第三章气温改

1、 温度是植物生命活动不可缺少的环境因子之一。温度是植物生命活动不可缺少的环境因子之一。 同时，温度又是鉴定一个地方热量供应条件的主要指同时，温度又是鉴定一个地方热量供应条件的主要指 标。在农业上，需要了解的温度有气温标。在农业上，需要了解的温度有气温土温土温水温水温 及植物体温等。一方面，温度直接影响农作物的生长及植物体温等。一方面，温度直接影响农作物的生长 发育，分布界线和产量；另一方面，温度影响作物的发育，分布界线和产量；另一方面，温度影响作物的 发育速度。发育速度。 气温是表示大气冷热程度的物理量。我们通常气温是表示大气冷热程度的物理量。我们通常 所说的气温是指距离地面所说的气温是指距离

2、地面15米高度处，在百叶米高度处，在百叶 箱内测得的。气象上常用的温度单位是摄氏温标箱内测得的。气象上常用的温度单位是摄氏温标 ()，绝对温标（，绝对温标（K），也有用华氏温标），也有用华氏温标(F)的。它的。它 们之间的关系如下：们之间的关系如下： TK=273+t 一、物质的热属性一、物质的热属性 1、热容量：一克物质温度升高、热容量：一克物质温度升高(或降低或降低)一度所吸收一度所吸收 (或放出或放出)的热量，称为质量热容量的热量，称为质量热容量(焦焦克克-1 度度-1 )， 又又 称比热或比热容。称比热或比热容。1立方厘米的物质温度升高立方厘米的物质温度升高(或降低或降低) 一度所吸收

3、一度所吸收(或放出或放出)的热量，称为容积热容量的热量，称为容积热容量(焦焦厘米厘米 -3 度 度-1 )。 容积热容量容积热容量( Cv )与质量热容量与质量热容量(S)的关系：的关系： Cv = Cm 2、导热率：单位厚度间、保持单位温度差时，其、导热率：单位厚度间、保持单位温度差时，其 相对的两个面在单位时间中通过单位面积的热量，称相对的两个面在单位时间中通过单位面积的热量，称 为导热率为导热率(焦焦厘米厘米-1度度-1 秒秒-1 )。导热率。导热率( )表示物质表示物质 输送热量的能力。输送热量的能力。 3、导温率：导热率与容积热容量之比可作为物质、导温率：导热率与容积热容量之比可作为

4、物质 发生温度变化的指标，称导温率发生温度变化的指标，称导温率(K)，即：，即： K /C单位：厘米单位：厘米2 秒秒-1 容积热容量 土壤温度的变化土壤温度的变化 潮湿 or 干燥导热率 导温率 湿度（潮湿 or 干燥） 孔隙度(紧密粘重 or 疏松) 12%（ /C ） 从表从表2-1看出：土壤空气的容积热容量极小，而看出：土壤空气的容积热容量极小，而 土壤水分的容积热容量最大。所以，同容积干燥的疏土壤水分的容积热容量最大。所以，同容积干燥的疏 松土壤和粘重土壤相比较，疏松土壤的容积热容量必松土壤和粘重土壤相比较，疏松土壤的容积热容量必 小于紧密粘重土壤的容积热容量，所以疏松的沙壤土小于紧

5、密粘重土壤的容积热容量，所以疏松的沙壤土 得热或失热后，升、降温都迅速而显著，紧密粘重的得热或失热后，升、降温都迅速而显著，紧密粘重的 土壤则得失热后的温度升降都缓和。土壤则得失热后的温度升降都缓和。 土壤空气的导热率最小，水居中，土壤矿物质土壤空气的导热率最小，水居中，土壤矿物质 的导热率最大，所以，土壤干燥时，孔隙度愈大，土的导热率最大，所以，土壤干燥时，孔隙度愈大，土 壤空气越多，导热率越小。因而，干燥的疏松土壤壤空气越多，导热率越小。因而，干燥的疏松土壤 昼间得热后，热量不易下传，表层常出现较高的温昼间得热后，热量不易下传，表层常出现较高的温 度，夜间表层失热后，深层热量不易往上传，表

