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②最高气温出现在14~15时,最低气温出现在日出前后。
③影响气温日较差的因素:
纬度:
气温日较差随着纬度的增加而减少;
季节:
一般夏季气温日较差大于冬季,一年中气温日较差在春季最大;
地形:
凸出地形气温日较差比平地小,低凹地形气温日较差比平地大;
下垫面性质:
陆地上气温日较差大于海洋,而且距海越远,日较差愈大;
天气:
晴天气温日较差大于阴天,大风天气温日较差较小;
海拔:
随着高度的增高,地面的影响变小,气温日较差也随之减小,最高气温和最低气温出现的时间也逐渐落后。
(2)气温的年变化
①气温年较差:
一年中,最热月的平均气温与最冷月的平均气温之差;
②影响气温年变化的因素:
气温年较差随纬度的增高而增大;
距海远近:
距海越近年较差越小,距海越远年较差越大;
凸起地形年较差小于凹下地形;
气温年较差随海拔升高而减小;
2、气温的非周期性变化
(1)原因:
由于大规模的空气水平运动引起的;
(2)倒春寒与秋老虎
(3)一个地方空气温度的变化总是在周期性与非周期性中交替进行,气温的变化也是两者共同作用的结果。
3、气温的垂直分布
(1)特点:
随高度的增加而降低
(2)气温垂直梯度
①也称气温直减率,γ,高度每相差100m,两端气温的差值(℃/100m);
②在对流层中,气温垂直梯度平均约为0.65℃/(100m);
③白天温度随高度升高而降低的为日射形分布,夜间气温随高度升高增加的为辐射型分布;
(3)对流层中的逆温现象
①逆温:
气温随着高度的增加而升高的现象;
②辐射逆温:
因地面辐射冷却而形成的气温逆增的现象;
③平流逆温:
当暖空气流到冷的下垫面上,使接近地面的空气冷却而形成的逆温;
④逆温在农业上的应用:
烟雾剂防治植物病虫害时,常选择有逆温的天气进行;
在有霜冻的夜晚,常有逆温层存在,此时用熏烟法防霜冻,使烟雾弥漫于贴地层,增防霜效果。
三、大气稳定度
1、概念:
气块受任意方向扰动后返回或远离平衡位置的趋势和程度;
稳定程度可分为稳定、不稳定、中性。
2、大气稳定度的判断
(1)γ越大,大气越不稳定;
γ越小,大气越稳定。
如果γ很小,甚至等于零或小于零(逆温),它将阻碍对流的发展,所以习惯上常将逆温以及γ很小的气层称为阻挡层。
(2)当γ<
γm时,一定是γ>
γd,不论空气是否达到饱和,大气总是处于稳定状态,因而称为绝对稳定状态;
(3)当γ>
γd时,一定是γ<
γm,称为绝对不稳定状态。
(4)当γm<
γ<
γd时,对于做垂直运动的饱和空气来说,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,总体来说大气是处于条件性不稳定状态,实际大气中这是最常见的一种情况。
(5)当γ=γd时,对作干绝热升降运动的空气块而言,大气是中性的;
而对作湿绝热升降运动的空气块而言,大气是不稳定的;
(6)当γ=γm时,对作湿绝热升降运动的气块而言,大气是中性的;
对干空气而言,大气是稳定的。
第二节土壤温度
一、土壤热特性
1、热容量(CV)
(1)表示土壤容纳热量的能力。
(2)单位体积的土壤,温度变化1℃时所吸收或放出的热量,单位是J/(m3·
℃)
(3)当土壤失去或获取相同的热量时,热容量越大的土壤,升温或降温的幅度越小。
(4)改变土壤热容量的主要因素:
①土壤水分:
土壤热容量随土壤湿度的增大而增大;
②土壤空隙度:
土壤热容量随土壤空隙度的增大而减小。
