第二章 第一次 温热环境.ppt

1、第二章 温热环境,一、有关概念： 温热环境（热环境）是炎热、寒冷、温暖还是凉爽的空气环境，是指直接与家畜体热调节有关的外界环境因素的总和，是影响家畜健康和生产力的重要外界环境。 是由空气温度、空气湿度、气流、太阳辐射等温热环境因子综合而成的。,气象是指大气下层（对流层）所发生的各种物理状态和物理现象，如：冷、热、干、湿、风、云、雨、雪、霜、雾、雷、电等。幻灯片 7 气象因素指决定气象各种物理状态和物理现象的因素，包括：气温、气湿、气压、气流、云量、降水等。 气象学就是研究大气中各种物理过程和物理现象的科学。,天气是在某一地区（具体空间）短期内的大气物理过程和物理现象所构成的综合状态。 气候是指

2、一个地方多年（较长时间）所特有的天气现象。 小气候是指由于地表性质不同，或人类和生物的活动所形成的小范围的特殊气候。 例如：农田气候，牧场气候，畜舍气候，住房气候等等。,二、大气结构及其特点 地球表面被一层厚厚的大气（约11001400km）所包围。 大气层对生命的意义： 防止昼夜温差的巨大变化； 与几乎所有活的有机体，不断进行气体物质的交换； 由于高空臭氧层的存在，使生命免受强烈紫外线和宇宙射线的伤害，从而保护了地球上的生物。,大气层（从上到下）的分层： 根据物理特性可以分为5层 : 外大气层 热层 中间层 平流层 对流层,根据气流的运动状态，还可以分为3层： 电离层 平流层（包括同温层）

3、对流层 对流层厚717km（在赤道上高1517km，两极上高79km）是近地密度最大的一层,空气总量的95%集中在这一层，水汽则全部在这一层内。,对流层的三个主要特点： 在对流层内，高度每上升100m，空气温度下降0.65； 在水平方向温度、湿度分布不均匀； 具有强烈的对流运动。,第一节 太阳辐射,一、基本概念 太阳辐射是指太阳向宇宙空间放射的巨大能量。指太阳发射的电磁波，是地球表面光和热的主要来源。 在自然界中的一切物体，只要温度在绝对零度（273.16）以上，都在不停地以电磁波的形式向外放射能量，这种以电磁波的形式传递能量的方式（或过程），称为辐射。,所以“辐射”有时是指以电磁波传递能量的

4、方式（或过程）； 有时是指借此方式（或过程）传递的能量。 辐射：包括太阳辐射和动物机体与其周围环境之间通过辐射形式的热交换。,若物体放出辐射吸收辐射，物体损失热量，降温； 若物体放出辐射吸收辐射，物体获得热量，升温； 若物体放出辐射吸收辐射，不得不失热量，温度不变，达到辐射平衡。,太阳辐射包括电磁辐射和粒子辐射。这两类辐射都能到达地球大气，其中有些还能到达地球表面。对于地球来讲，太阳粒子辐射的能量很小，只有太阳电磁辐射总能量的千分之一左右，而且，大部分太阳粒子都不能进入地球的主要大气层，所以可以忽略。 电磁辐射是以光速作波动运动的一种能量（俗称电磁波）。,太阳辐射既然是以电磁波的形式向外放射能

5、量，就有一定的波长。 太阳发射电磁波的本领非常大，其波长范围极宽（4300000nm）。 根据人类的视觉，可将太阳的电磁波分为三个光谱区段。 ： 紫外线（4400nm）、 可见光（400760nm） 红外线（760300000nm）,人类肉眼能看到的可见光，通过三棱镜可以被分解为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色光。 波长1504000nm的占全部辐射能的99 其中：可见光占50，红外线占43，紫外线占7 最强辐射的波长为475nm。,二、太阳辐射强度 表示太阳辐射能大小的物理量为：辐射能通量密度，单位是W/M2或J/cm2min。 天文单位（A）是日地平均距离为1.4960108km时，称为1A

6、。,太阳常数（I0）是当太阳离地球的距离在1A时，与太阳光成直角的地球大气上界单位面积、单位时间内入射的太阳辐射能，叫做太阳常数，其测定值为13677W/m2（1.967cal/cm2min）。 太阳常数随太阳活动有12的变化，一般是随太阳黑子数目的增多而增大。 1969年I01.94 cal/cm2min； 19781981年I01.967cal/cm2min。,太阳黑子其实是太阳表面上刮起来的风暴，是一个巨大的旋涡形状的气流。说它是黑子，是因为它比太阳表面的颜色相对来说稍暗一些，那儿的温度约4500。 太阳黑子有些年份多，有些年份少，具有周期性。大约每隔11年出现一次高峰。,三、太阳辐射能

7、通过大气层的量变： 太阳辐射通过大气层时， 一部分被大气中的臭氧、水汽、二氧化碳等吸收； 一部分被大气中各种气体分子、水滴和尘埃等悬浮的微粒所散射； 一部分被云层等反射到宇宙空间。 因此，只有大约47的太阳辐射能够到达地球表面（直接入射约24，云层散射约17，天空散射6）。,一）影响地面太阳辐射强度的因素 1、大气射程（太阳高度角） 太阳高度角(solar altitude , h)太阳光线与地表水平面的夹角。,影响太阳高度角的因素： 纬度 季节 时辰,太阳高度角是如何影响太阳辐射到达地面的强度的？ 影响太阳辐射穿过空气层的厚度（大气射程） 影响太阳辐射强度在地面上的分布,2、大气透明度（即天