6、层度，夜间表层失热后，深层热量不易往上传，表层 则出现较低的温度。因此，孔隙度大的干燥土壤昼则出现较低的温度。因此，孔隙度大的干燥土壤昼 夜温差较大。夜温差较大。 当土壤湿度由极小增加到当土壤湿度由极小增加到12时，导温率增加时，导温率增加 到最大值（见下图所示），当土壤湿度再继续增加到最大值（见下图所示），当土壤湿度再继续增加 时，导温率反而减小了，这是因为湿度更大时，虽时，导温率反而减小了，这是因为湿度更大时，虽 然导热率增加了，但热容量的增加更快，所以导温然导热率增加了，但热容量的增加更快，所以导温 率反而减少了。率反而减少了。 石英砂土壤热石英砂土壤热 特性和湿度的特性和湿度的 关系关

7、系 平流平流 (流体水平方向上的流动流体水平方向上的流动) 对流对流 (流体垂直方向上的流动流体垂直方向上的流动) 辐射：辐射：地面与近地地面与近地 气层间的主要形式气层间的主要形式 流体的各向流动流体的各向流动 分子传导：分子传导：土壤中热交换的主要形式土壤中热交换的主要形式 乱流乱流 潜热交换潜热交换 二、热量收支的方式二、热量收支的方式 流体在加速地作水流体在加速地作水 平流动时，它的内平流动时，它的内 部将发生无规则的部将发生无规则的 湍动，称湍流。当湍动，称湍流。当 流体加速地流经不流体加速地流经不 平的下垫面时，在平的下垫面时，在 起伏物体的两方形起伏物体的两方形 成涡流。湍流和涡

8、成涡流。湍流和涡 流统称为乱流。流统称为乱流。 三、热量收支（平衡）三、热量收支（平衡） （一）活动层和活动面（一）活动层和活动面 活动层：是指能够调节自身内部及相邻其活动层：是指能够调节自身内部及相邻其 他物质的辐射、热量、水分分布完全吸收的物他物质的辐射、热量、水分分布完全吸收的物 质层。质层。 活动面：是辐射能、热能和水分交换最活活动面：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）的辐射收跃，从而能调节邻近气层（或土层）的辐射收 支、温度支、温度 高低或湿度大小的物质面。高低或湿度大小的物质面。 (二二) 土壤表层的热量平衡土壤表层的热量平衡 1 白天白天 地表面的热地

9、表面的热 量平衡（白量平衡（白 昼）昼） QRPBLE 其中：其中： Q：土壤表层热量收支差额；：土壤表层热量收支差额；R：地面辐射差：地面辐射差 额；额；P：土壤表层以乱流方式传向空气的热通量；：土壤表层以乱流方式传向空气的热通量； B：地表以分子热传导形式传向下层土壤传导的热：地表以分子热传导形式传向下层土壤传导的热 量，以量，以B表示；表示；LE：土壤表层水分蒸发所消耗的热：土壤表层水分蒸发所消耗的热 量称为蒸发潜热。量称为蒸发潜热。 Q0,即白天地表层净得热量后温度升高，下层土即白天地表层净得热量后温度升高，下层土 壤和近地面的空气温度也随之而升高。壤和近地面的空气温度也随之而升高。

10、2 夜间夜间 地表面的热量平衡（夜间）地表面的热量平衡（夜间） Q-R+P+B+LE 其中：其中：Q：土壤表层热量：土壤表层热量 收支差额；收支差额； R：地面辐射差额；：地面辐射差额；P：地面和空气之间：地面和空气之间 的乱流交换，把热量输送给地面；的乱流交换，把热量输送给地面；B：下层土壤以分：下层土壤以分 子热传导形式传向地表面的热量；子热传导形式传向地表面的热量；LE：近地气层中：近地气层中 的水汽在地面凝结放出热量，称为凝结潜热。的水汽在地面凝结放出热量，称为凝结潜热。 Q阴）。 （二）近地层气温的年变化（二）近地层气温的年变化 大陆性气候区和季风性气候区，一年中最热月大陆性气候区和