2、热导率(λ)
(1)表示土壤传递热量的能力。
单位是J/(m·
s·
℃)或W/(m·
K)。
(2)土壤的热导率也称导热率或导热系数,是指单位厚度(1m)内温度相差1℃时,在单位截面的土壤,每秒钟所通过的热量。
(3)热导率大,说明土壤传递热量的能力强,传递热量的速度快,在同一时间内传递的热量越多;
当温度垂直梯度相同时,热导率大的土壤,热量容易传入深层或从深层得到热量,因而表层土壤温度变化小。
(4)影响热导率的因子
①土壤孔隙度:
孔隙度大,土壤导效率变小;
②土壤含水量:
土壤湿度增加时,土壤导热率变大。
3、热扩散率(K)
(1)与土壤热导率成正比,与土壤热容量成反比;
(2)其他条件相同时,热扩散率越大,其表面温度变化越小,土壤内温度变化则越大。
二、土壤温度的日、年变化
1、其特征通常是用“较差”和“极值出现时刻”来描述。
2、较差:
即振幅。
3、极值出现时刻:
是指最高温度或最低温度出现的时刻。
4、日变化
(1)土壤温度日较差:
一天中,土壤的最高温度与最低温度之差;
(2)最高温度:
出现在13时左右;
(3)最低温度:
出现在将近日出的时候,即地表面热量差额由负值转为正值的平衡时刻。
(4)表面热量差额:
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
(5)影响土温日变化的因素
①太阳高度角:
太阳高度角大,土壤表面温度的日较差也大;
②地形:
凸地形的土壤温度日较差比平地形的小;
凹地形则相反,土壤温度日较差较大;
③下垫面颜色:
深色土壤表面的日较差比浅色土壤的大些;
④导热率:
导热率大的土壤温度日较差小;
导热率小的土壤,温度日较差则大;
⑤热容量:
热容量大的土壤,温度日较差小,热容量小的土壤,温度日较差大;
⑥天气:
晴天土壤表面温度日较差比阴天大。
5.年变化
(1)土温年较差:
一年中,土壤最高月平均温度与最低月平均温度之差;
(2)在北半球的中、高纬度地区,土壤表面月平均最高温度出现在七、八月份;
月平均最低温度出现在一、二月份;
(3)赤道附近一年中太阳直射两次,因此土壤表面的温度年变化也有两个起伏,月平均最高温度分别出现在春分和秋分之后;
月平均最低温度分别出现在夏至和冬至以后;
(4)土壤表面温度的年较差随纬度的增高而增大,这是由于太阳辐射的年变化随纬度增高而增大引起的;
(5)裸露土壤的温度年较差比夏季和冬季处于自然覆盖下的土壤温度年较差大。
四、土壤温度的垂直分布
1、日射型
(1)土壤温度随深度的增加而降低的类型;
(2)一般出现在白天和夏季,是由土壤表面首先增热造成的,热量
由地表向下层传递;
2、辐射型
(1)土壤温度随深度的增加而增加的类型;
(2)一般出现在夜间和冬季,是由土壤表面首先冷却造成的,热量由下层向地表传递;
3、过渡型
(1)土壤上、下层温度的垂直分布分别具有日射型和辐射型的特征;
(2)一般出现于昼与夜(或冬与夏)间的过渡时期。
第三节温度与农业
一、气温与农业生产的关系
1、基本温度指标
(1)三基点温度:
最低温度、最适温度和最高温度;
(2)五基点温度指标:
三基点温度和最高与最低致死温度指标;
(3)三基点温度的特点:
①最适温度较接近最高温度,而离最低温度较远;
②最高温度多在30~40℃之间,除炎热地区外,长时间维持30~40℃的机会不太多;
③最低温度常会遇到。
所以在生产实践中,作物的分布和产量受低温的限制比高温的限制要多些。
(4)农业界限温度
①具有普遍意义,标志某些重要物候现象或农事活动之开始、终止或转折的温度;
