农业气象学第五章CO2、风与农业生产
《农业气象学》大纲
农业气象学（2664）自学考试大纲一、本课程的性质与设置目的（一）本课程的性质与特点农业气象学是研究农业生物和农业生产与气象条件的相互关系及其相互作用规律的一门科学，是重要的农业基础科学之一。
其特点是理论基础坚实、实践性很强，与农业生物和农业生产的关系十分密切，应用十分广泛。
（二）本课程在专业中的地位、任务与作用本课程是农业院校多个专业必修的一门承前启后的专业基础课，学习农业气象学，是研究和分析农业生物的生长发育过程与环境因素关系、农业生产与自然条件关系的必不可少的基础，是学习各门专业课程在理论知识和实践技能方面的必要准备。
（三）本课程的基本要求通过自学，使学生系统地学习农业气象学的基础知识和基本原理，较全面地掌握光、温、水、气、风等农业气象要素的意义、特征、变化规律及与农业生物的关系；初步弄清天气与农业天气、气候与农业气候的基本知识，掌握小气候与农业小气候的形成、变化规律及调节原理，学会基本的农业气象要素和小气候的观测原理、方法及气象资料的分析整理方法，明确气象条件在农业生态环境中的重要性，为学习后续课程和以后分析农业生物与气象条件的关系，解决农业生产中的气象问题，充分合理地利用农业气候资源，调节和改善农业气象环境条件等方面打下坚实的农业气象学基础。
（四）本课程与相关课程的联系大气是农业生物最重要的生态环境条件之一，农业生物的各种生命生命活动与与气象条件有着直接和间接的关系。
研究大气与农业生物之间的关系，是研究生物生态生理过程、制定合理的栽培技术措施的基础。
因此，农业气象学是学习农业生态学、植物生理学、造林学、林木种苗培育等课程的基础和前导课程。
学习本课程，要求学生具有一定的地理、数学、物理方面的基本知识。
本课程的学习重点是：光、温、水、气、风等农业气象要素的变化规律及与农业生物的关系；对农业生产有重要影响的天气系统和天气过程的变化规律；气候的形成因素；中国农业气候的特征和气候要素的时空分布规律；小气候与农业小气候的形成、变化规律及调节原理。
石河子大学《农业气象学》复习资料
石河子大学《农业气象学》复习资料农业气象学复习资料绪论&第一章地球大气一、概念气象学：研究大气中所发生的物理现象和物理过程的学科称为气象学。
气象要素：描述大气物理现象和物理过程的物理量。
二、范围气象学范围广泛。
如普通气象学，天气学，气候学，气象仪器学，应用气象学等。
应用气象学——农业气象学、林业气象学、建筑气象学、医疗气象学、航空气象学、军事气象学等。
农业气象学——研究对农业生产有意义的气象条件的一门学科。
三、任务1、研究农业气象条件形成和变化的规律。
2、研究农作物在各个发育时期对农业气象条件的要求，确定农作物生长发育的农业气象指标。
3、根据农作物的农业气象指标鉴定当地气候条件对他们生长发育和产量的影响，并进一步研究充分利用有利气候条件，克服不利气候条件的途径。
四、研究对象大气：围绕着地球周围的深厚的空气层。
1.大气成分①干洁空气：大气中除去水汽和杂质的整个混合体。
②水汽:集中在2-3km以下的底层空气层。
③固体杂质和液体微粒。
2.大气分层分层依据：大气温度的垂直分布，空气的扰动程度，电离现象等不同性质。
将大气在垂直方向上分为五层。
（1）对流层：①平均高度11km。
②温度随高度上升而下降。
平均0.65℃/100m。
③几乎全部的水汽。
大气质量的3/4集中在这一层，且温、湿度在水平方向上分布不均匀。
④对流旺盛，天气变化最剧烈。
（2）平流层：①从对流层顶到55km左右之间。
②底部温度随高度升高几乎不变，至大约30km以上，温度随高度上升的很快。
