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1、第二章第二章 温度温度引言：引言：一定的环境温度是植物生活的一定的环境温度是植物生活的必要条件之一，但目前还很难在大面必要条件之一，但目前还很难在大面积上作人工控制的就是作物环境温度积上作人工控制的就是作物环境温度-土壤温度和日温度，两者中对气温土壤温度和日温度，两者中对气温的调节有局限性，所以，农作物的栽的调节有局限性，所以，农作物的栽培界限，主要受气温决定的。培界限，主要受气温决定的。1 1、土壤的主要热性质；、土壤的主要热性质；2 2、土壤、水体及空气温度的变化特点；、土壤、水体及空气温度的变化特点；3 3、影响土壤、水体及空气温度日变化和年变、影响土壤、水体及空气温度日变化和年变化的环
2、境因素；化的环境因素；本章重点本章重点本章主要内容本章主要内容1 1、土壤的升温和降温；、土壤的升温和降温；2 2、土壤、水体及空气温度的变化；、土壤、水体及空气温度的变化；3 3、空气的绝热变化和大气稳定度；、空气的绝热变化和大气稳定度；4 4、气温与农业生产之间的关系、气温与农业生产之间的关系第一节第一节 土壤的升温和降温土壤的升温和降温一、土壤的热性质一、土壤的热性质是指土壤在热学方面所具有的特性，包括热容量、是指土壤在热学方面所具有的特性，包括热容量、导热率和导温率。导热率和导温率。单位质量（重量）或容积的土壤每升高（或降单位质量（重量）或容积的土壤每升高（或降低）低）1所需要（或放出
3、的）的热量，被称为土所需要（或放出的）的热量，被称为土壤热容量。壤热容量。1 1、土壤热容量、土壤热容量以以C C代表质量（重量）热容量代表质量（重量）热容量 单位是单位是J/gJ/g），C CV V代表容积热容量代表容积热容量 单位是单位是J/J/（cmcm3 3）。C C与与C CV V的关的关系为系为:C CV VC C 是土壤密度。是土壤密度。l 土壤不同组分的热容量土壤不同组分的热容量土壤组成物质土壤组成物质 重量热容量重量热容量 容积热容量容积热容量 J/（g）J/（cm3）粗石英砂粗石英砂 0.745 2.163高岭石高岭石 0.975 2.410石灰石灰 0.895 2.435
4、腐殖质腐殖质 1.996 2.525土壤空气土壤空气 1.004 1.255103土壤水分土壤水分 4.184 4.184 CvmCvVm+oCvVo+wCvVwaCvVa mCv、oCv、wCv和和aCv分别为土壤矿物质、有机质、水和空气的分别为土壤矿物质、有机质、水和空气的容积热容量，容积热容量，Vm、Vo、Vw、Va分别为土壤矿物质、有机质、水和分别为土壤矿物质、有机质、水和空气在单位体积土壤中所占的体积比。空气在单位体积土壤中所占的体积比。不同土壤的固、液、气三相物质组成比例是不同的，所以不同土壤的固、液、气三相物质组成比例是不同的，所以CvCv可可表示为表示为:因空气的热容量很小，可
5、忽略不计，故土壤热容量可简化为：因空气的热容量很小，可忽略不计，故土壤热容量可简化为：Cv1.9Vm+2.5Vo+4.2VwJ/(cm3)水分、空气、矿质土粒及有机质水分、空气、矿质土粒及有机质 土壤温度变化主要受含水量、质地的影响土壤温度变化主要受含水量、质地的影响l 影响土壤热容量的因素影响土壤热容量的因素l 土壤不同组分的热容量土壤不同组分的热容量2、土壤导热率、土壤导热率导热性导热性:土壤吸收一定热量后，一部分用于它本身升温，一部分土壤吸收一定热量后，一部分用于它本身升温，一部分传送给其邻近土层。土壤具有将所吸热量传导到邻近土层的性传送给其邻近土层。土壤具有将所吸热量传导到邻近土层的性
6、能，称为导热性。能，称为导热性。导热率导热率:导热性大小用导热率（导热性大小用导热率（）表示，即在单位厚度（）表示，即在单位厚度（1cm）土层，温差为土层，温差为1时，每秒钟经单位断面（时，每秒钟经单位断面（1cm2）通过的热量）通过的热量焦耳数。其单位是焦耳数。其单位是J/（cm2s）。）。热量的传导是由高温处到低温处，设土壤或其它物质两热量的传导是由高温处到低温处，设土壤或其它物质两端的温度为端的温度为t1t1、t2t2，土壤的厚度为土壤的厚度为d d，在一定时间在一定时间(T)(T)内内流动的热量为流动的热量为Q Q。则一定时间内单位面积则一定时间内单位面积(A)(A)上流过的热上流过的
