海南大學(xué)農(nóng)業(yè)氣象學(xué)溫度

1、第三章 溫 度第三章 溫度1 有關(guān)溫度的統(tǒng)計(jì)量2 土壤溫度的變化3 土氣系統(tǒng)熱交換4 空氣溫度的變化5 溫度與農(nóng)業(yè)1 有關(guān)溫度的統(tǒng)計(jì)量氣溫、土溫、水溫、體溫平均溫度極端溫度、日較差、年較差氣溫氣溫是指離地面1.50米氣層的平均溫度。離地1.50米：既脫離了局部地表的影響，也照顧了人類活動(dòng)空間的現(xiàn)實(shí)。氣層的平均溫度：由于大氣是流動(dòng)的，所以小范圍內(nèi)空氣溫度是相對均勻的，只要保證空氣是自由流通的即可認(rèn)為任一點(diǎn)的氣溫為其平均溫度。（1） 這里指的是通常意義上我們所說的氣溫； （2）在特定要求下測定的氣溫需解釋說明，且二者之間不可比較。土壤溫度土壤由于和空氣物理性質(zhì)差異較大，其溫度差異明顯，另外，土壤的

2、流動(dòng)性很差、成土母質(zhì)和含水量及其上植被等各有不同，因此，土壤溫度不象空氣溫度那樣相對均勻，即沒有代表性，而且垂直梯度很大，所以，不能說籠統(tǒng)說某地土壤溫度，而要具體說明某地點(diǎn)某深度的土壤溫度。一般我們所說的土壤溫度指的是020cm土層的溫度，分別測定其0、5、10、15、20cm深度的土壤溫度。土壤溫度對植物種子的萌發(fā)、根系的生長、土壤微生物的繁殖、土壤生物的活動(dòng)以及土壤理化性質(zhì)的變化等都會(huì)產(chǎn)生直接影響，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)十分關(guān)注的環(huán)境因子。水溫水溫影響到水中藻類、水生生物、水體的理化性質(zhì)等，不同養(yǎng)殖項(xiàng)目需要在不同的水溫下才能進(jìn)行良好。水溫的變化程度介于空氣溫度和土壤溫度之間，它沒有空氣流動(dòng)性強(qiáng)烈，但相

3、對土壤來說，其均勻性要好得多。對于水溫的測量，目前生產(chǎn)上進(jìn)行的尚不多，隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，水溫的測量及其調(diào)控必將越來越重要。體溫體溫即生物體表的溫度，對于生物體來說，體溫是直接反映其生理狀態(tài)的外在特征。體溫包括植物的葉溫、莖干溫度，動(dòng)物的體表溫度等，目前應(yīng)用較多的是葉溫。植物的葉溫受環(huán)境和自身生理狀況影響，不同個(gè)體差異較大，常用葉氣溫差來表示葉片的生理活動(dòng)狀況。日平均溫度以每天北京時(shí)02h、08h、14h、20h的溫度值的算術(shù)平均來表示。溫度值以正點(diǎn)百葉箱中玻璃溫度表的測定值為準(zhǔn)，如果沒有02h的觀測數(shù)值，以自動(dòng)觀測值來替代，若沒有自動(dòng)觀測值，也可以用下式的計(jì)算結(jié)果來替代： t02（前一天

4、t20今天tmin）/2根據(jù)要求的不同，可以有不同的日平均溫度的統(tǒng)計(jì)方法（或某段時(shí)間的平均溫度），但需要注意的是：1：取樣要均勻；2：不同的統(tǒng)計(jì)方法得到的數(shù)據(jù)不具有可比較性；3：需要有說明。候、旬、月、年平均溫度候平均溫度：5d為一候，一月中有6候，第六候天數(shù)以26號至月末持續(xù)的天數(shù)，把該候內(nèi)每天的日平均溫度再求算術(shù)平均即為該候的平均溫度。旬平均溫度：10d為一旬，每月3旬，第三旬天數(shù)從21號到月末，該旬內(nèi)每天的日平均溫度的算術(shù)平均即為該旬的平均溫度。月平均溫度：該月內(nèi)每天的平均溫度的算術(shù)平均平均值為該月的平均溫度。年平均溫度：一年中各月的平均溫度的算術(shù)平均值為年平均溫度。多年平均溫度：多年來

