农业气象绪论

1、授课教师：授课教师：课程总学时：课程总学时：48学时学时农业气象学农业气象学 讲授讲授40学时学时实验实验8学学时时第一节第一节 气象学的基本槪念气象学的基本槪念 一、定义一、定义 1、气象：亦称大气现象，大气中每时每刻发生着、气象：亦称大气现象，大气中每时每刻发生着风、云、雨、雪、雷电、旱涝、寒暑等各种各样的自风、云、雨、雪、雷电、旱涝、寒暑等各种各样的自然现象。然现象。 2、大气：围绕在地球周围的整个空气层叫做地球、大气：围绕在地球周围的整个空气层叫做地球大气，简称大气。大气，简称大气。 3、气象学：是研究大气中各种现象（包括各种物、气象学：是研究大气中各种现象（包括各种物理的、化学的、以

2、及人类活动对大气的影响）的成因理的、化学的、以及人类活动对大气的影响）的成因和演变规律及如何利用这些规律为人类服务的科学。和演变规律及如何利用这些规律为人类服务的科学。 4、气象要素：大气中所发生的各种物理过程和物理、气象要素：大气中所发生的各种物理过程和物理现象，常用各种定性的和定量的特征量来描述，这些现象，常用各种定性的和定量的特征量来描述，这些特征量，称为气象要素。特征量，称为气象要素。 主要的气象要素有：辐射量、空气温度、空气湿度、主要的气象要素有：辐射量、空气温度、空气湿度、大气压力、风、云、降水、能见度等。大气压力、风、云、降水、能见度等。 5、天气现象：是指在大气中或地面上产生的

3、降水、天气现象：是指在大气中或地面上产生的降水、水汽凝结物（云除外）、冻结物、光、电的现象，也水汽凝结物（云除外）、冻结物、光、电的现象，也包括一些风的特征。如雨、毛毛雨、积雪、大风，沙包括一些风的特征。如雨、毛毛雨、积雪、大风，沙尘暴等。尘暴等。二、气象学与社会经济发展的关系二、气象学与社会经济发展的关系 人类生存、农业发展关系密切。人类生存、农业发展关系密切。三、气象学的分支三、气象学的分支 气象学又称大气物理学。还包括天气学、气候学气象学又称大气物理学。还包括天气学、气候学和应用气象学。其分支非常多。和应用气象学。其分支非常多。 气象学是一门内容非常广泛的科学。由于它主要气象学是一门内容

4、非常广泛的科学。由于它主要是研究大气中物理过程和物理现象的变化规律，故气是研究大气中物理过程和物理现象的变化规律，故气象学又称大气物理学。还包括天气学、气候学和应用象学又称大气物理学。还包括天气学、气候学和应用气象学。气象学。 第二节第二节 气象学的历史、现状及发展趋势气象学的历史、现状及发展趋势 一、历史与现状一、历史与现状 （经历四次飞跃）：（经历四次飞跃）： 第一次（第一次（1700-1859） 气象仪器的发明；气象仪器的发明； 第二次（第二次（1860-1940） 无线电报的发明，天气图的出无线电报的发明，天气图的出现为近代气象学研究起点的标志；现为近代气象学研究起点的标志； 第三次（

5、第三次（1940-1980） 无线电探空仪的发明，气象学无线电探空仪的发明，气象学发展成为分支众多的综合学科；发展成为分支众多的综合学科； 第四次（第四次（1980之后）之后） 大气大气 遥感探测与气象信息技遥感探测与气象信息技术系统不断术系统不断 完善。完善。二、发展趋势二、发展趋势 一、农业气象学的相关概念一、农业气象学的相关概念 1、 农业气象学：研究农业生产中存在的气象问题农业气象学：研究农业生产中存在的气象问题及其解决途径的一门科学。它是应用气象学的一个重及其解决途径的一门科学。它是应用气象学的一个重要分支。要分支。 2、农业气象学要素、农业气象学要素(条件条件)：光照、气温、空气湿

6、：光照、气温、空气湿度、降水、蒸发、风速和天气现象，以及土壤上层的度、降水、蒸发、风速和天气现象，以及土壤上层的温度、湿度等，是温度、湿度等，是影响农作物生存，生长，发育和收影响农作物生存，生长，发育和收成成的重要条件，被称为农业气象学要素的重要条件，被称为农业气象学要素(条件条件)。 第三节第三节 农业气象学研究的对象、任农业气象学研究的对象、任务和方法务和方法 主要的农业气象要素主要的农业气象要素(条件条件)：一定的照度和光照：一定的照度和光照时间，一定的空气温度、土壤温度和土壤湿度，是植时间，一定的空气温度、土壤温度和土壤湿度，是植物不可缺少的生存条件，常被称为主要的农业气象要物不可缺少