③几乎没有水汽，灰尘。
空气水平运动为主，有利于飞行。
（3）中间层：①高度自55km－>85km左右。
②底部温度高，随高度升高，温度迅速下降。
③由于下暖上冷，有强烈的对流运动。
（4）热成层：①85km－>800km。
②气温随高度增高而迅速增高。
③空气处于电离状态，具有很强的导电性能。
（5）散逸层：①800km以上。
②温度高，空气密度很小，地心引力很小。
(农业气象学原理)第五章二氧化碳、风与农业生产
5～10lx光强时，植物的CO2饱和点一般为
800～1800μ L/L。
b、CO2补偿点
植物光合作用所消耗的CO2与呼吸作用释放的 CO2达到平衡时，环境中的CO2浓度称为补偿点。 ● CO2补偿点时的光合速率等于零。 ● CO2补偿点是了解和衡量作物光合作用与呼
吸作用两者关系的一0～10μ L/L；
小麦等C3植物的CO2补偿点为40～100μ L/L。
● CO2补偿点还与作物发育和环境条件有关。
（3）影响作物同化CO2速率的因子
a、种间差异 C4植物同化CO2的速率比C3植物要大的多。据 测定，在适宜的环境条件和同样的光强、 CO2浓 度下，C4植物的产量比C3植物高出近一倍。 b、光强的影响 光强、CO2浓度与光合作用之间关系：
至1991年全球大气中的CO2浓度已达355μ L/L。
多数学者认为到2025年 ，大气中CO2浓度可达380
～470μ L/L，全球将因温室效应增温1.5～4.5℃。
2、碳素循环
（1）大气中的源和汇
a、大气中的CO2的源
● 海洋。它是人类活动影响前大气中CO2最重 要的一个源。全球由海洋到大气的CO2平均净通量约 为 4.151*1014 g(C)/a。 ● 地幔（土壤）。它是大气中CO2的另一个重 要的源，每年约有0.273*1014g(C)的CO2由地幔直接 进入大气。
第五章 二氧化碳、风与农业生产
§1 二氧化碳对植物的影响 §2 农田二氧化碳状况及其调控 §3 风对农业生产的影响及调控
本章重点与难点
本章重点：
二氧化碳饱和点与补偿点等基本概念，
碳循环、二氧化碳与光合作用、二氧化碳
增加对农业生产的影响、群体二氧化碳通
量及浓度变化规律等分析，二氧化碳调控 技术。 本章难点： 农田二氧化碳变化规律分析。
农业气象学知识点提纲
第一章绪论1.影响农业生产的外界自然条件：土壤、气候、地形地势。
（土壤性质、PH值、土壤肥力；光热水气；海拔、坡向坡度、小地形、水体）2.农业气象学的定义农业气象学是研究农业生产与气象条件的相互关系及其规律的科学。
它是根据农业生产需要，应用农学和气象科学技术来不断揭示和解决农业生产中的农业气象问题，以谋求合理地利用气候资源，战胜不利气象因素，促进农业发展的实用性科学。
3.农业气象学的研究对象农业气象学的研究对象是生物有机体与气象条件两者相互作用的规律及其影响。
一方面要研究农业生产对气象条件的要求和气象条件对农业生产的影响；另一方面也要研究农业生产对气象条件的影响。
4.农业气象学的主要内容1、农业气象基本方法与理论研究2、农业气候资源分析及其合理开发利用研究与服务3、农业气象情报、预报方法研究与服务4、农业气象灾害规律及防御措施研究与服务5、农业微气象学研究与服务5.“土壤—植物—大气”系统（SPAS）从农业气象学科考虑，作物及其生产过程是一个作用系统，即“土壤-植物-大气”系统，或可称之为“农业气象系统”。
（农业气象系统的垂直尺度并不大。
系统的上边界距离地面最高不过20～30米左右，下边界深入土壤中在30～50厘米以至几米上下。
）第二章太阳辐射与农业生产1.太阳辐射的生物学意义：太阳辐射是地球上生物有机体的主要能量源泉；太阳辐射是大气运动和产生各种天气气候现象的主要能量源泉。
