农业气象学温度

1、第三章第三章 温度温度 一、空气温度一、空气温度 二、土壤温度二、土壤温度 三、温度与农业三、温度与农业1空气温度空气温度 一、大气的热量传输一、大气的热量传输 二、气温的时空变化二、气温的时空变化一、大气的热量传输一、大气的热量传输 1、气温的非绝热变化气温的非绝热变化：空气与外界有热空气与外界有热量交换而引起的温度变化。量交换而引起的温度变化。 2、气温的绝热变化气温的绝热变化：空气与外界不发生空气与外界不发生热量交换，而是由外界压力的变化对空热量交换，而是由外界压力的变化对空气做功，使空气体积变化而引起的温度气做功，使空气体积变化而引起的温度变化。变化。1、气温的非绝热变化、气温的非绝热

2、变化 包括分子传导、辐射、流体流动热交换、包括分子传导、辐射、流体流动热交换、潜热交换。潜热交换。（1）分子传导）分子传导 分子传导：依靠分子的热运动将能量从分子传导：依靠分子的热运动将能量从一个分子传递给另一个分子，而达到热一个分子传递给另一个分子，而达到热量平衡的传热方式。量平衡的传热方式。 地面和大气是热的不良导体，通过这种地面和大气是热的不良导体，通过这种方式传递的热量很少，其作用仅方式传递的热量很少，其作用仅在贴地在贴地气层较为明显气层较为明显。（2）辐射）辐射 辐射是物体之间根据各自温度高低通过辐射是物体之间根据各自温度高低通过辐射交换热量的传热方式。辐射交换热量的传热方式。 大气

3、主要靠吸收地面长波辐射而增热，大气主要靠吸收地面长波辐射而增热，地面也吸收大气逆辐射，空气团之间也地面也吸收大气逆辐射，空气团之间也可以通过辐射交换能量。可以通过辐射交换能量。（3 3）流体流动热交换）流体流动热交换 有对流、乱流（湍流）、平流三种有对流、乱流（湍流）、平流三种对流对流 暖空气上升，暖空气上升，冷空气下降，冷空气下降，这种升降运这种升降运动叫对流。动叫对流。 是对流层中是对流层中热量交换的热量交换的重要方式。重要方式。湍流 空气的不规则空气的不规则运动叫湍流。运动叫湍流。 在空气层间发在空气层间发生摩擦或沿粗生摩擦或沿粗糙不平的下垫糙不平的下垫面运动产生。面运动产生。 对近地层

4、小气对近地层小气候的形成起主候的形成起主要作用。要作用。平流 大规模空气大规模空气的水平运动的水平运动叫平流。叫平流。 是水平方向是水平方向传递热量的传递热量的主要方式。主要方式。（4 4）潜热交换）潜热交换 是水汽在蒸发或是水汽在蒸发或凝结时吸收或放凝结时吸收或放出的热量。出的热量。 大气中水汽集中大气中水汽集中在在5km5km以下大气以下大气层中，故潜热交层中，故潜热交换主要发生在对换主要发生在对流层下半层。流层下半层。 地面和大气之间热量交换，以地面和大气之间热量交换，以辐射辐射为主。为主。 在气层内，以在气层内，以对流和湍流对流和湍流为主，其次是为主，其次是潜热交换潜热交换。 在不同纬

5、度和地区之间的热量交换以在不同纬度和地区之间的热量交换以平平流流为主。为主。 2、空气绝热变化、空气绝热变化 绝热冷却：气块上升时体积膨胀对外做功而降温。绝热冷却：气块上升时体积膨胀对外做功而降温。 绝热增温：气块下沉时体积减小，外界对其做功而绝热增温：气块下沉时体积减小，外界对其做功而增温。增温。 对于垂直运动的气团，其温度变化取决对于垂直运动的气团，其温度变化取决于气团内水汽含量的多少，所以绝热变于气团内水汽含量的多少，所以绝热变化又分为化又分为干绝热变化干绝热变化和和湿绝热变化湿绝热变化两种两种。（1）干绝热变化：）干绝热变化： 定义：干空气或未饱和的湿空气，在绝定义：干空气或未饱和的湿