7、的生存条件，常被称为主要的农业气象要素或主要的农业气象条件。素或主要的农业气象条件。二、农业气象学研究的对象和任务二、农业气象学研究的对象和任务 1、 农业气象学研究的对象：农业气象学研究的对象： （1）农业生物和农业生产过程对农业气象条件的要）农业生物和农业生产过程对农业气象条件的要求与反应；求与反应； （2）农业生产对象和农业技术措施对农业气象条件）农业生产对象和农业技术措施对农业气象条件的反馈作用。的反馈作用。Vegetation Figure: desert shrubs and microclimate 2、农业气象学研究的任务：、农业气象学研究的任务： （1）农业气象条件的特征和变

8、化规律研究；）农业气象条件的特征和变化规律研究； （2）研究农业生物对气象条件的具体要求，研究农）研究农业生物对气象条件的具体要求，研究农业生物生长发育的农业气象指标；业生物生长发育的农业气象指标； （3）根据农业生物的农业气象指标鉴定气象条件对）根据农业生物的农业气象指标鉴定气象条件对其生长发育和产量的影响；其生长发育和产量的影响； （4）农业气象灾害发生规律及抗、避、防措施的研）农业气象灾害发生规律及抗、避、防措施的研究；究； （5）农业气候资源的综合开发利用和）农业气候资源的综合开发利用和农业小气候的农业小气候的调节、利用和改造研究等。调节、利用和改造研究等。三、农业气象学的研究方法三、

9、农业气象学的研究方法 1、农业气象学研究的理论基础（五个定律）：、农业气象学研究的理论基础（五个定律）：（1）基本生活因子同等重要（或不可替代）性；（基本生活因子同等重要（或不可替代）性；（2）环境）环境因子对植物的非同等重要性；（因子对植物的非同等重要性；（3）限制因子；（）限制因子；（4）最）最适阈限（或因子共同作用）；（适阈限（或因子共同作用）；（5）临界阈限。）临界阈限。 2、农业气象研究的基本原则、农业气象研究的基本原则平行观测原则。是平行观测原则。是区别于单纯农业研究和气象研究的主要特点之一。区别于单纯农业研究和气象研究的主要特点之一。 平行观测：在进行作物生长发育状况和产量构成观

10、测平行观测：在进行作物生长发育状况和产量构成观测的同时，在同地进行主要气象要素、农田小气候要素，的同时，在同地进行主要气象要素、农田小气候要素，农业气象灾害等的观测，即所谓的平行观测。农业气象灾害等的观测，即所谓的平行观测。 2、农业气象学的研究方法：、农业气象学的研究方法： （1）地理播种法）地理播种法 （2）分期播种法）分期播种法 （3）地理分期播种法）地理分期播种法 （4）人工气候实验法）人工气候实验法 （5）气候分析法）气候分析法 一、意识到该学科的重要性一、意识到该学科的重要性生物生存和发展离不开环境，而气象因子又是环境条生物生存和发展离不开环境，而气象因子又是环境条件的重要组成部分

11、，因而它是一门生物科学的基础学件的重要组成部分，因而它是一门生物科学的基础学科，是我们从事农业生产和探索栽培技术的理论基础科，是我们从事农业生产和探索栽培技术的理论基础（如图所示）（如图所示）。 气象因子与农业关系密切。如对园艺产品品质影响气象因子与农业关系密切。如对园艺产品品质影响很大很大（见下图）（见下图）。对于园艺业的发展而言，其重要性。对于园艺业的发展而言，其重要性则更明显。如：则更明显。如：设施园艺设施园艺等。等。 二、勤思考，理论联系实际二、勤思考，理论联系实际如何学习该学科如何学习该学科海棠海棠蝴蝴 蝶蝶 兰兰仙人掌类仙人掌类鹤鹤 望望 兰、极乐鸟花、天堂鸟兰、极乐鸟花、天堂鸟芭

12、蕉科鹤芭蕉科鹤 望望 兰属，原产南非兰属，原产南非 大气的组成：大气的组成：大气是由干洁气体、水汽以及悬浮大气是由干洁气体、水汽以及悬浮着的各种固体杂质和液体微粒所组成。着的各种固体杂质和液体微粒所组成。 一、干洁大气一、干洁大气 大气中，除了水汽和液体、固体杂质外，整个混大气中，除了水汽和液体、固体杂质外，整个混合气体，称为干洁大气。合气体，称为干洁大气。第一节第一节 大气的组成大气的组成 它的主要成分是氮、氧、氩、二氧化碳等，它的主要成分是氮、氧、氩、二氧化碳等，此外还有少量的氖、氦、氪、氢、氙、臭氧等此外还有少量的氖、氦、氪、氢、氙、臭氧等稀有气体。稀有气体。 由表由表2 21 1可见，

