第三章 温度.ppt

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 RPBLE 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