农业气象学-第01章-大气2008
农业气象学主要知识点及答案
农业气象学主要知识点绪论1.气象要素：表明大气物理状态，物理现象的各项要素。
主要有：气温，气压，风，湿度，云，降水以及各种天气现象。
2.平行观测：同时观测气象要素和农作物生长发育状况的研究方法。
第一章大气1.大气的主要组成成分大气是由各种气体混合组成的，按其成分可分为干洁空气，水汽和气溶胶粒子3类。
气溶胶是指大气中处于悬浮状的花粉和孢子，盐粒，火山和宇宙尘埃等固体小颗粒及小水滴冰晶等。
2.对流层的主要特点对流层是靠近地表的大气最底层，夏季厚，冬季薄。
厚度占大气层厚度的1%，质量占大气质量的3∕4,是水汽的主要聚集区域。
①气温随高度增加而降低。
气温直减率：每上升100米，气温约平均下降0.65℃。
②空气具有强烈的对流运动。
受热多，气流上升，降水多；受热少，气流下沉，降水少。
③气象要素水平分布不均匀。
受纬度，海陆，地形因素影响。
3.大气CO2浓度变化对作物的影响①环境中的CO2浓度升高将使光合速率加快，积累更多的光合产物。
②CO2浓度升高，减小气孔导度，降低植物蒸腾作用，提高水分利用率。
③CO2浓度升高，C3植物增产百分率高于C4植物。
④植物长期生长在高CO2浓度下，有利于减轻其它环境因子对植物的胁迫作用。
⑤CO2浓度升高，植物体内类胡萝卜素含量提高，能为叶绿素提供保护。
⑥高CO2浓度条件下，植物体内C素含量增加，使C／N比升高，影响作物品质。
⑦CO2浓度升高引起气温升高，导致虫害加剧，影响作物品质。
第二章辐射1.辐射概念：物质以电磁波的形式向外发射能量，这种放射方式成为辐射。
高于绝对零度的物质都能向外放出辐射。
四个特点：①辐射要有温度。
②辐射是一种物质运动。
③辐射具有热效应。
④辐射具有波粒二象性。
2.太阳高度角概念：是太阳光线与地球表面切线所成的夹角。
在0~90度之间变化。
太阳高度角越小，等量的太阳辐射能光束所分散的面积越大，地表单位面积所获得的太阳辐射能就越少。
计算方法：sin h=sinφsinδ+cosφcosδcosωh：太阳高度角；φ：观测点纬度；δ：观测时太阳直射点所在的纬度；δ的绝对值=23.5°sinN; N表示观测日期离春分或秋分中较短的日数。
农业气象学课程讲稿
农业⽓象学课程讲稿第⼀章绪论§1.1⽓象学⽓候学的研究对象，任务和简史⼀、⽓象学，⽓候学的研究对象和任务我们知道，由于地球引⼒的作⽤，地球周围聚集着⼀个⽓体圈层——⼤⽓圈。
什么是⼤⽓？包围地球的空⽓称为⼤⽓。
在地表，⼤⽓分布⼴⽽厚。
我们⼈类⽣活在地球⼤⽓的底部，并且⼀刻也离不开⼤⽓。
就象鱼离不开⽔，⽠离不开秧⼀样。
表太阳⼤⽓圈地球上最⾼峰（珠峰）8848m，8.848/1200=7.5‰地球最低洼地（死海沿岸）-392m，⼤⽓最厚处1200km+392m=?⼤⽓组成：⽔，N2，O2，Ar, CO2 ,H2 ,O3 …..，太阳辐射是地球⼤⽓运动的驱动⼒，太阳辐射通过⼤⽓到达地⾯。
辐射⼤⽓地⾯1. 在地球⼤⽓中，不断地发⽣着各种各样的物理过程（辐射、冷却、蒸发、凝结）和物理现象（风、⾬、雪、电、雾、露、霜、雹）——⽓象。
⽓象学：研究⼤⽓现象和过程，探讨其演变规律和变化，指导⽣产实践的科学。
⼤⽓中各种物理过程和物理现象可以⽤⼀些物理量来表⽰。
（1）⽤温度表⽰⼤⽓冷暖程度。
热量、积温。
候均温稳定通过10℃、22℃的时间划分春夏秋冬四季。
⽓候带划分指标：最热⽉⽓温=10℃为温带和寒带分界线，最冷⽉⽓温=18℃为热带和温带分界线。
（2）空⽓湿度表⽰⼤⽓⼲湿程度，⼈体最适的是50～70%，范围0～100%。
（3）降⽔是指从天空降落到地⾯的液态或固态⽔，包括⾬、雪、冰雹等(mm)。
