低溫度低，熱致死溫度較生長最高溫度高一、基點(diǎn)溫度溫度三基點(diǎn)：生長最低、最適、最高溫度。72二、農(nóng)業(yè)界線溫度

0?C-農(nóng)事活動(dòng)開始或終止，喜涼作物生長的起始溫度,小于０℃為寒冷期。0℃：對某地區(qū)（一般而言），廣義的生長期系指作物能生長的時(shí)期。以春季的平均氣溫于0℃開始，至秋季的平均氣溫大于0℃終止期的日數(shù)計(jì)算。某作物的生長期，即為該作物由播種—成熟期間的日數(shù)。鑒定—地區(qū)的復(fù)種程度，需考慮夏秋作物及秋種作物接茬的可能性，一般以0℃以上的日數(shù)的指標(biāo)。春季日平均氣溫穩(wěn)定通過0℃，為北方土壤日化夜涼，早春作物開始播種，冬小麥開始返青，多年生果木開始萌動(dòng)的指標(biāo)，秋季0℃終止日為北方冬小麥及多年生果木停止生長的日期。故選用≥0℃之間的持續(xù)日數(shù)，為鑒定地區(qū)作物生長期長度的指標(biāo)。二、農(nóng)業(yè)界線溫度735?C：早春作物播種，5℃:冬小麥分蘗、馬鈴薯等開始播種（＞5℃日數(shù)為喜涼作物生長期）

10℃：喜溫作物開始生長、喜涼作物生長迅速；＞10℃日數(shù)為喜溫作物生長期。15℃：喜溫作物生殖生長下限、早稻移栽、熱帶作物生長。雙季稻大田生長期。20℃：水稻分蘗及迅速生長；安全齊穗；玉米、高粱安全灌漿。5?C：早春作物播種，5℃:冬小麥分蘗、馬鈴薯等開始播種（74三、積溫及對作物生長發(fā)育的影響

溫度與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)系非常密切。作為熱量條件的指標(biāo)，影響著作物的生長、分布、產(chǎn)量和發(fā)育速度，從而影響著作物全生育期的長短及各發(fā)育期出現(xiàn)的早晚。三、積溫及對作物生長發(fā)育的影響溫度與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的75積溫作物生育要求一定的累積熱量強(qiáng)度，其表征指標(biāo)為積溫。活動(dòng)積溫：高于生物學(xué)下限溫度的日平均氣溫的累積和有效積溫：有效溫度的總和。有效溫度為日平均氣溫減去生物學(xué)下限溫度。小麥從抽穗到成熟發(fā)育速度與溫度的關(guān)系（最低9-11，最適18-20，最高32）積溫小麥從抽穗到成熟發(fā)育速度與溫度的關(guān)系（最低9-11，最適76成熟發(fā)育速率與有效積溫的關(guān)系當(dāng)量積溫活動(dòng)積溫經(jīng)過溫度強(qiáng)度系數(shù)訂正后得到物理量，反映某種作物對累積熱量的要求?？杀磉_(dá)為：ΣＱ＝K(T)ΣtΣＱ為當(dāng)量積溫，Σt為活動(dòng)積溫，K(T)為溫強(qiáng)系數(shù)：K(T)=n0T0/Σt，式中T0為作物發(fā)育最快的溫度，n0為該溫度下發(fā)育所需的天數(shù)。成熟發(fā)育速率與有效積溫的關(guān)系當(dāng)量積溫77效值積溫？？積溫運(yùn)用中要注意的問題：作物不同發(fā)育階段要求不同的最適溫度。以生長下限溫度為基礎(chǔ)的積溫不能完全決定作物能否完成發(fā)育階段。以用平均溫度來計(jì)算的積溫不能完全反映作物生長對熱量的要求。如：玉米熱量單位：加拿大的Brown于1963年提出用于反映玉米生育期的熱量指標(biāo)。CHU=[(Tmin-4.4)+1.85(Tmax-10)-0.026(Tmax-10)2]/2式中Tmax和Tmin分別為日最高和最低氣溫。又如：海南與西雙版納的橡膠一般生殖生長階段要求溫度較高，溫度不滿足則不能完成發(fā)育過程。如：棉花，開花結(jié)鈴需要較高的溫度，昆明不能種棉花而在鄭州棉花生長發(fā)育很好。效值積溫？？積溫運(yùn)用中要注意的問題：78實(shí)習(xí)五如何求算某地穩(wěn)定通過某界限溫度的日期、持續(xù)天數(shù)及活動(dòng)積溫有效積溫實(shí)習(xí)五如何求算某地穩(wěn)定通過某界限溫度的79農(nóng)業(yè)氣象學(xué)經(jīng)典課件溫度80本章重點(diǎn)：1、空氣的絕熱變化和大氣層結(jié)穩(wěn)定度2、

土壤溫度：（1）土壤溫波振幅分析（2）土壤溫波峰值遲后分析（3）例題分析3、積溫的種類及其統(tǒng)計(jì)方法本章重點(diǎn)：81思考題1.什么叫絕熱變化？怎樣利用絕熱梯度來判斷大氣的穩(wěn)定度？2．土壤的熱特性有哪些？它們是怎樣影響土壤溫度的變化？

3．為什么高緯度地區(qū)土壤溫度的年變化較低緯度地區(qū)大？

4．土壤溫度垂直分布有幾種類型？有何特點(diǎn)？

5．在正常天氣情況下，一地的地面最低溫度為什么出現(xiàn)在日出前？最高溫度出現(xiàn)在正午后，而不是在輻射最強(qiáng)的正午？

6．試比較土壤、水體和大氣的熱傳播特點(diǎn)以及地面溫度、氣溫和水溫極值溫度出現(xiàn)時(shí)間和較差的大小。

7．逆溫層和山區(qū)暖帶是怎樣形成的？在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中怎樣利用逆溫？

9．何謂農(nóng)業(yè)界限溫度？常用的農(nóng)業(yè)界限溫度有哪些？其意義是什么？怎樣確定農(nóng)業(yè)界限溫度？

11．三基點(diǎn)溫度包括哪些內(nèi)容？

12．常用的積溫有哪些？活動(dòng)積溫和有效積溫有什么不同？它們在統(tǒng)計(jì)方法和實(shí)際應(yīng)用中有何區(qū)別？

13．簡述計(jì)算活動(dòng)積溫和有效積溫的方法。

14．名詞解釋

熱容量導(dǎo)熱率導(dǎo)溫率日較差年較差三基點(diǎn)溫度界限溫度活動(dòng)積溫有效積溫思考題1.什么叫絕熱變化？怎樣利用絕熱梯度來判斷大氣的穩(wěn)定82練習(xí)題1、某人要建地下別墅，其土質(zhì)為孔隙度40%的沙壤土，要求別墅每年1月15日達(dá)到一年中最高溫度，即正好比地表最高溫度出現(xiàn)時(shí)間遲6個(gè)月（183天），問別墅應(yīng)建在多深處？已知地表年溫振幅A（0）為40℃，地下別墅年平均溫度為18℃，求別墅的年溫振幅A（別）及年平均最高溫度T高和最低溫度T低？2、美國“阿波羅號”宇宙飛船測得月亮表面及其地下30cm處的最高及最低溫差分別為280℃和10℃，月球上晝夜各持續(xù)14天（按地球天算），求月亮上土壤的日衰減深度D和熱擴(kuò)散率K，并與地球上的土壤K值相比較？練習(xí)題1、某人要建地下別墅，其土質(zhì)為孔隙度40%的沙83SOILPROBLEMS1、Supposeyouweretryingtopreventapipeburiedinsandorclayfromfreezing