5、該月（旬、候、年等）的溫度的平均值，表示平均狀態(tài)。滑動(dòng)平均和加權(quán)平均滑動(dòng)平均：常用3d滑動(dòng)和5d滑動(dòng)，即在一個(gè)溫度序列x1、x2、x3xn中，依次取前3（5）個(gè)樣本值求其平均作為新序列的數(shù)值，即：yn（xn-1xnxn+1）/3加權(quán)平均：當(dāng)序列中每樣本的重要性不同時(shí)，常用加權(quán)平均求其平均值，即：cixi 其中ci為樣本xi的權(quán)重，ci1極端溫度、日較差、年較差極端溫度：包括極端最高（低）溫度、某時(shí)段內(nèi)最高（低）溫度、平均最高（低）溫度。日較差：一天中最高溫度和最低溫度的差值，或稱之為溫度日變幅。年較差：一年中，最熱月的平均溫度和最冷月的平均溫度之差。2 土壤溫度的變化土壤的熱特性土壤表面熱收支

6、狀況影響土表溫度變化的因素土壤溫度的變化土壤的熱特性熱容量(cv)：單位容積土壤溫度變化1所吸收（放出）的熱量(J.m-3.-1)稱作容積熱容量。土壤成分容積熱容量導(dǎo)熱率導(dǎo)溫率106J.m-3.-1J.m-1.s-1.-110-6m2.s-1固體2.052.430.82.80.391.15空氣0.00130.02116水4.190.590.15土壤各成分的熱特性導(dǎo)熱率()：在單位溫度梯度的兩個(gè)界面間，單位時(shí)間通過單位面積的熱能，稱作導(dǎo)熱率(J.m-1.s-1.-1)。問題：分析比較疏松與板結(jié)、潮濕與干燥土壤溫度的變化情況。解釋說明：霜容易形成于哪些地方，為什么？土壤表面熱收支狀況在地面熱量平衡

7、中，假定土壤熱通量密度分為表面熱收支與深層熱通量，則該表達(dá)式可以寫作：RnRst(1-r)RlnGHLEG+GdHLEGRst(1-r)RlnGdHLE則：tG/Cv顯然，當(dāng)G0時(shí)，地表溫度增加，反之當(dāng)G0，地表溫度降低。影響土表溫度變化的因素影響到達(dá)地表的總輻射數(shù)值大小的因子： 緯度、季節(jié)、不同時(shí)刻、大氣透明度、坡度、坡向影響地表反射率的因子： 顏色、植被、土壤含水量影響地面有效輻射的因子： 地表溫度、空氣溫度、云狀、云量、空氣中塵埃影響土壤熱通量大小的因子： 土壤類型、土壤濕度、孔隙度、土層溫度垂直梯度影響地表蒸發(fā)速度的因子： 土壤濕度、空氣濕度、地表風(fēng)速、地形、大氣壓影響顯熱通量大小的因

8、子： 氣溫垂直梯度、風(fēng)場、空氣濕度日變化： 一天中最高溫度一般出現(xiàn)于午后13h左右，而最低溫度出現(xiàn)于日出前后，一天中溫度變幅即日較差，隨緯度、地形、季節(jié)、離海遠(yuǎn)近、土壤性質(zhì)、天氣等而不同。年變化：一年中最高溫度一般出現(xiàn)于七月，最低溫度出現(xiàn)于一月，土溫的年較差大小主要決定于太陽輻射能的年變化，隨著緯度的增加，年較差變大，如廣州15.9，北京34.7，齊齊哈爾47.8，另外也隨著離海遠(yuǎn)近而有一定的差異，沿海小而內(nèi)陸較高。垂直變化：土溫隨深度的增加，其振幅減小、位相落后，到某深度后，其日（年）較差為0稱為日（年）恒溫層。思考：地下水的溫度年變化特征土壤溫度的變化3 土氣系統(tǒng)熱交換熱傳導(dǎo)對流與平流輻射