2.太阳辐射影响植物的主要方式：光合效应，热效应，光的形态效应3.叶片对太阳辐射的反射、透射和吸收能力：反射率R、透射率T和吸收率A之间关系：R + T + A = 14.群体透光率、削光系数及门司―佐伯公式：I = I0 exp（-kF）；k =（-ln(I/I0))/FI/I0即透光率。
k值是一个无量纲数，它描述了叶片的遮阴程度，当上层叶面积大时，k值就大，光强衰减就明显。
5.光周期现象以及据此对植物的分类白天光照和夜晚黑暗的交替及其持续时间对植物的开花有很大的影响，这种现象称为光周期现象。
农业气象学原理——风
农业气象学原理之风对农业生产的影响及防治风是一种自然现象。
风能调节农田环境条件，影响近地层热量交换、水分循环和空气中的二氧化碳、氧气等输送过程。
风还是传播植物花粉、种子的媒体，帮助植物授粉和繁殖。
但风对农业生产也会产生消极作用，如大风常造成风害，使植株叶片机械擦伤、作物倒伏、树木断折、落花落果而影响产量。
大风还造成土壤风蚀、沙丘移动，从而毁坏农田。
地方性风的某些特殊性质，也常造成风害，例如由海上吹来含盐分较多的海潮风，高温低湿的焚风和干热风，都严重影响果树的开花、座果和谷类作物的灌浆。
风还能传播病原体，蔓延植物病害。
粘虫、稻飞虱、稻纵卷叶螟、飞蝗等农业害虫在进行长距离迁飞时也需要一定的高空风气象条件。
可见，因时因地制宜，积极防御风对农业生产的不利影响，必将对整个农业生态系统的平衡和农业生产的稳定和可持续发展具有深远意义。
1 风的生态作用1.1 风对植物外部形态的影响在常有盛行风的地区，如海滨沿岸、山区迎风坡面等，植株因常年受风的影响，在形态上会发生很大变化，主要表现在：（1）植株低矮、树冠过分尖削、呈流线型的外形；（2）叶子比正常叶小，常带有褐色或红色的斑点，尤其在叶片边缘；（3）树干常向盛行风所吹的方向倾斜，较小的枝条成为屈曲状，且整栋植物以同样的状态发生倾斜；（4）小的枝条很短，常有不规则的分枝，彼此互相交错；（5）许多向风的枝条死亡，有时只在背风向看到新枝条和新鲜叶片、向风面只有根部或树干的基部发出的枝条能保持稍好的状态；（6）树干的横剖面中心偏外，即向风面的直径比与风向成直角面的直径要大；在植物体的迎风部位往往可观察到起保护作用的隆起层，树皮慢慢变厚；（7）在寒冷风大的迎风坡面，森林可能衰退而成为密灌丛，且进一步退化为分散的或孤立的垫状个体。
灌木常呈匍匐状，草本植物呈垫状生长型。
它们分枝繁茂，很象密灌丛中的小灌木，原来直立的植物在低洼处或有蔽护物的地方形成铺地状。
1.2 风对植物内部机理的影响风对植物体内部机理最重要的影响是具有强烈的干燥作用。
农业气象学原理
农业气象学原理第一章绪论1生物有机体的生长发育和产量形成生物体的全部生命过程，既存在它内部生命活动的矛盾，又存在它与外界自然环境的矛盾，这些矛盾构成一个辩证的统一整体，生物体的生命活动就是这些矛盾作用下的结果。
生物有机体发展的内因充满着各种矛盾，同化和异化则是基本矛盾，贯穿于生命活动的始终。
生物有机体生长发育的外因也是一个复杂的外部矛盾的总体，既有不同的外界自然因子如土壤、气候、地形地势等与生物有机体的矛盾，又有外界人为因素如农业措施，社会经济条件条件等与其生育的矛盾，外部矛盾是生物体发展的条件，它和内部矛盾一起，影响生物体发展的进程，参与决定生物体发展的性质和方向。
2、农业生产与气象条件在影响农业生产的外界自然环境的诸因子中，气象因子是十分重要的，它是动植物生活所必需的基本因子。
农业生产的一个特点是地域性和季节性都很强，发展农业生产，必须“因时因地制宜”，所谓时，实际是指气象条件，说明气象条件对农业生产的重要意义。