8、气） 大气透明度指大气对太阳辐射的透射程度。 大气透明系数是指当太阳高度角为90时，通过大气层后的太阳辐射强度与通过大气层前的太阳辐射强度之比。,影响大气透明度的因素： 空气中的水汽含量 气溶胶粒子 “阳伞效应” 气中二氧化碳的含量（随时间、空间）的变化 “温室效应”,二）地面所得到的太阳光谱组成： 1.影响地面太阳光谱组成的因素： 在医学，红外线分为 长波红外线（1500-15000nm） 短波红外线（760-1500nm）,紫外线：长波紫外线（400-290nm） 短波紫外线（290180nm） 1）光线的穿透力 由强到弱依次是： 短波红外线红、橙、黄光 绿、青、蓝、紫光线长波紫外线 长波

9、红外线短波紫外线,2）太阳高度角 太阳高度角减小，大气质量增加，最大能量的波长往长波方向移动，红色光的比例增加，蓝紫光比例减少。 理想大气（干燥、纯净）的不同波长透过率,3）大气对太阳辐射的反射、散射 散射 分子散射 散射质点（如空气分子）直径比入射辐射波长小时发生的散射。 Rayleigh(瑞利) 分子散射定律：分子散射的强度与其入射辐射波长的四次方成反比，与其频率的四次方成正比。 粗粒散射 散射质点（如云滴）的直径比入射辐射波长大时即发生与入射波长无关的漫射。,反射 云的反射作用最显著，随云状、云厚而有很大的不同。 平均而言，高云的反射率为25； 中云反射率为50；低云的反射率为65；稀薄

10、的云层也可反射1020；厚的云层可反射90。云的平均反射率约为5055。 在吸收、散射、反射作用中，以反射作用最重要，散射次之，吸收作用最小。,四、地面空气层的热量来源 地面空气层指地面以上50米以内的空气层。 干洁大气指不包含水汽、液体和固体杂质的大气（氮、氧、氩占99.97）。 干洁的空气本身并不吸收太阳辐射。,维恩位移定律辐射体发出最强辐射的波长，随辐射体温度的升高而变短。 最强辐射波长max（m）=2897/T 其中T为绝对温度 当太阳温度为6000K时，其最强辐射波长为2897/60000.48m，在0.4-0.7m之间。 太阳辐射相对于其它温度低的物体放射的辐射，波长较短，属于短波

11、辐射。,地面均温为300K，对流大气层均温为250K，其辐射能主要集中在300012000nm，都是肉眼不可见的红外线。 地面辐射、大气辐射相对于太阳辐射而言，波长较长，属于长波辐射。 地面辐射指地面放射的指向大气的长波辐射，大部分能量被大气吸收，少量透过大气直达宇宙空间。,地面辐射能力的强弱主要取决于地面本身的温度。辐射能力随地面温度的增高而增强。遵循 斯蒂芬玻尔兹曼定律：黑体辐射的总能量比例于其绝对温度的4次方。 HR=T4 HR为辐射能量；T为绝对温度； 为斯蒂芬玻尔兹曼常数 =5.6710-8W/m2k4）,白天地面温度较高，地面辐射较强，大气吸收地面辐射能较多，气温就升高，夜间则相反

12、。 大气辐射大气吸收地面辐射的同时，又以辐射的方式向四周放射辐射，大气这种向外放射的辐射能，称为大气辐射。 大气中对长波辐射的吸收和放射起重要作用的物质为水汽、液态水、二氧化碳和臭氧，其中水汽的吸收为最强，范围最广。,大气窗：波长范围840012000nm的辐射，是地面辐射很强的区域，约占地面辐射总能的20； 水汽对这个波长范围的辐射基本不吸收，臭氧的吸收带也很窄。“卫星遥感” 地面辐射7595的能量在近地4050m厚的空气中（水汽集中层）几乎全部被吸收掉。,大气上界和地面的太阳辐射光,大气放射辐射量的大小，一方面取决于大气温度；另一方面取决于空气中水汽的含量和云量。 大气逆辐射是大气辐射向下

13、的那部分辐射。使大气对地面起到了保温的作用。 大气效应大气很少吸收太阳的短波辐射，而强烈吸收地面放射出来的长波辐射，从而对地面保温的效应，称为大气效应，也叫大气的温室效应。,五、太阳辐射与畜体热调节 畜体暴露在太阳光下，可直接接受太阳辐射能获得能量，减少畜体的辐射散热量； 在寒冷季节有利于家畜的体热调节，使家畜感到温暖； 在炎热环境条件下，强烈的太阳辐射对家畜的体热调节不利，尤其是对那些被毛稀疏，体被隔热作用不良的家畜危害较大。,影响太阳辐射热对家畜体热调节的因素： 1. 家畜接受直接辐射的体表面积； 取决于：太阳高度角、家畜的姿势 2. 家畜被毛的隔热作用； 取决于：被毛的厚度、密度、颜色、光泽度、是否平整等； 黑色被毛较白色，更易吸收热量，其吸热量约为21。参P25表23。,骆驼毛厚51cm，经测定，在强烈太阳辐射情况下，其背部表面温度高达7080，但其毛下皮肤温度只有40 ，有利于保存水分，免于蒸发。 参见P25图24； 北极麝牛秋季毛内长出细而长的毛丝，使毛密度进一步增大，冬天躺卧雪地下的雪不会融化，能在20 30 的酷寒中平静的吃东西。 北