9、蒸發(fā)與凝結(jié)湍流熱傳導(dǎo)指的是物質(zhì)系統(tǒng)（氣體、液體或固體），由于內(nèi)部各處溫度不均勻而引起的熱能（內(nèi)能）從溫度較高處向溫度較低處輸運(yùn)的現(xiàn)象。熱傳導(dǎo)的實(shí)質(zhì)是由大量分子、原子或電子的相互碰撞，而使熱能（內(nèi)能）從物體溫度較高部分傳到溫度較低部分的過程。熱傳導(dǎo)是固體中熱傳遞的主要方式，在氣體、液體中它往往與對流同時(shí)發(fā)生。土壤間熱量傳遞以熱傳導(dǎo)方式為主，而空氣間這樣傳遞量很小，一般可以忽略，但在研究邊界層的熱量流動(dòng)時(shí)需要重點(diǎn)考慮。分子熱傳導(dǎo)對流與平流對流：空氣的垂直運(yùn)動(dòng)成為對流。按照成因可以分為自由對流（熱力對流）和強(qiáng)迫對流（動(dòng)力對流）兩種。對流促使不同溫度的空氣團(tuán)發(fā)生位置的交換，從而帶動(dòng)熱量的垂直輸送。對流

10、是基層大氣能量流動(dòng)的重要方式，同時(shí)也是水汽和污染物質(zhì)、灰塵等輸送的最主要途徑。自由對流：當(dāng)垂直方向氣溫的梯度大于某臨界值，上層空氣密度較下層更大，空氣自由發(fā)生位置交換。強(qiáng)迫對流：當(dāng)水平運(yùn)動(dòng)的空氣遇到障礙物（建筑物、樹、山等）而翻越時(shí)發(fā)生的氣流垂直方向的運(yùn)動(dòng)。平流：指空氣的水平方向運(yùn)動(dòng)或其運(yùn)動(dòng)的水平分量。平流形成的原因主要是由于水平方向氣壓的不均勻（實(shí)際上是由于溫度場的不均勻造成的），空氣從高壓向低壓方向運(yùn)動(dòng)，所以，平流是不同溫度空氣團(tuán)的位置交換，與對流相類似，在平流的同時(shí)發(fā)生熱量、水汽等的交換，地表空氣的熱量流動(dòng)基本上是通過這種方式實(shí)現(xiàn)的。輻 射蒸發(fā)與凝結(jié)蒸發(fā)將地面熱量通過水汽輸送到高空，再通

11、過凝結(jié)而釋放，也可通過結(jié)露（霜）等形式將熱量輸送到地表。 蒸發(fā)輸送的熱量相當(dāng)驚人，地表約有一半的熱量是通過這種形式來輸送的。 練習(xí)：某地一天（按12小時(shí)計(jì)）蒸發(fā)量為8毫米，計(jì)算其平均潛熱通量。 蒸發(fā)與凝結(jié)調(diào)節(jié)著地表的溫度，使地表溫度變化和緩，如無霜的霜凍要比有霜的霜凍對作物傷害更大。 水汽的蒸發(fā)與凝結(jié)也是有些天氣系統(tǒng)（如熱帶低壓、臺風(fēng)）等存在和加強(qiáng)的基礎(chǔ)。湍流空氣的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)稱為湍流（亂流）。湍流一般發(fā)生于邊界層空氣與下墊面之間的相對運(yùn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)是邊界層熱量交換的重要方式。湍流運(yùn)動(dòng)是大氣動(dòng)力學(xué)研究的重點(diǎn)之一，廣泛應(yīng)用于汽車、輪船、火箭等高速運(yùn)動(dòng)物體的設(shè)計(jì)等領(lǐng)域。4 空氣溫度的變化空氣溫度的日