②农业上常采用界限温度有0℃、5℃、10℃、15℃等;
A、0℃的持续时期为适宜农耕期;
B、5℃的持续时期为越冬作物生长活动期;
C、10℃的持续时期为喜温作物生长活动期,同时也是越冬作物生长活跃时期;
D、15℃的持续时期为喜温作物如棉花,水稻等活跃生长期。
2、积温及其对作物生长发育的影响
(1)积温:
作物的生长发育是在一定的温度下开始的,而且是在累积了一定的温度总数后完成的。
这个一定的温度总数为积温;
(2)活动积温:
作物的某一生育期或全生育期中所有活动温度的总和;
(3)有效积温:
作物的某一生育期或全生育期中有效温度的总和;
第四章水分
第一节大气湿度
一、水的相变
在自然大气压力和温度条件下,水汽是大气中唯一能由一种相转变为另一种相的成分。
二、空气湿度的表示方法
空气湿度:
表示空气中含水量多少的物理量。
1、绝对湿度(水汽密度)
(1)单位体积空气中所含水汽量的质量。
(2)以1立方米的空气中所含水汽的克数来表示的,单位为g/。
2、水汽压e
(1)大气中水汽所产生的分压强;
(2)单位:
hPa(百帕);
(3)当空气中的水汽含量增多时,水汽压就相应地增大,反之,水汽压减小。
所以,用水汽压的大小可表示空气中水汽含量的多少;
(4)实际水汽压
(5)饱和水汽压
①温度越高饱和水汽压越大,温度越低饱和水汽压越小;
②饱和水汽压除与温度有关外,还与物态、蒸发面形状和溶液浓度等因子有义;
3、相对湿度r
(1)空气的实际水汽压与同温度下饱和水汽压之百分比,用百分比表示;
(2)r=/×
100%
(3)相对湿度的大小直接反映空气距离饱和的程度;
(4)在温度一定时,保持不变,越大,空气越接近饱和;
(5)当空气中水汽压(E)一定时,相对湿度随气温的升高而降
低,反之升高;
4、饱和差d
(1)在某一温度下,饱和水汽压与空气中实际水汽压之差;
(2)d=
(3)饱和差的大小表示空气中水汽含量距离饱和的绝对数值;
(4)随温度的升高而增大,随温度的降低而减小;
(5)在一定温度下,d值越小,空气越接近饱和,即空气越潮湿;
当d=0,空气达到饱和。
5、露点温度td
(1)当空气中的水汽含量和气压不变时,降温使水汽压达到饱和时的温度;
(2)当气压一定时,露点的高低只与空气中水汽含量有关,即水汽含量越多,其露点越高,反之越低;
(3)空气温度降低到露点温度及其以下,是导致水汽凝结的重要条件之一;
三、空气湿度的时空变化
1、空气湿度的空间变化
(1)垂直变化:
①在对流层下半部,随高度的增加,水汽迅速减少;
②相对湿度随高度的变化可能递增可能递减;
(2)水平变化:
水汽含量随纬度的增加而减少。
2、空气湿度的时间变化
(1)水汽压的日、年变化
①日变化
A、单峰型最大值出现在14-15时,最小值出现在日出前后。
日变型多发生在温度变化不大、水分比较充足的海洋、海岸、寒冷季节的大陆以及暖季潮湿的地区;
B、双峰型两个高值分别出现在8~9时和20~21时;
两低值分别出现在日出前后和14~15时。
双峰型的日变化型多发生在高温干燥的地区和季节。
如内陆暖季及沙漠地区等;
②年变化
A、在陆地上最大值出现在蒸发最旺盛的7月份,最小值出现在
蒸发最弱的1月份;
B、海洋上则最大值在8月份,最小值在2月份。
(2)相对湿度的日、年变化
①日变化
A、温度降低时则相反,相对湿度增大;
B、相对湿度的日变化与温度的日变化相反,最高值现出在清
晨,最低值出现在14~15时;
A、最大值出现在夏半年的雨季之前,最小值出在冬季;
第二节蒸发与蒸腾