13、干洁大气中，氮、氧、氩可见，干洁大气中，氮、氧、氩三种气体的总量三种气体的总量( (按质量计按质量计) )占占99.9599.95( (按容积按容积百分数计，占百分数计，占99.9799.97) )，其它气体成分的总量，其它气体成分的总量不到不到0.10.1。 表表2 21 1 干空气的成分干空气的成分 ( (25Km高度以下高度以下) )含量含量( () )临界温度临界温度临界压力临界压力沸点温度沸点温度 ( () )( (当大气压力为当大气压力为气体种类气体种类按容积按容积按质量按质量分子量分子量( () )( (大气压大气压) )1013.3hPa)1013.3hPa)氮氮(N(N2 2

14、) )78.0978.0975.5275.5228.01628.016-147.2-147.233.533.5195.0195.0氧氧()()2 2) )20.9520.9523.1523.1532.00032.000118.9118.949.749.7183.1183.1氩氩(Ar)(Ar)0.930.931.281.2839.94439.944122.0122.048.048.0185.6185.6二氧化碳二氧化碳 (CO(CO2 2) )0.030.030.050.0544.01044.01031.031.073.0-73.0-一一 78.278.2臭氧臭氧()()3 3) )1.01.

15、01010-6-648.00048.0005.05.092.392.3111.1111.1干洁空气干洁空气10010010010028.96628.966140.7140.737.237.2193.0193.0 从上表看出，各种气体的沸点都很低，在地球上可从上表看出，各种气体的沸点都很低，在地球上可能出现的温度范围内，它们永无液化的可能，所以能出现的温度范围内，它们永无液化的可能，所以干干洁大气是永久气体。洁大气是永久气体。 在气象学和生物学上有重要意义的几种干洁气体：在气象学和生物学上有重要意义的几种干洁气体： 1、氮和氧、氮和氧 （1） 大气中的氮，植物不能直接吸收，但豆科植大气中的氮，植

16、物不能直接吸收，但豆科植物的根瘤菌具有固氮作用，能够固定和利用大气中的物的根瘤菌具有固氮作用，能够固定和利用大气中的氮，另外大气中氮的氧化物也可随降水进入土壤氮，另外大气中氮的氧化物也可随降水进入土壤,供给供给植物的需要。植物的需要。 （2）氧不但为动物和植物呼吸所必需，并且还决定）氧不但为动物和植物呼吸所必需，并且还决定着有机物质的燃烧、腐败和分解。着有机物质的燃烧、腐败和分解。 2、臭氧（、臭氧（O3） （1） 近地面气层臭氧含量很少，从近地面气层臭氧含量很少，从10千米高度千米高度开始增加，在开始增加，在20-25千米高度处达到最大值，再向千米高度处达到最大值，再向上，臭氧含量逐渐减少，

17、在上，臭氧含量逐渐减少，在5560千米高度，千米高度，O3已已极少；极少； （2）太阳辐射中波长短于）太阳辐射中波长短于029微米微米(1微米微米10厘米厘米)的紫外线被臭氧吸收，保护地面的生物；免的紫外线被臭氧吸收，保护地面的生物；免受过多紫外线的伤害，透射到地面上少量的紫外线，受过多紫外线的伤害，透射到地面上少量的紫外线，具有杀菌作田。同时由于大量吸引太阳紫外线，使具有杀菌作田。同时由于大量吸引太阳紫外线，使得得2025千米气层以及上层的温度大为增加。千米气层以及上层的温度大为增加。 3 、二氧化碳（、二氧化碳（CO2） （1） 大气中的大气中的CO2主要源于有机物质的腐败和主要源于有机物

18、质的腐败和分解以及动物和植物的呼吸作用。大气中分解以及动物和植物的呼吸作用。大气中CO2含量含量很少，其平均含量约占大气容积的很少，其平均含量约占大气容积的003，并且，并且多集中于多集中于20千米以下的气层里，在千米以下的气层里，在20千米以上，千米以上， CO2 的含量显著减少。的含量显著减少。 （2） CO2是绿色植物进行光合作用不可缺少的是绿色植物进行光合作用不可缺少的原料。光合作用产物构成植物体原料。光合作用产物构成植物体95的组成成分。的组成成分。 二、水汽二、水汽 1、它主要集中在、它主要集中在23千米以下的大气层中。千米以下的大气层中。 2、大气中水汽的含量还随地区、季节的不同

