第三章溫 度

1、第三章第三章 溫溫 度度 第一節(jié)第一節(jié) 溫溫 度度 地面輻射是低層大氣的直接熱源地面輻射是低層大氣的直接熱源 。 （一）氣溫的絕熱變化（一）氣溫的絕熱變化 空氣塊在鉛直運動中，與外界不發(fā)生熱量交換時的變化稱空氣塊在鉛直運動中，與外界不發(fā)生熱量交換時的變化稱為絕熱變化。變化過程，叫做絕熱過程。為絕熱變化。變化過程，叫做絕熱過程。 干絕熱變化；干絕熱直減率：干絕熱變化；干絕熱直減率：d d=1/100m =1/100m 。 濕絕熱變化濕絕熱變化; ; 濕絕熱直減率：濕絕熱直減率：m m=0.5/100m =0.5/100m 。 氣溫直減率氣溫直減率 = 0.65/100m= 0.65/100m。

2、強調(diào)：物理意義不同。強調(diào)：物理意義不同。 一、大氣溫度一、大氣溫度 非絕熱變化：非絕熱變化：氣溫變化：氣溫變化： 絕熱變化：絕熱變化：湍流、對流、蒸發(fā)凝結(jié)對流層中熱量交換的主要方式湍流、對流、蒸發(fā)凝結(jié)對流層中熱量交換的主要方式 輻射輻射:地面與空氣之間熱交換；地面與空氣之間熱交換；地面與大氣的熱交換是局地氣溫日變化和年變化的主要因子。地面與大氣的熱交換是局地氣溫日變化和年變化的主要因子。冷暖氣團運動引起的溫度平流是氣溫非周期變化的主要因子。冷暖氣團運動引起的溫度平流是氣溫非周期變化的主要因子。二、氣溫的時空變化二、氣溫的時空變化 氣溫的日變化；氣溫的日變化； 氣溫的周期變化：氣溫的周期變化：

3、氣溫的年變化：氣溫的年變化：氣溫隨時間氣溫隨時間的變化的變化 氣溫的非周期變化：氣溫的非周期變化： 氣溫的垂直變化：氣溫的垂直變化：氣溫的空間變化氣溫的空間變化 氣溫的水平變化氣溫的水平變化 1.大氣溫度的周期變化大氣溫度的周期變化兩種周期：年變化和日變化。兩種周期：年變化和日變化。 氣溫的周期性變化類似于正弦函數(shù)的變化。氣溫的周期性變化類似于正弦函數(shù)的變化。 表示正弦函數(shù)的特征量有：表示正弦函數(shù)的特征量有： 平均值平均值 振幅振幅 位相位相 氣溫的日變化：氣溫的日變化：氣溫日較差氣溫日較差：T = Tmax-Tmin T = Tmax-Tmin 影響氣溫日較差的因子：影響氣溫日較差的因子：（

4、1 1）緯度）緯度: : 高緯度小，低緯度大。高緯度小，低緯度大。（2 2）季節(jié)：夏季冬季）季節(jié)：夏季冬季, , 春季夏季。春季夏季。 （3 3） 地形地形: : 凸地小，凹地大。凸地小，凹地大。（4 4）下墊面性質(zhì)）下墊面性質(zhì): : 海洋小，大陸大。海洋小，大陸大。（5 5）天氣）天氣: : 陰雨天小，晴天大。陰雨天小，晴天大。（6 6）海拔高度）海拔高度: : 高海拔日較差小，低海拔日較差大。高海拔日較差小，低海拔日較差大。 氣溫的年變化：氣溫的年變化： 一年中有一個月平均氣溫最高值，一年中有一個月平均氣溫最高值，一個最月平均氣溫最低值。一個最月平均氣溫最低值。 7 7月；月； 8 8月，

5、月， 1 1月，月， 2 2月月 。氣溫年較差氣溫年較差：一年中月平均氣溫的最高值與最低值一年中月平均氣溫的最高值與最低值 之差。之差。 3.3.氣溫非周期性變化：在中緯度地區(qū)最為顯著。氣溫非周期性變化：在中緯度地區(qū)最為顯著。 “ “倒春寒倒春寒”，“秋老虎秋老虎”。 一個地方的氣溫變化是由周期性變化和非周期性變一個地方的氣溫變化是由周期性變化和非周期性變化共同作用的結(jié)果。氣溫周期性變化是主要的?；餐饔玫慕Y(jié)果。氣溫周期性變化是主要的。 氣溫年變化按緯度分為四種類型：氣溫年變化按緯度分為四種類型： 赤道型：兩個最高值。年較差小。赤道型：兩個最高值。年較差小。 熱帶型：一個高值和低值。冬夏至后

