1、 热量交换方式热量交换方式 物质的热属性物质的热属性平流 (流体水平方向上的流动)对流 (流体垂直方向上大规模、有规律的升降运动)分子传导分子传导流体在加速地作水流体在加速地作水平流动时，它的内平流动时，它的内部将发生无规则的部将发生无规则的湍动，称湍流。当湍动，称湍流。当流体加速地流经不流体加速地流经不平的下垫面时，在平的下垫面时，在起伏物体的两方形起伏物体的两方形成涡流。湍流和涡成涡流。湍流和涡流统称为乱流。流统称为乱流。流体的各向流动流体的各向流动 乱流乱流 潜热交换潜热交换 辐射热交换辐射热交换是是地面与大气地面与大气之间热交换的主要方式。之间热交换的主要方式。这种热交换方式这种热交换
2、方式不仅在地面和空气之不仅在地面和空气之间间进行，进行，而且在不同的空气层之间而且在不同的空气层之间也也可以进行辐射热交换。可以进行辐射热交换。是土壤中热交换的主要方式是土壤中热交换的主要方式 地面水分蒸发或升华时，要吸收地地面水分蒸发或升华时，要吸收地面的一部分热量，当这部分水汽在面的一部分热量，当这部分水汽在空气中凝结或凝华时，又把潜热释空气中凝结或凝华时，又把潜热释放出来给大气，大气便间接地从地放出来给大气，大气便间接地从地面获得了热量。反之，当空气中的面获得了热量。反之，当空气中的水汽在地面上凝结或凝华时，地面水汽在地面上凝结或凝华时，地面获得了热量。实际上从地面蒸发出获得了热量。实际
3、上从地面蒸发出去的水分远多于在地面凝结的水分，去的水分远多于在地面凝结的水分，通过水相变化，使潜热转移。这种通过水相变化，使潜热转移。这种潜热交换方式不仅在地面与空气间潜热交换方式不仅在地面与空气间进行，在空气与空气之间也可以进进行，在空气与空气之间也可以进行。行。 导热率与容积热容量之比可作为物质发生温度变化的指标，称导温率(K)，即：K /C单位：厘米2 秒-1 一克物质温度升高一克物质温度升高(或降低或降低)一度所吸收一度所吸收(或放出或放出)的热量，的热量，称为质量热容量称为质量热容量(焦焦克克-1 度度-1 )， 又称比热或比热容。又称比热或比热容。1立方厘立方厘米的物质温度升高米的
4、物质温度升高(或降低或降低)一度所吸收一度所吸收(或放出或放出)的热量，称为的热量，称为容积热容量容积热容量(焦焦厘米厘米-3 度度-1 )。 容积热容量容积热容量( Cv )与质量热容量与质量热容量(S)的关系：的关系：Cv = Cm 单位厚度间、保持单位温度差时，其相对的单位厚度间、保持单位温度差时，其相对的两个面在单位时间中通过单位面积的热量，两个面在单位时间中通过单位面积的热量，称为导热率称为导热率(焦焦厘米厘米-1度度-1 秒秒-1 )。导热率。导热率( )表示物质输送热量的能力表示物质输送热量的能力。 土壤热特性土壤热特性 土壤的冻结和解冻土壤的冻结和解冻2022-6-16土壤热特
5、性土壤热特性 热容量热容量v土壤是由固体成分和不定量的水及空气组成。由表土壤是由固体成分和不定量的水及空气组成。由表21不不难看出，各固体成分的热容量差别不大，空气的热容量最难看出，各固体成分的热容量差别不大，空气的热容量最小，水的热容量最大，为空气的小，水的热容量最大，为空气的3 000多倍。多倍。因此，影响因此，影响土壤容积热容量改变的主要因素是土壤容积热容量改变的主要因素是土壤中土壤中水分水分和和空气空气所占所占的比例。的比例。土壤湿度增大时，空气含量少，热容量增大；土土壤湿度增大时，空气含量少，热容量增大；土壤湿度小时，空气含量多，热容量小。壤湿度小时，空气含量多，热容量小。另外热容量
6、还随土另外热容量还随土壤壤孔隙度孔隙度的增大而减小。如耕翻后的土壤，孔隙度增加，的增大而减小。如耕翻后的土壤，孔隙度增加，如果土壤水分含量没有增加，则热容量变小。如果土壤水分含量没有增加，则热容量变小。 2022-6-17土壤热特性土壤热特性 导热率导热率v导热率的大小决定于土壤组成成分及所占的比例。导热率的大小决定于土壤组成成分及所占的比例。由表由表21可知，土壤中固体成分的导热率最大，可知，土壤中固体成分的导热率最大，空气最小，水的导热率居中，但仍为空气的空气最小，水的导热率居中，但仍为空气的28倍。倍。通常情况下，土壤固体成分很少变化，所以在一通常情况下，土壤固体成分很少变化，所以在一定
