扬州大学农业气象学复习资料

农业气象学复习资料绪论&第一章地球大气一、概念气象学：研究大气中所发生的物理现象和物理过程的学科称为气象学。气象要素：描述大气物理现象和物理过程的物理量。二、范围气象学范围广泛。如普通气象学，天气学，气候学，气象仪器学，应用气象学等。应用气象学——农业气象学、林业气象学、建筑气象学、医疗气象学、航空气象学、军事气象学等。农业气象学——研究对农业生产有意义的气象条件的一门学科。三、任务1、研究农业气象条件形成和变化的规律。2、研究农作物在各个发育时期对农业气象条件的要求，确定农作物生长发育的农业气象指标。3、根据农作物的农业气象指标鉴定当地气候条件对他们生长发育和产量的影响，并进一步研究充分利用有利气候条件，克服不利气候条件的途径。四、研究对象大气：围绕着地球周围的深厚的空气层。1.大气成分①干洁空气：大气中除去水汽和杂质的整个混合体。②水汽:集中在2-3km以下的底层空气层。③固体杂质和液体微粒。2.大气分层分层依据：大气温度的垂直分布，空气的扰动程度，电离现象等不同性质。将大气在垂直方向上分为五层。（1）对流层：①平均高度11km。②温度随高度上升而下降。平均0.65℃/100m。③几乎全部的水汽。大气质量的3/4集中在这一层，且温、湿度在水平方向上分布不均匀。④对流旺盛，天气变化最剧烈。（2）平流层：①从对流层顶到55km左右之间。②底部温度随高度升高几乎不变，至大约30km以上，温度随高度上升的很快。③几乎没有水汽，灰尘。空气水平运动为主，有利于飞行。（3）中间层：①高度自55km－85km左右。②底部温度高，随高度升高，温度迅速下降。③由于下暖上冷，有强烈的对流运动。（4）热成层：①85km－800km。②气温随高度增高而迅速增高。③空气处于电离状态，具有很强的导电性能。（5）散逸层：①800km以上。②温度高，空气密度很小，地心引力很小。第二章辐射§太阳辐射一、辐射的概念以电磁波或粒子的形式放射或输送能量，这种能量的传递方式称为辐射。放射或输送的能量称为辐射能。二、辐射能的量度单位辐射通量：辐射能在传递过程中，于单位时间内，通过或到达某一表面积上的总辐射能量，称之为辐射能通量。J/S辐射强度（辐射通量密度）：单位面积上的辐射能通量，称之为辐射强度。W/m2光通量密度：单位面积上通过或到达的光通量。天文学上，四季划分是：春分－夏至为春季夏至－秋分为夏季秋分－冬至为秋季冬至－次年春分为冬季气候学上四季的划分：以五日侯平均温度为划分依据，10~22℃为春秋季。三、太阳高度角（h）任意时刻太阳高度角计算公式：sinhθ＝sinø·sinδ＋cosøcosδcosωø：观测地点的纬度δ：观测时太阳赤纬（阳光直射地点的纬度）ω：时角时角：一日中太阳某瞬时位置距离正午时太阳位置的角距离。当地正午真太阳时12点时ω=0，上午为负，下午为正。太阳高度角与纬度的关系：当δ不变时，hθ随ø的增大而减小。公式讨论：正午太阳高度角的变化。正午时刻ω＝0º∴sinhθ＝sinø·sinδ＋cosøcosδ＝cos（ø－δ）＝sin〔90º－（ø－δ）〕hθ＝90º－ø＋δ利用上式计算得h90º时取补角。四、日照时间和光照时间日照时间：太阳照射时间的长短为日照时间。它分为可照时间和实照时间。可照时间：某一纬度某一季节一天中从日出到日落的时间间隔为可照时间。实照时间：太阳直接辐射照射的时间为实照时间。它是利用日照计观察的。光照时间＝可照时间＋曙暮光时间可照时间的计算公式推导：sinhθ＝sinø·sinδ＋cosøcosδcosω日出、日没时hθ＝0，此时的ω＝ω0∴sin0º＝sinø·sinδ＋cosøcosδcosω0cosω0＝－tgøtgδ公式讨论：①赤道上ø＝0º据cosω0=－tgøtgδ=0∴ω0=90可照时间＝（2×ω0）/15º＝（2×90º）/15º＝12h在赤道上任何季节昼长均为12h。