精品课程《气象学》课件ch3热量收支与温度变化.ppt

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1、第三章热量收支与温度变化第三章热量收支与温度变化主主要要内内容容地表热量收支地表热量收支地表温度变化地表温度变化气温变化气温变化低温霜冻及防御低温霜冻及防御温度与农业温度与农业地地表表热热量量收收支支能量、热能、热量、温度能量、热能、热量、温度能量势能=mgh动能=1/2 mv2辐射能等能量守恒定律热能温度物体所有分子或原子平均运动速度的标志物体做功的能力（内能）地地表表热热量量收收支支地地表表热热量量收收支支潜热能量传递方式及特点能量传递方式及特点分子热传导辐射流体流动热交换对流平流乱流常温下木与铁温感差异土壤传热方式通过水的相态变化 交换热量是气象中很重要的一种方式 地地表表热热量量收收支

2、支表3.1 几种常见材料的导热率物质 导热率(w/m)物质 导热率(w/m)静止空气 0.023(20时)木 0.08干土 0.25湿土 2.1水 0.6(20时)冰 2.1铁 80银 427水的蒸发潜热=600cal/g熔解热=80水的相态变化过程中的热量变化，之所以称为“潜热潜热”，是因为温度没有发生变化，如20的液体水分子蒸发为水汽分子时，温度仍为20，液体水分子蒸发时吸收的热量被“储存”在水汽分子中，是一种“潜在”的热量；水汽分子在适当的条件下，重新凝结为液态水时，这种潜在的热量就会被释放出，成为“显热显热”，之所以称为显热是因为这种热量会使空气温度升高，而温度的变化是可以被人感知的，

3、或是用温度表测量出来。地地表表热热量量收收支支潜热是地表和大气热量交换的重要途径是气象过程的重要动力，如台风、雷电等白天地表热量收支白天地表热量收支净辐射R蒸发潜热LE向下热传递B分子热传导对流乱流P地表Q地表能量收支差地表能量收支差 Q Q0 升温升温Q空气温差温度年较差最高月平均最低月平均大陆7月最高，1月最低海洋 8月 2月纬度越高，年较差越大 与距海远近有关气气温温绝绝热热变变化化绝热升温绝热降温干绝热降温 Rd=1/100m湿绝热降温 Rm为变量，1温度直减率R：气块上升100米降低的温度干绝热直减率Rd湿绝热直减率Rm 无水的相变有水的相变 当当空气块空气块上升上升过程中，因外界气

4、程中，因外界气压减小，减小，气气块体体积膨膨胀，对外作功，在外作功，在绝热的条件的条件下，作功所需的能量，只能由其本身内能下，作功所需的能量，只能由其本身内能来来负担，因而气担，因而气块温度下降。温度下降。这种因气种因气块绝热上升而使温度下降的上升而使温度下降的现象，称象，称为绝热绝热冷却冷却。当当空气块空气块下降下降过程中，因外界气程中，因外界气压增大，增大，外界外界对气气块作功，在作功，在绝热的条件下，所作的条件下，所作的功只能用于增加气的功只能用于增加气块的内能，因而气的内能，因而气块温度升高。温度升高。这种因气种因气块下沉而使温度上升下沉而使温度上升的的现象，称象，称为绝热增温绝热增温

5、。空气的对流运动空气的对流运动温度绝热变化温度绝热变化水的相态变化水的相态变化天气的变化天气的变化大气静力稳定度大气静力稳定度对流层温度垂直分布大气层稳定度对流层温度垂直分布对流层温度垂直分布对流层热量来自地表，吸收热能的水气、尘埃等多在低层气温随高度降低，（约0.6/100m）温度梯度R（可变）R、Rd、Rm的区别？地表地表大气层稳定度大气层稳定度稳定不稳定中性图喻：1000米2000米3000米1002010182R0.8/100米更冷更热大气层稳定对于干空气R1，大气层稳定R1，大气层不稳定R1，中性状态实际情况复杂，水气多少不一。但主要与温度分布状况有关。简言之：下热上冷不稳定，如夏季