6、空气，在绝热上升或下降过程中的温度变化。热上升或下降过程中的温度变化。 干绝热直减率干绝热直减率rd：干绝热过程中其温度：干绝热过程中其温度随高度的变化率，大概地，随高度的变化率，大概地，rd=1/100m（2）湿绝热变化）湿绝热变化 定义：饱和湿空气，在绝热上升或下降定义：饱和湿空气，在绝热上升或下降过程中温度变化。过程中温度变化。 湿绝热直减率湿绝热直减率rm：湿绝热过程中其温度：湿绝热过程中其温度随高度的变化率，平均值随高度的变化率，平均值rm=0.5/100 m为什么为什么rm rd? 在湿绝热变化中，气块上升降温时，水汽遇冷在湿绝热变化中，气块上升降温时，水汽遇冷凝结，放出潜能，使气

7、块降温缓和，降温幅度凝结，放出潜能，使气块降温缓和，降温幅度小于干绝热变化；下降增温时，气块内水汽受小于干绝热变化；下降增温时，气块内水汽受热蒸发，要消耗部分潜能，故增温幅度也小于热蒸发，要消耗部分潜能，故增温幅度也小于干绝热变化，因此干绝热变化，因此rm 高纬高纬 正午时太阳高度正午时太阳高度角随纬度的增加而减小，角随纬度的增加而减小， h=90h=90- + - + ，因此气温的昼夜温差也，因此气温的昼夜温差也随纬度的增加而减小。随纬度的增加而减小。 一般地，气温日较差值在热带地区为一般地，气温日较差值在热带地区为12 12 ，温带为，温带为89 ，极圈内为，极圈内为34 。b、季节：夏季

8、、季节：夏季冬季，最大在春季冬季，最大在春季 因夏季太阳高度角大，白天较长，增温因夏季太阳高度角大，白天较长，增温较快，但是夜晚也短，地面来不及冷却，较快，但是夜晚也短，地面来不及冷却，使最低温度下降不够低，因此春季出现使最低温度下降不够低，因此春季出现气温日较差最大值。最小值出现在冬季。气温日较差最大值。最小值出现在冬季。c、地形：凹地、地形：凹地凸地凸地 凹地（谷地、盆地、河川地等），白天凹地（谷地、盆地、河川地等），白天因与地面的接触面比平地广，因此增热因与地面的接触面比平地广，因此增热较多，加上通风不良，热量不易散失，较多，加上通风不良，热量不易散失，故温度高；夜间冷空气沿坡地下滑聚集

9、故温度高；夜间冷空气沿坡地下滑聚集谷底，加上辐射冷却使温度很低。谷底，加上辐射冷却使温度很低。 凸地（高地、山地、小丘等）因风速大，凸地（高地、山地、小丘等）因风速大，热交换迅速，使气温日较差小。热交换迅速，使气温日较差小。d、下垫面性质：、下垫面性质： 海洋海洋粘土、浅色土、粘土、浅色土、潮湿紧密土壤潮湿紧密土壤e、天气：、天气： 晴天晴天阴天，无风阴天，无风有风有风f、 高度高度 在对流层中温度日变化的幅度随着离地在对流层中温度日变化的幅度随着离地面高度的增加而急剧减小。面高度的增加而急剧减小。 在在23km的高度，气温日较差很小，约的高度，气温日较差很小，约0.11 ，因为气层越高，其温

10、度受地，因为气层越高，其温度受地面影响越小。面影响越小。 2、气温的年变化、气温的年变化 在北半球，最热月在在北半球，最热月在7月月，最冷月在，最冷月在1月月 在海洋和沿海地区，最热月在在海洋和沿海地区，最热月在8月月，最冷月，最冷月在在2月月。 气温年较差：一年中月平均气温最高值与最气温年较差：一年中月平均气温最高值与最低值之差。低值之差。影响气温年较差的因子：影响气温年较差的因子： （1）纬度）纬度 （2）距海远近）距海远近 （3）地形和天气状况）地形和天气状况（1）纬度：随纬度增加而增大。）纬度：随纬度增加而增大。 （2）距海远近：离海近，年变化小；内）距海远近：离海近，年变化小；内陆地