7、的土壤条件下，定的土壤条件下，影响导热率最主要的因子是影响导热率最主要的因子是土土壤孔隙度壤孔隙度和和土壤含水量土壤含水量。2022-6-18土壤热特性土壤热特性 导热率导热率v它它随土壤孔隙度的增加而随土壤孔隙度的增加而减小减小(图图23)，随土壤湿度随土壤湿度的增加而增加的增加而增加。此外，土壤。此外，土壤中有机质含量也影响导热率，中有机质含量也影响导热率，一般一般有机质含量增多，可使有机质含量增多，可使导热率变小导热率变小。 土壤导热率表示土壤内部由温度高的部分向温度低的部分传递热土壤导热率表示土壤内部由温度高的部分向温度低的部分传递热量的能力。量的能力。当温度垂直梯度相同时，导热率大的
8、土壤热量容易传当温度垂直梯度相同时，导热率大的土壤热量容易传人深层或从深层得到热量，因而表层温度变化小。人深层或从深层得到热量，因而表层温度变化小。如潮湿土壤与如潮湿土壤与干燥土壤相比，潮湿土壤表层昼夜温差小，而深层相反。干燥土壤相比，潮湿土壤表层昼夜温差小，而深层相反。 2022-6-19土壤热特性土壤热特性导温率导温率 v土壤导温率与导热率成正比，与热容量成反比。因此，土壤导温率与导热率成正比，与热容量成反比。因此，凡影响土壤导热率和热容量的因素，如土壤矿质成分，凡影响土壤导热率和热容量的因素，如土壤矿质成分，土壤孔隙度及土壤湿度等都能影响土壤导温率的大小。土壤孔隙度及土壤湿度等都能影响土
9、壤导温率的大小。但土壤导温率与土壤湿度的关系比较复杂，土壤水分含但土壤导温率与土壤湿度的关系比较复杂，土壤水分含量的变化，既影响土壤导热率又影响热容量，因此，对量的变化，既影响土壤导热率又影响热容量，因此，对导温率的影响并不显示简单的线性关系。导温率的影响并不显示简单的线性关系。v土壤导温率直接决定着土壤温度的垂直分布及最高、最土壤导温率直接决定着土壤温度的垂直分布及最高、最低温度出现的时间。低温度出现的时间。在其他条件相同时，导温率越大，在其他条件相同时，导温率越大，其表面温度变化越小，而土壤内温度变化则越大。同时，其表面温度变化越小，而土壤内温度变化则越大。同时，土壤温度变化所及的深度也越
10、深，各深度最高和最低温土壤温度变化所及的深度也越深，各深度最高和最低温度出现的时间较地表落后得就越少。度出现的时间较地表落后得就越少。 容积热容量土壤温度的变化土壤温度的变化潮湿 or 干燥导热率导温率湿度（潮湿 or 干燥）孔隙度(紧密粘重 or 疏松)12%（ /C ）土壤温度土壤温度的时间变化的时间变化的垂直分布的垂直分布返回返回日日变化变化一天中，土表最高一天中，土表最高温度出现在温度出现在13时左右，时左右，最低值出现在日出前。最低值出现在日出前。一天中土壤最高温度一天中土壤最高温度与最低温度之差称为土与最低温度之差称为土温日较差。土表日较差温日较差。土表日较差最大，越向深层，较差最
11、大，越向深层，较差越小，至一定深度后较越小，至一定深度后较差为零。差为零。中高纬度，土表温度年变化特点：最热月出现在7、8月，最冷月出现在1、2月；低纬度受云量、降水的影响较大。土温年较差年较差随深度的增加而减小，直至一定深度时年较差为零，这个深度以下的层次叫土温不变层（如图）。以以19时为代表，此时为代表，此时上层是放热型，下时上层是放热型，下层是受热型层是受热型放热型：放热型：以以01时为代表，土时为代表，土温随深度增加而升高，温随深度增加而升高，热量由下向上输送热量由下向上输送受热型：受热型：清晨转变型：清晨转变型：傍晚转变型：傍晚转变型：以以09时为代表，此时为代表，此时时5厘米以上是
12、受热厘米以上是受热型，以下是放热型型，以下是放热型以以13时为代表，土时为代表，土温随深度增加而降低，温随深度增加而降低，热量由上向下输送热量由上向下输送 1定律一定律一 若土壤深度按算术级数增加，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小。则土壤温度的振幅按几何级数减小。 2定律二定律二 最高温度和最低温度出现的时最高温度和最低温度出现的时间，随深度的增加而落后，其落后的时间间，随深度的增加而落后，其落后的时间与土壤深度成正比。与土壤深度成正比。 3定律三定律三 不同周期的温度振幅随深度的不同周期的温度振幅随深度的减小不同，若使振幅缩小到同样的倍数，减小不同，若使振幅缩小到同样