12、變化空氣溫度的年變化空氣溫度的垂直變化逆溫空氣溫度的日變化一天中，通常最高溫度出現(xiàn)在1415時(shí)，最低溫度出現(xiàn)于日出后；隨高度的增加，日較差減小，其峰值時(shí)間推遲；影響日較差大小因素： 緯度、季節(jié)、地形、土壤性質(zhì)、天氣返回空氣溫度的年變化一年中最熱月一般為7月，最冷月為1月，部分海島地區(qū)最熱月和最冷月向后推遲，稱為海洋性氣候。我國氣溫的變化，夏季南北差異小，冬季差異大。隨離海洋的遠(yuǎn)近，年較差一般增加。返回返回返回溫度的垂直變化對流層空氣溫度隨離地面高度的增加而降低，平均來說，每升高100米，降低0.65；氣溫垂直梯度：每升高1hm，空氣溫度下降的數(shù)值。形成這種溫度分布的原因？問題：溫度下高而上低會(huì)

13、不會(huì)產(chǎn)生自由對流？臨界氣溫垂直梯度：1/hm。即當(dāng)每升高100米氣溫下降超過1時(shí)，可發(fā)生自由對流，而小于這個(gè)數(shù)值時(shí)，氣層是穩(wěn)定的。如氣溫垂直梯度小于0，表面隨高度的增加氣溫在增加，在對流層中發(fā)生這種現(xiàn)象稱為逆溫，發(fā)生逆溫的氣層稱逆溫層。返回逆溫的原因及種類輻射逆溫：由于下墊面夜間強(qiáng)烈輻射而形成的。平流逆溫：暖平流到達(dá)冷的下墊面，由于熱交換而形成。山地逆溫：山區(qū)夜間山頂冷空氣下滑迫使谷中暖空氣抬升而形成。鋒面逆溫：冷暖氣團(tuán)相遇，在其交界面形成。逆溫對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的意義： （1）利用逆溫現(xiàn)象防霜凍（熏煙，逆溫層空氣層結(jié)穩(wěn)定）； （2）噴灑農(nóng)藥； （3）作物種植地塊的選擇； （4）昆蟲的遷徙與逆溫。返

14、回5 溫度與農(nóng)業(yè)溫度對農(nóng)作物生長發(fā)育的影響三基點(diǎn)溫度、農(nóng)業(yè)界限溫度積溫及其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用土壤溫度與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)調(diào)控溫度的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)措施溫度對農(nóng)作物生長發(fā)育的影響影響作物的分布界限 不同作物都有其適生環(huán)境，其中溫度是其重要的限制因子，溫度的自然分布決定了作物的分布。影響作物的產(chǎn)量 在合適的溫度下，作物的光合與呼吸達(dá)到最佳配合，凈光合速率最大。影響到作物的生長期 一般來說，溫度高，作物的生長期縮短。影響作物的花芽分化 對作物來說，花芽分化是其重要生理時(shí)期，對環(huán)境相當(dāng)敏感，合適的溫度是其重要因素，如水稻（晚稻），有些作物還需要一定程度和持續(xù)時(shí)間的低溫（春化）等。影響到作物的光合與蒸騰等生理活動(dòng) 植物葉片

15、溫度的高低，是影響其蒸騰活動(dòng)的主要因素，同時(shí)葉片的氣孔開張，光合作用的全過程等都與其溫度是相關(guān)的。三基點(diǎn)溫度及農(nóng)業(yè)界限溫度作物生命活動(dòng)過程的最適溫度、最低溫度和最高溫度的總稱。在最適溫度下，作物生長發(fā)育迅速而良好；在最高和最低溫度下，作物停止生長發(fā)育，但仍維持生命。如果溫度繼續(xù)升高或降低，就會(huì)對作物產(chǎn)生不同程度的危害，直至死亡。三基點(diǎn)溫度之外，還可以確定使植物受害或致死的最高與最低溫度指標(biāo)，稱為五個(gè)基本溫度指標(biāo)。作物生命活動(dòng)的各個(gè)過程都須在一定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。通常維持作物生命的溫度范圍大致在一10到50之間，而適宜農(nóng)作物生長的溫度，約為5到40，農(nóng)作物發(fā)育要求的溫度則又在生長溫度范圍之內(nèi)，通