我国农业生产的优良传统之一，就是推行精耕细作技术体系，这也是我国农业生产一个显著特点。
3、农业气象学的定义农业气象学是研究农业生产与气象条件的相互关系及其规律的科学，它是根据农业生产的需要，运用农学和气象科学技术来不断揭示和解决农业生产中的农业气象问题，以谋求合理利用气候资源战胜不利气象因素，促使农业发展的实用性学科。
农业气象学的研究对象不能单指生物体及其生产过程，也不能单指生物体所处的气象环境，而是生物体与气象条件两者相互作用的规律及其影响，一方面研究农业生产对气象条件的要求和反应，气象条件对农业生产的影响；同时，另一方面也研究农业生产对气象条件的影响。
4、农业气象学的主要内容大体可归纳为以下几个方面（一）农业气象基本方法与理论的研究（二）农业小气候研究（三）农业气象灾害规律及防御措施的研究（四）农业气候资源分析及其开发利用研究（五）农业气象情报、预报方法研究与服务（六）因地制宜开展专业气象研究和服务第二章太阳辐射与农业生产1、光是生物体生命活动的能量源泉到达地球上的太阳辐射就其最主要的作用而言是产生光合效应、热效应和光的形态效应。
大学农业气象学知识点汇总
农业气象学第一章地球大气1、大气圈：大气是指包围在地球表面的空气层，整个空气圈层称为大气圈。
2、大气组成：干洁大气、水汽、气溶胶粒子。
3、水汽的作用：（1）在天气、气候中扮演了重要角色；（2）保温效应4、气溶胶粒子的作用：（1）保温；（2）削弱太阳辐射；（3）降低大气透明度5、温室效应：是指大气吸收地面长波辐射之后，也同时向宇宙和地面发射辐射，对地面起保暖增温作用。
6、气象要素：表征大气状态（温度、体积和压强等）和大气性质（风、云、雾、降水等）的物理量成为气象要素。
7、大气垂直结构：对流层、平流层、中间层、热成层、散逸层。
（1）对流层特点: ①气温随高度升高而降低。
②空气具有强烈对流运动。
③主要天气现象都发生于此。
（天气层）④气象要素水平分布不均匀。
（2）平流层：温度随高度的增加而升高。
（3）中间层：温度随高度增加而降低。
（4）热成层：温度随高度的增加而升高。
（5）散逸层：温度随高度升高变化缓慢或基本不变。
第二章辐射1、辐射：通过辐射传输的能量称为辐射能，也常简称为辐射。
辐射的波粒二相性：波动性，粒子性。
2、辐射的基本度量单位（1）辐射通量：单位时间内通过任意面积上的辐射能量，单位J/s 或W。
（2）辐射通量密度：单位面积上的辐射通量，单位J/(s•㎡)或W/㎡。
（辐射强度：即单位时间内通过单位面积的辐射能量。
）（3）光通量：单位时间通过任意面积上的光能，单位为流明（lm）。
（4）光通量密度：单位面积上的光通量，单位为（lm/㎡）。
亦称为照度，单位勒克斯（lx）。
3、辐射的基本定律：（1）基尔荷夫定律：在一定温度下，物体对某波长的吸收率等于该物体在同温度下对该波长的发射率。
（2）斯蒂芬—玻尔兹曼定律：黑体的总放射能力与它本身的绝对温度的四次方成正比。
说明物体温度愈高，其放射能力愈强。
（3）维恩位移定律：绝对黑体的放射能力最大值对应的波长与其本身的绝对温度成反比。
表明物体的温度愈高，放射能量最大值的波长愈短。
农业气象学：第五章 气压和风
设有如右所示的空气块，由于 P 气压分布的不均匀，沿N方向所
受到的力为：
P • S-（P+△P）S= -△P • S
N
P+△P
S
N+△N
N
单位质量的气块所受到的力
气块所受到的力： P • S－（P+△P）S= －△P • S 单位质量的气块所受到的力:
鞍形气压区(pressure saddle) ：相对的两个高压和 两个低压之间气压场。