13、的倍数，他们的深度与其周期的平方根成正比。他们的深度与其周期的平方根成正比。 影响土壤表面温度日较差的因子影响土壤表面温度日较差的因子返回返回 1.太阳高度角太阳高度角 是影响土表温度日变化最主要和最基是影响土表温度日变化最主要和最基本的因子。本的因子。正午时刻太阳高度角大的季节或地区，太正午时刻太阳高度角大的季节或地区，太阳辐射日变化大，因而土壤表面温度日较差就大。阳辐射日变化大，因而土壤表面温度日较差就大。一一般正午太阳高度角随纬度的增高而减小，所以土壤表般正午太阳高度角随纬度的增高而减小，所以土壤表面温度日较差也随纬度的增高而减小。在中纬度地区面温度日较差也随纬度的增高而减小。在中纬度地
14、区的正午太阳高度角随季节的变化较大，所以该地区土的正午太阳高度角随季节的变化较大，所以该地区土壤表面温度日较差随季节的变化也较大。壤表面温度日较差随季节的变化也较大。 2土壤热特性土壤热特性 导热率大的土壤，导热率大的土壤，当表面获得热量当表面获得热量时，有较多的热量传向深层；表层冷却时，又有较多时，有较多的热量传向深层；表层冷却时，又有较多的热量自深层传至土表，因而使的热量自深层传至土表，因而使土表日较差小土表日较差小；导热；导热率小的土壤则表层温度日较差较大。率小的土壤则表层温度日较差较大。热容量大的土壤，热容量大的土壤，温度日较差小；相反，热容量小的土壤温度日较差大。温度日较差小；相反，
15、热容量小的土壤温度日较差大。3土壤颜色土壤颜色 深色土壤表面比浅色土壤表面的温度日较深色土壤表面比浅色土壤表面的温度日较差大。差大。4地形地形 地形主要影响乱流热交换。与平地相比，地形主要影响乱流热交换。与平地相比，凸起凸起地地由于通风良好，乱流交换旺盛，白天温度不易升高，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，因而夜间温度不易降低，因而温度日较差比平地小；凹地温度日较差比平地小；凹地则相反，其乱流交换弱，白天热量不易散失，夜间除则相反，其乱流交换弱，白天热量不易散失，夜间除辐射冷却外，冷空气沿坡下滑汇集到凹地，更加剧了辐射冷却外，冷空气沿坡下滑汇集到凹地，更加剧了地面
16、的冷却，故地面的冷却，故凹地土壤表面温度日较差大于平地。凹地土壤表面温度日较差大于平地。5天气天气 晴天时土表温度日较差比阴天时大。晴天时土表温度日较差比阴天时大。因为云层因为云层在白天能削弱太阳辐射，使地面增温少，夜间能向地在白天能削弱太阳辐射，使地面增温少，夜间能向地面投射较多的逆辐射，减少了地面有效辐射，故阴天面投射较多的逆辐射，减少了地面有效辐射，故阴天的温度日较差小。的温度日较差小。实际上，土壤温度日较差的大小是由上述各种因子综合实际上，土壤温度日较差的大小是由上述各种因子综合影响的结果。影响的结果。2022-6-117土壤的冻结和解冻土壤的冻结和解冻 w1.土壤冻结的概念：土壤冻结
17、的概念：w当土壤温度降低到当土壤温度降低到0以下时，土壤中水分与潮湿以下时，土壤中水分与潮湿土粒发生凝固或结冰，使土壤变得非常坚硬，这就土粒发生凝固或结冰，使土壤变得非常坚硬，这就是是土壤冻结。土壤冻结。冻结后的土壤称为冻结后的土壤称为冻土。冻土。由于土壤水由于土壤水分中含有不同的盐类，其冰点比纯水低，所以，只分中含有不同的盐类，其冰点比纯水低，所以，只有当土壤温度降至有当土壤温度降至0以下时才会冻结。以下时才会冻结。w积雪覆盖和植被可使土壤冻结较浅；湿度大的土壤积雪覆盖和植被可使土壤冻结较浅；湿度大的土壤冻结浅而晚；高地较低地冻结深。从地理分布看，冻结浅而晚；高地较低地冻结深。从地理分布看，
18、冻土深度自北向南减小。冻土深度自北向南减小。 w春季随着土温的升高，土壤逐渐解冻，解冻时，是春季随着土温的升高，土壤逐渐解冻，解冻时，是由上而下和由下而上两个方向同时进行的。但在多由上而下和由下而上两个方向同时进行的。但在多雪的冬季，土壤冻结不很深，解冻常是靠土壤深层雪的冬季，土壤冻结不很深，解冻常是靠土壤深层上传的热量，从下而上进行的。上传的热量，从下而上进行的。 2022-6-118土壤的冻结和解冻土壤的冻结和解冻w2.土壤冻结对农业生产的利与弊及其防御措施：土壤冻结对农业生产的利与弊及其防御措施：w土壤冻结时，冰晶体膨胀，能使土块破裂，空隙增土壤冻结时，冰晶体膨胀，能使土块破裂，空隙增大
19、，解冻后，土壤变得疏松，有利于土壤中空气的大，解冻后，土壤变得疏松，有利于土壤中空气的流通和水分渗透性的提高。流通和水分渗透性的提高。w在地下水位不深的地区，冻结能使下层水汽向上扩在地下水位不深的地区，冻结能使下层水汽向上扩散，增加耕作层的水分贮存量，这对春旱地区的农散，增加耕作层的水分贮存量，这对春旱地区的农业生产有很大意义。但在春季土壤尚未解冻时，常业生产有很大意义。但在春季土壤尚未解冻时，常使降水不能透入土层，而增加了地表的水分流失。使降水不能透入土层，而增加了地表的水分流失。w土壤冻结时，可使根系发达的乔木抗风性增强。在土壤冻结时，可使根系发达的乔木抗风性增强。在春季气温较高的情况下，