蒸发:
由液态或固态水转变为气态水的过程。
蒸发通量密度:
用单位时间内在单位面积上蒸发掉的水量来表示的,其单位为g/(·
s)。
蒸腾:
指植物体内的水分,通过叶面上的气孔以气态水的形式向外界输送的过程,其单位跟着蒸发一样。
一、蒸发
1、水面蒸发
(1)水温:
水温越高,蒸发越快;
(2)空气饱和差:
水面上空气饱和差越大,蒸发越快;
(3)风速:
水面上空风速越大,蒸发越快;
(4)气压:
上面上气压越小,蒸发越快。
2、土壤蒸发
(1)是指土壤中水分汽化并向大气中扩散的过程;
(2)蒸发速度的大小主要取决于两方面因素:
①大气蒸发能力
②土壤的供水能力
3、土壤水分蒸发过程分为三个阶段:
(1)第一阶段,当土壤经过降水、灌溉或下层土壤水分在毛管力的作用下不断升向土表,而使土壤表层的水分保持饱和状态。
这时,土壤蒸发主要发生在土表,土壤蒸发在一定的气象条件下,保持稳定状态。
(2)第二阶段,当土壤含水量减小到田间持水量以下,土壤开始变干,并出现一层干土层,土壤毛细管中的水分逐渐减小,蒸发面降低,蒸发速度减慢,受气象因子的影响逐渐减小。
(3)第三阶段,当土壤相当干燥时,土壤水分的毛细管运动停止,蒸发仅发生在较深层的土层中,土壤中的水分以气态形式通过土壤干涸层进入大气。
4、根据土壤水分蒸发所处的阶段,可采取不同的措施来抑制
(1)第一阶段,土壤毛管水上升到地表,土壤蒸发过程接近于水面蒸发,蒸发速度高而稳定,此时应松土以切断土壤毛细管,把水分保存在土壤表层以下达到保墒的目的。
(2)第二阶段,应进行镇压结合中耕松土,使土壤深层形成更多的毛细管以利于提水,表层很快形成干土层,以防止强烈蒸发。
(3)第三阶段,由于土壤相当干燥,必须考虑灌溉措施。
二、植物蒸腾
1、植物的蒸腾作用:
(1)植物体内的水分主要是通过植物叶面气孔以气态水的形式向大气输送的过程;
(2)一种物理加生理的过程;
(3)蒸腾的作用:
①有效地降低其体温,以利于光合作用的进行;
②输送溶于水中的各种营养物质;
(4)蒸腾速度在一定限度内,随温度的增大而增大,随饱和差的增大而增大,随风速的增大而增大。
三、农田蒸散=植物蒸腾+土壤蒸发
农田蒸散:
植物蒸腾和农田植被下土壤表面蒸发式同时发生的,将农田表面水分输送到大气中去的总过程。
第三节水汽凝结与大气降水
一、水汽凝结的条件
1、水汽凝结的条件:
(缺一不可)
(1)大气中的水汽必须达到饱和或过饱和状态;
(2)大气中要有足够数量的凝结核;
2、满足条件的途径
(1)空气的饱和和过饱和:
①增加空气中的水汽含量,使实际水汽压增大;
该途径只有在具有蒸发源泉,而且蒸发面温度高于气温的条件下才有可能;
②降低空气温度,使饱和水汽压减小。
大气中常见的降温过程有:
辐射冷却,接触冷却,混合冷却,绝热冷却;
(2)凝结核:
在水汽凝结过程中起凝结核心作用的液体的、固体
的或气态的气溶胶质粒。
二、水汽凝结物
1、地面或地物表面上的水汽凝结物
(1)霜和露
在晴朗无风或微风的夜晚,地面和地面物体因辐射冷却而迅速降温,接近地面很薄的气层也随之降温,当下降到露点时,气层中的水汽便达到饱和,再继续降温,多余的水汽就会在地面或地面物体上凝结。
若露点温度高于0℃,则凝结物为水滴,称为露;
若露点温度低于0℃,则凝结物为白色的冰晶,称为霜。
(2)雾凇和雨凇(灾害天气)
①雾凇:
形成于地面物体(如电线、电杆和树枝等)迎风面呈现针状或粒状的白色松脆结构的冰晶层,俗称树挂;
②雨凇:
由过冷却的雨滴与温度低于0℃的物体或地面相碰时,会立即冻结成外表光滑而透明的冰层,在电线或树枝上常边淌边冻而形成长长的冰柱;