7、热量为量为Q/ATQ/AT。两端间的温度梯度为两端间的温度梯度为(t1-t2)/d(t1-t2)/d，故导热率故导热率 根据定义为：根据定义为：导热率的计算导热率的计算l 土壤不同组成分的导热率土壤不同组成分的导热率 土壤组成分土壤组成分导热率导热率J/(cm2s)石英石英 4.427102湿砂粒湿砂粒 1.674102干砂粒干砂粒 1.674103泥炭泥炭 6.276104腐殖质腐殖质 1.255102土壤水土壤水 5.021103土壤空气土壤空气 2.092104矿物质虽然导热率最大，但它是相对稳定而不易变矿物质虽然导热率最大，但它是相对稳定而不易变化的。而土壤中的水、气总是处于变动状态。
8、因此，化的。而土壤中的水、气总是处于变动状态。因此，土壤导热率的大小主要决定于土壤孔隙的多少和含土壤导热率的大小主要决定于土壤孔隙的多少和含水量的多少。水量的多少。当土壤干燥缺水时，土粒间的土壤孔隙被空气占领，当土壤干燥缺水时，土粒间的土壤孔隙被空气占领，导热率就小；当土壤湿润时，土粒间的孔隙被水分占导热率就小；当土壤湿润时，土粒间的孔隙被水分占领，导热率增大。领，导热率增大。因而湿土比干土导热快。因而湿土比干土导热快。干土干土湿土湿土3、导导 温温 率率土土壤壤导导热热系系数数或或热热扩扩散散系系数数，指指在在标标准准状状况况下下，在在土土层层垂垂直直方方向向上上每每厘厘米米距距离离内内有有
9、1K K的的温温度度梯梯度度，每每秒秒流流入入1cm1cm2 2土土壤壤断断面面面面积积的的热热量量，使使单单位体积（位体积（1cm1cm3 3）土壤所发生的温度变化。土壤所发生的温度变化。K=K=/Cv/Cv,:导热率，导热率，CvCv：热容量（容积）。热容量（容积）。土壤组土壤组成分成分容积热容量容积热容量（Jcm1 K1)重量热容量重量热容量(Jg1K1)导热率导热率（Jcm1s1K1)导温率导温率(cm2 s1)土壤空气土壤空气0.00131.000.000210.00025 0.16150.1923土壤水分土壤水分4.1874.1870.00540.00590.00130.0014矿
10、质土粒矿质土粒1.9300.7120.01670.02090.00870.0108土壤有土壤有机质机质2.5121.9300.00840.01260.00330.0050l 土壤组成的热特性土壤组成的热特性二、土壤的升温和降温二、土壤的升温和降温1、土壤表面的辐射平衡、土壤表面的辐射平衡 地面辐射平衡地面辐射平衡 太阳直接短波辐射太阳直接短波辐射(I)地面短波反射地面短波反射(I+H)天空天空(大气大气)短波辐射短波辐射(H)地面长波辐射地面长波辐射 E 逆辐射逆辐射(长波辐射长波辐射)(G)I+H投入地面的太阳总短波辐射投入地面的太阳总短波辐射(环球辐射环球辐射 (I+H)被地面反射出的短波
11、辐射，被地面反射出的短波辐射，(为反射率为反射率)r=EG是土壤向大气进行长波辐射量是土壤向大气进行长波辐射量(E)与大气升温反向与大气升温反向 土壤辐射量土壤辐射量(G)的差值；的差值；以以R代表地面辐射能的总收入减去总支出的平衡差值代表地面辐射能的总收入减去总支出的平衡差值 R=(I+H)(I+H)+(GE)=(I+H)(1)r2 2、土壤热量平衡、土壤热量平衡当土面获得太阳辐射能转当土面获得太阳辐射能转换为热能时，大部分热量换为热能时，大部分热量消耗于土壤水分蒸发和土消耗于土壤水分蒸发和土壤与大气之间的湍流热交壤与大气之间的湍流热交换，一小部分被生物活动换，一小部分被生物活动所消耗，只有
12、很少部分通所消耗，只有很少部分通过热交换传导至土壤下层。过热交换传导至土壤下层。据右图，设太阳辐射据右图，设太阳辐射能能有有47%到到地地面面，蒸蒸腾腾消消耗耗占占23%，长长波波净净辐辐射射占占14%，对流传导占，对流传导占10%。土壤收支平衡表示式土壤收支平衡表示式式中：式中：S-S-单位时间内土壤实际获得或失掉的热量；单位时间内土壤实际获得或失掉的热量；R-R-辐射平衡；辐射平衡；P-P-土壤与大气层之间的湍流交换量；土壤与大气层之间的湍流交换量；L LE E-水分蒸发、蒸腾或水汽凝结而造成的热量水分蒸发、蒸腾或水汽凝结而造成的热量损失或增加量；损失或增加量；B B土面与土壤下层的之间的