11、季风性气候区，一年中最热月 出现在出现在7月，最冷月出现在月，最冷月出现在1月；海洋性气候区分别月；海洋性气候区分别 出现在出现在8月和月和2月。月。 影响年较差的因子有纬度影响年较差的因子有纬度(增高而增大）、距海增高而增大）、距海 远近及地形和天气状况等。远近及地形和天气状况等。 （三）近地层气温的非周期性变化（了解）（三）近地层气温的非周期性变化（了解） 三、气温的空间分布（有明显的地带性和周期性）三、气温的空间分布（有明显的地带性和周期性） （一）近地层气温的水平分布（一）近地层气温的水平分布 1、等温线大部分（尤其是南半球）趋向于接近东西、等温线大部分（尤其是南半球）趋向于接近东西

12、向排列，赤道地区气温高，向两极逐渐降低。向排列，赤道地区气温高，向两极逐渐降低。 2、冬季北半球的等温线在大陆上大致凸向赤道，在、冬季北半球的等温线在大陆上大致凸向赤道，在 海洋上大致凸向极地海洋上大致凸向极地,而夏季相反。而夏季相反。 3、最高温度带并不位于赤道上，而是冬季在、最高温度带并不位于赤道上，而是冬季在510N 处，夏季位于处，夏季位于20N附近。附近。 4、冷极出现在南极，为、冷极出现在南极，为-90；热极出现在索马里；热极出现在索马里 境内，为境内，为63。 （二）近地层气温的垂直分布（二）近地层气温的垂直分布 1、日射型、日射型 气温随高度增加而降低，以气温随高度增加而降低，

13、以12时时 为代表。为代表。 2、辐射型、辐射型 气温随高度增加而增加，以气温随高度增加而增加，以0时为时为 代表。代表。 3、上午转变型、上午转变型 下部为日射型，上部为辐射下部为日射型，上部为辐射 型，以型，以6时为代表。时为代表。 4、傍晚转变型、傍晚转变型 下层为辐射型，上层为日射下层为辐射型，上层为日射 型，型， 以以18时为代表。时为代表。 日射型辐射型上午转变型傍晚转变型 （三）对流层气温的垂直分布（三）对流层气温的垂直分布 气温随高度变化的程度，是用单位高度内气温的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。变化值，即气温垂直梯度来

14、表示，又称气温直减率。 常用常用表示，即表示，即 在对流层中在对流层中平均为平均为0.65/hm dZ dT Z T 四、空气绝热变化四、空气绝热变化 一块空气有热量的收入或支出时，可以引起温度变一块空气有热量的收入或支出时，可以引起温度变 化。但是，如是不与外界交换热量，仅由空气本身的化。但是，如是不与外界交换热量，仅由空气本身的 体积变化，根据热力学第一定律体积变化，根据热力学第一定律dQ=dU+dW,也会引起也会引起 这块空气温度的改变。空气块与环境不发生热量交换，这块空气温度的改变。空气块与环境不发生热量交换， 称为绝热条件。绝热情况下的温度变化过程，叫绝热称为绝热条件。绝热情况下的温

15、度变化过程，叫绝热 变化过程。变化过程。 分为干绝热变化和湿绝热变化两种。分为干绝热变化和湿绝热变化两种。 （一）空气的干绝热变化（一）空气的干绝热变化 干空气或未饱和的湿空气干空气或未饱和的湿空气(没有水汽凝结没有水汽凝结)与外界与外界 之间无热量交换时的状态变化过程，称为空气的干绝之间无热量交换时的状态变化过程，称为空气的干绝 热过程。当气块下降时，绝热增温；反之，绝热冷却。热过程。当气块下降时，绝热增温；反之，绝热冷却。 在大气静力条件下在大气静力条件下(即气块的气压时时都与周围大气即气块的气压时时都与周围大气 的气压处于平衡的气压处于平衡)，干绝热升降引起的温度随高度的，干绝热升降引起