6、，中午等轻重相反则稳定，如夜间，清早大气逆温层大气逆温层一般，温度随高度降低。如某气层温度随高度升高，则称为逆温层逆温层逆温层稳定，不利对流运动，影响天气变化 其下的污染不易扩散，对大气环境质量有重要影响。逆温层类型辐射逆温平流逆温地形逆温其它逆温下沉逆温大气中的逆温大气中的逆温大气中的逆温大气中的逆温 概念概念概念概念 逆温逆温逆温逆温对对流流层层气气温温随随高高度度降降低低(0.6/100(0.6/100米米)，在在在在一一一一定定定定条条条条件件件件下下下下，气气气气温温温温随随随随高高高高度度度度不不不不变变变变或升高，这种现象称为或升高，这种现象称为或升高，这种现象称为或升高，这种现

7、象称为逆温逆温逆温逆温。阻塞层阻塞层阻塞层阻塞层 当发生逆温时，冷而重的空气在下，暖而轻的空气在上，不易形当发生逆温时，冷而重的空气在下，暖而轻的空气在上，不易形当发生逆温时，冷而重的空气在下，暖而轻的空气在上，不易形当发生逆温时，冷而重的空气在下，暖而轻的空气在上，不易形成对流运动，使气层处于稳定状态，阻碍了空气垂直运动向上发展，成对流运动，使气层处于稳定状态，阻碍了空气垂直运动向上发展，成对流运动，使气层处于稳定状态，阻碍了空气垂直运动向上发展，成对流运动，使气层处于稳定状态，阻碍了空气垂直运动向上发展，因而又称因而又称因而又称因而又称阻塞层阻塞层阻塞层阻塞层。逆温的分类（逆温的分类（逆温

8、的分类（逆温的分类（按成因按成因按成因按成因）辐辐辐辐射射射射逆逆逆逆温温温温、湍湍湍湍流流流流（即即即即乱乱乱乱流流流流）逆逆逆逆温温温温、平平平平流流流流逆逆逆逆温温温温、下下下下沉沉沉沉逆逆逆逆温温温温、地地地地形形形形逆逆逆逆温温温温、锋锋锋锋面面面面逆温和融雪逆温等。逆温和融雪逆温等。逆温和融雪逆温等。逆温和融雪逆温等。辐射逆温辐射逆温辐射逆温辐射逆温 定义定义定义定义 夜间由夜间由夜间由夜间由地面、雪面或冰面、云层顶部地面、雪面或冰面、云层顶部地面、雪面或冰面、云层顶部地面、雪面或冰面、云层顶部等等等等辐射冷却辐射冷却辐射冷却辐射冷却形成的逆温。形成的逆温。形成的逆温。形成的逆温。

9、厚度厚度厚度厚度一般为一般为一般为一般为200200200200300300300300。高纬地区冬季有时可达高纬地区冬季有时可达高纬地区冬季有时可达高纬地区冬季有时可达2,0002,0002,0002,000左右。左右。左右。左右。出现时间出现时间出现时间出现时间大陆上常年都可出现，以冬季最强，夏季最弱。大陆上常年都可出现，以冬季最强，夏季最弱。大陆上常年都可出现，以冬季最强，夏季最弱。大陆上常年都可出现，以冬季最强，夏季最弱。湍流逆温湍流逆温湍流逆温湍流逆温 定义定义定义定义由于空气的由于空气的由于空气的由于空气的湍流混合湍流混合湍流混合湍流混合而形成的逆温。而形成的逆温。而形成的逆温。而

10、形成的逆温。形成过程形成过程形成过程形成过程高度高度高度高度温度温度温度温度BACDE逆温层逆温层逆温层逆温层湍流混合层湍流混合层湍流混合层湍流混合层（h2h1h2 定义定义定义定义因整层空气下沉而造成的逆温，称为因整层空气下沉而造成的逆温，称为因整层空气下沉而造成的逆温，称为因整层空气下沉而造成的逆温，称为下沉逆温下沉逆温下沉逆温下沉逆温。形成过程形成过程形成过程形成过程 天气状况天气状况天气状况天气状况 下沉逆温常与辐射逆温结合形成一个从地面开始有数百米厚的逆下沉逆温常与辐射逆温结合形成一个从地面开始有数百米厚的逆下沉逆温常与辐射逆温结合形成一个从地面开始有数百米厚的逆下沉逆温常与辐射逆温