13、热交换量。土面与土壤下层的之间的热交换量。S=RPLE+B2 2、土壤热量平衡、土壤热量平衡2 2、土壤热量平衡、土壤热量平衡R RL LE EP PB BR RL LE EP PB B（白天）（白天）（白天）（白天）地表面地表面地表面地表面热量收支示意图热量收支示意图热量收支示意图热量收支示意图（夜间）（夜间）（夜间）（夜间）白天：白天：R-P-B-LE=0夜间：夜间：-R+P+B+LE=0不考虑土壤厚度时不考虑土壤厚度时QQ QQ R RL LE EP PB BL LE ER RP PB B（白天）（白天）（白天）（白天）（夜间）（夜间）（夜间）（夜间）地表层地表层地表层地表层热量收支示意
14、图热量收支示意图热量收支示意图热量收支示意图白天：白天：R-P-B-LE=Q夜间：夜间：-R+P+B+LE=-Q2 2、土壤热量平衡、土壤热量平衡考虑土壤厚度时考虑土壤厚度时第二节第二节 土壤、水层及气温变化土壤、水层及气温变化1、土壤温度年变化、土壤温度年变化 升温阶段，一般为升温阶段，一般为1 1月至月至7 7月，月，7 7月达最高；月达最高；降温阶段，一般是为降温阶段，一般是为7 7月至次年月至次年1 1月，月，1 1月达月达 最低。最低。土层愈深，最高温和最低温达到的时间落后于表层土壤，土层愈深，最高温和最低温达到的时间落后于表层土壤，称为称为“时滞时滞”。温度的变幅也随土层深度而缩小
15、，至。温度的变幅也随土层深度而缩小，至5 52020米深处，土温年变幅消失。米深处，土温年变幅消失。一、土壤温度变化一、土壤温度变化2、土温日变化、土温日变化 l 土表温度土表温度最高值最高值出现在当地时间出现在当地时间1314时，时，最低最低温温出现在日出之前。出现在日出之前。l 土温日变幅以表土最大，至土温日变幅以表土最大，至40100cm深处变化深处变化幅度小甚至消失。幅度小甚至消失。一、土壤温度变化一、土壤温度变化3、土壤温度的垂直分布、土壤温度的垂直分布 一天中土壤温度的垂直分布一般分为日射型、辐射型、上午转变型和傍晚转变型等4种类型。一年中土壤温度的垂直变化可分为放热型（冬季，相当
16、于辐射型），受热型（夏季，相当于日射型）和过渡型春季和秋季，相当于上午转变型和傍晚转变型）。4 4、影响土温变化的因素、影响土温变化的因素 纬纬度度坡坡向向坡坡度度纬度影响土壤表面接受太阳辐射的强度。纬度影响土壤表面接受太阳辐射的强度。随纬度由低到高，自南而北土壤表面接随纬度由低到高，自南而北土壤表面接受的辐射强度减弱，土温由高到低受的辐射强度减弱，土温由高到低。北半球南坡接受太阳辐射最多，东南坡、北半球南坡接受太阳辐射最多，东南坡、西南坡次之，东坡、西坡、东北坡、西北西南坡次之，东坡、西坡、东北坡、西北依次递减，北坡最低。依次递减，北坡最低。北半球中纬度地区（北半球中纬度地区（3030600
17、600）的南向坡，）的南向坡，随着坡度增加，接受太阳辐射增加。随着坡度增加，接受太阳辐射增加。地面覆盖后既减少吸热，也减少散热。地面覆盖后既减少吸热，也减少散热。海海拔拔高高度度土土壤壤因因素素地地面面覆覆盖盖海拔增高，大气稀薄，透明度增加，散热海拔增高，大气稀薄，透明度增加，散热快，土壤吸收热量增多，所以高山土温比快，土壤吸收热量增多，所以高山土温比气温高。由于高山气温低，地面裸露时，气温高。由于高山气温低，地面裸露时，地面辐射增强，随着高度增加，土温比平地面辐射增强，随着高度增加，土温比平地的低。地的低。影响土温变化的土壤因素，包括土壤结构、影响土温变化的土壤因素，包括土壤结构、质地、松紧
18、度、颜色、湿度、地表状态及质地、松紧度、颜色、湿度、地表状态及土壤水汽含量等土壤水汽含量等 。二、水层温度变化二、水层温度变化 水水层层温温度度变变化化主主要要受受水水的的容容积积热热容容量量大大的的影影响响，以以及及水水是是半半透透明明流流体体、具具有有乱乱流流混混合合作作用用的的综综合合影影响响。能能把把表表层层吸吸收收的的太太阳阳辐辐射射传传递递到到深深层层水水。这这种种由由表表面面向向深深层层的的热热传传递递使使水水域域的的温温度度年年较较差差和和日日较较差差变变化化比比相相应应的的土土壤壤温温度度较较差差小小得得多多，在在最最冷冷月月和和最最热热月月落落后后时时间间一一致致时时，如如