16、的温度随高度的 变化率变化率(d =-dT/dZ )，称为干绝热直减率。据计算，称为干绝热直减率。据计算， d = 0.98/hm，实际工作中取，实际工作中取d = 1/hm 。 （二）空气的湿绝热变化（二）空气的湿绝热变化 饱和空气：即在上升和下降时空气都维持饱和状态，饱和空气：即在上升和下降时空气都维持饱和状态， 这时，温度的绝热变化称为湿绝热变化。其温度变化率这时，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，用称为湿绝热直减率，用m m 表示。因饱和空气上升时，表示。因饱和空气上升时， 温度随高度的变化是由两种作用引起的：一种是由气压温度随高度的变化是由两种作用引起的：

17、一种是由气压 变化引起的，另一种是由水汽凝结时释放潜热引起的。变化引起的，另一种是由水汽凝结时释放潜热引起的。 故当空气上升时，气压使温度降低，水汽凝结造成温度故当空气上升时，气压使温度降低，水汽凝结造成温度 升高；当空气下降时，气压使温度升高，蒸发使温度降升高；当空气下降时，气压使温度升高，蒸发使温度降 低，这两种过程相互作用，使得有水汽凝结时，空气的低，这两种过程相互作用，使得有水汽凝结时，空气的 升降所引起的温度变化幅度要比没有水汽凝结时小。因升降所引起的温度变化幅度要比没有水汽凝结时小。因 此，一般情况下此，一般情况下 。 五、大气静力稳定度五、大气静力稳定度 （一）大气静力稳定度（一

18、）大气静力稳定度 据计算，气温直减率为据计算，气温直减率为大于大于3.42 /hm时，上层的时，上层的 空气密度大于下层的密度，才可以造成自动对流现象。空气密度大于下层的密度，才可以造成自动对流现象。 假如有一块空气受外力作用，产生垂直运动，当外力假如有一块空气受外力作用，产生垂直运动，当外力 除去后，可能出现三种情况：若气块逐渐减速，趋除去后，可能出现三种情况：若气块逐渐减速，趋 向于回到原位，则大气是稳定的；若气块仍按原方向于回到原位，则大气是稳定的；若气块仍按原方 向加速运动，则大气是不稳定的；若气块既没回到向加速运动，则大气是不稳定的；若气块既没回到 原位，又无继续加速向前的趋势，而是

19、保持原有运动原位，又无继续加速向前的趋势，而是保持原有运动 状态，则大气是中性的。状态，则大气是中性的。 大气稳定度是表示大气层结大气稳定度是表示大气层结(温度和湿度垂直分布温度和湿度垂直分布)对气对气 块能否产生对流的一种潜在能力的度量。必需注意，它块能否产生对流的一种潜在能力的度量。必需注意，它 并不是表示气层中已经存在的垂直运动，而是用来描述并不是表示气层中已经存在的垂直运动，而是用来描述 大气层结对于气块在受外力扰动而产生垂直运动时，会大气层结对于气块在受外力扰动而产生垂直运动时，会 起什么影响起什么影响(加速、减速或等匀速加速、减速或等匀速)。 （二）大气静力稳定度的判断（二）大气静

20、力稳定度的判断 大气是否稳定，通常用气温直减率（大气是否稳定，通常用气温直减率（）与上升气）与上升气 块的干绝热直减度（块的干绝热直减度（d）或湿绝热直减率（）或湿绝热直减率（m）的对比）的对比 来判断。来判断。 结论结论 1、愈大，大气愈不稳定；愈大，大气愈不稳定； 愈小，大气愈稳定。愈小，大气愈稳定。 2、当、当 m时，必然时，必然 d 时，必然时，必然 m ，无论空气是否达到饱和，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。大气总是处于不稳定状态，因而称为绝对不稳定。 3、当、当 d m时，对于饱和空气来说，大气是时，对于饱和空气来说，大气是 处于不稳定状态的；对