11、区年变化大。陆地区年变化大。（3）地形和天气状况：）地形和天气状况： 凹地凹地凸地凸地，雨季可使气温年较差减小雨季可使气温年较差减小。 泼水节是我国云南傣族的新年泼水节是我国云南傣族的新年约约4月月15日，日，这里每年雨季前的这里每年雨季前的4月最热，而印度夏季风带月最热，而印度夏季风带来雨季开始于来雨季开始于5月上旬，雨水带来风调雨顺，月上旬，雨水带来风调雨顺，所以泼水节又是所以泼水节又是“求雨节求雨节”“”“祈年节祈年节”。（二）气温的非周期性变化（二）气温的非周期性变化 气温除因气温除因太阳辐射太阳辐射作用引起周期性的日、作用引起周期性的日、年变化外，在大气水平运动时还会发生年变化外，在

12、大气水平运动时还会发生非周期性变化。非周期性变化。 如如“倒春寒倒春寒”“”“秋老虎秋老虎”现象。现象。 一地的气温变化是由周期性变化和非周一地的气温变化是由周期性变化和非周期性变化共同作用的结果，总的说来，期性变化共同作用的结果，总的说来，气温日、年周期性变化是主要的。气温日、年周期性变化是主要的。 （三）气温的垂直分布（三）气温的垂直分布 对流层中气温的垂直分布随高度增加而降对流层中气温的垂直分布随高度增加而降低低，因为地面是大气增温的主要来源，离，因为地面是大气增温的主要来源，离地面越近，大气吸收的地面长波辐射越多。地面越近，大气吸收的地面长波辐射越多。 1、气温垂直梯度、气温垂直梯度

13、气温垂直梯度（气温垂直梯度（r）：又叫气温直减率。）：又叫气温直减率。 r=0.65/100m。 实际上实际上r随时间和高度不同而变化。随时间和高度不同而变化。（1）日射型：随）日射型：随高度增加而降低。高度增加而降低。12 h （2）辐射型：）辐射型：随高度增加而增随高度增加而增加。加。0 h （3）上午转变）上午转变型：上面为辐射型：上面为辐射型，下面为日射型，下面为日射型。型。6 h （4）傍晚转变）傍晚转变型：上面为日射型：上面为日射型，下面为辐射型，下面为辐射型。型。18 h气温垂直分布类型气温垂直分布类型2、大气中的逆温、大气中的逆温 逆温：对流层中气温随海拔高度增高而逆温：对流层

14、中气温随海拔高度增高而升高的现象。升高的现象。 有：辐射逆温、平流逆温、下沉逆温和有：辐射逆温、平流逆温、下沉逆温和锋面逆温等。锋面逆温等。 辐射逆温辐射逆温：因地面强烈辐射冷却而形成：因地面强烈辐射冷却而形成的逆温。的逆温。 平流逆温平流逆温：暖空气平流到冷的下垫面上：暖空气平流到冷的下垫面上形成的逆温。形成的逆温。 在农业上，利用逆温可以防霜冻；在清在农业上，利用逆温可以防霜冻；在清晨喷洒农药；山区的山腰处适宜种植怕晨喷洒农药；山区的山腰处适宜种植怕冻果树，又叫冻果树，又叫“山腰黄金带山腰黄金带”。 2 土壤温度土壤温度一、土壤热特性一、土壤热特性二、土壤温度的日、年变化二、土壤温度的日、