11、结合形成一个从地面开始有数百米厚的逆温层，并出现温度升高，干燥晴朗的好天气。温层，并出现温度升高，干燥晴朗的好天气。温层，并出现温度升高，干燥晴朗的好天气。温层，并出现温度升高，干燥晴朗的好天气。其他逆温其他逆温其他逆温其他逆温 锋面逆温锋面逆温锋面逆温锋面逆温 冷暖空气相遇时，较轻暖空气爬到冷空气上方，在冷暖空气交界冷暖空气相遇时，较轻暖空气爬到冷空气上方，在冷暖空气交界冷暖空气相遇时，较轻暖空气爬到冷空气上方，在冷暖空气交界冷暖空气相遇时，较轻暖空气爬到冷空气上方，在冷暖空气交界面附近（即锋面附近）出现的逆温，称为面附近（即锋面附近）出现的逆温，称为面附近（即锋面附近）出现的逆温，称为面附

12、近（即锋面附近）出现的逆温，称为锋面逆温锋面逆温锋面逆温锋面逆温。逆温层逆温层逆温层逆温层冷空气冷空气冷空气冷空气暖空气暖空气暖空气暖空气 融雪逆温融雪逆温融雪逆温融雪逆温 在积雪地区，因暖空气流经冰、雪表面产生融冰、融雪现象，而冰在积雪地区，因暖空气流经冰、雪表面产生融冰、融雪现象，而冰在积雪地区，因暖空气流经冰、雪表面产生融冰、融雪现象，而冰在积雪地区，因暖空气流经冰、雪表面产生融冰、融雪现象，而冰雪的融化需要从近地面气层吸收大量的热量，从而使贴近地层的气温较雪的融化需要从近地面气层吸收大量的热量，从而使贴近地层的气温较雪的融化需要从近地面气层吸收大量的热量，从而使贴近地层的气温较雪的融化

13、需要从近地面气层吸收大量的热量，从而使贴近地层的气温较低，形成逆温，这种逆温称为低，形成逆温，这种逆温称为低，形成逆温，这种逆温称为低，形成逆温，这种逆温称为融雪逆温融雪逆温融雪逆温融雪逆温。暖空气暖空气暖空气暖空气吸热吸热吸热吸热融雪融雪融雪融雪冰雪面冰雪面冰雪面冰雪面 地形逆温地形逆温地形逆温地形逆温 在山区夜间，由于山上冷空气沿斜坡向下移动到低洼地区并聚积于底在山区夜间，由于山上冷空气沿斜坡向下移动到低洼地区并聚积于底在山区夜间，由于山上冷空气沿斜坡向下移动到低洼地区并聚积于底在山区夜间，由于山上冷空气沿斜坡向下移动到低洼地区并聚积于底部，使原来在洼地底部的较暖空气被迫抬升形成的逆温，称

14、为部，使原来在洼地底部的较暖空气被迫抬升形成的逆温，称为部，使原来在洼地底部的较暖空气被迫抬升形成的逆温，称为部，使原来在洼地底部的较暖空气被迫抬升形成的逆温，称为地形逆温地形逆温地形逆温地形逆温。冷空气冷空气冷空气冷空气暖空气暖空气暖空气暖空气冷空气冷空气冷空气冷空气暖空气暖空气暖空气暖空气低温霜冻低温霜冻霜冻：温暖季节温度降到0以下，造成植物伤害的现象。霜冻类型辐射型平流型平流辐射型秋霜、春霜，初霜、终霜霜冻防御辐射型霜冻因地表辐射降温而形成，又称地霜、晴霜、静霜，地温低于气温。晴朗少云、干燥微风或无风山谷、低洼地沙性土壤易出现辐射型霜冻利地表辐射不利上下层空气热交换利冷空气积聚热容量小热