19、一一个个月月，土土壤只需加深壤只需加深1 1米，而水层必须加深米，而水层必须加深6060米。米。1 1、水温升降特性、水温升降特性 （1 1）水水的的容容积积热热容容量量约约比比土土壤壤大大1 1倍倍，因因此此当当两两者者的的吸吸热热或或放放热热相相等等时时，水水面面升升温温或降温幅度应比土壤小或降温幅度应比土壤小1 1倍。倍。（2 2）水水为为一一半半透透明明液液体体，在在陆陆地地上上，太太阳阳辐辐射射被被很很薄薄的的表表土土层层所所吸吸收收（约约十十分分之之几几毫毫米米的的薄薄层层），土土壤壤增增热热剧剧烈烈；但但对对于于水水来来说说，太太阳阳辐辐射射可可以以透透入入相相当当深深的的水水层
20、层（几几十十米米），约约只只一一半半的的能能量量为为1010厘厘米米以以上上的的水水层层所所吸吸收收，所所以以水水面面温温度度的的升升高高要要比地面缓和得多。比地面缓和得多。1 1、水温升降特性、水温升降特性 （3 3）水水面面消消耗耗于于蒸蒸发发的的热热量量大大于于陆陆地地，水水面面的的增增热热因因此此缓缓和和，这这种种差差别别在在降降水水稀稀少的陆地和海洋之间表现最为突出。少的陆地和海洋之间表现最为突出。（4 4）水水中中的的热热量量传传递递方方式式与与土土壤壤完完全全不不同同。土土壤壤中中，热热量量传传递递的的基基本本方方式式是是分分子子传传导导，而而在在水水中中，则则主主要要通通过过乱
21、乱流流混混合合和和对对流流作作用用，这这种种方方式式比比分分子子传传热热要要快快得得多多，能使水面温度升降减慢几十倍。能使水面温度升降减慢几十倍。2 2、水温日变化和年变化、水温日变化和年变化 海海水水温温度度分分布布规规律律水水平平分分布布 同一海区同一海区 夏季水温高、冬季水温低夏季水温高、冬季水温低 不同纬度海区不同纬度海区纬度较低处水温较高，纬度纬度较低处水温较高，纬度较高处水温较低较高处水温较低 纬度相当海区纬度相当海区暖流经过海区水温较高寒流暖流经过海区水温较高寒流经过海区水温较低经过海区水温较低 垂垂直直分分布布 总趋势总趋势水温由表层向深层递减，水温由表层向深层递减，1 000
22、米以下垂直温差减小米以下垂直温差减小 时空变化时空变化主要存在于海水表层，水层主要存在于海水表层，水层越深，变化越小越深，变化越小 时间变化时间变化时间变化时间变化 日变化：日变化：日变化：日变化：水面最高温度出现在午后水面最高温度出现在午后水面最高温度出现在午后水面最高温度出现在午后1515151516h16h16h16h，最最最最低温度出现在日出后的低温度出现在日出后的低温度出现在日出后的低温度出现在日出后的2 2 2 23h3h3h3h内。内。内。内。年变化：年变化：年变化：年变化：水面最高温度一般出现在水面最高温度一般出现在水面最高温度一般出现在水面最高温度一般出现在8 8 8 8月，
23、月，月，月，最低温最低温最低温最低温度则出现在度则出现在度则出现在度则出现在2 2 2 23 3 3 3月。月。月。月。日、年较差：日、年较差：日、年较差：日、年较差：均小于陆地均小于陆地均小于陆地均小于陆地 位相：位相：位相：位相：一年中最高温度和最低温度出现的时一年中最高温度和最低温度出现的时一年中最高温度和最低温度出现的时一年中最高温度和最低温度出现的时间，大约每深入间，大约每深入间，大约每深入间，大约每深入60606060落后一个月。落后一个月。落后一个月。落后一个月。琵琶湖水温的垂直分琵琶湖水温的垂直分琵琶湖水温的垂直分琵琶湖水温的垂直分布布布布 夏季：夏季：夏季：夏季：水表层趋于等
24、温分水表层趋于等温分水表层趋于等温分水表层趋于等温分布。在等温层以下有一个跃布。在等温层以下有一个跃布。在等温层以下有一个跃布。在等温层以下有一个跃变层。跃变层以下是等温层。变层。跃变层以下是等温层。变层。跃变层以下是等温层。变层。跃变层以下是等温层。冬季：冬季：冬季：冬季：水温的垂直分布水温的垂直分布水温的垂直分布水温的垂直分布几乎呈等温状态。当水面几乎呈等温状态。当水面几乎呈等温状态。当水面几乎呈等温状态。当水面温度降到温度降到温度降到温度降到4444以下时，表层以下时，表层以下时，表层以下时，表层冷水不再下沉，使水面以冷水不再下沉，使水面以冷水不再下沉，使水面以冷水不再下沉，使水面以下的