6、。年較熱帶型：一個高值和低值。冬夏至后。年較 差不大。差不大。 溫帶型：一個高值和低值。溫帶型：一個高值和低值。1 1、7 7月。年較差月。年較差 較大。較大。 極地型：一個高值和低值。冬季漫長寒冷、極地型：一個高值和低值。冬季漫長寒冷、 夏季短而暖。年較差很大是其特夏季短而暖。年較差很大是其特 征。征。 影響年較差的四個因子：影響年較差的四個因子： （1 1）緯度）緯度: : （2 2）海陸分布：）海陸分布： （3 3）距海遠近：）距海遠近： 。 （4 4）海拔高度）海拔高度: : 高海拔比低海拔年較差小。高海拔比低海拔年較差小。 氣溫的垂直分布氣溫的垂直分布 氣溫直減率氣溫直減率：0.65

7、/100m 。 逆溫：逆溫：溫度隨高度的增加而增加的現(xiàn)象。該層空氣層稱為溫度隨高度的增加而增加的現(xiàn)象。該層空氣層稱為逆溫層。逆溫層。 對流層中的對流層中的逆溫逆溫： 輻射逆溫、平流逆溫、下沉逆溫、湍流逆溫、鋒面逆溫。輻射逆溫、平流逆溫、下沉逆溫、湍流逆溫、鋒面逆溫。 掌握逆溫在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用掌握逆溫在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用 逆溫在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用：逆溫在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用： （1 1）逆溫防霜凍；）逆溫防霜凍； （2 2）利用清晨逆溫現(xiàn)象噴灑農(nóng)藥防病蟲害；）利用清晨逆溫現(xiàn)象噴灑農(nóng)藥防病蟲害； （3 3）寒冷季節(jié)農(nóng)副產(chǎn)品的涼曬；）寒冷季節(jié)農(nóng)副產(chǎn)品的涼曬； （4 4）果樹的嫁接與安全過冬；）果樹的嫁接與安全過冬

8、； （5 5）在山區(qū)進行綜合開發(fā)利用，多考慮逆溫）在山區(qū)進行綜合開發(fā)利用，多考慮逆溫 ；輻射逆溫：輻射逆溫：由于地面強烈輻射冷卻而形成的逆溫，稱為輻射逆溫。由于地面強烈輻射冷卻而形成的逆溫，稱為輻射逆溫。 二、大氣穩(wěn)定度二、大氣穩(wěn)定度大氣靜力穩(wěn)定度大氣靜力穩(wěn)定度的概念：的概念：氣塊受沖擊后的可能出現(xiàn)的三種情況：氣塊受沖擊后的可能出現(xiàn)的三種情況：加速運動、相對不運動、相對停止。加速運動、相對不運動、相對停止。不穩(wěn)定、不穩(wěn)定、 穩(wěn)定、穩(wěn)定、 中性中性大氣穩(wěn)定度：指氣塊受垂直方向擾動后，返回或遠離原平衡位大氣穩(wěn)定度：指氣塊受垂直方向擾動后，返回或遠離原平衡位置的趨勢和程度。置的趨勢和程度。二、判斷大

9、氣穩(wěn)定度的基本方法二、判斷大氣穩(wěn)定度的基本方法0 , P0 , T0 0 , P0 , T0 , P, T , P , T z gTTTa 綜上所述，可以得出如下幾點結(jié)論：綜上所述，可以得出如下幾點結(jié)論： 1.1.愈大，大氣愈不穩(wěn)定；愈大，大氣愈不穩(wěn)定；愈小，大氣愈穩(wěn)定。如果愈小，大氣愈穩(wěn)定。如果很小，甚至等于零（等溫）或小于零（逆溫）很小，甚至等于零（等溫）或小于零（逆溫）, ,對流發(fā)展對流發(fā)展的障礙。的障礙。 2.2.當當m m時，稱為絕對穩(wěn)定；當時，稱為絕對穩(wěn)定；當d d時，稱為絕時，稱為絕對不穩(wěn)定。對不穩(wěn)定。 3.3.當當d dm m時，稱為條件性不穩(wěn)定。時，稱為條件性不穩(wěn)定。 大氣穩(wěn)

