农业气象学4

青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第四章水分第四章水分大气中的水份是大气组成成分中最富于变化的部分。1.空气湿度的表示方法和变化规律2.水面蒸发、农田蒸散及变化规律3.成云致雨的条件和降水特征、水分利用率青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第四章水分1.水相变化的物理过程2.水相变化中的蒸发潜热L=2500-2.4t2450J/gL:蒸发潜热单位：J/g冰的升华-融解潜热(334J/g)+蒸发潜热冰的升华潜热=2500+334=2834J/g一、水的相变第一节大气湿度青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第四章水分1.绝对湿度(水汽密度)ρw(Watervapordensity)单位体积空气中所含的水汽质量，称为绝对湿度(水汽密度)。单位：kg/m3二、空气湿度的表示方法Vmww青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第四章水分比湿：单位质量湿空气中所含的水汽质量。(用q表示；单位为g·g-1或kg·kg-1)dwwmmmq青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第四章水分空气密度：单位体积空气中所含的干空气和水汽质量之和。(用ρa表示；单位为kg·m-3)TePRMVmmddwa)378.0(青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第四章水分2.水汽压e(Watervaporpressure)空气中的水汽所产生的分压力叫水汽压。单位：Pa实际水汽压(ea,actualvaporpressure):未饱和空气的水汽压称实际水汽压，用ea表示。饱和水汽压(es,saturationvaporpressure)：空气中水汽达到饱和状态时的水汽压称为饱和水汽压。青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第四章水分饱和水汽压(es,saturationvaporpressure)：空气中水汽达到饱和状态时的水汽压称为饱和水汽压。(es)ttsee3.237269.1778.610青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第四章水分实际水汽压ea的计算利用干湿球温度计测定干湿球温度差来计算实际水汽压。当空气未达到饱和时,湿球表面的水分就不断地蒸发,湿球温度蒸发耗热降温。当蒸发所消耗的热量与周围空气中获得的热量相平衡时,湿球温度不再下降。青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第四章水分通风干湿表青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第四章水分蒸发所消耗的热量)(622.0)622.0622.0(][)()(aswaaatteePLPePeLLaswawρ(ta),ρ(tw)：干湿球温度下的绝对湿度,kg/m3L:蒸发潜热，J/gesw:、ea干湿球温度下的饱和水汽压，hPaρa:空气密度，从周围空气中获得的热量)(wapattCCp：空气质量热容，J/g·℃青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第四章水分),(622.0)(622.0)(622.0)()(622.0)(constanterPsychrometLPCttLPCeeeePLttCeePLttCpwapswaaswwapaswawapa湿度常数青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第四章水分3.相对湿度RH(Relativehumidity)空气中实际水汽压与同温度下饱和水汽压的比值。例题：某日在农田植被上方，用干湿球温度表测到干球温度td=20℃,湿球温度tw=17℃,求此时农田植被上方空气的相对湿度？%100saeeRH青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第四章水分4.饱和差d(Saturationdeficit)在一定温度下，饱和水汽压与实际水汽压的差值称为饱和差。饱和差的大小空气中水汽距离饱和的差值。aseed青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第四章水分5.露点温度td(Dew-pointtemperature)当空气中水汽含量一定时，在压力不变的情况下，降低温度，使空气达到饱和时的温度，称为露点温度。例题：已知北京某年初夏ta=30℃,露点温度td=15℃,求此时空气的相对湿度？青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第四章水分1.空气湿度的空间变化(垂直变化)大气中的水汽，随高度的增加，迅速减少。三、空气湿度的时空变化青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第四章水分2.空气湿度的时间变化（1）水汽压的日、年变化水汽压的日变化影响近地面空气中水汽含量随时间变化的主要因素是蒸发强度和乱流强度。单峰型当温度升高时，蒸发作用增强，但，如果乱流作用不旺盛，蒸发的水多停留在低空。最高值:14-15h青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第四章水分双峰型:乱流较强的温暖季节，由于湍流的作用，绝对湿度的日变化呈双峰型。一天中有两个最小值和最高值。青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第四章水分水汽压的年变化水汽压的年变化与气温的年变化一致。一年中有一个最高值和一个最低值。最高值出现在7、8月；最低值出现在1、2月。青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第四章水分(2)相对湿度的日、年变化相对湿度的日变化一日中最大值出现在凌晨。最小值出现在14-15时。相对湿度的年变化冬季最大，夏季最小。青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第四章水分蒸发是指水分子从液态或固态水的自由面逸出而成为汽态的过程或现象。单位时间内单位面积上蒸发的水量称为蒸发速率，单位：gcm-2s-1。水面蒸发、土壤蒸发第二节蒸发与蒸腾一、蒸发青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第四章水分1.水面蒸发影响水面蒸发的因子：（1）水源水源是蒸发的根源。水面、雪面、冰面、潮湿土壤和植被是蒸发的基本条件。（2）热源蒸发速度取决于热量供给。（3）饱和差蒸发速度与饱和差成正比，饱和差越大蒸发速度越快。