农业气象学

第三章 温度

第一节 大气温度 一、大气的热量输送

非绝热变化：由于空气与外界有热量交换引起的；

绝热变化：由外界压力的变化对空气做功使空气膨胀或压缩引起的。 1. 空气温度的非绝热变化 （1）分子热传导

①以分子运动来传递热量的过程；

②只要有温度的差异存在就会以传导方式进行热量交换； ③仅在贴近地气层中较为明显。

（2）辐射：大气主要依靠吸收地面的长波辐射而增热，地面吸收大气逆辐射。 （3）对流

①空气在垂直方向上大规模的、有规律的升降运动； ②对流层中热量交换的重要方式。 （4）湍流

①一种小规模的、无规则的升降气流或空气的涡旋运动； ②地面和空气、空气和空气之间热量交换的重要方式之一；

③空气层相互之间发生摩擦或空气沿粗糙不平的下垫面运动时产生。 （5）平流：空气大规模的水平运动。 （6）蒸发和凝结

①蒸发吸收热量，凝结放出潜热；

②把因水的相态变化而引起的热量转移称为潜热；

③通过蒸发和凝结能使地面和大气之间、空气团和空气团之间发生潜热交换，潜热交换主要发生在对流层下半层。 2. 空气温度的绝热变化

（1）绝热过程：对于任一空气气团与外界之间无热量交换时的状态变化。 （2）绝热冷却 （3）绝热增温 （4）绝热变化 ①干绝热变化：干空气在绝热上升过程中，每改变单位距离的温度变化称为干绝热直减率，通常γd表示。其值约为1℃／(100 m)。在绝热变化过程中，干空气每上升或下降100 m，温度约降或升高低1℃.

②湿绝热变化：饱和空气在绝热上升(或下降)中都维持饱和状态，每改变单位距离的温度变化，称为湿绝热直减率，常以γm表示。其平均值为0.5℃／(100 m)。

③γd和γm是指气快在升降过程中，气快本身温度的变化率；γ则表示实际大气中温度随高度的分布，也有人称其为环境空气的垂直温度梯度。

二、气温的时空变化 1、 气温的周期性变化 （1）气温的日变化

①气温日较差：一天中，最高气温与最低气温之差；

②最高气温出现在14～15时，最低气温出现在日出前后。 ③影响气温日较差的因素：

纬度：气温日较差随着纬度的增加而减少；

季节：一般夏季气温日较差大于冬季，一年中气温日较差在春季最大； 地形：凸出地形气温日较差比平地小，低凹地形气温日较差比平地大； 下垫面性质：陆地上气温日较差大于海洋，而且距海越远，日较差愈大； 天气：晴天气温日较差大于阴天，大风天气温日较差较小；

海拔：随着高度的增高，地面的影响变小，气温日较差也随之减小，最高气温和最低气温出现的时间也逐渐落后。 （2）气温的年变化

①气温年较差：一年中，最热月的平均气温与最冷月的平均气温之差； ②影响气温年变化的因素：

纬度：气温年较差随纬度的增高而增大；

距海远近：距海越近年较差越小，距海越远年较差越大； 地形：凸起地形年较差小于凹下地形； 海拔：气温年较差随海拔升高而减小； 2、气温的非周期性变化

（1）原因：由于大规模的空气水平运动引起的； （2）倒春寒与秋老虎

（3）一个地方空气温度的变化总是在周期性与非周期性中交替进行，气温的变化也是两者共同作用的结果。 3、气温的垂直分布

（1）特点：随高度的增加而降低 （2）气温垂直梯度

①也称 气温直减率，γ，高度每相差100m，两端气温的差值（℃/100m）； ②在对流层中，气温垂直梯度平均约为0.65℃／(100 m)；

③白天温度随高度升高而降低的为日射形分布，夜间气温随高度升高增加的为辐射型分布； （3）对流层中的逆温现象

①逆温：气温随着高度的增加而升高的现象；

②辐射逆温：因地面辐射冷却而形成的气温逆增的现象；

③平流逆温：当暖空气流到冷的下垫面上，使接近地面的空气冷却而形成的逆温；

④逆温在农业上的应用：烟雾剂防治植物病虫害时，常选择有逆温的天气进行；在有霜冻的夜晚，常有逆温层存在，此时用熏烟法防霜冻，使烟雾弥漫于贴地层，增防霜效果。

三、大气稳定度 1、概念：气块受任意方向扰动后返回或远离平衡位置的趋势和程度；稳定程度可分为稳定、不稳定、中性。

2、大气稳定度的判断

（1）γ越大，大气越不稳定;γ越小，大气越稳定。如果γ很小，甚至等于零或小于零(逆温)，它将阻碍对流的发展，所以习惯上常将逆温以及γ很小的气层称为阻挡层。

（2）当γ<γm时，一定是γ>γd ，不论空气是否达到饱和，大气总是处于稳定状态，因而称为绝对稳定状态；

（3）当γ>γd时，一定是γ<γm ，称为绝对不稳定状态。

（4）当γm <γ<γd时，对于做垂直运动的饱和空气来说，大气是处于不稳定状态的；对于未饱和空气来说，大气是处于稳定状态的。这种情况，总体来说大气是处于条件性不稳定状态，实际大气中这是最常见的一种情况。