21、于未饱和空气来说，大气是处处于不稳定状态的；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。于稳定状态的。这种情况称为条件不稳定。 六、大气中的逆温六、大气中的逆温 1、在一定条件下，气温随高度的增加而增加，气、在一定条件下，气温随高度的增加而增加，气 温直减率为负值的现象称为逆温，发生逆温的气层温直减率为负值的现象称为逆温，发生逆温的气层 称为逆温层（又称阻塞层）。称为逆温层（又称阻塞层）。 2、逆温按其形成的原因，可分为辐射逆温、湍流、逆温按其形成的原因，可分为辐射逆温、湍流 逆温、平流逆温、下沉逆温、逆温、平流逆温、下沉逆温、 地形逆温、地形逆温、 锋面逆温锋面逆温

22、和融雪逆温等。和融雪逆温等。 一、基点温度一、基点温度 （一）三基点温度：生物的生命活动都在一定的温度（一）三基点温度：生物的生命活动都在一定的温度 范围内进行，不论是一般的生命活动还是生长、发育，范围内进行，不论是一般的生命活动还是生长、发育， 都有三个温度基本点，即维持生长发育的都有三个温度基本点，即维持生长发育的生物学下限温生物学下限温 度度、最适温度最适温度和和生物学上限温度生物学上限温度，这三者合称为三基点，这三者合称为三基点 温度。有时也称为最适温度、最低温度和最高温度。温度。有时也称为最适温度、最低温度和最高温度。 1、最适温度：植物生理活动过程最旺盛，最适宜的、最适温度：植物生

23、理活动过程最旺盛，最适宜的 温度，称为最适温度。温度，称为最适温度。 2、最低温度：植物生理活动过程起始的下限温度。、最低温度：植物生理活动过程起始的下限温度。 3、最高温度：植物生理活动过程能忍受的最高温。、最高温度：植物生理活动过程能忍受的最高温。 最低温度到最高温度之间称为生长温度范围。最低温度到最高温度之间称为生长温度范围。 对于植物的每一个生命过程来说，都有三个基点温度。对于植物的每一个生命过程来说，都有三个基点温度。 表表 2 9 几几种种主主栽栽果果树树地地下下部部分分生生长长的的三三基基点点温温度度 树树 种种 最最 低低 温温 度度 最最 适适 温温 度度 最最 高高 温温

24、度度 苹苹 果果 7.0 - 7.2 18.3 - 21.0 30.0 葡葡 萄萄 12.0 - 13.0 22.0 26.0 - 27.0 梨梨 7.2 - 10.0 15.0-25.0 30.0 - 35.0 柿柿 11.0 - 12.0 22.0 26.0 - 27.0 柑柑 桔桔 12.0 26.0 37.0 板板 栗栗 11.0 - 12.0 22.0 32.0 达到最低温度和最高温度时，植物的生长发育达到最低温度和最高温度时，植物的生长发育 即停止，如果温度再继续降低或升高，植物开始出即停止，如果温度再继续降低或升高，植物开始出 现伤害甚至死亡。见下图所示：现伤害甚至死亡。见下图所

25、示： 4、作物光合作用和呼吸作用的三基点温度、作物光合作用和呼吸作用的三基点温度 作物光合作用的三基点温度：最低温度为作物光合作用的三基点温度：最低温度为 0- 5；最适温度为；最适温度为20-25；最高温度为；最高温度为 40-50C。 作物呼吸作用的三基点温度：最低温度为作物呼吸作用的三基点温度：最低温度为-10； 最适温度为最适温度为36-40；最高温度为；最高温度为50。 （二）致死最低温度和最高温度（二）致死最低温度和最高温度 1、致死最低温度：生命活动的下限温度，称为致死、致死最低温度：生命活动的下限温度，称为致死 最低温度。最低温度。 2、致死最高温度：生命活动的上限温度，称为致

26、死、致死最高温度：生命活动的上限温度，称为致死 最高温度。最高温度。 致死最低温度到致死最高温度之间称为生命温度范致死最低温度到致死最高温度之间称为生命温度范 围。围。 3、生物的、生物的“假死假死”：处于最低温度：处于最低温度(或最高温度或最高温度)到到 致死低温致死低温(或致死高温或致死高温)之间，由于植物各功能间的协调之间，由于植物各功能间的协调 受到破坏而停止生长，但没有死亡。受到破坏而停止生长，但没有死亡。 （三）三基点温度有这样的规律（三）三基点温度有这样的规律 1、农作物生长发育的最适温度比较接近最高温度。、农作物生长发育的最适温度比较接近最高温度。 2、最高温度多在、最高温度多