10、定度直接影響大氣中對流發(fā)展的強弱：大氣穩(wěn)定度直接影響大氣中對流發(fā)展的強弱： 穩(wěn)定的大氣層結(jié)：對流運動受到抑制。霧、層狀云、連穩(wěn)定的大氣層結(jié)：對流運動受到抑制。霧、層狀云、連 續(xù)性降水；續(xù)性降水； 不穩(wěn)定大氣層結(jié)：對流運動發(fā)展旺盛。積狀云、陣性降不穩(wěn)定大氣層結(jié)：對流運動發(fā)展旺盛。積狀云、陣性降 水、冰雹；水、冰雹；RnHL.EGHRnL.EG地表面的熱量收支地表面的熱量收支第二節(jié)、土壤溫度第二節(jié)、土壤溫度 一一. .土壤的熱交換方式土壤的熱交換方式 分子傳導(dǎo)分子傳導(dǎo) 二、物體的熱特性二、物體的熱特性1.1.熱容量熱容量 （C C） : :物體容納熱量的能力。物體容納熱量的能力。某物體溫度升高或降

11、低某物體溫度升高或降低1 1 所需吸收或放出的熱量所需吸收或放出的熱量。質(zhì)量熱容量（質(zhì)量熱容量（C Cm m）：表示單位質(zhì)量物質(zhì)，溫度升高或降低）：表示單位質(zhì)量物質(zhì)，溫度升高或降低 1 1所需吸收或放出的熱量。所需吸收或放出的熱量。 定容熱容量（定容熱容量（CvCvs s）: :單位體積物質(zhì)溫度升高或降低單位體積物質(zhì)溫度升高或降低1 1 所需所需 吸收或放出的熱量。吸收或放出的熱量。 Cm= Cvs Cm= Cvs 2.2.熱導(dǎo)率（導(dǎo)熱率）（熱導(dǎo)率（導(dǎo)熱率）（）：物體傳遞熱量的能力。）：物體傳遞熱量的能力。 當溫度垂直梯度為當溫度垂直梯度為1/m,1/m,單位時間通過單位水平截面積所單位時間通

12、過單位水平截面積所傳的熱量（傳的熱量（J/J/m ms s）。即土層厚度為）。即土層厚度為1m1m，兩邊溫差為，兩邊溫差為1.01.0時，兩個相對應(yīng)的單位面積，每秒鐘所傳遞的熱量。時，兩個相對應(yīng)的單位面積，每秒鐘所傳遞的熱量。ZTQ熱流量方程熱流量方程 3.3.熱擴散率或?qū)芈剩釘U散率或?qū)芈剩↘ K）（表征物體增溫快慢的物理量）（表征物體增溫快慢的物理量） 是指在一定的熱量得失情況下，物體溫度變化快慢程度。是指在一定的熱量得失情況下，物體溫度變化快慢程度。 K=/CK=/CV V （m m2 2/s /s ） 討論：不同熱擴散率土壤的意義。討論：不同熱擴散率土壤的意義。 上述三種表述物體熱

13、屬性的物理量，在氣象和土壤研究中上述三種表述物體熱屬性的物理量，在氣象和土壤研究中常用到。常用到。因為農(nóng)業(yè)氣象就是研究土壤因為農(nóng)業(yè)氣象就是研究土壤植物植物大氣。大氣。 日變化：日較差。影響日變化：日較差。影響土壤表面溫度日較差土壤表面溫度日較差主要因子：主要因子： 太陽高度、太陽高度、 土壤熱特性、土壤顏色、土壤熱特性、土壤顏色、 地形、天氣地形、天氣 年變化年變化 ：年較差。（振幅、位相）：年較差。（振幅、位相） 7 7、8 8月；月；1 1、2 2月。月。 三三. .土壤溫度的日、年變化土壤溫度的日、年變化四四. .土壤的溫波方程土壤的溫波方程（描述土壤溫度時空分布的方程）描述土壤溫度時空