②春，秋分δ＝0ºcosω0＝0∴ω0＝90º可照时间为12小时③北半球夏半年（春分－夏至－秋分）δ0ø0∴cosω00ω090º∴可照时间12h冬半年：（秋分－冬至－春分）δ0ø0∴cosω00ω090º∴可照时间12h④太阳永不落的条件：可照时间＝2ω0＝24小时ω0＝180ºcosω0＝－tgøtgδcos1800＝－tgøtgδ－1＝－tgøtgδ∴tgø＝ctgδ＝tg（90º－δ）∴ø＝90º－δ春秋分日：δ＝0º∴ø＝90º－0º＝90º这天极点为永昼。夏至日：δ＝23.5º∴ø＝90º－23.5º＝66.5º这天北极圈内永昼，愈向北，永昼的日数愈增加，§太阳辐射光谱一、太阳辐射太阳常数：当日地处于平均距离时（约为150×106千米），在地球大气上界，垂直于太阳辐射方向单位面积上的太阳辐射能通量，称之为太阳常数。二、太阳辐射光谱太阳辐射能随波长的分布，称为太阳辐射光谱。太阳辐射的波谱范围极广，几乎包括了从宇宙射线到无线电波的所有电磁辐射波谱。大气上界，太阳辐射总能量中：紫外线：约占7.2%（0.15—0.39µm）,有杀菌的作用。可见光：约占45.5%（0.39—0.76µm），起光效应。红外线：约占47.3%(0.76—4µm)，起热效应。三、太阳辐射在大气中的减弱太阳辐射透过大气层时要发生一系列的减弱现象。其中一部分被大气吸收，一部分被大气中的气体分子和悬浮微粒所散射，还有一部分被尘埃、云层反射而返回宇宙空间。（一）、大气对太阳辐射的吸收大气对于太阳辐射的吸收是具有选择性的。O2：强烈吸收λ200nm的紫外线。O3：主要吸收λ在200～320nm的紫外线。水汽：吸收红光及红外线，辐射能可减弱4%～15%。CO2、微尘杂质：吸收一部分太阳辐射能。（二）、大气对太阳辐射的散射1、分子散射蕾利散射定律：I=331(n-1)/Nλ42、粗粒散射太阳辐射在大气中遇到较大的质点（云滴，雨滴）时，出现粗粒散射。此时它们对太阳辐射的散射没有选择作用（I与λ无关），对各种波长的散射强度将趋于一致。（三）、大气对太阳辐射的反射四、太阳辐射通过大气层时减弱的一般规律太阳辐射在大气层中被减弱的程度，决定于阳光通过大气层的厚度，大气的透明度和地理纬度等因子。1、大气量大气量（m）：当太阳辐射垂直地面而到达海平面上时，太阳辐射所穿过的大气路径为一个大气量，即m=1。m与hθ的关系：当太阳高度为hθ时，Sinhθ=1/m,即m=cschθ实际mcschθ。所以当hθ30o时，则不可用上式计算m。2、大气透明系数大气透明系数(p):太阳直接辐射穿过一个大气量后的辐照度与穿过前辐照度的比值。即P=S1/So影响P的因素：大气密度，水汽含量，微尘杂质。贝尔减弱定律：S=S0•Pm3、地理纬度地理纬度不同，太阳高度角也不相同。随φ的增加，hθ减小。因此，一般来说太阳能辐射强度是随φ的增大而减小的。五、到达地面的太阳辐射太阳辐射经过大气的削减后，到达地面的辐射有：太阳直接辐射，天空散射辐射。太阳直接辐射：太阳辐射经过大气的削弱后，一部分以平行光的形式直接投射到地面上，这一部分辐射称为太阳直接辐射。天空散射辐射：太阳辐射受大气散射作用，而从天空各个方向投射到地球表面的辐射，称为天空散射辐射。太阳总辐射：直接辐射和散射辐射之和。反射辐射：太阳总辐射被地面反射的部分。（二）、散射辐射（D）影响因子：太阳高度角、大气透明系数、云。①、hθ：在干洁大气中，随hθ增加，D也增加。②、P：随P减小，D增大。③、云：有云时，一般强烈地增加D。但当浓密的低云掩敝全天，S显著减弱时，D下降。D的日变化与太阳高度角的日变化一致的。阴天的日变化程度大于晴天。D的年变化：在干洁大气中，决定于hθ、p、云的年变化。（三）、总辐射（Q）(四）、地面反射辐射地面反射辐射与反射率有关。影响反射率的因子：地表面组成、形态、颜色、hθ。①、土壤湿度增大，反射率下降。②、土壤的粗糙度增大，反射率下降。③、随土壤颜色的加深，反射率减小。④、hθ减小，反射率增大。