20、植物地上部分蒸腾加强，春季气温较高的情况下，植物地上部分蒸腾加强，耗水量增加，而在冻土中的根部还不能从土壤中得耗水量增加，而在冻土中的根部还不能从土壤中得到水分，因而造成植物的生理干旱，引起枯萎或死到水分，因而造成植物的生理干旱，引起枯萎或死亡。亡。 2022-6-119土壤的冻结和解冻土壤的冻结和解冻w在土壤解冻过程中，随着早春温度的波动，致使土在土壤解冻过程中，随着早春温度的波动，致使土壤时化时冻，冻融交替，极易将浅根作物的根拉断。壤时化时冻，冻融交替，极易将浅根作物的根拉断。这种这种掀耸现象掀耸现象也可发生在秋季冻结时，但在气候寒也可发生在秋季冻结时，但在气候寒冷的地区严重。积雪多的地方
21、，由于雪的保温作用，冷的地区严重。积雪多的地方，由于雪的保温作用，既使气候寒冷也不会发生掀耸。为防止该现象的发既使气候寒冷也不会发生掀耸。为防止该现象的发生，可采取一些预防措施。如播种分蘖节较深的品生，可采取一些预防措施。如播种分蘖节较深的品种；种子深覆土；播种前镇压土壤等。种；种子深覆土；播种前镇压土壤等。w农产品窖藏时，应参考当地最大冻土深度资料，把农产品窖藏时，应参考当地最大冻土深度资料，把窖安排在该深度以下，以免农产品被冻坏。在北方，窖安排在该深度以下，以免农产品被冻坏。在北方，为越冬作物灌水的时间，最好在土壤处于为越冬作物灌水的时间，最好在土壤处于“日化夜日化夜冻冻”的时期进行，过晚
22、则易因地表形成冰壳而损伤的时期进行，过晚则易因地表形成冰壳而损伤幼苗幼苗 。 （一）地面热量收支（一）地面热量收支 （二）地表层的热量收支（二）地表层的热量收支地面热量收支地面热量收支 地表面的温度变化主要是由地表面的温度变化主要是由地表面热量收支不平衡地表面热量收支不平衡引起的。引起的。例如在例如在白天白天，地面吸收的热量多于放出的热量时，地面就，地面吸收的热量多于放出的热量时，地面就会得热升温；会得热升温；夜间夜间，当地面放出的热量多于吸收的热量时，当地面放出的热量多于吸收的热量时，地面就会失热降温。如果地面的热量收支相等，则地面的地面就会失热降温。如果地面的热量收支相等，则地面的温度保持
23、不变。温度保持不变。地面热量的收入与支出之地面热量的收入与支出之差，称为差，称为地面热量收支差额地面热量收支差额。可见，地面热量收支。可见，地面热量收支差额是决定地面温度变化的重要因子。差额是决定地面温度变化的重要因子。 白天，地面净辐射白天，地面净辐射R为正值，地表面吸收的辐射为正值，地表面吸收的辐射能转化为热能，使地面温度高于贴地气层和下层能转化为热能，使地面温度高于贴地气层和下层土壤，于是热量从温度高的地表面向外传递：以土壤，于是热量从温度高的地表面向外传递：以乱流热交换方式进入空气的热通量乱流热交换方式进入空气的热通量P，以分子热，以分子热传导方式进入下层土壤的热通量传导方式进入下层土
24、壤的热通量B，还有一部分，还有一部分热量用于土壤水分蒸发热量用于土壤水分蒸发LE。 夜间，地面净辐射夜间，地面净辐射R为负值，地表面因辐射消耗为负值，地表面因辐射消耗能量而不断降温，使地面温度低于临近气层和土能量而不断降温，使地面温度低于临近气层和土层，于是空气及下层土壤以热通量层，于是空气及下层土壤以热通量P及及B的方式向的方式向地面输送热量，同时，与地面接触的空气达到饱地面输送热量，同时，与地面接触的空气达到饱和状态，又会释放凝结潜热和状态，又会释放凝结潜热LE给地面给地面(图图2一一1)。箭头指向地面的是收入项，表示箭头指向地面的是收入项，表示地面得到热量，为正值；箭头由地面得到热量，为
25、正值；箭头由地面指向空气及下层土壤的是支地面指向空气及下层土壤的是支出项，表示地面失去热量，为负出项，表示地面失去热量，为负值。对地面而言，白天值。对地面而言，白天R R为正，为正，P P、B B、LELE项为负，夜间项为负，夜间R R为负，为负，P P、B B、LELE项为正。热量收支情况，可用项为正。热量收支情况，可用下式表示下式表示 Q QS S=R-P- =R-P- B -LE-LE地面热量收支各项的大小在不同时间和不同性质的地面热量收支各项的大小在不同时间和不同性质的下垫面上是不同的，可导致地面温度发生变化。下垫面上是不同的，可导致地面温度发生变化。例如在白天，例如在白天，当土壤比较