15、导性差平流型霜冻平流型霜冻因冷空气南下而形成，又称风霜风霜地温高于气温。范围大、持续时间较长偏北向、背阳、迎风坡地冷空气易进难出的地形冷空气易出难进的地形背风向阳面较重较轻平流辐射型平流辐射型冷空气过后常晴朗干燥，利于辐射降温平流降温辐射降温霜冻防御辐射型平流型调节地表热特性（镇压、水）包扎、覆盖（透明、非透明）选合适地形选合适的播种期、品种烟雾选合适地形选合适的播种期、品种防风应急温度与农业三基点温度界限温度积温及应用温度调节措施低温霜冻及防御三基点温度在最适温度最适温度下植物生长发育迅速而良好。在最低和最高温度最低和最高温度下植物停止生长发育，但仍维持着生命。（最高与最低的受害和致死温度）

16、（最高与最低的受害和致死温度）最适温度较接近最高温度，而离最低温度较远，最高温度多在30-40之间，除炎热气候地区外，长时间维持30-40的机会不太多，最低温度常会遇到。所以在生产实践中，作物布分和产量受低温的限制，比高温的限制要多些。界限温度具有普遍意义，标志某些重要物候现象或农事活动之开始、终止或转折点的温度叫做农业界限温，简称界限温度。0-土壤冻结与解冻，冬小麦秋季停止生长与春季开始生长(有人采用3)。5-早春作物播种，多数树木开始生长。10-喜温作物开始播种与生长。15-喜温作物开始积极生长。20-些热带作物开始生长。各地区常针对当地农事活动或重要物候现象，确定某些补充的界限温度，如以

17、3代表小麦返青，12代表杂交水稻播种等等。温度日变化对作物的影响温度日温度日较差差：一日内最高与最低温度之差，是重要的气候指标。日日较差大差大时，即：，即：白天温度较高，有利于光合作用，夜间温度较低，有利于减少呼吸消耗，糖分积累日较差大时，往往阳光充足，空气湿度较小，有利于光合 作用、蒸腾作用进行，病虫害较少，因而产量高，品质好。如新疆的瓜果、棉花，埃及的棉花等，积 温活活动积温温 是在某时期内活动温度的总和，活活动温度温度 指大于生长下限温度的日平均温度，例如，水稻的生物学下限温度为10，即只有当温度高于10时才能生长发育，如果某天的日平均温度为9，则活动温度等于0，如果为15则活动温度就是

18、15。有效有效积温温 作物在某时期内有效温度的总和。有效温度有效温度 日平均温度与生物学下限温度之差例如，水稻的生物学下限温度为10，如果某天的日平均温度为15，则有效温度就是15-10=5积温理论植物完成一定的植物完成一定的发育育阶段，需要一定的累段，需要一定的累积温度。温度。例如设一玉米品种从发芽到成熟，需要2000度积温，如果此期间平均温度为20，则需要100天，如果为25，则需80天，15时需120天 即温度越高，生长发育速度越快，完成生长发育周期所需时间越短；温度越低，生长发育速度越慢，完成发育周期所需的时间越长。同一品种，春播和夏播时，成熟期可能相差30天以上，就是这个原因。天气暖和的年份，果树开花就比较早，气候较冷的年份，则开花时期明显推后。在花卉栽培中，根据积温理论来调控开花时期是一种有效方法。积温应用 作为作物与品种特性的重要指标之一。在种子鉴定书上标明该作物品种从播种到开花、成熟所需的积温，为引种与品种推广提供重要的依据，避免引种与推广的盲目性。如果用天数来表示,某品种从播种到成熟需要多少天,则在不同的地区和季节可有很大差异,实用价值就不大。预测预报与调控可来预报开花期、适当播种期、收获期以及病虫害发生时期。在杂交制种、病虫害预测预报等方面很有用。作为农业气候分析与区划的重要依据之一