25、水温在下的水温在下的水温在下的水温在4444左右。左右。左右。左右。垂直变化垂直变化 3 3、调节农田水温的方法、调节农田水温的方法 主主要要使使灌灌溉溉水水得得到到停停积积暴暴晒晒加加温温的的条条件件。修修筑筑中中小小型型水水库库，积积蓄蓄泉泉水水，开开迂迂回回的的灌灌溉溉水水沟沟，都都可可以以使使低低温温的的水水，停停积积暴暴晒晒的的时时间间加加长长，升升高高温度。温度。三、空气温度变化三、空气温度变化 （一）空气温度（一）空气温度 温度是表示物质冷热程度的物理量，具体指温度是表示物质冷热程度的物理量，具体指 温标上的标度。目前工作中都采用温标上的标度。目前工作中都采用1968年的国际年的
26、国际实用温标，即国际实用摄氏度。实用温标，即国际实用摄氏度。绝对温度、摄氏温度、华氏温度：绝对温度、摄氏温度、华氏温度：（1 1）绝对温度）绝对温度=摄氏温度摄氏温度+273.15+273.15 （2 2）摄氏温度）摄氏温度=5/9=5/9（华氏温度（华氏温度-32-32）（3 3）华氏温度）华氏温度=9/5=9/5摄氏温度摄氏温度+32+32空空气气温温度度的的日日变变化化与与土土壤壤温温度度的的日日变变化化一一样样，只只是是最最高高、最最低低温温度度出出现现的的时时间间推推迟迟，通通常常最最高高温温度度出出现现在在14141515时时，最最低低温温度度出出现现在在日日出出前前后后的的5 5
27、6 6时。时。（二）空气温度的日变化规律（二）空气温度的日变化规律 大大陆陆性性气气候候区区和和季季风风性性气气候候区区，一一年年中中最最热热月月和和最最冷冷月月分分别别出出现现在在7 7月月和和1 1月月，海海洋洋性性气气候候区区落落后后1 1个个月月左左右，分别在右，分别在8 8月和月和2 2月。月。（三）空气温度的年变化规律（三）空气温度的年变化规律（四）空气温度的水平分布（四）空气温度的水平分布等温线分布的总趋势大致与纬圈平行。等温线分布的总趋势大致与纬圈平行。同纬度夏季海面气温低于陆面，冬季海面气温高于陆面，同纬度夏季海面气温低于陆面，冬季海面气温高于陆面，等温线发生弯曲。等温线发生
28、弯曲。洋流洋流对海面气温的分布有很大影响。对海面气温的分布有很大影响。近赤道地区有一个高温带，月平均温度高于近赤道地区有一个高温带，月平均温度高于2424，称为，称为热赤道。热赤道。南半球无论冬、夏，最低气温均出现在南极；北半球最南半球无论冬、夏，最低气温均出现在南极；北半球最低气温冬季出现在高纬度大陆，夏季出现在北极地区。低气温冬季出现在高纬度大陆，夏季出现在北极地区。气温水平分布的特点：气温水平分布的特点：世界世界1 1月海平面气温分布图月海平面气温分布图 世界世界7 7月海平面气温分布图月海平面气温分布图 气气温温除除具具有有周周期期性性日日、年年变变化化规规律律外外，在在空空气气大大规
29、规模模冷冷暖暖平平流流影影响响下下，还还会会产产生生非非周周期期性性变变化化。如如我我国国江江南南地地区区3 3月月份份出出现现的的“倒倒春春寒寒”天天气气，秋秋季季出出现现的的“秋秋老老虎虎”天天气气，便便是是气温非周期性变化的结果。气温非周期性变化的结果。（五）气温的非周期性变化（五）气温的非周期性变化 逆逆温温是是指指在在一一定定条条件件下下，气气温温随随高高度度的的增增高高而而增增加加，气气温温直直减减率率为为负负值值的的现现象象。逆逆温温按按其其形形成成原原因因，可可分分为为辐辐射逆温、平流逆温、湍流逆温、下沉逆温等类型。射逆温、平流逆温、湍流逆温、下沉逆温等类型。（1 1）辐射逆温
30、辐射逆温：是指夜间由地面、雪面或冰面、：是指夜间由地面、雪面或冰面、云层顶等辐射冷却形成的逆温。云层顶等辐射冷却形成的逆温。（2 2）平流逆温平流逆温：是指当暖空气平流到冷的下垫面：是指当暖空气平流到冷的下垫面 时，使下层空气冷却而形成的逆温。时，使下层空气冷却而形成的逆温。（3 3）下下沉沉逆逆温温：低低凹凹谷谷地地内内，由由于于夜夜间间冷冷空空气气下下沉沉聚聚集集于于谷谷底底，把把原原来来低低谷谷内内的的暖暖空空气气抬抬高高，从从谷谷底底向向上上就就形形成成逆逆温温。由由于于逆逆温温层层的的存存在在，致致使使坡坡地地上上某某一一高高度度，夜夜间气温较高，称为暖带。间气温较高，称为暖带。（六