§地面，大气辐射及地面辐射平衡一、地面和大气辐射地面辐射：λmax=10000nm，长波辐射。地面向大气的长波辐射，大部分能量被大气吸收，少量透过大气向宇宙空间传递。大气辐射：λmax=11592nm。也是长波辐射。地面对大气逆辐射的反射率很小，吸收率近于1。大气效应：大气对太阳的短波辐射吸收很少，能让大量的太阳短波辐射透过而到达地面。大气本身又强烈吸收地面的长波辐射而增热，并以长波逆辐射的形式返回地面一部分，使地面不致失热过多。大气的这种对地面的保温作用，称为大气效应。（大气的温室效应）二、地面有效辐射影响因子：云、空气湿度、风、地表性质、CO2。三、地面辐射平衡净辐射：地表面辐射能总收入与总支出的差值，叫做净辐射,也叫辐射差额。得到：（S‘+D）+Ea失去：Ee+α（S‘+D）辐射平衡值R：R=（S‘+D）+Ea-Ee-α（S‘+D）；=（S‘+D）(1-α)-(Ee-Ea)R=（S‘+D）(1-α)-F——地面辐射平衡方程式中：F­—地面有效辐射；（S‘+D）—到达地面的总辐射；α—地面对太阳辐射的反射。公式讨论：阴天，夜间，纬度。§太阳辐射与农业生产的关系1、光效应①光合作用：植物利用太阳辐射进行光合作用，制造有机物，影响植物生长量。②光周期作用：日照长短影响植物的生长过程和发育速度。③光的成形作用：光强影响植物的形态和长相。④感光性运动作用：影响植物发育过程和品质。2、热效应：太阳辐射是一切生物能量的来源。一、光照强度与植物的生长发育1、光照强度与光合作用的关系光饱和点：在一定的光照强度范围内，光合作用强度是随着光照强度的增加而增加的。但当光照强度增加到一定数值时，光合作用强度不随之增加了，这时的光照强度，称之为光饱和点。光补偿点：在光饱点以下，随着光照强度的减弱，植物的光合作用强度降低，当光照强度减弱到一定程度以后，光合作用的产物与呼吸作用所消耗的有机物质相平衡，此时的光照强度称为光补偿点。影响因子：温度的高低，土壤水分，二氧化碳浓度，作物的种类，品种，发育期，种植密度等等有关。2、光照强度与作物发育和品质的关系发育：强光——有利于作物繁殖器官的发育；弱光——有利于作物的营养生长。品质：光照不足禾本科作物——籽粒中蛋白质含量减少；马铃薯——块茎中的淀粉含量减少；甜菜——根中的含糖量降低。光照条件好：一些地区的瓜果，因含糖量高，而香甜可口。“向阳瓜果格外甜”。二、光照时间与作物的生长发育植物的光周期现象：昼夜长短影响着作物开花、结实、落叶、休眠以及地下块根、块茎等营养贮存器官的形成。植物对昼夜长短的这些反应，统称为光周期现象。根据作物对昼夜长短的不同要求分三种类型。（1）短光照作物：短昼长夜，光照时间12～14小时，原产于南方低纬度——棉花、玉米、水稻、高梁、大豆、向日葵等。（2）长光照作物：长昼短夜，光照时间为16h以上。多为耐寒作物。北方高纬度——小麦、大麦、燕麦、豌豆、蒜、胡萝卜、菠菜。（3）中性作物：对光照长短的反应不明显，只要温度条件满足，生长良好。如茄子，辣椒、西红柿、大豆、水稻的某些早熟品种。作物对光照长短的反应不同,在栽培引种上具有重要的实践意义，引种时必须考虑以下几点：①纬度：同一纬度或相近纬度引种成功率高。②作物类型和引向。北北种种南南引引南南种种北北引引短短日日照照作作物物南南方方光光照照短短，，温温度度高高，，提提前前发发育育，，应应引引迟迟熟熟品品种种。。北北方方光光照照长长，，温温度度低低，，延延迟迟发发育育，，引引进进早早熟熟品品种种。。长长日日照照作作物物延延迟迟发发育育。。提提前前发发育育。。长照作物引种所遇到的困难小于短日照作物。如果不考虑地势的影响，我国南方比北方温度高，长日照作物由北向南引，那么温度高加快发育，光照短延迟发育，光、温对发育的影响有“相互抵偿”的作用，反之，短日照作南北引种，光温对发育速度的影响有“相互叠加”的作用，因而增加了南北引种的困难。三、太阳辐射光谱与作物的生长发育（一）不同光谱成分对植物生长发育的影响（二）光合有效辐射生理辐射