26、当土壤比较干燥时干燥时，地面净辐射，地面净辐射R用于空气增热的热量用于空气增热的热量P较多，而土壤蒸发消较多，而土壤蒸发消耗的热量耗的热量LE和传给下和传给下层土壤的热量层土壤的热量B都很都很少，使地表层热量收少，使地表层热量收支差额支差额Qs值较大，土值较大，土壤表层增温较快；壤表层增温较快；当当土壤比较潮湿土壤比较潮湿时，则用于土壤蒸发的热量时，则用于土壤蒸发的热量较多，尤其是在有植被的下垫面上，蒸发较多，尤其是在有植被的下垫面上，蒸发耗热包括土壤蒸发和植物蒸腾两部分，耗热包括土壤蒸发和植物蒸腾两部分，LE项显著增大。项显著增大。同时向下层土壤传同时向下层土壤传递的热量递的热量BB也较也较
27、多，使地表层热量多，使地表层热量收支差额收支差额QsQs值较小，值较小，故温度变化比较缓故温度变化比较缓和。和。辐射差额辐射差额( R ) 地面热量收支地面热量收支地面与下层地面与下层的热量交换的热量交换( B ) 潜热潜热( LE ) 地面与近地地面与近地气层的热量气层的热量交换交换( P ) R P B LE0 土壤温度高低直接影响植物的生长发育，大多数土壤温度高低直接影响植物的生长发育，大多数作物根区温度在作物根区温度在20一一30时生长最快。土温对作时生长最快。土温对作物的影响主要有以下几个方面：物的影响主要有以下几个方面： 1土温影响植物根系对水分和养分的吸收土温影响植物根系对水分和
28、养分的吸收 2土温影响植物块根、块茎的形成土温影响植物块根、块茎的形成 不仅影响不仅影响产量，还影响块茎的形状和大小及含糖量的多少产量，还影响块茎的形状和大小及含糖量的多少等。马铃薯等。马铃薯15.622.9最适于形成块茎，形成最适于形成块茎，形成的薯块个数少而体积大。土温日较差和垂直梯度的薯块个数少而体积大。土温日较差和垂直梯度大，薯块成圆形。马铃薯的退化也与栽培期的土大，薯块成圆形。马铃薯的退化也与栽培期的土温有关。温有关。 3土温影响种子发芽、出苗土温影响种子发芽、出苗 4 土温影响昆虫的发生土温影响昆虫的发生 2022-6-1282022-6-129一天中，最高气温出现在14-15时左
29、右，最低值出现在日出前后。气温日较差随纬度（增高而减小）、季节（夏季冬季，春季最大）、地形（凸地平地凹地）、下垫面性质（海洋陆地，沙土、深色土、干燥疏松土黏土、浅色和潮湿紧密土 ）和天气状况（晴 阴）的影响而变化。大陆性气候区和季风性气候区，一年中最热月出现在7月，最冷月出现在1月；海洋性气候区分别出现在8月和2月。影响年较差的因子有纬度(增高而增大）、距海远近（远大、近小）及地形和天气状况等。2022-6-130 (一)对流层气温的垂直变化 (二)近地层气温的水平分布 (三)近地层气温的垂直分布气温随高度变化的程度，是用单位高度内气气温随高度变化的程度，是用单位高度内气温的变化值，即气温垂直
30、梯度来表示，又称温的变化值，即气温垂直梯度来表示，又称气温直减率气温直减率。常用。常用 表示，即表示，即 在对流层中在对流层中 平均为平均为0.65/hmdZdTZT 等温线大部分（尤其是南半球）趋向于接等温线大部分（尤其是南半球）趋向于接近东西向排列，赤道地区气温高，向两极近东西向排列，赤道地区气温高，向两极逐渐降低。逐渐降低。 冬季北半球的等温线在大陆上大致凸向赤冬季北半球的等温线在大陆上大致凸向赤道，在海洋上大致凸向极地道，在海洋上大致凸向极地,而夏季相反。而夏季相反。 最高温度带并不位于赤道上，而是冬季在最高温度带并不位于赤道上，而是冬季在510N处，夏季位于处，夏季位于20N附近。附
31、近。 冷极出现在南极，为冷极出现在南极，为-90；热极出现在索；热极出现在索马里境内，为马里境内，为63。 日射型日射型 气温随高度增加而降低，以气温随高度增加而降低，以10和和13时为时为代表。代表。 辐射型辐射型 气温随高度增加而增加，以气温随高度增加而增加，以23和和6时为时为代表。代表。 在一定条件下，气温随高度的增加而增加，气温在一定条件下，气温随高度的增加而增加，气温直减率为负值的现象称为直减率为负值的现象称为逆温逆温，发生逆温的气层，发生逆温的气层称为称为逆温层逆温层（又称阻塞层）。（又称阻塞层）。 当发生逆温时，冷而重的空气在下，暖而轻的空当发生逆温时，冷而重的空气在下，暖而轻