（5）当γ=γd时，对作干绝热升降运动的空气块而言，大气是中性的；而对作湿绝热升降运动的空气块而言，大气是不稳定的；

（6）当γ=γm时，对作湿绝热升降运动的气块而言，大气是中性的；对干空气而言，大气是稳定的。

第二节 土壤温度 一、土壤热特性 1、热容量（CV）

（1）表示土壤容纳热量的能力。

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（2）单位体积的土壤，温度变化1℃时所吸收或放出的热量，单位是J/(m·℃)

（3）当土壤失去或获取相同的热量时，热容量越大的土壤，升温或降温的幅度越小。 （4）改变土壤热容量的主要因素：

①土壤水分：土壤热容量随土壤湿度的增大而增大； ②土壤空隙度：土壤热容量随土壤空隙度的增大而减小。 2、热导率（λ）

（1）表示土壤传递热量的能力。单位是J/（m· s· ℃）或W/(m·K)。

（2）土壤的热导率也称导热率或导热系数，是指单位厚度(1m)内温度相差1℃时，在单位截面的土壤，每秒钟所通过的热量。

（3）热导率大，说明土壤传递热量的能力强，传递热量的速度快，在同一时间内传递的热量越多；当温度垂直梯度相同时，热导率大的土壤，热量容易传入深层或从深层得到热量，因而表层土壤温度变化小。 （4）影响热导率的因子

①土壤孔隙度：孔隙度大，土壤导效率变小；

②土壤含水量：土壤湿度增加时，土壤导热率变大。 3、热扩散率（K）

（1）与土壤热导率成正比，与土壤热容量成反比；

（2）其他条件相同时，热扩散率越大，其表面温度变化越小，土壤内温度变化则越大。

二、土壤温度的日、年变化

1、其特征通常是用“较差”和“极值出现时刻”来描述。 2、较差：即振幅。

3、极值出现时刻：是指最高温度或最低温度出现的时刻。 4、日变化

（1）土壤温度日较差：一天中，土壤的最高温度与最低温度之差； （2）最高温度：出现在13时左右；

（3）最低温度：出现在将近日出的时候，即地表面热量差额由负值转为正值的平衡时刻。 （4）表面热量差额：

地表层热量收支差额(热量平衡)＝地面热量收入一地面热量支出 （5）影响土温日变化的因素

①太阳高度角：太阳高度角大，土壤表面温度的日较差也大；

②地形：凸地形的土壤温度日较差比平地形的小；凹地形则相反，土壤温度日较差较大； ③下垫面颜色：深色土壤表面的日较差比浅色土壤的大些；

④导热率：导热率大的土壤温度日较差小；导热率小的土壤，温度日较差则大； ⑤热容量：热容量大的土壤，温度日较差小，热容量小的土壤，温度日较差大； ⑥天气：晴天土壤表面温度日较差比阴天大。 5. 年变化

（1）土温年较差：一年中，土壤最高月平均温度与最低月平均温度之差；

（2）在北半球的中、高纬度地区，土壤表面月平均最高温度出现在七、八月份；月平均最低温度出现在一、二月份；

（3）赤道附近一年中太阳直射两次，因此土壤表面的温度年变化也有两个起伏，月平均最高温度分别出现在春分和秋分之后；月平均最低温度分别出现在夏至和冬至以后；

（4）土壤表面温度的年较差随纬度的增高而增大，这是由于太阳辐射的年变化随纬度增高而增大引起的；

（5）裸露土壤的温度年较差比夏季和冬季处于自然覆盖下的土壤温度年较差大。 四、土壤温度的垂直分布 1、日射型

（1）土壤温度随深度的增加而降低的类型；

（2）一般出现在白天和夏季，是由土壤表面首先增热造成的，热量 由地表向下层传递； 2、辐射型

（1）土壤温度随深度的增加而增加的类型；

（2）一般出现在夜间和冬季，是由土壤表面首先冷却造成的，热量由下层向地表传递； 3、过渡型

（1）土壤上、下层温度的垂直分布分别具有日射型和辐射型的特征； （2）一般出现于昼与夜(或冬与夏)间的过渡时期。