降⽔量表⽰降⾬/雪的多少。
年降⽔量400mm、800mm为⼲旱半⼲旱、湿润半湿润分界。
年降⽔量＞400mm可植乔⽊；300～400mm耐⽤旱乔⽊，适于灌⽊；200～300mm灌⽊下限；＜200mm植树难以成活。
西北⼲旱区年降⽔量＜200mm，⽆灌溉便⽆农业，是天然的放牧畜牧业的集中分布区。
我国东部季风区，800mm（多⾬年900mm）年等⾬量线⼤致经过秦岭、伏⽜⼭、淮河⼀带，将东部分为半湿润的北⽅和湿润的南⽅（旱作不需灌溉），长江中下游以南年降⽔量1000mm以上。
农业气象学原理：第1章 绪论
二、农业气象学的目的及其主要内容
运用数学物理概念和方法描述作物生长过程
它综合了大气、土壤、作物遗传特性和田间管 理等因素对作物生产的影响，克服了传统的作物-天 气统计模型的缺点，是一种面向生长过程，机理性 和时间动态性很强的模型，已成为农业生态模型的 发展方向。
作物生长模拟模型框架
降水 灌溉 最大蒸腾
渗透
实际蒸腾
Ta/Tm
蒸发 根区土壤含水量
课程简介
根据课程特点及实际情况，本课程以理 论教学为主，并适当配以实习，以加深对课 堂知识的学习，通过本课程的学习，要求掌 握有关基本概念与理论，并具备一定的分析 问题与解决问题的能力。
教学内容和学时分配
第一章 绪 论 第二章 太阳辐射与农业生产 第三章 热量条件与农业生产 第四章 水分条件与农业生产 第五章 二氧化碳、风与农业生产
。
“九五”期间农业气象科技
“九五”国家重点科技攻关项目‘农业 气象灾害防御技术研究’,历经野外试验, 科研攻坚,室内集成组装调试和大田示范 推广应用等5年的艰苦努力, 2000年底圆 满地完成了各项研究任务。
“九五”期间农业气象科技
华北农业干旱综合应变防御技术研究、 西北抑蒸集水防旱抗旱集成技术研究、 农业涝渍灾害防御技术研究、 森林火灾防御和补救技术研究、 人工增雨农业减灾技术研究、 农作物低温冷害综合防御技术研究、 人工防雹减灾技术研究 霜冻灾害综合防御实用技术研究
农学类《气象学》名词解释
绪论：气象学：专门研究大气中物理现象和物理过程的学科。
农业气象学：是研究农业生产中所有气象问题及其解决途径的一门科学。
第一章：大气的组成：干洁空气+ 水汽+ 固体杂质+ 液体微粒= 大气干洁空气：除掉水汽、固体杂质和液体微粒的混合空气。
水汽：其来源于下垫面，因而越靠近地面水汽含量越多。
固杂：尘埃、尘土、污染粒子等。
液微：主要以云、雾的形式存在于空气中。
包括过冷却水滴、冰晶、云滴，对流层：为云、雾、雨、雪发生的主要层次，是气象学研究的重点层次，但不足大气厚度的1％，平均厚度为十几km。
三大特征：①气温随Z升高而降低，气温直减率γ= -dT/dz；②气象要素水平分布不均匀；③对流运动强。
气象要素：是指表示大气中物理现象的物理量。
如：气压、温度、湿度、风向、风力、云、能、天、降水、日照等。
温度：表示空气冷热程度的物理量。
气压：任一高度的气压就是在这个高度上单位面积所承受的大气柱重量：P=Mg/A=Mg。
大气静力学方程：条件是在铅直方向上大气无运动。
dP= -ρgdz湿度：表示空气潮湿程度或水汽含量多少的物理量。
水汽压e：大气中水汽所具有的压强。
单位同气压，mb、mmHg饱和水汽压E：在一定温度下，单位体积的空气所能容纳的最大水汽压强。
相对湿度f：f=e/E×100﹪，e与E要在同温下的比值才是f。
f反应了空气距离饱和的程度。
饱和差d：d=E – e 在温度相同时，E与e的差值。
d也反应了空气距离饱和的程度：露点温度Td：空气中水汽含量不变，气压一定时，降低温度，使空气饱和，达到饱和时的温度就叫Td。