32、的空气在上，不易形成对流运动，使气层处于气在上，不易形成对流运动，使气层处于稳定状稳定状 态态，阻碍了空气垂直运动向上发展，因而在逆温，阻碍了空气垂直运动向上发展，因而在逆温层下部常聚集大量的烟尘、水汽凝结物等，使能层下部常聚集大量的烟尘、水汽凝结物等，使能见度变坏。见度变坏。 逆温按其形成的原因，可分为辐射逆温、平流逆逆温按其形成的原因，可分为辐射逆温、平流逆温、下沉逆温、锋面逆温、湍流逆温、地形逆温温、下沉逆温、锋面逆温、湍流逆温、地形逆温 和融雪逆温等。和融雪逆温等。 1.辐射逆温辐射逆温 由于下垫面强烈辐射冷却而形成的由于下垫面强烈辐射冷却而形成的逆温称为逆温称为辐射逆温辐射逆温。在晴
33、朗微风或少云的夜间，。在晴朗微风或少云的夜间，下垫面辐射冷却迅速，贴近下垫面的气层随之降下垫面辐射冷却迅速，贴近下垫面的气层随之降温。由于越靠近下垫面的空气受其影响越大，降温。由于越靠近下垫面的空气受其影响越大，降温也越快，而距下垫面较远的空气，降温较少，温也越快，而距下垫面较远的空气，降温较少，于是便形成了自地面开始的逆温层。随着下垫面于是便形成了自地面开始的逆温层。随着下垫面的继续辐射冷却，逆温层逐渐向上扩展增厚，日的继续辐射冷却，逆温层逐渐向上扩展增厚，日出前强度最大。日出后，太阳辐射使下垫面很快出前强度最大。日出后，太阳辐射使下垫面很快增温，逆温层便自下而上逐渐消失。增温，逆温层便自下
34、而上逐渐消失。 2.平流逆温平流逆温 当暖空气平流到冷的下垫面上，使下层空当暖空气平流到冷的下垫面上，使下层空气冷却而形成的逆温，称为平流逆温气冷却而形成的逆温，称为平流逆温。平流逆温的强度平流逆温的强度取决于暖空气与冷的下垫面之间的温差大小，温差越大，取决于暖空气与冷的下垫面之间的温差大小，温差越大，平流逆温的强度越强。例如，在冬季，中纬度的沿海地平流逆温的强度越强。例如，在冬季，中纬度的沿海地区由于海陆温差较大，当海上暖空气流到冷的陆面上时，区由于海陆温差较大，当海上暖空气流到冷的陆面上时，就会出现较强的平流逆温。就会出现较强的平流逆温。 平流逆温可以出现在平流逆温可以出现在一天中任何时刻
35、一天中任何时刻，有时还可，有时还可持续几昼夜。只是在白天，由于太阳辐射使下垫持续几昼夜。只是在白天，由于太阳辐射使下垫面受热，平流逆温的强度有所减弱，而到了夜间，面受热，平流逆温的强度有所减弱，而到了夜间，由于地面有效辐射失热又会再度加强其强度由于地面有效辐射失热又会再度加强其强度。 逆温现象在农业生产上有很多方面的应用。例如：逆温现象在农业生产上有很多方面的应用。例如： 在有霜冻的夜晚，往往有逆温层存在，此时燃烧柴在有霜冻的夜晚，往往有逆温层存在，此时燃烧柴草、烟雾剂等，形成的烟雾会被逆温层阻挡而弥漫草、烟雾剂等，形成的烟雾会被逆温层阻挡而弥漫 在贴地气层，增加大气逆辐射，在贴地气层，增加大
36、气逆辐射，防霜冻防霜冻效果好。效果好。 在清晨逆温较强时防治病虫害在清晨逆温较强时防治病虫害 (喷雾喷雾)，可使药剂停，可使药剂停留在贴地气层，并向水平方向及下方扩展，均匀地留在贴地气层，并向水平方向及下方扩展，均匀地洒落在植株上，有效地洒落在植株上，有效地防治病虫害防治病虫害。 在寒冷季节在寒冷季节晾晒一些农副产品晾晒一些农副产品时，为避免地面温度时，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，一过低受冻，可将晾晒的东西置于一定高度之上，一般般2m高度处的气温比地面可高出高度处的气温比地面可高出35。 在在果树果树栽培中，也可利用逆温现象进行栽培中，也可利用逆温现象进行高接高接，
37、使嫁，使嫁接部位恰好处于气温较高的范围之内，避开了低温接部位恰好处于气温较高的范围之内，避开了低温层，使果树在冻害严重的年份能够安全越冬。层，使果树在冻害严重的年份能够安全越冬。 空气的绝热变化空气的绝热变化一块空气有热量的收入或支出时，可以引一块空气有热量的收入或支出时，可以引起温度变化。但是，如是不与外界交换热起温度变化。但是，如是不与外界交换热量，仅由空气本身的体积变化，根据热力量，仅由空气本身的体积变化，根据热力学第一定律学第一定律dQ=dU+dW,也会引起这块空也会引起这块空气温度的改变。空气块与环境不发生热量气温度的改变。空气块与环境不发生热量交换，称为绝热条件。绝热情况下的温度交