31、）大气中的逆温（六）大气中的逆温1.概念及形成条件概念及形成条件2.逆温对天气的影响逆温对天气的影响（1 1）阻碍了空气的垂直运动发展；）阻碍了空气的垂直运动发展；（2 2）下面常常聚集着大量的烟、尘、）下面常常聚集着大量的烟、尘、水汽凝结物，使能见度大大下降。水汽凝结物，使能见度大大下降。3.逆温在农业生产上的意义逆温在农业生产上的意义l 寒寒冷冷季季节节进进行行甘甘薯薯、萝萝卜卜等等农农产产品品加加工工、晒晒干干的的时时候候，避避免免辐辐射射型型冻冻害害，近近地地面面温温度度较离地较离地2 2米的温度要低米的温度要低3-53-5o oC C；l 熏熏烟烟防防霜霜时时，由由于于逆逆温温的的存
32、存在在，使使烟烟雾雾正正好弥散在贴地层，保温效果好。好弥散在贴地层，保温效果好。l 在在防防治治病病虫虫害害时时，为为使使药药剂剂均均匀匀洒洒到到植植株株上上，利利用用清清晨晨的的逆逆温温，使使药药剂剂不不致致向向上上喷喷洒洒，从而均匀地落在植株上。从而均匀地落在植株上。第三节第三节 空气的绝热变化和大气稳定度空气的绝热变化和大气稳定度一、绝热过程（一、绝热过程（Adiabatic process）1、在气象上，将任一气块与外界之间无热在气象上，将任一气块与外界之间无热量交换时的状态变化过程，称为量交换时的状态变化过程，称为绝热过程绝热过程。在大气中，作垂直运动的气块，其状态变在大气中，作垂直
33、运动的气块，其状态变化通常接近于绝热过程。化通常接近于绝热过程。绝热过程中气块的温度是随外界气压的绝热过程中气块的温度是随外界气压的改变而变化。热力学第一定律改变而变化。热力学第一定律:绝热方程（绝热方程（1）一、绝热过程（一、绝热过程（Adiabatic process）二、干绝热方程与干绝热直减率二、干绝热方程与干绝热直减率 干绝热直减率干绝热直减率（d d ）在大气静力平衡的条件下，在大气静力平衡的条件下，干空气和未干空气和未饱和的湿空气饱和的湿空气因作干绝热升降运动而引因作干绝热升降运动而引起起气块温度气块温度随高度的变化率，称之为随高度的变化率，称之为干干绝热直减率绝热直减率。三、湿
34、绝热直减率三、湿绝热直减率 概念概念 湿绝热过程湿绝热过程 饱和湿空气饱和湿空气在上升或下降的绝热变化过程中，在上升或下降的绝热变化过程中，会产生水的相变，从而释放或吸收热量使空气块会产生水的相变，从而释放或吸收热量使空气块的内能发生变化，称此过程为的内能发生变化，称此过程为湿绝热过程湿绝热过程。湿绝热过程中的温度变化率。湿绝热过程中的温度变化率。对对m m变化的解释变化的解释 m m不是常数，它是气压和温度的函数，随着气不是常数，它是气压和温度的函数，随着气压的减小、温度的升高而减小。压的减小、温度的升高而减小。湿绝热直减率湿绝热直减率（m m）三、湿绝热直减率三、湿绝热直减率 五、大气稳定
35、度五、大气稳定度 处在静力平衡状态中的空气块因受外力因子处在静力平衡状态中的空气块因受外力因子的扰动后，大气层结（温度和湿度的垂直分布）的扰动后，大气层结（温度和湿度的垂直分布）有使其有使其返回返回或或远离原来平衡位置的趋势或程度远离原来平衡位置的趋势或程度，称之为称之为大气静力稳定度大气静力稳定度。定义定义 分类分类 假如有一块空气在外力的作用下，产生垂假如有一块空气在外力的作用下，产生垂直运动，但外力除去后：直运动，但外力除去后：稳定稳定 若气块逐渐减速，趋于回到原位，这时气若气块逐渐减速，趋于回到原位，这时气块所处的块所处的气层气层，对于该气块而言是，对于该气块而言是稳定稳定的。的。中性
36、中性 若既无回到原位，又无继续加速先前的运若既无回到原位，又无继续加速先前的运动趋势，而是保持原有运动状态，这时气块所动趋势，而是保持原有运动状态，这时气块所处的处的气层气层，对于该气块而言是，对于该气块而言是中性中性的。的。不稳定不稳定 若气块按原方向加速运动，这时气块所处若气块按原方向加速运动，这时气块所处的的气层气层，对于该气块而言是，对于该气块而言是不稳定不稳定的。的。2、空气稳定度的判别标准、空气稳定度的判别标准通通常常用用气气温温直直减减率率（）与与上上升升气气块块的的干干绝绝热热直直减减率率（d d）或或湿湿绝绝热热直直减减率率（m m）的对比来判断。的对比来判断。某团空气未饱和