15、年变化三、土壤温度的垂直分布三、土壤温度的垂直分布一、土壤热特性一、土壤热特性1、热容量、热容量2、导热率、导热率3、导温率、导温率1、热容量、热容量 热容量热容量：物体温度变化：物体温度变化11所需吸收或放所需吸收或放出的热量。出的热量。 分分质量热容量质量热容量和和容积热容量容积热容量两种。两种。 在研究土壤温度时，多采用容积热容量。在研究土壤温度时，多采用容积热容量。 容积热容量（热容量）容积热容量（热容量）C CV V：单位体积的单位体积的土壤，温度变化土壤，温度变化11所需要吸收或放出的所需要吸收或放出的热量。热量。 热容量大的土壤，在得到或失去相热容量大的土壤，在得到或失去相同热量

16、的条件下，升温和降温的数同热量的条件下，升温和降温的数值小。值小。 土壤热容量大小取决于土壤的组成土壤热容量大小取决于土壤的组成成分及其组成比例。成分及其组成比例。 土壤是由土壤是由固体成分固体成分和和不定量的水不定量的水及及空气空气组成，一般各固体成分的热容组成，一般各固体成分的热容量差别不大。量差别不大。 在土壤组成成分中，热容量大小为：在土壤组成成分中，热容量大小为： 水水土壤固体颗粒土壤固体颗粒空气空气，因此，因此影响土壤热影响土壤热容量的主要因素是土壤中水分和空气所占容量的主要因素是土壤中水分和空气所占 比例比例。 土壤湿度大时，空气含量少，热容量增大；土壤湿度大时，空气含量少，热容

17、量增大；而土壤干燥时，空气含量多，热容量小而土壤干燥时，空气含量多，热容量小 热容量还随热容量还随土壤孔隙度土壤孔隙度的增大而减小。的增大而减小。2、导热率、导热率 导热率：导热率：在单位距离（厚度在单位距离（厚度1cm1cm）内温度）内温度相差相差1 1 时，在单位截面上，每秒钟所时，在单位截面上，每秒钟所通过的热量。通过的热量。 土壤的导热率越大，表示传热越快。土壤的导热率越大，表示传热越快。 土壤导热率取决于它的前三种主要成分土壤导热率取决于它的前三种主要成分所占的比例。所占的比例。 一般地，土壤固体成分很少变化，且各一般地，土壤固体成分很少变化，且各固体组成成分的导热率相差也很小。固体

18、组成成分的导热率相差也很小。 土壤导热率主要取决于土壤中水分土壤导热率主要取决于土壤中水分和空气含量的多少，即和空气含量的多少，即土壤含水量土壤含水量和和土壤空隙度土壤空隙度。 土壤组成成分中，其导热率是土壤组成成分中，其导热率是: 土壤固体颗粒土壤固体颗粒水水空气空气 土壤湿度增加，土壤的导热率增大，导土壤湿度增加，土壤的导热率增大，导致潮湿土壤表层昼夜温度变化较小；而致潮湿土壤表层昼夜温度变化较小；而土壤孔隙度增大，则土壤导热率变小，土壤孔隙度增大，则土壤导热率变小，干燥土壤昼夜温差大。干燥土壤昼夜温差大。 紧湿土壤温度日变化小，是因为：紧湿土壤温度日变化小，是因为： A A、热容量大、热

19、容量大 B B、热容量小、热容量小 C C、导热率大、导热率大 D D、导热率小、导热率小3 3、导温率、导温率k k 导温率导温率:也叫热扩散率，是在一定的热量也叫热扩散率，是在一定的热量得失情况下，土壤温度变化快慢的一个得失情况下，土壤温度变化快慢的一个物理量物理量。 可用下式表示：可用下式表示：k=/c k=/c 式中式中k k为导温率，为导温率，为导热率，为导热率，c c为容积为容积热容量。热容量。 土壤导温率与土壤导温率与导热率导热率成正比，与成正比，与热容量热容量成反比。成反比。 因此，凡影响土壤导热率和热容量的因因此，凡影响土壤导热率和热容量的因素都影响土壤导温率的大小。素都影响