鞍形气压场示意图
等压线与气压场的分布型式
2006-11-22 0时地面天气图
2006-11-22 12时海洋实况
3. 气压系统的空间结构
气压系统随高度的变化同温度分布密切相关。 气压随高度的升高而降低。但根据大气静力 学方程，气压降低的快慢与温度的高低有关，温 度愈高，气压随高度的升高而减小愈慢。也就是 说，在暖空气中气压随高度的升高而减小得比在 冷空气中慢。因此气压系统的空间结构往往由于 与温度场的不同配置状况而有差异。
力虽小，但没有其它力与它相平衡，只要 这个力在一段时间内持续发生作用，就能
造成较大的空气水平运动。所以，空气运
动以水平运动为主，水平气压梯度力是产
生风的原动力。
2. 地转偏向力(Coriolis force)
由于地球自转而使地面上的运动物体偏离原运动方 向的力，叫做地转偏向力。
3. 气压随高度的变化主要取决于空气密度，因为g 可视为常数。
4. 根据气体状态方程， 与温度有关，所以 冷（大）气层的气压随高度降得快 暖（小）气层的气压随高度降得慢
静力学方程表示了大气在静力平衡状态下，气压 随高度的变化关系。
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有些研究的估算认为，在1850～1950年的100年间， 由于人类活动而进入大气中的碳达1.8*1011t，其中1/3 来自化石燃料燃烧，其余2/3则来源于植被破坏特别是 森林破坏，从而影响了大气碳平衡。
碳
循
环
简
图
土壤圈
大气圈 CO2
呼光 吸合 分固 解定
植 物 燃 烧
生物圈
径流携带
化石燃料燃烧、火山爆发、 岩石风化
水圈
岩石圈
碳循环的主要形式： 碳在自然界中的存在形式： 碳在生物体内的存在形式：
CO2；
CO2和碳酸盐； 含碳有机物；
碳进入生物体的途径： 绿色植物的光合作用；
碳在生物体之间传递途径： 食物链；
1、大气中CO2的来源和去向
（1）大气中CO2的来源
● 海洋。它是人类活动影响前大气中CO2 最重要的一 个源。据估算，全球由海洋到大气的CO2平均净通量约 为 4.151*108 t(C)/a。
● 土壤。它是大气中CO2的另一个重要的源，每年约 0.273*108 t(C)的CO2由土壤直接进入大气。
碳进入大气的途径： ①生物的呼吸作用
②分解者的分解作用
③化石燃料的燃烧
因此，若CO2发生量变，必然会对碳循 环产生重大影响。维护碳循环正常运行的 关键是控制CO2的排放量。
（二）大气中的CO2浓度
在地质历史时期，碳的流通缓慢，而且一直在进行沉积， 在岩石中积存的碳约达1*1016t，在化石燃料中的碳约积存 有1*1013t，这些碳被长期封存地下，从未在短期内大量逸 出。因此，大气中的CO2含量是个恒量，或者说接近恒量， 从而维持了碳循环的相对稳定和平衡。
§1 二氧化碳对植物的影响
主要内容：
● 碳循环简介 ● CO2对植物的影响
一、碳循环简介
（一）碳循环的概念
碳循环是指碳素在地球的各个圈层(大气圈、水圈、生物 圈、土壤圈、岩石圈)之间迁移转化和循环周转的过程。
在漫长的地球历史进程中，碳循环最初只是在大气圈、水 圈和岩石圈中进行，随着生物的出现，有了生物圈和土壤圈， 碳循环便在五个圈层中进行。碳循环的主要途径是：大气中的 CO2被陆地和海洋中的植物吸收，然后通过生物或地质过程以 及人类活动干预，又以CO2的形式返回到大气中。
但自从人类出现以来，特别是工业革命以来，一系列与 碳元素有关的经济活动不断加入到碳循环过程中来，其中 最主要的活动是燃烧矿物燃料和砍伐森林，结果打破了碳 循环原有的平衡，使大气中的二氧化碳浓度增加。