37、时的稳定度某团空气未饱和时的稳定度扰动方向扰动方向合力方向合力方向 对于未饱和空气对于未饱和空气d d 不稳定；不稳定；=d d 中性；中性；m m 不稳定；不稳定；=m m 中性；中性；m m 稳定。稳定。l愈愈大大，大大气气愈愈不不稳稳定定；愈愈小小，大大气气愈愈稳稳定定。如如果果很很小小，甚甚至至等等于于零零（等等温温）或或小小于于零零（逆逆温温），那那将将是是对对流流发发展展的的障障碍碍。所所以以习习惯惯上上常常将将逆逆温温、等等温温以以及及很小的气层称为阻挡层。很小的气层称为阻挡层。l 当当m m时时，不不论论空空气气是是否否达达到到饱饱和和，大大气气总总是是处处于于稳稳定定状状态态
38、的的，因因而而称称为为绝绝对对稳稳定定；当当d d时时则则相相反，因而称为绝对不稳定。反，因而称为绝对不稳定。l 当当d dm m时，对于作垂直运动的饱和空气来说，时，对于作垂直运动的饱和空气来说，大气是处于不稳定状态的；对于作垂直运动的未饱和大气是处于不稳定状态的；对于作垂直运动的未饱和空气来说，大气又是处于稳定状态的。这种情况称为空气来说，大气又是处于稳定状态的。这种情况称为条件性不稳定状态。条件性不稳定状态。3、总结、总结第四节第四节 气温与农业生产之间的关系气温与农业生产之间的关系一、温度对植物生产的影响一、温度对植物生产的影响（一）植物的三基点温度与农业界限温度（一）植物的三基点温度
39、与农业界限温度 1植物的三基点温度植物的三基点温度:植物生长发育都有三个温植物生长发育都有三个温 度基本点，即维持生长发育的生物学下限温度基本点，即维持生长发育的生物学下限温 度（最低温度）、最适温度和生物学上限温度（最低温度）、最适温度和生物学上限温 度（最高温度），这三者合称为三基点温度。度（最高温度），这三者合称为三基点温度。0：土壤冻结或解冻的标志。：土壤冻结或解冻的标志。5：喜凉植物开始生长的标志。：喜凉植物开始生长的标志。10：喜温植物开始播种或停止生长的标志。：喜温植物开始播种或停止生长的标志。15：大于：大于15期间为喜温植物的活跃生长期。期间为喜温植物的活跃生长期。20：热带
40、植物开始生长的标志。：热带植物开始生长的标志。2 2农业界限温度农业界限温度（一）植物的三基点温度与农业界限温度（一）植物的三基点温度与农业界限温度1 1积积温温 一一定定时时期期积积累累的的温温度度，即即一一定定时时期期的的温温度度总总和和，称称为为积积温温。积积温温能能表表明明植植物物在在生生育育期期内内对对热热量量的的总总要要求，它包括活动积温和有效积温。求，它包括活动积温和有效积温。2 2活活动动积积温温和和有有效效积积温温 高高于于最最低低温温度度（生生物物学学下下限限温温度度）的的日日平平均均温温度度，叫叫活活动动温温度度。植植物物生生长长发发育育期期间间的的活活动动温温度度的的总
41、总和和，叫叫活活动动积积温温。活活动动温温度度与与最最低低温温度度（生生物物学学下下限限温温度度）之之差差，叫叫有有效效温温度度。植植物物生生育育期内有效温度积累的总和，叫有效积温。期内有效温度积累的总和，叫有效积温。3 3积积温温的的应应用用 积积温温作作为为一一个个重重要要的的热热量量指指标标，在在植植物物生生产产中中有有着着广广泛泛的的用用途途，主主要要体体现现在在：（1 1）用用来来分分析析农农业业气气候候热热量量资资源源；（2 2）作作为为植植物物引引种种的的科科学学依依据据；（3 3）为农业气象预报服务。）为农业气象预报服务。（二）积温和有效积温（二）积温和有效积温1 1植物的感温
42、性和温周期现象植物的感温性和温周期现象（1 1）植植物物的的感感温温性性 植植物物感感温温性性是是指指植植物物长长期期适适应应环环境境温温度度的的规规律律性性变变化化，形形成成其其生生长长发发育育对对温温度度的的感感应应特特性。春化作用是植物感温性的一种表现。性。春化作用是植物感温性的一种表现。（2 2）温温周周期期现现象象 温温周周期期现现象象是是指指在在自自然然条条件件下下气气温温呈呈周周期期性性变变化化，许许多多植植物物适适应应温温度度的的这这种种节节律律性性变变化化，并并通通过过遗遗传传成成为为其其生生物物学学特特性性的的现现象象。植植物物温温周周期期现现象主要是指日温周期现象。象主要