20、土壤导温率的大小。 k=/ck=/c 但土壤湿度对导温率的影响比较复杂，但土壤湿度对导温率的影响比较复杂，不不是线性关系是线性关系。 在土壤湿度较小的情况下，随着土壤湿度在土壤湿度较小的情况下，随着土壤湿度的增大的增大导温率导温率k k增加增加; ;但当土壤湿度超过一但当土壤湿度超过一定数值后，因定数值后，因导热率导热率的增加不显著，而的增加不显著，而热容量热容量c c仍随湿度线性上升，所以仍随湿度线性上升，所以导温率导温率k k反而减小。反而减小。 二、土壤温度的日、年变化二、土壤温度的日、年变化 较差：较差：一定周期内最高温度与最低温度一定周期内最高温度与最低温度之差。之差。 位相：位相：

21、最高温度和最低温度出现的时间。最高温度和最低温度出现的时间。1、日变化、日变化 土壤温度日变化：土壤温度在一昼夜间随时土壤温度日变化：土壤温度在一昼夜间随时间的连续变化。间的连续变化。 晴天时，土表最高温度晴天时，土表最高温度13h左右左右，最低温度，最低温度在在次日近日出次日近日出时。时。为何地面最高温度出现的时间落后于为何地面最高温度出现的时间落后于太阳辐射最大值出现的时间？太阳辐射最大值出现的时间？ 日出后，随着太阳辐射的增强，地面不断得日出后，随着太阳辐射的增强，地面不断得到热量，到到热量，到12h后，虽然太阳辐射逐渐减少后，虽然太阳辐射逐渐减少但地面仍在得到热量，一直到但地面仍在得到

22、热量，一直到13h时左右，时左右，地面得到的与失去的能量相当，地面温度达地面得到的与失去的能量相当，地面温度达最大值。最大值。 同理，到次日近日出时地面热量收支达到平同理，到次日近日出时地面热量收支达到平衡，出现地面温度最小值。衡，出现地面温度最小值。 土表温度日较差最大，越向深层越小，至土表温度日较差最大，越向深层越小，至一定深度后，日较差为零，该深度为一定深度后，日较差为零，该深度为土温土温日不变层（日恒温层）深度日不变层（日恒温层）深度。 如窑洞、地铁等。如窑洞、地铁等。 2、影响土壤温度日较差大小的因素：、影响土壤温度日较差大小的因素： （1）（太阳高度）纬度）（太阳高度）纬度:随纬度

23、增高而减少。随纬度增高而减少。 （2）土壤湿度）土壤湿度:湿土湿土浅色土浅色土 （4）地形）地形:凸地凸地平地平地凹地。凹地。 （5）天气）天气:阴天阴天晴天晴天;有风有风无风。无风。2、土壤温度的年变化、土壤温度的年变化 土壤表面温度的年变化，主要取决于太土壤表面温度的年变化，主要取决于太阳辐射能的年变化。阳辐射能的年变化。 月平均最高值在月平均最高值在7 78 8月，最低值在月，最低值在1 12 2月。月。 土壤温度的年较差随纬度增高而增大。土壤温度的年较差随纬度增高而增大。 年变化也随深度的增加而减小，到一定年变化也随深度的增加而减小，到一定深度后年较差为零，此深度为年温不变深度后年较差

24、为零，此深度为年温不变层，它随纬度而不同。层，它随纬度而不同。 低纬度地区年温不变层浅，在低纬度地区年温不变层浅，在5-20米；高米；高纬度地区深，在纬度地区深，在25米左右。米左右。（二）土壤温度的垂直分布：（二）土壤温度的垂直分布：（1）日射型（受热型）：）日射型（受热型）： 13 h土壤温度随深度增加而降低的类型。土壤温度随深度增加而降低的类型。 一般出现在白天和夏季一般出现在白天和夏季,当土壤表面获得太阳辐射当土壤表面获得太阳辐射后首先增温，热量向下层传递。后首先增温，热量向下层传递。可用一日中可用一日中13h和一年中和一年中7月份土壤温度垂直分布为月份土壤温度垂直分布为代表。代表。（