38、换，称为绝热条件。绝热情况下的温度变化过程，叫绝热变化过程。变化过程，叫绝热变化过程。干绝热变化干绝热变化湿绝热变化湿绝热变化干空气或未饱和的湿空气干空气或未饱和的湿空气(没有水汽凝结没有水汽凝结)与与外界之间无热量交换时的状态变化过程，外界之间无热量交换时的状态变化过程，称为空气的干绝热过程。当气块下降时，称为空气的干绝热过程。当气块下降时，绝热增温；反之，绝热冷却。在大气静力绝热增温；反之，绝热冷却。在大气静力条件下条件下(即气块的气压时时都与周围大气的即气块的气压时时都与周围大气的气压处于平衡气压处于平衡)，干绝热升降引起的温度随，干绝热升降引起的温度随高度的变化率高度的变化率( d =
39、-dT/dZ )，称为干绝热，称为干绝热直减率。据计算，直减率。据计算， d = 0.98/hm，实际工，实际工作中取作中取 d = 1/hm 。 饱和空气，即在上升和下降时空气都维持饱和状饱和空气，即在上升和下降时空气都维持饱和状态，这时，温度的绝热变化称为湿绝热变化。其温态，这时，温度的绝热变化称为湿绝热变化。其温度变化率称为湿绝热直减率，用度变化率称为湿绝热直减率，用 m 表示。因饱和表示。因饱和空气上升时，温度随高度的变化是由两种作用引起空气上升时，温度随高度的变化是由两种作用引起的：一种是由气压变化引起的，另一种是由水汽凝的：一种是由气压变化引起的，另一种是由水汽凝结时释放潜热引起的
40、。故当空气上升时，气压使温结时释放潜热引起的。故当空气上升时，气压使温度降低，水汽凝结造成温度升高；当空气下降时，度降低，水汽凝结造成温度升高；当空气下降时，气压使温度升高，蒸发使温度降低，这两种过程相气压使温度升高，蒸发使温度降低，这两种过程相互作用，使得有水汽凝结时，空气的升降所引起的互作用，使得有水汽凝结时，空气的升降所引起的温度变化幅度要比没有水汽凝结时小。因此，一般温度变化幅度要比没有水汽凝结时小。因此，一般情况下，情况下， 。 大气的稳定性 大气稳定度的概念 大气稳定度的判断 假如有一块空气受外力假如有一块空气受外力作用，产生垂直运动，当外作用，产生垂直运动，当外力除去后，可能出现
41、三种情力除去后，可能出现三种情况：况：若气块逐渐减速，趋若气块逐渐减速，趋向于回到原位，则大气是稳向于回到原位，则大气是稳定的；定的；若气块仍按原方向若气块仍按原方向加速运动，则大气是不稳定加速运动，则大气是不稳定的；的；若气块既没回到原位，若气块既没回到原位，又无继续加速向前的趋势，又无继续加速向前的趋势，而是保持原有运动状态，则而是保持原有运动状态，则大气是中性的。大气是中性的。 大气稳定度大气稳定度是表示大气层结(温度和湿度垂直分布)对气块能否产生对流的一种潜在能力的度量。必需注意，它并不是表示气层中已经存在的垂直运动，而是用来描述大气层结对于气块在受外力扰动而产生垂直运动时，会起什么影
42、响(加速、减速或等匀速)。结结 论论1. 愈大，大气愈不稳定；愈大，大气愈不稳定； 愈小，大气愈稳定。愈小，大气愈稳定。2. 当当 m时，必然时，必然 d 时，必然时，必然 m ，无论空气是否达，无论空气是否达到饱和，大气总是处于不稳定状态，因而称为绝到饱和，大气总是处于不稳定状态，因而称为绝对不稳定。对不稳定。3.当当 d m时，对于饱和空气来说，大气是处时，对于饱和空气来说，大气是处于不稳定状态的；对于未饱和空气来说，大气是于不稳定状态的；对于未饱和空气来说，大气是处于稳定状态的。这种情况称为条件不稳定。处于稳定状态的。这种情况称为条件不稳定。 2022-6-143第四节第四节 热量条件与
43、农业热量条件与农业w三基点温度和受害、致死温度三基点温度和受害、致死温度w温周期现象温周期现象w农业界限温度农业界限温度w温度变化与作物生长发育温度变化与作物生长发育w积温及其应用积温及其应用 生物的生命活动都在一定的温度范围内进行，不论是生物的生命活动都在一定的温度范围内进行，不论是一般的生命活动还是生长、发育，都有三个温度基本点，一般的生命活动还是生长、发育，都有三个温度基本点，即维持生长发育的即维持生长发育的最低温度最低温度、最适温度最适温度和和最高温度最高温度，这三这三者合称为三基点温度。者合称为三基点温度。2022-6-144三基点温度三基点温度w在在最适温度最适温度下植物生长发育迅
44、速而良好；在下植物生长发育迅速而良好；在生长发育的生长发育的最低和最高温度最低和最高温度下植物停止生长下植物停止生长发育，但仍能维持生命；如果温度继续升高发育，但仍能维持生命；如果温度继续升高或降低，就会发生不同程度的危害，达到生或降低，就会发生不同程度的危害，达到生命的最低和最高温度时，植物开始死亡。在命的最低和最高温度时，植物开始死亡。在三基点温度之外，还可以确定三基点温度之外，还可以确定最高与最低受最高与最低受害、致死温度，害、致死温度，统称为统称为5个基本温度指标。个基本温度指标。 2022-6-145三基点温度三基点温度w不同作物或同一作物的不同发育期，三基不同作物或同一作物的不同发
