農(nóng)業(yè)氣象學經(jīng)典課件——溫度

1、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) 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 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(Molecular conduction) 依靠分子的熱運動傳遞 能量 3、 對流(Convection)空氣垂直 運動 4、 湍流(Turbulence)大團空氣（eddy）向垂直和水 平方向作無規(guī)律運動。 5、 平流（Advection）空氣的水平運動（風） 6、 相變（Change phase）汽態(tài)液態(tài)固態(tài)： 二、空氣的絕熱變化 在氣象學上，任

2、一氣塊與外界之間無熱量交換 時的狀態(tài)變化過程，叫做絕熱過程。在大氣中， 作垂直運動的氣塊，其狀態(tài)變化通常接近于絕 熱過程。 當升、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。 氣塊絕熱上升單位距離時的溫度降低值，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。 1 rd T T C g r dZ dT r i P d d i d 濕絕熱直減率 飽和濕（moist）空氣絕熱上升時，如果只是膨 脹降溫，濕絕熱直減率 m =1/100m,但水汽既已

3、飽 和，就要因冷卻而發(fā)生凝結，同時釋放凝結潛熱而 加熱氣塊。所以，飽和濕空氣絕熱上升時，因膨脹 而引起的m 要比 d 小， m平均值一般為m =0.5/100m。 （比較r、 m 和 d ？） 為什么md呢？ m 、d 和有什么不同？ 討論 三 、大氣穩(wěn)定度 大氣層結：大氣中溫度等氣象要素的垂直分布 狀況。 r0，大氣為不穩(wěn)定層結 r0, 大氣為穩(wěn)定層結 r=0， 大氣為中性層結 A ) 在穩(wěn)定的大氣層結下，大氣的對流運 動將受到抑制，常出現(xiàn)霧、層狀云、連 續(xù)性降水等天氣現(xiàn)象。污染物不易擴散， 污染嚴重。 B）在不穩(wěn)定大氣層結下，空氣對流運動發(fā) 展旺盛，常出現(xiàn)積狀云、陣性降水和冰 雹等天氣。污

4、染物擴散快，不易造成空 氣污染。 r0大氣為不穩(wěn)定層結時，氣溫下高上 低，空氣密度上高下低，因浮力作用， 對流旺盛； 當r0為穩(wěn)定層結時，因重 力作用，抑制對流運動。因此，我們把 大氣層結具有的這種影響對流運動的特 性稱為大氣層結的穩(wěn)定度。 (2)大氣穩(wěn)定度的判斷 判斷某時刻大氣是否穩(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）d 絕對不穩(wěn)定 B） m 絕對穩(wěn)定 C） =d干中濕不穩(wěn) D） =m 濕中干穩(wěn) E）m 5度有效溫度 發(fā)育速率 當量積溫 活動積溫經(jīng)過溫度強度系數(shù)訂正后得到物理量，反映某種作 物對累積熱量的要求。 可表達為：K(T)t 為

5、當量積溫， t為活動積溫， K(T)為溫強系數(shù)： K(T)=n0T0/t，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)。 效值積溫？ 積溫運用中要注意的問題： l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的 積溫不能完全決定作物能否完成發(fā)育階段。 l以用平均溫度來計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BrownBrown于19631963年提出用于反映玉米生 育期的熱量指標。CHU=(Tmin-4.4)+1.85(Tmax-10)-0.026(Tmax-10)CHU=(Tmin-4.4)+1.85(Tmax-10)-0.026(T

6、max-10)2 2/2/2 式中Tmax Tmax 和TminTmin分別為日最高和最低氣溫。 又如：海南與西雙版納的橡膠 l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。 實習五如何求算某地穩(wěn)定通過某界限溫度的 日期、持續(xù)天數(shù)及活動積溫有效積溫 本章重點： 1、空氣的絕熱變化和大氣層結穩(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)計方法 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

7、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？ 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，而不是在輻射最強的正午？ 6 試比較土壤、水體和大氣的熱傳播特點以及地面溫度、氣溫和水溫極 值溫度出現(xiàn)時間和較差的大小。 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？ 11三基點溫度包括哪些內(nèi)容？ 12常用的積溫有哪些？活動積溫和有效積溫有什么不同？它們在統(tǒng)計方 法和實際應用中有何區(qū)

8、別？ 13簡述計算活動積溫和有效積溫的方法。 14名詞解釋 熱容量 導熱率 導溫率 日較差 年較差三基點溫度 界限溫度活動積溫有效積溫 練 習 題 1、某人要建地下別墅，其土質為孔隙度40%的沙壤土， 要求別墅每年1月15日達到一年中最高溫度，即正好比地 表最高溫度出現(xiàn)時間遲6個月（183天），問別墅應建在 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

9、日衰減 深度D和熱擴散率K，并與地球上的土壤K值相比較？ SOIL PROBLEMS 1、Suppose you were trying to prevent a pipe buried in sand or clay from freezing during the winter, and could control the soil moisture to be either dry, moderately moist, or very wet. Which of these choices would be best? Worst? Explain with reference to c

10、oncepts of thermal diffusivity and damping depth. 2、Soil heat fluxes measured at 5cm and 10cm depths in a dry sand soil were 65w/m2 and 15w/m2, respectively.Will this soil layer warm or cool with time, and how many will it change in an hour? 3、Wiggley and lowly worm are cousins, Wiggley lives in a s

11、andy garden with a daily D of 15cm in the city while Lowly worm is a farmer who lives on a carrot farm in peat soil where the daily D is 5cm. Both own condominiums at the 20cm depth and annual temperature wave usually peaks about July 15 at the surface. At what time of year do each of our two friends usually experience the warmest temperatures in their homes? (Note that these calculation might have practical application to differing times of activation of soil insect or root growth in various soil types. ) 4、Suppose Lowly worm wanted to take his winter vacation in a climate where t