25、2）辐射型（放热型）：）辐射型（放热型）： 1 h土壤温度随深度增加而增加的类型。土壤温度随深度增加而增加的类型。一般出现在夜间和冬季，是由于土壤表面首先辐射一般出现在夜间和冬季，是由于土壤表面首先辐射冷却造成的，热量由下层向地表传递。冷却造成的，热量由下层向地表传递。可用一日中可用一日中1h和一年中和一年中1月土壤温度垂直分布表示。月土壤温度垂直分布表示。（3）清晨转变型：）清晨转变型： 09 h，4月月上层为日射型，下层为辐射型。上层为日射型，下层为辐射型。（4）傍晚转变型：）傍晚转变型： 19 h，10月月上层为辐射型，下层为日射型。上层为辐射型，下层为日射型。3温度与农业温度与农业 一

26、、气温与农业生产的关系一、气温与农业生产的关系 二、土温与农业的关系二、土温与农业的关系 三、调节温度的农业措施三、调节温度的农业措施温度与农业的关系温度与农业的关系 （1）它直接影响作物的生长、分布和产）它直接影响作物的生长、分布和产量。量。 （2）影响作物的发育速度。）影响作物的发育速度。 （3）影响光、水资源的利用和作物生产）影响光、水资源的利用和作物生产的安排。的安排。 （4）影响作物病虫害的发生和发展。）影响作物病虫害的发生和发展。一、气温与农业生产的关系一、气温与农业生产的关系 1、基本温度指标、基本温度指标 2、积温及其对作物生长发育的影响。、积温及其对作物生长发育的影响。（1）

27、 三基点温度三基点温度 即：即：最低温度，最适温度，最高温度最低温度，最适温度，最高温度。 再加上再加上最低、最高致死温度最低、最高致死温度，合称五基，合称五基点温度。点温度。 a、不同的植物，三基点温度不同。、不同的植物，三基点温度不同。 几种植物三基点温度（几种植物三基点温度（）作物种类作物种类最低温度最低温度最适温度最适温度最高温度最高温度香蕉香蕉芒果芒果水稻水稻豌豆豌豆1012 912101212243224292032202540.50的期间叫农的期间叫农耕期。耕期。 5-早春作物开早春作物开始播种，喜凉作始播种，喜凉作物和树木停止或物和树木停止或恢复生长。恢复生长。 5的期间叫作的

28、期间叫作物生长期。物生长期。 “看万山红遍，层林尽染看万山红遍，层林尽染”； “停车坐爱枫林晚，霜叶红于二月花停车坐爱枫林晚，霜叶红于二月花”； 因为因为:叶片中含有花青素，它在酸性液中叶片中含有花青素，它在酸性液中呈红色。呈红色。随季节更替，气温、日照相应随季节更替，气温、日照相应减少，对花青素的形成有利减少，对花青素的形成有利，枫树等红，枫树等红叶树种的叶片细胞这时呈酸性，整个叶叶树种的叶片细胞这时呈酸性，整个叶片便呈现偏红的颜色。片便呈现偏红的颜色。 因此可见因此可见是秋天的气象条件染红了它。是秋天的气象条件染红了它。 “深闺秋叶何处觅？深闺秋叶何处觅？” 1 1、北京香山、北京香山 2 2、四川阿坝米亚罗、四川阿坝米亚罗 3 3、长沙岳麓山、长沙岳麓山 4 4、南京栖霞山、南京栖霞山 10-春季喜温作物春季喜温作物开始生长，喜凉作开始生长，喜凉作物开始迅速生长。物开始迅速生长。秋季喜温作物停止秋季喜温作物停止生长。生长。 10的期间为喜温的期间为喜温作物生长期。作物生长期。 15-喜温作物积喜温作物积极生长，早稻适极生长，早稻适宜移栽。宜移栽。 15的期间是喜的期间是喜温作物安全生长温作物安全生长期。期。 20-水稻安全抽水稻安全抽穗、开花的指标，穗、开花的指标，热带植物正常生长。热带植物正常生长。 20 为热带作物为热带作物生长期。生长期。2、积温及其对