2、近地气层中的凝结物
(1)雾:
当近地气层的温度降到露点温度以下,空气中的水汽凝结成小水滴或凝华为冰晶,弥漫于空气中,使水平能见距离小于1000m的天气现象。
(2)形成的基本条件:
近地面空气中水汽充沛,有使水汽发生凝结的冷却过程以及凝结核的存在。
(3)分类:
①辐射雾:
由地面辐射冷却而形成的,日出后即消失。
多形成于晴朗微风,近地气层水汽充足的夜间或早晨。
“雾兆晴天”、“十雾九晴”;
②平流雾:
暖湿空气移动到冷的下垫面上形成的;
③平流辐射雾:
平流和辐射因子共同作用形成的,又称“混合雾”;
3、云
(1)自由大气中水汽凝结形成的水滴、过冷却水滴、冰晶,或由它们混合而成的悬浮体;
(2)云产生的条件:
①必要的水汽凝结条件;
②充足的水汽输送和补充;
(3)空气的上升运动是云形成和发展的基本原因。
因为空气的上升运动,使空气块绝热冷却降温,达到饱和或过饱和而有凝结现象产生;
同时,空气的上升运动,还可不断地向云体中输送水汽,以维持云的存在和发展。
相反,空气的下沉运动,就会使云消散。
三、降水
降水:
云中降落到地面的液态或固态水,包括雨、雪、雹等。
1、降水的形成
(1)降水来自云中,有云不一定都能产生降水;
要使云产生降水必须使云滴增大,当云滴增大到能克服空气阻力和上升气流的抬升,并且在下降过程中不被蒸发掉时,才能降到地面形成降水;
(2)要形成较大的降水,除空气中水汽含量丰富外,还必须有较强的持久的上升气流;
(3)云滴增大的途径
①凝结增大:
水汽在微小水滴上不断凝结,使小水滴最后变成一个大水滴的过程;
②碰并增大:
即云内部云滴的碰撞合并而增大;
(夏季雨势大的原因:
在有上升气流时,当大、小云滴被上升气流向上带时,小云滴也会追上大云滴与之合并,成为更大的云滴。
)
这两种过程是同时进行的。
但云滴形成的起始阶段,是以凝结增大为主,当云滴增大以后,便以碰并增大为主。
2、降水的种类
(1)雨从云中降落到地面的液态水;
(2)雪从云中降到地面的各种类型冰晶的集合物;
(3)霰白色不透明而疏松的小冰球,直径约1~5mm;
(4)冰雹从云中降落的冰球或冰块,直径约5mm~50mm,雹多为透明和不透明冰层相间组成,雹心由霰组成。
3、降水的表示方法
(1)降水量:
从云中降落的液态或固态水,未经蒸发、渗透和流失,在单位面积上所积聚的水层深度,单位:
毫米mm;
(2)降水强度:
单位时间内的降水量,单位为mm/d或mm/h;
(3)按日降水量的多少分为小雨、中雨、大闲、暴雨、大暴雨和
特大暴雨;
降雪可分为小雪、中雪、大雪等。
四、人工影响云雨
1、原理:
根据自然降水形成的原理,人为补充某些形成降水的必需条件,促进云滴迅速凝结并与其他云滴碰撞合并而增大形成降水。
2、人工降雨季节:
进行人工降水一般是在夏秋季节,选择空中具有浓厚的云层但是还没有下雨的天气条件。
3、冷云的人工降水
(1)基本原理:
使冷云中人为地产生冰晶,改变云微结构的稳定性;
(2)产生冰晶的方法:
①向冷云中撒播人工冰核。
如碘化银、碘化铅等。
(碘化银等的晶体结构与冰晶相似,具有冰核作用,水汽可以在其表面上直接冻结或凝华而形成冰晶。
②向冷云撤播制冷剂。
如干冰等。
(干冰撒入云中后,干冰升华,从周围云中吸取大量的热,使周围空气急剧冷却而形成高度过饱和。
4、暖云的人工降水
改变云滴分布的均匀性,破坏其稳定状态,促使凝结及碰撞合并过程的进行,从而导致降水的形成;
(2)使暖云产生人工降水的两种方法