19、而变、大气中水汽的含量还随地区、季节的不同而变化；一般来讲，低纬度地区大气中水汽含量比高纬度化；一般来讲，低纬度地区大气中水汽含量比高纬度区多。区多。 3、在大气温度变化的范围内，水汽是唯一能进行、在大气温度变化的范围内，水汽是唯一能进行气、液气、液 、固态三相变化的大气成分。、固态三相变化的大气成分。 4、水汽有两个特点：其一是水汽在相变过程中都、水汽有两个特点：其一是水汽在相变过程中都要吸收和放出潜热；其二水汽能强烈吸收和放射长波要吸收和放出潜热；其二水汽能强烈吸收和放射长波辐射。所以，水汽不仅影响大气中的湿度状况，同时辐射。所以，水汽不仅影响大气中的湿度状况，同时也影响地面和空气温度变化

20、。也影响地面和空气温度变化。 三、大气中的杂质三、大气中的杂质 1、定义：、定义： 大气中悬浮的各种固态和液态微粒，统大气中悬浮的各种固态和液态微粒，统称杂质。它们主要集中在称杂质。它们主要集中在3千米以下的低层大气中。千米以下的低层大气中。 2、 大气中的杂质对大气中的物理过程和物理现象大气中的杂质对大气中的物理过程和物理现象有很大的作用：有很大的作用： （1）吸收太阳辐射，使空气温度增高，但削弱了到）吸收太阳辐射，使空气温度增高，但削弱了到达地面的太阳辐射。达地面的太阳辐射。 （2）阻挡地面辐射，减缓地面的辐射冷却。）阻挡地面辐射，减缓地面的辐射冷却。 （3）降低大气的透明度，影响能见度。

21、）降低大气的透明度，影响能见度。 （4）充当水汽的凝结核，对成云致雨有重要意义。）充当水汽的凝结核，对成云致雨有重要意义。第二节第二节 大气结构和铅直分层大气结构和铅直分层一、大气上界一、大气上界 大气上界的划定，通常采用以下两种方法大气上界的划定，通常采用以下两种方法: 1、 极光出现的最大高度是极光出现的最大高度是1，200千米来估计大千米来估计大气上界，因此，将此数字定为大气的物理上界。气上界，因此，将此数字定为大气的物理上界。 2、大气密度接近于星际气体密度的高度来估计、大气密度接近于星际气体密度的高度来估计大气上界。大气上界为大气上界。大气上界为2，0003，000千米。千米。 二、

22、二、大气的铅直分层大气的铅直分层 1、对流层、对流层 （1）高度：）高度： 低纬地区平均为低纬地区平均为1718千米，在中纬千米，在中纬地区平均地区平均1012千米，在高纬地区平均为千米，在高纬地区平均为8-9千米。千米。从季节变化来说，夏季对流层厚度比冬季加厚。从季节变化来说，夏季对流层厚度比冬季加厚。 （2）重要性：由于地球引力作用，这一层却集中）重要性：由于地球引力作用，这一层却集中了整个大气四分之三的质量和几乎全部的水汽。大气了整个大气四分之三的质量和几乎全部的水汽。大气中的各种天气现象如风、云、雨、雪等都发生在这一中的各种天气现象如风、云、雨、雪等都发生在这一层里。对流层是气象学研究

23、的主要对象，因本层对天层里。对流层是气象学研究的主要对象，因本层对天气分析和预报具有重要意义。气分析和预报具有重要意义。 （3）对流层有三个主要特征：）对流层有三个主要特征： 第一是气温随着海拔高度的增高而降低。第一是气温随着海拔高度的增高而降低。 平均来说，每上升平均来说，每上升100米，气温约下降米，气温约下降0.65，称气，称气温递减率，也叫气温铅直梯度，通常以温递减率，也叫气温铅直梯度，通常以表示：表示： =ZT - - 第二是对流层大气具有强烈的垂直混合作用。第二是对流层大气具有强烈的垂直混合作用。使高层使高层和低层之间的冷暖空气进行了交换，使近地面的热量、和低层之间的冷暖空气进行了

24、交换，使近地面的热量、水汽，杂质等向上输送。这对成云至雨有重要作用。水汽，杂质等向上输送。这对成云至雨有重要作用。 第三是对流层中温度、湿度在水平方向上分布不均匀。第三是对流层中温度、湿度在水平方向上分布不均匀。 对流层的下层对流层的下层 又称为摩擦层，它的范围为自地面到又称为摩擦层，它的范围为自地面到2km高度的高度的气层。气层。 02m气层称为贴地层，它是人类和其它生物生气层称为贴地层，它是人类和其它生物生存的直接环境。这层的情况主要由人类、动植物活动存的直接环境。这层的情况主要由人类、动植物活动及下垫面性质所决定，是空气运动速度相当小的层次，及下垫面性质所决定，是空气运动速度相当小的层次，这层次在农业生产上特别重要，也是小气候研究的主这层次在农业生产上特别重要，也是小气候研究的主要对象。要对象。 2、平流层、平流层 自对流层顶到自对流层顶到55千米高度。千米高度。 平流层的特点：平流层的特点： 第一、第一、在平流层的下部，随着高度增加，气温最