（4）风速与湍流扩散（5）溶质浓度蒸发速度与溶质浓度成反比。青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第四章水分2.土壤水分的蒸发土壤蒸发是指土壤中的水变为水气并向大气扩散的过程。土壤蒸发的两个过程：（1）蒸发直接发生在土壤表面。蒸发速度与相同条件下的水面蒸发速度几乎相同。主要受气象条件的影响。（2）水分在土壤中进行蒸发之后，水汽通过土壤的孔隙达地表后逸出土表。蒸发速度比相同条件下的水面蒸发速度小。青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第四章水分土壤蒸发：除气象条件外，土壤含水量、土壤结构、性质、颜色、方位等。粗糙的土壤表面蒸发强于平滑的土壤表面；深色土壤比浅色土壤蒸发强；高地比谷地、凹地蒸发强；南坡比北坡强青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第四章水分二、植物蒸腾植物体内的水分通过体表以气态水的形式向外界大气输送的过程称为蒸腾。物理过程、生理过程植物从土壤中吸收的水分，大部分通过蒸腾起到输送养分和降低体温的作用。从叶肉细胞开始向外扩散到达大气的过程与物理电学中电流、电压、电阻关系有些类似。青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第四章水分叶片内的饱和水气压与大气中的未饱和的水汽压形成压差;相当于电压；水分叶片大气：有四种阻抗，rm、rs、rb、ra，相当于电阻；电流=电压差/电阻水汽=水汽压差/阻抗E:水汽蒸发率，kg/m2srataSLwtr)e(eRTMEreE/青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第四章水分植物的蒸腾系数蒸腾系数：植物形成单位重量干物质时所消耗的蒸腾水量，用KT表示。量单位面积上收获干物质水量单位面积上植物蒸腾总TK青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第四章水分植物蒸腾与植被下土壤蒸发的综合过程，称为农田蒸散。“可能蒸散”–美国学者桑斯威特提出矮小的绿色植物充分覆盖的开阔地表面上，植物对水分的输送没有或仅有微小阻力，并保持水分充分供应时的农田蒸散。ETP（PotentialEvapotranspiration)测定蒸散的仪器：渗水测量器、可能蒸散表、重量渗水测定器等。蒸散计算公式三、农田蒸散(Evapotranspiration)青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第四章水分1.水分平衡法获取数据比较容易，误差较大ROPIETETDROSWPI0青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第四章水分2.桑斯威特法美国中西部半干旱地区多年田间试验的数据植物生理和物理机制在蒸散过程中的重要作用计算月平均可能蒸散ETP(ForestimatingmonthlyETP)算法简单，资料易得。不适合月平均气温低于零度的地区。计算短期值误差会大，长期效果会好些。ammdPItNlET)10)(30)(12(6.1514.122537)5(49.01079.11071.71075.6:::mmmdtIIIIatNlh月平均温度一个月内的日数）实际日长（青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第四章水分3.彭曼法考虑了净辐射、空气温度、水汽压以及风速等因素，运用空气动力学和能量平衡概念，提出了自由水面的可能蒸发量的公式。运用彭曼公式估算农田可能蒸散ETP：ETP=f1E0f1:夏季0.8；冬季0.6物理意义明确，有较严密的理论依据；测量比较简单SESREan0)160/1(37.0)();)((:::::0uufeeufEERSEasaan干燥力湿度常数开阔水面净辐射量饱和水汽压曲线斜率温度开阔水面蒸发量青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第四章水分4.彭曼-蒙泰斯法蒙泰斯将输送阻抗概念引入彭曼公式，使彭曼公式既能用于有充分灌溉条件下垫面的蒸散情况，也可用于供水有限下垫面的蒸散情况。自动测量仪器、快速反应仪器以及计算机水平的迅速发展]/)[(/)()(acaaasPnrrrSreeCGRSLE)/(:);/(:)(:)(:)/()/()/()/(::)/:::::3222msrmsrPaePaeCoPamWmWmWcaaspaCmkgSGRnLE植被阻抗空气阻抗实际水汽压水汽压当时空气温度下的饱和空气质量定压热容空气密度饱和水汽曲线斜率温度植被下热通量密度度农田植被净辐射通量密蒸散潜热通量密度（青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第四章水分5.鲍恩比法(1926)：鲍恩比（Bowenratio)Kh=KV(大气中热量湍流交换系数与水汽湍流交换系数相同)假设下：LEHetLEH])/(1[1)(etGRGRLEGLEHRnnn　etetLPCePLKtCKLEHPVph622.0622.0青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第四章水分第三节水汽凝结与大气降水一、水汽凝结的条件二、水汽凝结物三、降水青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第四章水分1.空气中水汽达到过饱和状态一、水汽凝结的条件通过蒸发，增加空气中的水汽，使水汽压大于饱和水汽压。使含有一定量水汽的空气冷却，使饱和水汽压减小。蒸发雾青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第四章水分空气的冷却绝热冷却：空气上升过程中，经过绝热冷却，温度降低。到达某一高度时，空气由未饱和达到过饱和而发生凝结。辐射冷却：通过辐射冷却，使空气温度降到露点温度以下而发生凝结。平流冷却：暖湿空气流经冷的下垫面时，由于热量交换，造成暖空气温度降低，就可能产生凝结。混合冷却：当温差较大，且水汽压接近饱和水汽压的两团空气水平混合后，可能达到过饱和状态。青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第四章水分2.空气中有凝结核或凝华核凝结核：在水汽凝结过程中起核心作用的固态、液态、气态质点。吸湿性凝结核：海水浪花蒸发后遗留在空气中的盐粒、烟粒非吸湿性凝结核：尘埃、岩石微粒、花粉青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第四章水分1.地表和地物上的水汽凝结物（1）露（dew）与霜（frost）近地面空气中的水汽，直接在地表面或地物表面上凝结或凝华形成的水滴或冰晶。夜晚或清晨，由于地面、地物表面的辐射冷却而降温，当其温度降到露点温度以下时，与辐射面接触的水汽在其表面上产生凝结。二、水汽凝结物青岛农业大学农学与植保学院农业气象学第四章水分青岛农业大