第二章：辐射：自然界所有物体都以电磁波的形式时刻不停地向外放射能量，这种放射形式称为辐射，放射的能量称为辐射能，又称辐射。
黑体：能全部吸收所有波长的辐射的物体我们称之为黑体：辐射差额（R）：在一定时段内，物体吸收的辐射能量与放出的辐射能量的差值。
R=收入-支出基尔霍夫定律：在一定温度下，任何物体对一定波长的放射能力与吸收率之比为一常数。
《农业气象学》绪论
起着极其重要的作用
1.1.1.3 臭氧（O3）
形成：1、高层大气中的臭氧主要是在太阳紫外辐射作用下通 过光化学作用由氧分子分解为氧原子后再和另外的氧分子 结合而形成。
2、低层大气中的臭氧主要通过有机物氧化和雷暴闪电 作用形成
含量：臭氧在大气中按容积计算平均不到万分之一，随时间 和空间变化很大，在近地面层向上逐渐增加，在5～10km以 上含量增加特别显著，到20～25km气层达最大值，形成臭 氧层。在水平方向上一般是由赤道向两极增加。最大值出 现在春季，最小值出现在夏季
1.3 大气污染
由于人类活动或自然过程，使局部、甚至 全球范围的大气成分发生对生物界有害的 变化称为大气污染。
大气中的污染物质主要集中在3km以下的低 层大气中。一般来讲，城市多，农村少； 陆地多，海洋少；冬季多，夏季少；清晨 和夜间多，午后少
• 1.3.1、污染源 • 大气污染物质有两大来源： • 1、自然过程形成，如火山爆发、风吹扬沙和沙尘
1.1.1.1 氮（N2） 氮气是大气中含量最多的成分，约占大气容积的78%。它 是地球上有机体的基本组成部分，也是合成氮肥的基本原 料，它大部分以蛋白质的形式存在于有机体中。
1.1.1.2 氧（O2） 氧是大气中次多的成分，约占大气容积的21%。它是人类 和动植物维持生命活动的极为重要的气体，积极参加大气
农业气象学
绪论
第一章 大气 第二章 辐射 第三章 温度 第四章 水分 第五章 气压与空气运动 第六章 天气 第七章 灾害性天气与农业气象灾害 气候资料的统计和整理
第一 节 气象学与农业气象学
一、气象学的意义和任务 二、农业气象
一、气象学的意义和任务
大气圈（又称为地球大气）是由环绕地球外围的整个空气层组成.一 种是根据大气中物理现象极光出现的最大高度，作为大气的物理上界， 高度为1,000～1,200km。另一种是以大气密度接近星际气体密度的高 度作为大气上界的标准，按人造卫星探测资料，大气上界约在2,000～ 3,000km高度处
农业气象学课后思考题
绪论1、大气：大气是包围地球的空气的总称，是地球上一切生命赖以生存的重要物质条件之一。
2.、气象学(大气科学)：研究大气中各种现象及其演变规律，以及如何利用这些规律为人类服务的一门学科。
农业科学与气象科学相互渗透的边缘学科。
3.、农业气象学：研究气象条件与农业生产相互作用及其规律的一门学科。
4、气象学的研究对象：包括覆盖整个地球的大气圈及大气圈与地球的水圈、岩石圈、生物圈等其它圈层之间的复杂关系与相互作用。
5、农业气象学的研究对象(1). 农业生物：作物、林草、花卉、畜禽、昆虫、水生生物和微生物等。
（2）. 农业设施：温室、畜舍、水利工程、仓库等。
（3）. 栽培、养殖等农事活动、农机作业、农畜产品加工、运输、贮藏、销售等生产经营活动。
（4）气象条件有关的农业资源与环境问题。
6、农业气象学的研究内容（1）农业气象监测利用常规和先进仪器对农业气象要素及农业生物生长发育状况进行平行观测，及时准确地掌握气象条件的变化规律及特点，研究农业生产对象与过程对有关气象条件的反应，并将有关数据、资料进行处理和加工（2）农业气象信息服务（农业气象预报与情报）a. 农业气象灾害的情报、预报和警报b. 动植物病虫害的有关预报c. 产量与品质预报d. 雨情、墒情和农情等情报（3）农业气候资源的开发、利用与保护我国有各种各样的气候，气候资源非常丰富。
