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第三章温度第三章温度§1有关温度的统计量§2土壤温度的变化§3土－气系统热交换§4空气温度的变化§5温度与农业§1有关温度的统计量气温、土温、水温、体温平均温度极端温度、日较差、年较差气温气温是指离地面1.50米气层的平均温度。离地1.50米：既脱离了局部地表的影响，也照顾了人类活动空间的现实。气层的平均温度：由于大气是流动的，所以小范围内空气温度是相对均匀的，只要保证空气是自由流通的即可认为任一点的气温为其平均温度。（1）这里指的是通常意义上我们所说的气温；（2）在特定要求下测定的气温需解释说明，且二者之间不可比较。土壤温度土壤由于和空气物理性质差异较大，其温度差异明显，另外，土壤的流动性很差、成土母质和含水量及其上植被等各有不同，因此，土壤温度不象空气温度那样相对均匀，即没有代表性，而且垂直梯度很大，所以，不能说笼统说某地土壤温度，而要具体说明某地点某深度的土壤温度。一般我们所说的土壤温度指的是0～20cm土层的温度，分别测定其0、5、10、15、20cm深度的土壤温度。土壤温度对植物种子的萌发、根系的生长、土壤微生物的繁殖、土壤生物的活动以及土壤理化性质的变化等都会产生直接影响，是农业生产十分关注的环境因子。水温水温影响到水中藻类、水生生物、水体的理化性质等，不同养殖项目需要在不同的水温下才能进行良好。水温的变化程度介于空气温度和土壤温度之间，它没有空气流动性强烈，但相对土壤来说，其均匀性要好得多。对于水温的测量，目前生产上进行的尚不多，随着水产养殖产业的发展，水温的测量及其调控必将越来越重要。体温体温即生物体表的温度，对于生物体来说，体温是直接反映其生理状态的外在特征。体温包括植物的叶温、茎干温度，动物的体表温度等，目前应用较多的是叶温。植物的叶温受环境和自身生理状况影响，不同个体差异较大，常用叶－气温差来表示叶片的生理活动状况。日平均温度以每天北京时02h、08h、14h、20h的温度值的算术平均来表示。温度值以正点百叶箱中玻璃温度表的测定值为准，如果没有02h的观测数值，以自动观测值来替代，若没有自动观测值，也可以用下式的计算结果来替代：t02＝（前一天t20＋今天tmin）/2根据要求的不同，可以有不同的日平均温度的统计方法（或某段时间的平均温度），但需要注意的是：1：取样要均匀；2：不同的统计方法得到的数据不具有可比较性；3：需要有说明。候、旬、月、年平均温度候平均温度：5d为一候，一月中有6候，第六候天数以26号至月末持续的天数，把该候内每天的日平均温度再求算术平均即为该候的平均温度。旬平均温度：10d为一旬，每月3旬，第三旬天数从21号到月末，该旬内每天的日平均温度的算术平均即为该旬的平均温度。月平均温度：该月内每天的平均温度的算术平均平均值为该月的平均温度。年平均温度：一年中各月的平均温度的算术平均值为年平均温度。多年平均温度：多年来该月（旬、候、年等）的温度的平均值，表示平均状态。滑动平均和加权平均滑动平均：常用3d滑动和5d滑动，即在一个温度序列x1、x2、x3…xn中，依次取前3（5）个样本值求其平均作为新序列的数值，即：yn＝（xn-1＋xn＋xn+1）/3加权平均：当序列中每样本的重要性不同时，常用加权平均求其平均值，即：Ā＝∑ci×xi其中ci为样本xi的权重，∑ci＝1极端温度、日较差、年较差极端温度：包括极端最高（低）温度、某时段内最高（低）温度、平均最高（低）温度。日较差：一天中最高温度和最低温度的差值，或称之为温度日变幅。年较差：一年中，最热月的平均温度和最冷月的平均温度之差。§2土壤温度的变化土壤的热特性土壤表面热收支状况影响土表温度变化的因素土壤温度的变化土壤的热特性•热容量(cv)：单位容积土壤温度变化1℃所吸收（放出）的热量(J.m-3.℃-1)称作容积热容量。土壤成分容积热容量导热率导温率106J.m-3.℃-1J.m-1.s-1.