16、常為2030。在發(fā)育溫度范圍外，作物發(fā)育將停止，但生長仍可維持；當(dāng)溫度不斷降低，達(dá)到一定程度后，不但作物生長停止，而且生命活動(dòng)亦受到阻礙，受低溫危害，甚至受凍致死，大多數(shù)作物生命活動(dòng)的最高溫度為4050之間。不同作物或不同品種的不同生育時(shí)期，三基點(diǎn)溫度是不同的。作物生長發(fā)育時(shí)期的不同生理過程，如進(jìn)行光合作用、呼吸作用時(shí)等的三基點(diǎn)溫度也不同。光合作用的最低溫度為05，最適溫度為2025，最高溫度為4050；而呼吸作用分別為一10，3640與50。有人研究，馬鈴薯在20時(shí)光合作用達(dá)最大值，而呼吸作用只有最大值的12；溫度升到48時(shí)，呼吸率達(dá)最大值，而光合率卻下降為0。三基點(diǎn)溫度和農(nóng)業(yè)界限溫度雖然作

17、物生命活動(dòng)的三基點(diǎn)溫度受作物種類、生育時(shí)期、生理狀況等因素的影響變化，但各種作物生命活動(dòng)的三基點(diǎn)溫度仍有一些共同的特征： （1）最高溫度、最低溫度和最適溫度都不是一個(gè)具體的溫度數(shù)值，而有一 定的變化范圍。 （2）無論是生存、生長還是發(fā)育，其最適溫度基本上是同一個(gè)變幅范圍。 （3）各種作物的最低溫度不同，其溫度的最低點(diǎn)之間差異很大，耐寒作物可以忍受一10一20以下的低溫，而喜溫作物甚至不能安全度過0左右的溫度，最低溫度距最適溫度的離差范圍較大， （4）與最低溫度比較，各種作物的最高溫度指標(biāo)彼此差異較小，而且最高溫度與最適溫度的數(shù)值相對比較接近。三基點(diǎn)是最基本的溫度指標(biāo)，它在確定溫度的有效性、確定

18、作物種植季節(jié)與分布區(qū)域時(shí)，在計(jì)算作物生長發(fā)育速度、光合潛力與產(chǎn)量潛力等方面，都得到廣泛的應(yīng)用。 農(nóng)業(yè)界限溫度積溫及其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用活動(dòng)積溫： 大于或等于作物的生物學(xué)下限的日平均溫度稱為活動(dòng)溫度，活動(dòng)溫度的累積稱為活動(dòng)積溫；Yti 當(dāng)tiB時(shí)，取值為0有效積溫： 活動(dòng)溫度和生物學(xué)下限溫度的差值稱為有效溫度，有效溫度的累積值稱為有效積溫。Y(tiB) 當(dāng)tiB時(shí)，(tiB)取值為0積溫及其應(yīng)用例1：湖南衡陽觀測越冬二化螟幼蟲，已知3月11日化蛹，蛹的有效積溫是126.9，發(fā)育的起點(diǎn)溫度是10.8，3月11日到4月中旬的平均氣溫是16.3，問越冬二化螟什么時(shí)候可以開始羽化成蟲？ 例2：某作物生長的三基點(diǎn)溫度分別為10.0、21.0、28.0, 下表為該作物生長期內(nèi)某月的逐日日平均溫度，請計(jì)算該作物在這個(gè)月內(nèi)獲得的活動(dòng)積溫和有效積溫。日期1234567891011上旬11.09.510.59.810.212.315.714.115.516.3中旬15.816.