第 三章 温度,第一节 热量收支第二节 地面和土壤的温度第三节 空气的温度第四节 温度与农业,第一节 热量收支,热量收支（交换）方式物质的热属性大气稳定度,物体温度的高低变化，实质就是自身内能的变化。以大气温度变化为例，当空气获得热量时，内能增加，气温升高；相反，当空气失去热量时，内能减少，气温下降。 引起空气内能发生变化的原因有两种，即非绝热变化与绝热变化。,一、,一、热量收支（交换）方式,一块空气有热量的收入或支出时，可以引起温度变化。但是，如果不与外界交换热量，仅由空气本身的体积变化(由外界压力的变化对空气做功），根据热力学第一定律dQ=dU+dW,也会引起这块空气温度的改变。 空气块在与周围环境不发生热量交换的情况下（绝热条件）的温度变化，叫绝热变化。相应的过程即为绝热过程。,（一）空气的绝热变化,1、空气绝热变化的结果 气象学上，在大气中作垂直运动的空气团，其状态通常接近于绝热过程。,绝热冷却：空气团上升，外界压力减小，气团体积膨大对外做功，因是绝热过程，与外界无热量交换，所以对外做功的能量只能由其本身的内能来承担，空气团因消耗内能而降温。 绝热增温：空气团下降，外界压力增大，气团被压缩，外界对气团做功，因是绝热过程，与外界无热量交换，所以所做的功只能用于增加气团的内能，空气团因内能增加而升温。,（1）干绝热变化 干空气或未饱和湿空气(没有水汽凝结)在垂直运动过程中温度的绝热变化称为干绝热变化。 干绝热升降引起的温度随高度的变化率，称为干绝热直减率。据计算，= 0.98/100m，实际工作中取=1/100m。 （2）湿绝热变化 饱和的湿空气（在上升和下降时空气都维持饱和状态），温度的绝热变化称为湿绝热变化。其温度变化率称为湿绝热直减率，用m表示，均值为0.5 /100m。,2、空气绝热变化的类型,饱和空气垂直运动时，温度随高度的变化是由两种作用引起的：一种是由气压变化引起的，另一种是由水相变化导致潜热释放引起的。 当空气上升时，气压变小，气体绝热对外做功，内能消耗使温度降低，但温度降低后，饱和水汽压减小，水汽会凝结，放出热量，使温度升高；当空气下降时，气压使温度升高，但水分蒸发使温度降低。 这两种过程相互抵消，使得有水汽凝结（蒸发）时，空气的升降所引起的温度变化幅度要比没有水汽凝结（蒸发）时小。因此，一般情况下，。,平流 (流体水平方向上的流动),对流 (流体垂直方向上的流动),辐射,流体在加速地作水平流动时，它的内部将发生无规则的湍动，称湍流。当流体加速地流经不平的下垫面时，在起伏物体的两方形成涡流。湍流和涡流统称为乱流。,流体的各向流动,（二）空气的非绝热变化,分子传导,乱流,潜热交换,二、大气稳定度,大气的稳定性大气稳定度的概念大气稳定度的判断,结 论,1. 愈大，大气愈不稳定； 愈小，大气愈稳定。2. 当 m时，必然 d 时，必然 m ，无论空气是否达到饱和，大气总是处于不稳定状态，因而称为绝对不稳定。3.当 d m时，对于饱和空气来说，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。这种情况称为条件不稳定。,三、物质的热属性,热容量,热导率,热扩散率,热导率与容积热容量之比可作为物质发生温度变化的指标，称热扩散率(K)，即：K /C单位：厘米2 秒-1,一克物质温度升高(或降低)一度所吸收(或放出)的热量，称为质量热容量(焦克-1 度-1 )， 又称比热或比热容。1立方厘米的物质温度升高(或降低)一度所吸收(或放出)的热量，称为容积热容量(焦厘米-3 度-1 )。 容积热容量( Cv )与质量热容量(Cm)的关系：Cv = Cm ,当温度垂直梯度为1 /m，单位时间通过单位水平截面积所传递的热量，称为热导率(焦厘米-1度-1 秒-1 )。热导率( )表示物质输送热量的能力。,容积热容量,土壤温度的变化,含水量 孔隙度,热导率,热扩散率,水气的比例 （湿度）,（ /C ）,第二节 地面和土壤的温度一、地面热量的收支二、土温的变化三、影响土温变化的主要因素,一、地面热量收支（平衡）,（一）活动层和活动面 活动层：指能够调节自身内部及相邻其他物质的辐射、热量、水分等的物质层（土体）。 活动面：凡是辐射能、热能和水分交换最活跃，从而能调节邻近气层（或土层）的辐射收支、温度高低、湿度大小的物质面，称活动面（土表）。,辐射差额( R ),（二）地面热量收支,地面与下层的热量交换( B ),潜热( LE ),地面与近地气层的热量交换( P ),R P B LE Q,（一）土壤温度的时间变化,（三）影响土温变化的因素及调控,（二）土壤温度的垂直分布,二、土壤温度的变化,日变化,（一）土壤温度的时间变化,年变化,一天中，土表最高温度出现在13时左右，最低值出现在日出前。 