℃-110-6m2.s-1固体2.05～2.430.8～2.80.39～1.15空气0.00130.02116水4.190.590.15土壤各成分的热特性•导热率(λ)：在单位温度梯度的两个界面间，单位时间通过单位面积的热能，称作导热率(J.m-1.s-1.℃-1)。问题：分析比较疏松与板结、潮湿与干燥土壤温度的变化情况。解释说明：霜容易形成于哪些地方，为什么？土壤表面热收支状况在地面热量平衡中，假定土壤热通量密度分为表面热收支与深层热通量，则该表达式可以写作：Rn＝Rst(1-r)－Rln＝G＋H＋LE＝G’+Gd＋H＋LEG’＝Rst(1-r)－Rln－Gd－H－LE则：Δt＝G’/Cv显然，当G’＞0时，地表温度增加，反之当G’＜0，地表温度降低。影响土表温度变化的因素☆影响到达地表的总辐射数值大小的因子：纬度、季节、不同时刻、大气透明度、坡度、坡向……☆影响地表反射率的因子：颜色、植被、土壤含水量……☆影响地面有效辐射的因子：地表温度、空气温度、云状、云量、空气中尘埃……☆影响土壤热通量大小的因子：土壤类型、土壤湿度、孔隙度、土层温度垂直梯度……☆影响地表蒸发速度的因子：土壤湿度、空气湿度、地表风速、地形、大气压……☆影响显热通量大小的因子：气温垂直梯度、风场、空气湿度……•日变化：一天中最高温度一般出现于午后13h左右，而最低温度出现于日出前后，一天中温度变幅即日较差，随纬度、地形、季节、离海远近、土壤性质、天气等而不同。•年变化：一年中最高温度一般出现于七月，最低温度出现于一月，土温的年较差大小主要决定于太阳辐射能的年变化，随着纬度的增加，年较差变大，如广州15.9，北京34.7，齐齐哈尔47.8，另外也随着离海远近而有一定的差异，沿海小而内陆较高。•垂直变化：土温随深度的增加，其振幅减小、位相落后，到某深度后，其日（年）较差为0称为日（年）恒温层。思考：地下水的温度年变化特征土壤温度的变化§3土－气系统热交换热传导对流与平流辐射蒸发与凝结湍流热传导指的是物质系统（气体、液体或固体），由于内部各处温度不均匀而引起的热能（内能）从温度较高处向温度较低处输运的现象。热传导的实质是由大量分子、原子或电子的相互碰撞，而使热能（内能）从物体温度较高部分传到温度较低部分的过程。热传导是固体中热传递的主要方式，在气体、液体中它往往与对流同时发生。土壤间热量传递以热传导方式为主，而空气间这样传递量很小，一般可以忽略，但在研究边界层的热量流动时需要重点考虑。分子热传导对流与平流对流：空气的垂直运动成为对流。按照成因可以分为自由对流（热力对流）和强迫对流（动力对流）两种。对流促使不同温度的空气团发生位置的交换，从而带动热量的垂直输送。对流是基层大气能量流动的重要方式，同时也是水汽和污染物质、灰尘等输送的最主要途径。自由对流：当垂直方向气温的梯度大于某临界值，上层空气密度较下层更大，空气自由发生位置交换。强迫对流：当水平运动的空气遇到障碍物（建筑物、树、山等）而翻越时发生的气流垂直方向的运动。平流：指空气的水平方向运动或其运动的水平分量。平流形成的原因主要是由于水平方向气压的不均匀（实际上是由于温度场的不均匀造成的），空气从高压向低压方向运动，所以，平流是不同温度空气团的位置交换，与对流相类似，在平流的同时发生热量、水汽等的交换，地表空气的热量流动基本上是通过这种方式实现的。辐射蒸发与凝结蒸发将地面热量通过水汽输送到高空，再通过凝结而释放，也可通过结露（霜）等形式将热量输送到地表。蒸发输送的热量相当惊人，地表约有一半的热量是通过这种形式来输送的。练习：某地一天（按12小时计）蒸发量为8毫米，计算其平均潜热通量。蒸发与凝结调节着地表的温度，使地表温度变化和缓，如无霜的霜冻要比有霜的霜冻对作物伤害更大。水汽的蒸发与凝结也是有些天气系统（如热带低压、台风）等存在和加强的基础。湍流空气的不规则运动称为湍流（乱流）。湍流一般发生于边界层空气与下垫面之间的相对运动。这种运动是边界层热量交换的重要方式。