45、育期，三基点温度是不相同的。点温度是不相同的。不同作物的三基点温不同作物的三基点温度参考表度参考表24。 2022-6-146三基点温度三基点温度w作物生长发育时期的不同生理过程，三基点温度作物生长发育时期的不同生理过程，三基点温度是不相同的。以光合作用和呼吸作用的三基点温是不相同的。以光合作用和呼吸作用的三基点温度做比较，光合作用的最低温度为度做比较，光合作用的最低温度为0 5，最，最适温度为适温度为20 25 ，最高温度为，最高温度为4050 ；而呼吸作用分别为而呼吸作用分别为-10 、36 40 与与50 。w 三基点温度中，常有这样的现象，即最适温度三基点温度中，常有这样的现象，即最适
46、温度接近接近最高温度，而远离最低温度最高温度，而远离最低温度。最高温度在作最高温度在作物实际生育期中并不常见，而在作物生育期中最物实际生育期中并不常见，而在作物生育期中最低温度远比最高温度容易出现。所以对最低温度低温度远比最高温度容易出现。所以对最低温度的研究相对来说较为重要。的研究相对来说较为重要。在农业气象灾害中，在农业气象灾害中，低温危害也比高温危害多低温危害也比高温危害多。2022-6-147三基点温度三基点温度w三基点温度是三基点温度是最基本的温度指标，用途很广。最基本的温度指标，用途很广。在确定温度的有效性、作物的种植季节和分在确定温度的有效性、作物的种植季节和分布区域，计算作物生
47、长发育速度，计算生产布区域，计算作物生长发育速度，计算生产潜力等方面都必须考虑三基点温度潜力等方面都必须考虑三基点温度。除此之。除此之外，还可根据各种作物三基点的不同，外，还可根据各种作物三基点的不同，确定确定其适应的区域其适应的区域，如，如C4作物由于适应较高的温作物由于适应较高的温度和较强的光照，故在中纬度地区可能比度和较强的光照，故在中纬度地区可能比C3作物高产，而在高纬度地区作物高产，而在高纬度地区C3作物则可能比作物则可能比C4作物高产。作物高产。 2022-6-148受害、致死温度受害、致死温度 w植物遇低温而导致的受害或致死，称植物遇低温而导致的受害或致死，称冷害冷害和和冻害冻害
48、。在冻结温度以上的低温危害称。在冻结温度以上的低温危害称冷冷害害或或寒害寒害，冻结温度以下的危害则称为，冻结温度以下的危害则称为冻冻害害。植物因温度过高而造成的危害称。植物因温度过高而造成的危害称热害热害。 2022-6-149温周期现象温周期现象 w植物的生长和产品品质，在有一定昼夜变温的条件下比恒植物的生长和产品品质，在有一定昼夜变温的条件下比恒温条件下要好。这种现象称温条件下要好。这种现象称“温周期现象温周期现象”。在一定的温在一定的温度范围内，温度日较差越大，越有利于有机质的积累，作度范围内，温度日较差越大，越有利于有机质的积累，作物的产量高、品质好。物的产量高、品质好。在昼夜温差较大
49、的条件下，生长的在昼夜温差较大的条件下，生长的瓜果和肉质直根类作物，含糖量增加，小麦千粒重及蛋白瓜果和肉质直根类作物，含糖量增加，小麦千粒重及蛋白质含量均提高。质含量均提高。w植物的温周期特性和原产地温度日变化有关植物的温周期特性和原产地温度日变化有关。大陆性气候大陆性气候区区，温度日较差大，原产该地区的作物在日较差，温度日较差大，原产该地区的作物在日较差1015时生长最好；时生长最好；海洋性气候区海洋性气候区，因温度日较差小，原产该地，因温度日较差小，原产该地区的作物在日较差区的作物在日较差515时生长最好。时生长最好。某些热带作物某些热带作物，如甘蔗在日较差很小的情况下，仍能繁茂生长。如甘
50、蔗在日较差很小的情况下，仍能繁茂生长。w 气温年较差也影响着作物的生长发育气温年较差也影响着作物的生长发育，而且必要的高温，而且必要的高温对某些喜热作物是不可缺少的，如某些水稻品种，在湖北对某些喜热作物是不可缺少的，如某些水稻品种，在湖北长得很好，而在积温相近但四季如春的云南，因其缺少夏长得很好，而在积温相近但四季如春的云南，因其缺少夏季必要的高温而不能成熟。季必要的高温而不能成熟。 2022-6-150大多数作物要在日大多数作物要在日平均气温稳定通过平均气温稳定通过10，生长才能活，生长才能活跃，所以，日平均跃，所以，日平均气温气温10 以上的以上的持续期称为活跃期。持续期称为活跃期。春季日
