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土壤温度
空气温度的变化
温度与农业生产
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第一节地面层与空气的热量交换方式
地球表面接受太阳辐射能,在下垫面本身、下垫面和空气、
空气层之间,进行多种形式的热量交换,使地面温度、下层土壤
温度、大气温度发生变化。
主要的热量交换方式有:
一、分子热传导
以分子运动来传递热量的过程称为分子热传导。
在土壤层中,热量交换是由分子热传导形式完成的。分子热传导过程的强弱对土壤层内热状况的形成有着重要意义。
空气是热的不良导体,空气分子导热率很小,因而由传导方式进行的热量转移比其他方式要少得多,多数情况下是可以忽略不计的。
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二、辐射
地面和大气层之间的辐射热交换是始终存在的。地面一方面
吸收太阳辐射和大气逆辐射,同时也向大气放射长波辐射。
白天,当地面吸收的辐射超过放出的辐射时,地面被加热增
温,并通过辐射或其他方式把热量传送到大气层和深层土壤使
大气和深层土壤温度增加;
夜间,地面放出的长波辐射超过吸收的大气逆辐射,结果使
得地面损失热量,导致地面温度下降,此时深层土壤和大气就
反过来以各种方式向地面输送热量,以维持地表面温度不致下
降太多,结果使深层土壤和大气层损失热量,温度也出现下降。
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动力对流(强迫对流)
形成原因:有动力原因形成的对流
当空气水平流动遇到山脉等障碍物时被迫抬升,或者因受其
他外力作用强迫拾升时发生的空气流动现象。
动力对流的升降速度慢,~10cm/s之间,但水平
范围广,可达到几百至几千千米。
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大气中的对流多数是由热力原因和动力原因共同引起的。
对流的结果使上下层空气混合,并发生热量交换。
不同的对流运动带来不同的天气、气候特征。
一般在夏季及午后空气对流较强,冬季及清晨较弱。
对流运动是地面和低层大气的热量向高层传递的重要方式。
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四、平流
空气大规模的水平运动称为平流。
冷平流:
空气经常大规模地在水平方向上流动着,当冷空气流经暖
的区域时,可便当地温度下降,称之为冷平流;
暖平流:
当暖空气流经冷的区域时,可使该区域的温度升高,称之
为暖平流。
平流运动对缓和地区之间和纬度之间的温度差异有很大作
用,是水平方向上热量交换的主要方式。
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六、潜热交换
下垫面受热后,因水分蒸发(升华)而消耗热量,使地面温
度降低,这部分热量在大气中凝结(或凝华)释放出来,使气
温增加,气象学上把因水的相态变化而引起的热量转移称为
潜热。
潜热交换不仅在地面与空气间进行,也可在空气与空气之间进行。
大气中水的潜热释放是中小尺度天气系统发生、发展的一种主要能源。
潜热交换方式对于下垫面和空气温度变化都有直接影响。
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第二节土壤温度
一、地表层热量平衡
地表温度的升高或降低,均是由地表热量收支状况决定的。
白天,地表收入的能量多于支出的能量,地表温度升高;
夜间,地表释放的热量多于吸收的热量,地表温度降低;
若收支平衡,则地表温度保持不变。
根据能量守桓原理:
地表层热量收支差额(热量平衡)=地面热量收入一地面热量支出
地表层的热量收入和支出项有:
R:地表层和空气间以辐射形式进行交换的热通量项(辐射差额);
P:地表层和空气间以湍流形式进行交换的热通量项;
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图4-1地面热量收支示意图
B:地表层和地表下层间以分子传导形式进行交换的热通量
项;
LE:地表层与空气间以潜热形式进行交换的热通量项。
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可见,夜间的各项收入和支出与白天正好相反,若规定:地
表层得到热量为正,失去热量为负,则可写成:
R=P+B+LE(4-1)
(4-1)式为地表层热量平衡方程。是把地面看成为一个几何平
面进行分析得来的,实际上土壤和空气,土壤和下层土壤之间
的能量交换是在一定的土壤厚度间进行的。故可将(2-1)式的B
项分解为表层土壤的热量收支Qs和下层土壤的热量收支B’之和
(图4-2),则(4-1)式可写成:
Qs=R-P-B’-LE(4-2)
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