湍流运动是大气动力学研究的重点之一，广泛应用于汽车、轮船、火箭等高速运动物体的设计等领域。§4空气温度的变化空气温度的日变化空气温度的年变化空气温度的垂直变化逆温空气温度的日变化•一天中，通常最高温度出现在14～15时，最低温度出现于日出后；•随高度的增加，日较差减小，其峰值时间推迟；•影响日较差大小因素：纬度、季节、地形、土壤性质、天气空气温度的年变化•一年中最热月一般为7月，最冷月为1月，部分海岛地区最热月和最冷月向后推迟，称为海洋性气候。•我国气温的变化，夏季南北差异小，冬季差异大。•随离海洋的远近，年较差一般增加。返回返回温度的垂直变化•对流层空气温度随离地面高度的增加而降低，平均来说，每升高100米，降低0.65℃；•气温垂直梯度：每升高1hm，空气温度下降的数值。•形成这种温度分布的原因？•问题：温度下高而上低会不会产生自由对流？•临界气温垂直梯度：1℃/hm。即当每升高100米气温下降超过1℃时，可发生自由对流，而小于这个数值时，气层是稳定的。•如气温垂直梯度小于0，表面随高度的增加气温在增加，在对流层中发生这种现象称为逆温，发生逆温的气层称逆温层。逆温的原因及种类•辐射逆温：由于下垫面夜间强烈辐射而形成的。•平流逆温：暖平流到达冷的下垫面，由于热交换而形成。•山地逆温：山区夜间山顶冷空气下滑迫使谷中暖空气抬升而形成。•锋面逆温：冷暖气团相遇，在其交界面形成。•逆温对于农业生产的意义：（1）利用逆温现象防霜冻（熏烟，逆温层空气层结稳定）；（2）喷洒农药；（3）作物种植地块的选择；（4）昆虫的迁徙与逆温。§5温度与农业温度对农作物生长发育的影响三基点温度、农业界限温度积温及其在农业生产中应用土壤温度与农业生产调控温度的农业生产措施温度对农作物生长发育的影响•影响作物的分布界限不同作物都有其适生环境，其中温度是其重要的限制因子，温度的自然分布决定了作物的分布。•影响作物的产量在合适的温度下，作物的光合与呼吸达到最佳配合，净光合速率最大。•影响到作物的生长期一般来说，温度高，作物的生长期缩短。•影响作物的花芽分化对作物来说，花芽分化是其重要生理时期，对环境相当敏感，合适的温度是其重要因素，如水稻（晚稻），有些作物还需要一定程度和持续时间的低温（春化）等。•影响到作物的光合与蒸腾等生理活动植物叶片温度的高低，是影响其蒸腾活动的主要因素，同时叶片的气孔开张，光合作用的全过程等都与其温度是相关的。三基点温度及农业界限温度作物生命活动过程的最适温度、最低温度和最高温度的总称。在最适温度下，作物生长发育迅速而良好；在最高和最低温度下，作物停止生长发育，但仍维持生命。如果温度继续升高或降低，就会对作物产生不同程度的危害，直至死亡。三基点温度之外，还可以确定使植物受害或致死的最高与最低温度指标，称为五个基本温度指标。作物生命活动的各个过程都须在一定的温度范围内进行。通常维持作物生命的温度范围大致在一10℃到50℃之间，而适宜农作物生长的温度，约为5℃到40℃，农作物发育要求的温度则又在生长温度范围之内，通常为20～30℃。在发育温度范围外，作物发育将停止，但生长仍可维持；当温度不断降低，达到一定程度后，不但作物生长停止，而且生命活动亦受到阻碍，受低温危害，甚至受冻致死，大多数作物生命活动的最高温度为40～50℃之间。不同作物或不同品种的不同生育时期，三基点温度是不同的。作物生长发育时期的不同生理过程，如进行光合作用、呼吸作用时等的三基点温度也不同。光合作用的最低温度为0～5℃，最适温度为20～25℃，最高温度为40～50℃；而呼吸作用分别为一10℃，36～40℃与50℃。有人研究，马铃薯在20℃时光合作用达最大值，而呼吸作用只有最大值的12％；温度升到48℃时，呼吸率达最大值，而光合率却下降为0。三基点温度和农业界限温度虽然作物生命活动的三基点温度受作物种类、生育时期、生理状况等因素的影响变化，但各种作物生命活动的三基点温度仍有一些共同的特征：（1）最高温度、最低温度和最适温度都不是