所谓气候资源为光能、热能、水分和大气中的二氧化碳。
这些资源是植物生长所必需的能量和物质。
通过分析和说明一个地区的气候资源的特点，为农业生产类型、种植制度、作物和品种的合理布局等提供可靠的依据。
（4）.农业小气候、农业气象灾害及其防御手段的研究a. 研究各种气象灾害的发生规律及其对农业生产的影响和相应的减灾对策与措施b. 研究不同气象条件下最合理有效地调控农业设施等的小气候条件的方法和措施7、农业气象基础理论研究a. 作物产量形成的农业气象基础b. 气候生产潜力理光合生产潜力、光温生产潜力及光温水生产潜力c. 土壤-植物-大气连续体的水分运动和高效利用途径d. 边界层物质传输与能量转化过程(作物蒸腾、光合和呼吸作用有关的物质和能量转化过程e. 全球气候变化模式及适应对策等8、农业生产与气象的关系：1. 大气提供了农业生物的重要生存环境2. 大气提供了农业生物的物质、能量基础3. 气象条件对农业生产活动全过程和农业设施等的影响4. 大气对其他自然资源的影响5. 农业生产活动对大气环境的影响第一章大气1、大气：包括悬浮其中的液体和固体质粒在内的气体混合物。
农业气象学：第一章 大 气
43.0
CO2 0.038 44.010
31.0
73.0
O3 0～3×10-4 48.000
-5.0
92.3
干洁大气特点
• 气体的组成成分比较稳定 • 干洁大气是永久气体
∴在气象学中，通常将干洁空气作为“单 一”气体来处理，其分子量为28.966。
大气中几种主要气体简介
（1）氮气（nitrogen, N2）
对人的伤害：皮肤癌、眼癌、青光眼、白内障等疾 病的患病率大幅度上升。据估计，紫外线透过率每 增加10%，这几种疾病的患病率可增加20至60%。
这种情况对喜欢日光浴（sunbath）的西方国家影响 尤为明显。
地中海滨的日光浴人群
了解更多的臭氧知识和动态
• 中国保护臭氧层行动/
时间变化特点： 随季节而变化，春季最大，夏季最小
臭氧的作用
能强烈地吸收太阳辐射中的紫外线B、C 波段，保护了地球上的生命。
对高层大气有“加热”作用，使10至 50km高度的气层温度增高。
臭氧洞(ozone hole── 一个重要的环境问题
80年代初， 在南极大陆 发现了臭氧 含量明显减 少的大片区 域，称为臭 氧洞。
臭氧洞(ozone hole）
产生原因：人类活动释放的大量含氯氟 烃（CFC），对臭氧层有破坏作用。
CFC在高层带电粒子的作用下会离解出氯离子Cl- ， 而Cl-在以下过程中可起催化作用：
O3+O Cl- O2+O2
臭氧层破坏所造成的后果
由于缺少臭氧层的屏障作用，大量对人类和其它生 物有害的太阳紫外线可以到达地面，对生物产生严 重的伤害。
• 大气中含量最大的气体成份，影响大气 的密度、气压。
• 氮是生物体的重要组成元素，是肥料三 要素之一。
农业气象学-第一章 绪论
2
绪 论
气 象： 简单地说，大气中物理现象。 一、气象学
1、气象学：研究大气中各种物理现象、 物理过程的形成原因、时空分布及演变规律， 并运用这些规律为人类生产生活服务的一门 学科。 2、物理现象：风、云、雨、雪等
3、物理过程：水汽的蒸发与凝结等
3
4、气象要素
用来描述各种物理现象、物理过程的 物理量。 天气变化的特征量。如气温、湿度、 气压、日照、降水、风向、风速、云等 称气象要素。
32
大气上界的确定
以物理现象出现的最高高度作为确定上界 的标准： “极光”出现最大高度为1000—1200公里，因 此可确定大气上界为1200公里左右。 以空气密度作为确定上界的标准：接近星 际空间的气体密度的高度约为2000—3000公里。