27、在30-40之间。但除炎热气候区外，之间。但除炎热气候区外， 在自然条件下，一般长时间维持在自然条件下，一般长时间维持30-40的机会不太多。的机会不太多。 3、最低温度虽与最适温度之间差距较大，但却能经常、最低温度虽与最适温度之间差距较大，但却能经常 遇到。所以在生产实践中，作物的分布和生长受低温的遇到。所以在生产实践中，作物的分布和生长受低温的 限制比受高温的限制还要多。限制比受高温的限制还要多。 二、农业指标温度二、农业指标温度 (一一) 概念：农业指标温度概念：农业指标温度(农业界限温度农业界限温度)是指具有是指具有 普遍意义的，标志某些物候现象或农事活动的开始、普遍意义的，标志某些物

28、候现象或农事活动的开始、 转折或终止的日平均气温。转折或终止的日平均气温。 在农业生产上学化为以下五个农业界限温度：在农业生产上学化为以下五个农业界限温度： 1、0：初冬土壤冻结，越冬作物停止生长；早春：初冬土壤冻结，越冬作物停止生长；早春 土壤开始解冻，越冬作物开始萌动，早春作物开始播土壤开始解冻，越冬作物开始萌动，早春作物开始播 种。从早春日平均气温通过种。从早春日平均气温通过0到初冬通过到初冬通过0期间为期间为 “农耕期农耕期”，低于，低于0的时期为农闲期。的时期为农闲期。 2、5：在温带地区，春季或秋季日平均气温稳：在温带地区，春季或秋季日平均气温稳 定通过定通过5的日期与农作物及多数

29、果树恢复或停止的日期与农作物及多数果树恢复或停止 生长的日期相符合，所以，日平均气温生长的日期相符合，所以，日平均气温5以上的以上的 持续时期可作为生长期长短的标志，该时期称为作持续时期可作为生长期长短的标志，该时期称为作 物生长期。物生长期。 3、10： 大多数作物生长活跃或停止生长活跃大多数作物生长活跃或停止生长活跃 的日期。日平均气温的日期。日平均气温10以上的持续期称为生长活以上的持续期称为生长活 跃期。常作为亚热带地区的农业界限温度。跃期。常作为亚热带地区的农业界限温度。 4、15： 喜温作物已开始积极生长或停止积极喜温作物已开始积极生长或停止积极 生长的日期。日平均气温高于生长的日

30、期。日平均气温高于15的持续时期，可作的持续时期，可作 为对喜温作物如水稻、玉米、棉花和烟草等是否有利为对喜温作物如水稻、玉米、棉花和烟草等是否有利 的指标。的指标。 5、 20：春季通过：春季通过20初日为热带作物开始生初日为热带作物开始生 长期，水稻分蘖迅速增长。秋季低于长期，水稻分蘖迅速增长。秋季低于20对水稻抽穗对水稻抽穗 开花不利，易形成冷害导致空壳。初终日之间为热带开花不利，易形成冷害导致空壳。初终日之间为热带 作物的生长期。作物的生长期。 四、积四、积 温温 （一）积温的概念（一）积温的概念 积温的概念可以概括为三点，即积温的概念可以概括为三点，即 1、在其它条件满足的前提下，温度对发育起主、在其它条件满足的前提下，温度对发育起主 导的作用；导的作用； 2、开始发育要求一定的下限温度；、开始发育要求一定的下限温度； 3、完成发育要求一定的温度累积。（积温）、完成发育要求一定的温度累积。（积温） （二）活动积温和有效积温（二）活动积温和有效积温 1、活动温度：、活动温度： 高于生物学下限温度的日平均温度高于生物学下限温度的日平均温度 称为活动温度。称为活动温度。 2、活动积温：作物、活动积温：作物(或昆虫或昆虫)的某一生育期或全生的某一生育期或全生 育期中活动温度的总和，即为活动积温：育期中活动温度的总和，即为活动积温： n i Bi t