气象学-第03章-温度讲解

地面 5cm 10cm 15cm 20cm
时间 7 10 13 16 19 22 1
☆土壤表面的最高温度在13时左右，最低温度在将近日出时
地面温度和热量收支的关系
地面温度变化与地面热量收支示意图 1．地面温度日变化曲线； 2．地面热量支出日变化曲线； 3．地面热量收入日变化曲线。 Tm：地面最低温度；TM：地面最高温度
导热率（热导率） 定义及单位： 定义：指当土壤的温度垂直梯度为1℃/m，单位时间通过单 位水平截面积的热量。
单位： J/（m·S·℃）(或Ｗ/（m·℃）)
土壤导热率的大小表明了土壤传递热量的快慢。 当其他条件相同时，导热率大的土壤，热流量大， 传热速度快，热量容易传入深层或从深层得到热量，因 而表层土壤温度变化小。导热率小的土壤，则相反。
作用：使上下层空气混合，产生热量交换。
平流
定义：流体在水平方向上的流动。 作用：对大规模的热量传递和缓和地区之间、纬度之间 温度的差异起着很大作用。
乱流（湍流）
定义：流体在各方向上的不规则运动。
作用：使空气在各个方向混合，热量也随之得到交换。
潜热交换
水在进行相态变化时所发生的热量交换。
第二节 土壤温度
度升高或降低的程度都比热容量小的土壤变化缓慢
土壤热容量分析：
土壤成分
土壤矿物质 土壤有机质
水 空气
容积热容量（J/（㎝3·℃ ） ）
1.925 2.708 4.186 0.0013
在土壤的组成物质中，空气的热容量最小，水的热容
量最大，固体成分介于两者之间。
土壤热容量影响因子： 土壤含水量 含水量大，热容量大 土壤孔隙度 孔隙度大，热容量小
B-P-Qs’-LE= △Q
（Qs’+ △Q= Q s）
夜间： -B+P+Qs’+LE= - △Q
（Qs’ + △Q =Q s）
即 △Q=B-P-Qs’-LE
△Q ＞0，地面温度上升； △Q ＜0，地面温度下降 △Q =0，地面温度最高或最低
二、 土壤热特性
热容量
定义： 土壤温度变化１℃（即升高或降低１℃）所需吸收 或放出的热量。
土壤导热率分析：
土壤成分
土壤矿物质 土壤有机质
水 空气
导热率（W/（㎝·℃））
0.0293 0.01997 0.00628 0.0002093
土壤中固体成分的导热率最大，水居中，空气最小。 土壤导热率影响因子： 土壤含水量 含水量大，导热率大 土壤孔隙度 孔隙度大，导热率小
导温率（导温系数、热扩散率） 导温率是指在一定的热量得失情况下，土壤温度
0.20
的热
0.18
变率 化
0.16 12 14 16 18 20 22 24 26 土壤湿度 W ％
土壤湿度较小的情况下，导温率随着土壤湿度的增大而增加；
当土壤湿度增加到一定程度后，土壤导温率却呈现出减小 的趋势。
三、 土壤温度的时间变化
温度周期性变化的特征量：较差及位相
•较差(range)：又叫振幅(amplitude)、变幅，即一个周期 中最高值与最低值之差。
影响土壤温度年较差的因子 纬度 地表状况 天气等
☆土壤温度年较差随深度的增加而减小
☆土壤最热月和最冷月出现的时间，土层越深，越迟。（土壤深 度每增加 1 米，位相落后20—30天）
四、 土壤温度的垂直分布
三种类型 日射型（受热型）： 白天和夏季 辐射型（放热型）： 夜间和冬季 过渡型： 昼夜转换和季节交替时 早 上（或春季）出现由辐射型向日射型过渡， 傍晚（或秋季）出现由日射型向辐射型过渡。
一天中地面最高温度、地 面最低温度出现在地面热 量收支相抵（平衡）的时 刻。
一年中地面最热月温度， 一般出现在７月或８月， 地面最冷月温度一般出现 在１月或２月。
一天中土壤温度最高值与最低值之差为土壤温度日较差， 指的是一天中温度的变幅，也可称为日变幅。
影响土壤表面温度日较差的因子
太阳高度角 土壤颜色 土壤热特性 地形 天气
一、 土壤表面的热量收支
土壤表面昼夜热量收支平衡方程：
B
L
E
P
LB E
P
白天： B-P-Qs-LE=0
Qs
Qs
（白天）
（夜间）
地表面热量收支示意图
夜间： -B+P+Qs+LE=0
即 B-P-Qs-LE=0
土壤表层昼夜热量收支平衡方程：
白天：
B
L
E
P
△Q
Qs’
LB E
P
△Q
Qs’
（白天）
（夜间）
地表层热量收支示意图
质量热容量（比热、比热容） 分类：
容积热容量
质量热容量： 定义：单位质量的土壤，温度变化１℃所需吸收或 放出的热量。 单位：J/(kg·℃)(或J/(g·℃))
容积热容量：
定义：单位体积的土壤，温度变化１℃所需吸收或 放出的热量。
单位：J/(m3·℃)(或J/(cm3·℃)) 热容量大的土壤得到或失去相同热量的条件下，温
日较差(diurnal range) ：一天中温度最高值与最低值 之差 。
年较差(annual range) ：一年内最热月月平均温度与 最冷月月平均温度之差。 •位相(phase)：温度最高值与最低值（极值）出现的时间 ， 也称相时。
土壤温度日变化
温度 ℃
55
50
45
40
35
30
25
20
15
14
第三章 温 度
本章主要内容
热量交换方式 土壤温度 空气温度 农林业上常用的源自度指标第一节 热量交换方式
分子传导
物质通过分子碰撞，所产生的表现为热量传导的动能 交换方式。
辐射
任何温度在绝对零度以上的物体，通过辐射的放射和 吸收而进行的热量交换方式。
对流
定义：流体在垂直方向上有规律的升降运动。
分类
热力对流 动力对流
☆土壤温度日较差随深度的增加而减小。 ☆土壤日最高、最低温度出现的时间随深度的增加而滞后。 （土壤深度每增加10厘米，位相落后2.5 -- 3.5小时）
土壤温度年变化 ☆在北半球中、高纬度地区，土壤表面月平均最高温度（最热 月）出现在7~8月，月平均最低温度（最冷月）出现在1~2月。
一年中，土壤最热月平均温度与最冷月平均温度之差称为 土壤温度年较差，即土壤温度的年变幅。
变化快慢的一个物理量，它的大小：
K
C
Ｋ：导温率，λ：导热率，Ｃ：容积热容量。
单位：ｍ2 /S(或㎝2 /S)
土壤导温率对土壤温度分布的影响： 直接决定着土壤温度的垂直分布及最高、最低温度 出现的时间。
土壤导温率分析：
土壤导温率 K ×10-6 m2/s
0.26
随 土粘
0.24
壤土
0.22
湿的 度导