33
三、大气与农业（氧气、氮气、CO2）
二氧化碳的利与弊 上世纪以来，由于大气中二氧化碳浓度的持续 上升所产生的“温室效应”越来越显著，使地球表面 升温，导致全球气候的改变，对作物的生长和增产 关系也十分密切。 自然界中二氧化碳是绿色植物光合作用不可缺 少的原料，而二氧化碳浓度的高低直接影响作物光 合作用快慢，在一定范围内，随着其浓度的增加， 光合速度和有机物质的积累也不断增加。实际上， 现在大气中二氧化碳的浓度都远远不能满足作物光 合作用的需要。作物光合作用每制造 1 克物质， 要吸收 1.47克的二氧化碳。 34
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5
10 20
50
100 200
500
南
10000 100 200 nb(1nb=10-6hPa)
京
农
臭氧主要分布在10～50km高度（大气臭氧层）
业
大 学
臭氧最大浓度出现在20～30km高度
0° 40° 80°
樊
随纬度增加，臭氧浓度增大；臭氧浓度春季偏高，秋季偏低。
多
琦
臭氧的产生
O2+h→2O O+O+M→O2+M O+O2+M→O3+M N2O+h→N2+O O+O2+M→O3+M NO2+h→NO+O O+O2+M→O3+M
用于火箭的燃料气溶胶、制冷剂、 发泡剂及溶剂
CFC-22（CHClF2） 制冷剂
CFC-113（C2Cl3F3） 溶剂
甲基氯仿（CH3CCl3） 溶剂
四氯化碳（CCl4）
生产CFC及粮食熏烟处理
哈龙1301（CF3BrF3） 哈龙1211（CF2BrCl）
灭火器
南
氧化氮（NOX）
工业活动副产品
京 农
8.4
5.6
3.8
学
国家
印度 德国 英国 墨西哥 意大利
樊 多
百分比％
3.5
3.6
2.4
2.0
1.8
琦
温室气体浓度增加
温室效应加强
全球气候变暖
海岸线变化、气候带（温度带、降水带）移动等
南
京
农
业 大
近100年来，全球气温上升趋势明显，平均约上升0.6℃
第一节 大气的组成
一 干洁大气
二 氮和氧
三 臭氧和二氧化碳
南
京 农
四 水汽和大气杂质
业
大
学
樊 多 琦
一、干洁大气
干洁大气：除水汽、大气杂质之外的大气。 实际大气 干洁大气 水汽 大气杂质 干空气：除水分之外的空气。
气体成分 体积比（%）
干洁大气 100
氮
78.08
氧
20.95
氩
0.93
二氧化碳 0.032
《维也纳保护臭氧层公约》 1985年
南 京
《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔协定书》 1987年
农 业
《赫尔辛基宣言》 1989年
大
学
樊 多 琦
2、二氧化碳 CO2
主要集中在20km以下
年、日变化主要取决于绿色植物光合作用的强弱 一年中，冬春季浓度高，夏秋季浓度低 一天中，清晨浓度高，午后浓度低
二氧化碳的效应
农业气象学
南
樊多琦
京
农
业 大
南京农业大学气象教研室
学
樊 多 琦
第一章 地球大气
第一节 大气的组成
第二节 大气的铅直结构
第三节 气象要素
南
京 农
第四节 大气中的光、电、声现象
业
大
学
樊 多 琦
地球大气（大气）
包围在地球周围的一层深厚的气体层。
干洁大气 大气 水汽
大气杂质
南 京 农 业 大 学 樊 多 琦
二氧化碳（CO2）
化石性燃料燃烧副产品
业 大
甲烷（CH4）
农业产品及采矿活动的副产品
学
樊 多 琦
氟氯碳化合物 CFCS 氟里昂 F-11（CFCl3） F-12（CCl2F2）
Cl+O3→ClO+O2 ClO+O→Cl+O2 O+O3→2O2