43、是指日温周期现象。（三）温度变化与植物生产（三）温度变化与植物生产（1 1）土壤温度对植物吸收水分的影响）土壤温度对植物吸收水分的影响 （2 2）土壤温度对植物吸收养分的影响）土壤温度对植物吸收养分的影响（3 3）土壤温度对植物形成块茎、块根的影响）土壤温度对植物形成块茎、块根的影响（4 4）土壤温度对植物生长发育的影响）土壤温度对植物生长发育的影响 （5 5）土壤温度影响昆虫的发生、发展）土壤温度影响昆虫的发生、发展 2 2土壤温度与植物生长发育土壤温度与植物生长发育3 3温度日变化与植物生长发育温度日变化与植物生长发育（1）日平均温度的影响）日平均温度的影响l 在日平均温度比较低的地区，较
44、接近最低温度在日平均温度比较低的地区，较接近最低温度 时，夜间温度接近或低于下限温度，作物很少时，夜间温度接近或低于下限温度，作物很少 或不能生长，而主要靠白天温度较高时生长。或不能生长，而主要靠白天温度较高时生长。l 在日平均温度比较高的地区，较接近最高温度，在日平均温度比较高的地区，较接近最高温度，中午的温度往往接近或超过最高温度，抑制作物中午的温度往往接近或超过最高温度，抑制作物 生长，这时，早晨或夜晚较低温度对作物的生长生长，这时，早晨或夜晚较低温度对作物的生长 比较有利。比较有利。3 3温度日变化与植物生长发育温度日变化与植物生长发育（2）极端温度的作用及其对作物的影响）极端温度的作
45、用及其对作物的影响l 佛利斯等研究认为，影响棉花棉铃期长短佛利斯等研究认为，影响棉花棉铃期长短的因子主要是最高、最低温度，而不是平均的因子主要是最高、最低温度，而不是平均昼温与平均夜温。他们得出棉铃期的上限温昼温与平均夜温。他们得出棉铃期的上限温度为度为30.5-32.030.5-32.0O OC C，下限温度为，下限温度为15.0-16.515.0-16.5O OC C。因此有些地方靠近主要棉区而不能种棉，主因此有些地方靠近主要棉区而不能种棉，主要受了极端温度之限制。要受了极端温度之限制。3 3温度日变化与植物生长发育温度日变化与植物生长发育（3）适温范围及其时段长短对作物影响）适温范围及其
46、时段长短对作物影响问题：在其他条件基本一致时，北问题：在其他条件基本一致时，北京种植的小麦千粒重与拉萨种植的京种植的小麦千粒重与拉萨种植的相比谁的要大？相比谁的要大？3 3温度日变化与植物生长发育温度日变化与植物生长发育（3）适温范围及其时段长短对作物影响）适温范围及其时段长短对作物影响北京 28.8 15.3 6.9h 0.1h 0.4h 拉萨 21.7 9.8 9.7h 5.7h 3.6h地区地区 最高温度最高温度 最低温度最低温度 光合作用适温光合作用适温 高于适温高于适温 低于适温低于适温 范围时间范围时间 范围时间范围时间 范围时间范围时间 小麦抽穗到成熟期间北京拉萨适温分布情况小麦
47、抽穗到成熟期间北京拉萨适温分布情况3 3温度日变化与植物生长发育温度日变化与植物生长发育（4）温度日变化范围内有无作物特需之温度）温度日变化范围内有无作物特需之温度 对作物产品品质的影响对作物产品品质的影响l 草莓在形成甜味与红的颜色需要中等或较高的草莓在形成甜味与红的颜色需要中等或较高的温度，但在形成它特殊的香味时则需要温度，但在形成它特殊的香味时则需要1010摄氏度摄氏度左右较低的温度。这种较低的温度，在春天第一左右较低的温度。这种较低的温度，在春天第一茬种植时，夜间或清晨可以遇到，故第一茬的草茬种植时，夜间或清晨可以遇到，故第一茬的草莓较香。以后温度升高后，草莓的香味较差。莓较香。以后温度升高后，草莓的香味较差。3 3温度日变化与植物生长发育温度日变化与植物生长发育（5）气温日较差与光周期结合对作物的影响）气温日较差与光周期结合对作物的影响l 在光温综合影响下，温度日较差适当大一些，在光温综合影响下，温度日较差适当大一些，可增加白天制造的光合产物减少夜间的呼吸消耗，可增加白天制造的光合产物减少夜间的呼吸消耗，使有机物的积累较快，所以温度日较差比较大的使有机物的积累较快，所以温度日较差比较大的地区，作物的千粒重较大，瓜果含糖量高，高产地区，作物的千粒重较大，瓜果含糖量高，高产优质。优质。