①人工提供大水滴
在暖云中伞播吸湿性物质的粉末,如氯化钠、氯化钾、氯化钙和氯化铵等。
吸湿后形成溶液,加速凝结增长,很快形成具有碰并能力的大水滴,或直接向暖云喷洒大水滴,催化暖云降水。
②人工振动法
主要用炮轰击云层,或用强大的声波,使云层激烈振动,使云滴发生频繁碰撞,合并增大成雨滴。
第四节水分与农业
一、水分循环
(1)水分循环:
从全球范围看,水分主要通过蒸发(蒸腾)、水汽输送、降水和径流构成了一个封闭式的循环系统,即水在太阳辐射作用下,由地球水陆表面蒸发变成水汽,水汽在上升和输送过程中遇冷凝结成云,又以降水的形式返回地表,水分进行这种不断的往复过程。
(2)海陆之间的水分循环称为外循环,也称大循环(或全球水分循环)
(3)局部地区的水分循环称为内循环,也称小循环(或区域水域循环)
二、作物的水分临界期和关键期
1、水分临界期:
作物对水分供应要求最敏感的时期,即水分过多或缺乏对产量影响最大的时期。
2、关键期:
在作物水分临界期内,如果当地降水条件配合不好(降水过多或是不足),这一时期便是当地水分条件影响产量的关键时期,也成为作物对水分的农业气候关键期或简称关键期。
3、区别:
临界期只考虑作物本身对水分的敏感程度,而关键期是综合考虑作物本身的需水特性和当地的农业气候条件两个方面的因素。
因此,一个地区某种作物水分的关键期与临界期可能一致,也可能不一致。
三、水分利用率及提高途径
1、水分利用率:
作物蒸腾消耗单位重量的水分所制造的干物质重量;
2、提高水分利用率的途径:
(1)灌溉:
灌溉的时期与方式对水分有效利用率的影响很大。
(2)种植方式:
种植方式是指种植密度、行距、行向等。
①土壤水分充足时,密植与缩小行距对水分的有效利用率较高;
②土壤水分有限时,稀植与宽行距对水分的有效利用率高。
③在产量相同的情况下,东西向失水比南北向多。
(3)风障与覆盖:
大风时风障可提高水分利用率;
覆盖可减少土壤蒸发。
(4)作物种类的选择:
C4植物的水分利用率比C3植物大。
第五章气压和风
气压和风是描述大气状态的气象要素,二者相互依存,相互影响。
第一节气压和气压场
一、气压及其变化
1、气压的概念
(1)地球表面单位面积上所承受的大气柱的重量,简称气压;
(2)压强单位是帕斯卡(Pa),1Pa=1N/(牛顿/每平方米)
(3)国际上规定,将纬度45°
的海平面上,气温为0℃,大气压力为760㎜Hg称—个标准大气压,1标准大气压=1013.2525hPa
2、气压的变化
地球上各地的气压值随时间和空间二变化,变化的根本原因是空气运动引起的空气质量在地球上重新分配。
(1)气压随时间的变化
①气压的周期性变化
A、日变化
a)特点:
是一天中有一个最高值、一个次高值和一个最低值、一个次低值。
最高值出现在9~10时,次高值出现在21~22时,最低值出现在15~16时,次低值出现在3~4时;
b)气压最高点和最低点的出现与气温日变化有关,在一般情况下,它主要是由于气温日变化引起的水平气流辐合或辐散,使空气柱质量发生变化的结果;
B、年变化
a)大陆型:
一年中气压最高值出现在冬季,最低值出现在夏季,气压年较差较大。
我国大陆上绝大部分地区的气乐年变化都可归入大陆型,愈深入内陆,大陆型的特点愈明显。
b)海洋型:
气压年变化与大陆型刚好相反,最高值出现在夏季,最低值出现在冬季,气压年较差不大。
c)高山型:
高山地区一年中气压最高值出现在温暖的季节,最低值
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