14、分布的方程）土壤溫波方程來描述地面以下任何一個深度，任一時刻的土壤溫波方程來描述地面以下任何一個深度，任一時刻的溫度。溫度。).(sin)0(0).(DzteATTDZtZ).(tZT0T)0(A)0(0AT )0(0AT =2/表示表示z z深度深度t t時刻的土壤溫度，時刻的土壤溫度， 地面平均溫度地面平均溫度()() 地面溫波振幅地面溫波振幅 地面最高溫度地面最高溫度地面最低溫度地面最低溫度溫度曲線的正弦角度，溫度曲線的正弦角度， D:D:土壤衰減深度土壤衰減深度 K K：熱擴散率：熱擴散率 1.19日年DDKD2: :周期周期24h;365d24h;365dtATTtsin)0(0).

15、 0(假設(shè)假設(shè)z=0z=0，則可以得到地表面的溫波方程，則可以得到地表面的溫波方程 DZZeAA)0(（1 1）土壤溫度振幅度按指數(shù)規(guī)律衰減）土壤溫度振幅度按指數(shù)規(guī)律衰減. .（2 2）土壤溫波峰值出現(xiàn)時間滯后規(guī)律）土壤溫波峰值出現(xiàn)時間滯后規(guī)律: :.Dz土壤深度為土壤深度為D D時，土壤溫度振幅減少到地面的時，土壤溫度振幅減少到地面的37%37%； 土壤深度為土壤深度為2D2D時，土壤溫度振幅減少到地面的時，土壤溫度振幅減少到地面的14% ;14% ;土壤深度為土壤深度為3D3D時，土壤溫度振幅減少到地面的時，土壤溫度振幅減少到地面的5%5%。 當土壤深度增加到當土壤深度增加到z=3Dz=3

16、D時，其振幅已經(jīng)減小到地面溫度振時，其振幅已經(jīng)減小到地面溫度振幅的幅的5%5%，溫度振幅基本消失，人們常把土壤深度，溫度振幅基本消失，人們常把土壤深度3D3D處稱為處稱為恒溫層。恒溫層。如果我們知道某地的土溫衰減深度如果我們知道某地的土溫衰減深度D D，就很容易估，就很容易估算出某地恒溫層的大致深度。算出某地恒溫層的大致深度。 s/1103 . 736002414. 3225 例如，例如，已知某地為中等含水量，中等密度的土壤，其熱擴散率已知某地為中等含水量，中等密度的土壤，其熱擴散率K=0.5K=0.51010-6-6m m2 2/s/s左右。那么它的土溫日衰減深度左右。那么它的土溫日衰減深度

17、D D日為：日為：土溫年衰減深度：土溫年衰減深度：D D年年=0.12=0.1219.1=2.2919.1=2.29（m m）將土壤剖面多層，分開計算將土壤剖面多層，分開計算。p59 mKD12. 0103 . 7105 . 02256日計算土壤日、年恒溫層的意義。計算土壤日、年恒溫層的意義。土壤溫波方程的應(yīng)用：土壤溫波方程的應(yīng)用：a.a.計算恒溫層計算恒溫層b.b.計算土壤最高溫度和最低溫度出現(xiàn)的時間計算土壤最高溫度和最低溫度出現(xiàn)的時間例：某農(nóng)田為含例：某農(nóng)田為含40%40%空隙度的黏土，經(jīng)觀測，地表最高溫度出空隙度的黏土，經(jīng)觀測，地表最高溫度出現(xiàn)在現(xiàn)在1212：3030分，問分，問1010

18、深度日最高溫度溫度將何時出現(xiàn)？深度日最高溫度溫度將何時出現(xiàn)？解：解： mKD07. 014. 3236001018. 02/28日 hDZTDZ46. 514. 3207. 0241 . 02/日日結(jié)果表明：結(jié)果表明：1010深處溫度位相比地表滯后深處溫度位相比地表滯后5.465.46小時，小時，1010深度深度出現(xiàn)最高溫度的時間為：出現(xiàn)最高溫度的時間為： h1846.55 .12土壤深度每增加土壤深度每增加1010：日最高、最低溫度約滯后：日最高、最低溫度約滯后2.02.03.5h3.5h；土壤深度每增加土壤深度每增加1 1：年最高、最低）溫度：年最高、最低）溫度 約滯后約滯后202030d30d。 mKD41. 11002. 0102 . 022561年 mKD0