第二章-温度

容积热容量 [J/（cm3·℃）]
2.163 2.410 2.435 2.525 1.255×10-3 4.184
土壤不同组分的热容量
不同土壤的固、液、气三相物质组成比例是不同的，所以Cv可 表示为:
Cv＝mCv·Vm+oCv·Vo+wCv·Vw＋aCv·Va mCv、oCv、wCv和aCv分别为土壤矿物质、有机质、水和空气的 容积热容量，Vm、Vo、Vw、Va分别为土壤矿物质、有机质、水和 空气在单位体积土壤中所占的体积比。
(I+H)×α-被地面反射出的短波辐射，(α为反射率)
r=EG-是土壤向大气进行长波辐射量(E)与大气升温反向
土壤辐射量(G)的差值；
以R代表地面辐射能的总收入减去总支出的平衡差值
R=[(I+H)(I+H)×α] + (GE) = (I+H)(1α) r
2、土壤热量平衡
当土面获得太阳辐射能转 换为热能时，大部分热量 消耗于土壤水分蒸发和土 壤与大气之间的湍流热交 换，一小部分被生物活动 所消耗，只有很少部分通 过热交换传导至土壤下层。
以C代表质量（重量）热容量[单位是J/g·℃）]，CV 代表容积热容量[单位是J/（cm3·℃）]。C与CV的关 系为:
CV＝C·ρ ρ是土壤密度。
土壤不同组分的热容量
土壤组成物质
粗石英砂 高岭石 石灰 腐殖质 土壤空气 土壤水分
重量热容量 [J/（g·℃）]
0.745 0.975 0.895 1.996 1.004 4.184
导热率 （J·cm-1·s-1·K-1)
导温率 (cm2 ·s-1)
土壤空气 0.0013 1.00
0.00021-0.00025 0.1615-0.1923
土壤水分 4.187
4.187 0.0054-0.0059 0.0013-0.0014
矿质土粒 1.930
0.712 0.0167-0.0209 0.0087-0.0108
• 土壤导热系数或热扩散系数，指在标准状况下， 在土层垂直方向上每厘米距离内有1K的温度梯 度，每秒流入1cm2土壤断面面积的热量，使单 位体积（1cm3）土壤所发生的温度变化。
• K=λ/Cv, • λ:导热率， Cv：热容量（容积）。
土壤组成的热特性
土壤组 成分
容积热容量 重量热容量 （J·cm-1·K-1) (J·g-1·K-1)
导热率:
导热性大小用导热率（λ）表示，即在单位厚度（1cm） 土层，温差为1℃时，每秒钟经单位断面（1cm2）通过的热量 焦耳数。其单位是J/（cm2·s·℃）。
导热率的计算
热量的传导是由高温处到低温处，设土壤或其它物质两 端的温度为t1、t2，土壤的厚度为d，在一定时间(T)内 流动的热量为Q。则一定时间内单位面积(A)上流过的热 量为Q/AT。两端间的温度梯度为(t1-t2)/d，故导热率 根据定义为：
B—土面与土壤下层的之间的热交换量。
2、土壤热量平衡
不考虑土壤厚度时
R
L
E
P
R
L E
P
B
（白天）
B
（夜间）
地表面热量收支示意图
白天： R-P-B-LE=0
夜间： -R+P+B+LE=0
2、土壤热量平衡
考虑土壤厚度时
R
L
E
P
R
L E
P
Q
-Q
B
B
（白天）
（夜间）
地表层热量收支示意图
白天： R-P-B-LE=Q
第二章 温度
引言：一定的环境温度是植物生活的 必要条件之一，但目前还很难在大面 积上作人工控制的就是作物环境温度 --土壤温度和日温度，两者中对气温 的调节有局限性，所以，农作物的栽 培界限，主要受气温决定的。
本章重点
1、土壤的主要热性质；
2、土壤、水体及空气温度的变化特点；
3、影响土壤、水体及空气温度日变化和年变 化的环境因素；
本章主要内容
1、土壤的升温和降温； 2、土壤、水体及空气温度的变化； 3、空气的绝热变化和大气稳定度； 4、气温与农业生产之间的关系
第一节 土壤的升温和降温
一、土壤的热性质
是指土壤在热学方面所具有的特性，包括热容量、 导热率和导温率。
1、土壤热容量
单位质量（重量）或容积的土壤每升高（或降 低）1℃所需要（或放出的）的热量，被称为土 壤热容量。
矿物质虽然导热率最大，但它是相对稳定而不易变 化的。而土壤中的水、气总是处于变动状态。因此， 土壤导热率的大小主要决定于土壤孔隙的多少和含 水量的多少。
干土
湿土
当土壤干燥缺水时，土粒间的土壤孔隙被空气占领， 导热率就小；当土壤湿润时，土粒间的孔隙被水分占 领，导热率增大。因而湿土比干土导热快。
3、导 温 率
因空气的热容量很小，可忽略不计，故土壤热容量可简化为： Cv＝1.9Vm+2.5Vo+4.2Vw〔J/(cm3·℃) 〕
影响土壤热容量的因素
水分、空气、矿质土粒及有机质 土壤温度变化主要受含水量、质地的影响
2、土壤导热率
导热性:
土壤吸收一定热量后，一部分用于它本身升温，一部分 传送给其邻近土层。土壤具有将所吸热量传导到邻近土层的性 能，称为导热性。
据右图，设太阳辐射 能有47%到地面，蒸腾消 耗占23%，长波净辐射占 14%，对平衡表示式 式中：
S=R±P±LE+B
S-单位时间内土壤实际获得或失掉的热量；
R-辐射平衡；
P-土壤与大气层之间的湍流交换量；
LE-水分蒸发、蒸腾或水汽凝结而造成的热量损失 或增加量；
土壤有 2.512
机质
1.930 0.0084-0.0126 0.0033-0.0050
二、土壤的升温和降温
1、土壤表面的辐射平衡
➢ 地面辐射平衡
太阳直接短波辐射(I)
地面短波反射(I+H)×α
天空(大气)短波辐射(H) 地面长波辐射 E
逆辐射(长波辐射) (G)
I+H-投入地面的太阳总短波辐射(环球辐射
夜间： -R+P+B+LE= -Q
第二节 土壤、水层及气温变化
一、土壤温度变化
Q / AT
Qd
λ＝ (t1 - t2 ) / d 或 AT (t1 - t2 )
土壤不同组成分的导热率
土壤组成分
石英 湿砂粒 干砂粒 泥炭 腐殖质 土壤水 土壤空气
导热率〔J/(cm2·s·℃)〕
4.427×10－2 1.674×10－2 1.674×10－3 6.276×10－4 1.255×10－2 5.021×10－3 2.092×10－4