氮氧化物 NOX 一氧化氮NO 二氧化氮NO2
NO2+h→NO+O NO+O3→NO2+O2 O+O3→2O2
南
京
臭氧
0.00006
农
业
大 干洁大气 平均分子量 28.966
学
密度 1293 g/m3 （标准状况：1 atm、0℃）
樊
多
琦
气体成分
氮N2 氧O2 氩Ar
二氧化碳CO2 氖Ne
氦He
氪Kr
甲烷CH4 氢H2 一氧化二氮N2O 氙Xe
一氧化碳CO
南
臭氧O3
京 农 业
二氧化氮NO2 二氧化硫SO2
学
臭氧浓度的增加会导致光化学烟雾、酸雨、森林大面积死亡
樊 多
并危害人的呼吸系统
琦
人类活动对平流层臭氧的影响 近20年来，全球平均臭氧浓度每10年大约减少3％ 南极和北极上空臭氧耗损严重 青藏高原上空在夏季也出现了臭氧低值中心
南 京 农 业 大 学 樊 多 琦
影响臭氧层的物质
化学物质
来源
CFC-11（CFCl3） CFC-12（CF2Cl2）
紫外线A段 UV-A 0.32～0.4m 色素沉着作用
紫外线B段 UV-B 0.29～0.32m 红斑作用、皮肤癌、白内障、免疫系统能力下降
紫外线C段 UV-C 0.1～0.29m 对生物有强烈的杀伤作用
南
对流层臭氧
京 农
温室效应气体，吸收9.6m附近的地面辐射
业 大
化学活性气体，参与大气污染物质的转化过程
78.084 20.946 0.934 0.033 18.210-6 5.210-6 1.110-6 1.21.710-6 0.510-6 0.310-6 0.110-6 0.110-6 105010-9 14.510-9 0.033010-9 0.0060.610-9 0.11010-9
主要成分 1%
绿色植物光合作用的原料 温室气体，产生温室效应
吸收地面红外辐射（12.5～17m）
南 京 农 业 大 学
樊 多 琦
太
阳
辐
射
地
面
辐
地面
射
南 京 农 业 大 学
樊 多 琦
大 气 辐 射
低层大气
温 室 效 应
大气中的温室气体
名称
CO2 O3（对流层） O3（平流层） CH4 NO2 CO
CFC11 CFC12
大 学
硫化氢H2S
樊 多
氨NH3
••••••
琦
干洁大气的组成
分子量
28.0134 31.9988 39.948 44.0099 20.183 4.003 83.80 16.04 2.016 44.01 131.30 28.01 47.998 46.00 64.06 34.07 17.03
体积比（%）
臭氧的破坏
O3+h→O2+O
O3+O+M→2O2+M
O3+H→HO2+O
O3+OH→HO2+O2
南 京
O3+HO2→2O2+OH
农 业 大
O3+NO→NO2+O2
学
樊 多 琦
臭氧的效应
平流层臭氧
吸收太阳紫外辐射（0.2～0.35m） 导致平流层逆温，形成平流层 地球生物圈的保护屏障
紫外线 UV 0.1～0.4m
微量成分 1ppm1%
水汽
痕量成分 1ppm
实际大气
N2、O2、Ar CO2、Ne、He、Kr、H2O、CH4 H2、N2O、Xe、CO、O3、NO2、SO2、H2S、NH3 大气杂质
二、氮和氧
南 京 农 业 大 学 樊 多 琦
三、臭氧和二氧化碳
1、臭氧 O3
垂直分布
1hP
a2
1月Leabharlann 4月7月10月
目前浓度ppm 350 0.1～10 0.02～0.1 1.7 0.3 0.12 0.23×10-3 0.4×10-3
估计年增长率％ 0.4 -0.5
0～0.7 1～2
0.2 0.2 5.0 5.0
南 京
温室气体排放量占世界前10位的国家
农 业
国家
美国 前苏联 中国 日本 巴西
大
百分比％
18.4 13.5