工业革命前，大气中的CO2 为280ppm左右。其后不断 增加，增长速度不断加快。
年增长速度： 1840～1900年，0.12ppm； 1900～1960年，0.34ppm； 1960～2000年，1.32ppm。 至2000年，全球大气中的CO2浓度已经达到369ppm。
第五章 CO2、风与农业生产
主要内容
§1 二氧化碳对植物的影响 §2 农田二氧化碳状况及其调控 §3 风对农业生产的影响及调控
本章重点与难点
本章重点：
碳循环、CO2饱和点与补偿点等基本概念 CO2增加对农业生产的影响及CO2调控技术 农田作物群体CO2通量及浓度变化规律分析
本章难点：
农田CO2浓度变化规律分析。
（1）CO2饱和点 在辐射能充分满足的条件下，植物光合速率 不再随CO2浓度增加而增大时的CO2浓度称为CO2 饱和点。 （2）CO2补偿点 植物光合作用所同化的CO2与呼吸作用释放的 CO2达到平衡时，环境中的CO2浓度称为CO2补偿 点。
各种植物的CO2补偿点不同，玉米、高粱、谷子 等C4植物的补偿点一般小于10ppm称低CO2补偿点植 物；小麦、水稻、棉花、大豆等C3植物的补偿点为 40～150ppm，称为高CO2补偿点植物。多数植物的 CO2饱和点为800~1800ppm，现在大气中CO2的浓度 约为370ppm。大大超过补偿点而远离饱和点，CO2 浓度的增加，必定加快光合作用的强度，增加农作
（4）CO2向叶内扩散的数学表达式
在这三种阻力的作用下，表达在光合作用中CO2向叶 内扩散量(Pc)的关系式为：
Pc fc
CO2 (大气) CO2 (叶绿体) ra rs rm
式中，fc为CO2单位换算系数，即将mg/kg换算为g /cm3
CO2 的系数。
2、植物对CO2的利用
二氧化碳是光合作用的原料，对光合速率影 响很大。从上式可知，植物吸收利用CO2的状况， 与周围空气的CO2浓度有关，即浓度越大，CO2 向叶内扩散量就越大。但植物的光合速率与CO2 浓度并非简单的直线关系，下面介绍两个重要 的概念。
back
（2）大气中CO2的去向 ● 生物圈。植物通过光合作用吸收同化大气中的 CO2而形成有机物质，从而使CO2进入生物圈。据估 算，陆地生态系统与大气中CO2交换的净通量为 4.342*108 t(C)/a。 ● 水圈。大气中CO2溶解进入水圈。
CO2+H2O → H2CO3 ● 岩石圈。大气中CO2经过淋溶及化学反应进入岩 石圈。
物的光合产量，从而加快植物生长。
（3）影响植物同化CO2速率的因子 a、种间差异
C4植物同化CO2的速率比C3植物大得多。据 测定，在适宜的环境条件和同样的光强、CO2 浓度下，C4植物的产量要比C3植物高出近一倍。
H2CO3+Ca++ → CaCO3↓+2H+
二、 CO2对植物的影响
（一）植物对CO2的吸收和利用
1、植物吸收CO2的过程 （1）从大气通过湍流和对流交换输送到叶片 附近。这段路程最长，CO2与叶片的距离以m或 cm来计算，该段路程阻力最小。
（2）从叶片周围通过气孔到达叶肉细胞的 表面。距离不到1cm，此段路程是气相扩散， 其阻力的大小首先决定于气孔阻力的大小，此 外CO2分子还要克服叶片内表皮阻力，才能到达 叶肉细胞表面。
（3）从叶肉细胞的表面进入到叶绿体内。 距离最短，在1mm以下，在这段路程中，CO2首 先要克服叶肉阻力，其后CO2分子要穿过液相原 生质，才能到达叶绿体，再进入到叶绿体内层的 光化学反应中心。
所以，CO2在由空气到叶绿体内的物理传递 过程中受到一系列阻力的影响，包括：
● 叶片边界层阻力ra ● 气孔阻力rs ● 叶肉阻力rm