一天中土壤最高温度与最低温度之差称为土温日较差。土表日较差最大，越向深层，较差越小，至一定深度后较差为零。,中高纬度，土表温度年变化特点：最热月出现在7、8月，最冷月出现在1、2月；低纬度受云量、降水的影响较大。 土温年较差随深度的增加而减小，直至一定深度时年较差为零，这个深度以下的层次叫土温不变层（如图）。,辐射型：,（二）土壤温度的垂直分布,日射型：,清晨转变型：,傍晚转变型：,（三）影响土温变化的因素 1、太阳高度角 凡是正午时刻太阳高度角大的季节和地区，太阳辐射的日变化也就大，因而日较差也就大。 2、纬度 日较差随纬度的增高而减小，年较差随纬度的增高而增大。 3、土壤热特性（热容量、热导率） 含水量 机械组成 有机质 4、土壤颜色 深 浅 5、土壤的机械组成及有机质 6、地面覆盖物 植被类型 裸露与否 7、地形 凹地与凸地 8、天气 阴天与晴天 多云与少云,第三节 空气的温度变化,一、空气温度的变化（时间变化、空间分布）二、大气中的逆温,近地层气温的日变化,（一）空气温度的时间变化,近地层气温的年变化,一天中，最高气温出现在14时左右，最低值出现在日出前后。 气温日较差随纬度（增高而减小）、季节（夏季冬季，春季最大）、地形（凸地平地凹地）、下垫面性质（海洋陆地）和天气状况（晴阴）。,大陆性气候区和季风性气候区，一年中最热月出现在7月，最冷月出现在1月；海洋性气候区分别出现在8月和2月。 影响年较差的因子有纬度(增高而增大）、距海远近及地形和天气状况等。,近地层气温的非周期性变化,（二）气温的空间变化,1、近地层气温的垂直分布2、对流层气温的垂直变化,1、近地层气温的垂直分布,日射型 气温随高度增加而降低，以12时为代表。辐射型 气温随高度增加而增加，以0时为代表。上午转变型 下部为日射型，上部为辐射型，以 6时为代表。傍晚转变型 下层为辐射型，上层为日射型，以 18时为代表。,2、对流层气温的垂直变化（1）气温垂直梯度,气温随高度变化的程度，是用单位高度内气温的变化值，即气温垂直梯度来表示，又称气温直减率。常用 表示，即 在对流层中 平均为0.65/hm,当气温直减率大于0，气温随高度增加而降低；当气温直减率小于0 ，气温随高度增加而增加。气温直减率的绝对值大小，表示气温随高度变化的程度。,（2）对流层中的逆温现象 在特定条件下，对流层的气温出现随高度的增高而升高的现象，这就叫逆温。一旦发生逆温后，大气处于稳定状态，阻止了空气垂直运动向上发展，因此逆温层下部会聚集较多的空气杂质，加重空气污染，降低大气能见度。 逆温按形成原因可分为辐射逆温、平流逆温、下沉逆温、锋面逆温等,（a）辐射逆温 由于地面强烈辐射冷却而形成的逆温。多发生在晴朗无云或少云的夜晚，日出后，随着太阳辐射的逐渐加强，逆温层自下而上消失。冬季，山谷或盆地的辐射逆温强，可持续数天不消失。（b）平流逆温 当暖空气平流到冷的地面或冷的水面时形成的逆温。,第四节 温度与农业,气温与农业生产的关系土温与农业生产的关系调节温度的农业措施,一、气温与农业生产的关系1、与农业相关的温度（1）三基点温度/五基点温度 最适温度、最低温度、最高温度、最高致死温度、最低致死温度 不同作物有不同的三基点温度，同一作物在不同的生育阶段也有不同的三基点温度（2）农业界限温度 具有普遍意义的，标志某些重要物候现象或农事活动的开始、终止或转折的温度。,2、积温及其对作物生长发育的影响 某一时段内逐日平均气温累积之和称为积温。积温是研究作物生长、发育对热量的要求和评价热量资源的一种指标。 活动温度：高于作物生长下限温度的日平均温度； 有效温度：日平均温度与作物生长下限温度的差值 积温学说的局限性：只考虑了温度，没考虑其他气象因素；没有剔除超过或低于三基点温度上下限的温度；没有考虑最高（低）温度对作物的影响；部分作物（感光性强的）的生长发育更多取决于光照而非温度3、逆温在农业生产中的应用 利用逆温防霜冻、喷药、山区作物布局,二、土温与农业的关系1、土温与种子发芽出苗的关系2、土温对根系生长的影响3、土温对块根和块茎形成的影响4、土温对作物吸收养分、水分的影响5、土温对土壤昆虫的影响三、调节温度的措施常用的农业措施主要有灌水、松土、垄作等,某个水稻品种从播种到出苗的生物学下限温度为12.0，播种8天后出苗，这8天的日平均气温分别为：12.5、11.5、12.5、13.6、14.6、15.0、15.6、14.0。求该品种从播种到出苗的活动积温和有效积温。,活动积温：12.5+12.5+13.6+14.6+15.0+15.6+14.0=97.8有效积温：（12.5-12）+（12.5-12）+（13.6-12）+（14.6-12）+（15.0-12）+（15.6-12）+（14.0-12）=13.8,