第三章 气候资源与水资源

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三、气候资源的基本特点
1.气候资源的无限性与有限性 气候资源是一种可再生资源。它所提供的辐射能、 热能、降水等物质与能量年复一年不断更新循 环，永无穷尽。 在某一具体地区，每年的气候资源提供的物质与能 量都是有限的。 气候资源各要素的值均随时间的变化而变化，因此 一个地区的气候资源在不同季节有不同的量值。
降水量 ≥1601 （毫米） 频数 频率 保证率 2 2 2 16001451 6 6 8 14501301 12 12 20 13001151 26 26 46 11501001 33 33 79 1000851 13 13 92 ≤850
8 8 100
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上海市降水量大于1000毫米的保证率为79%。
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（2）气温的季节变化
最冷月、最热月和极端气温状况——气温可能出现的
范围和冷热程度；
最热月平均气温、极端最高气温及其出现的频率——能否
满足植物生长期需要的热量强度和高温可能 对植物的危害；
最冷月平均气温、极端最低气温及其出现频率——有无低
温危害及种植某种作物的可能性 春季温度升高规律——作物播种； 秋季气温下降——作物成熟
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1）大气降水量 是水分平衡中的主要收入项，水分资源的主 要来源。 （1）降水量分析 年降水量 季、月、旬的降水量 （2）降水量极值 年月旬的最大/最小降水量，最长连续降水 日数，最长连续无降水日数，最长连续降水 时数及降水量等。
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（3）降水保证率 ★降水保证率：指某一等级降水量出现的可靠程 度，通常以降水量小于（或大于）某一数值的累计 频率来表示这种可靠程度，(%)。 上海市100年降水量的频率和保证率
地面和大气对太阳辐射吸收和反射
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（二）光能利用
1.太阳能的直接利用 太阳能热水器 太阳能电池板
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太 阳 能 手 机
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太阳能冰箱
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2.光合有效辐射：太阳辐射中能被绿色植物用来进
行光合作用的那部分能量成为光合有效辐射,简称 PAR。（占总辐射50%） ①植物通过光合作用，吸收光合有效辐射。
1996~2005年间渤海结冰面积
1996~2005年间渤海结冰自然储量
以25cm作为渤海海冰平均厚度的话，则渤海海冰自然储 量初步估算为15.4 ~92.3亿m3，10年平均为42.1亿m3。 51
低温资源-雾凇
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三、水分资源
地表面的水分平衡方程：
O − G = Δω
O表示在给定的时段内，该地区总的收入水量（包括 降水量、地面水分凝结量、地表径流流入量、下层土 壤流进水量）； G表示支出水量（包括蒸发量、地表径流流出量、下 层土壤流出水量）； ⊿ω表示该地区地面土壤水分蓄量的变化值。
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第三节 气候系统的概述
一、气候系统—— ★气候系统：是一个包括大气圈、水圈、 陆地表面、冰雪圈和生物圈在内的，能 够决定气候形成、气候分布和气候变化 的统一的物理系统。
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二、气象、天气、气候
★气象：大气中的物理现象和化学现象。 ★天气：短时间尺度的大气物理现象。 ★气候：长时间尺度的大气物理现象。
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2.气候资源在随时间变化过程中的相对稳定 性和波动性 气候资源的量与质，均受到气候形成因子随 时间变化的规律所制约。 气候资源随时间变化而波动——周期性、非 周期性。 气候资源可视为相对稳定——在平均值附近 做震荡变化。
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3.气候资源空间分布上的有规律性和区域差 异性 气候各要素在地球表面分布具有一定 的规律性（纬度地带性、经度地带性和垂 直地带性），因此气候资源量在空间分布 上有一定的规律，并显示出明显的地域差 异。
Ae = ∑ ti − B） Aa − nB （ =
i =1
n
Ae为有效积温，式中ti ≥B，若ti ﹤B，则ti –B以0记。
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5.热量资源分布
（1）我国由于地形差异较大和季风气候的影响， 热量资源的地理分布和时间变化性均较大，其一 般规律是由北向南而逐渐增加。 （2）我国热量资源丰富多样，从南向北包括了热 带、亚热带和温带各种气候类型。热量条件最好 的是南岭以南地区，一年四季作物均可生长，水 稻可一年三熟。热量条件最差的是青藏高原和东 北地区，一年可种一季麦类作物。
西雅图46ºN 、斯波坎（华盛顿）
（一）气温的年变化按纬度分为四种类型 4.极地型
一年一次最高值和一次最低值，冬季长而 冷，夏季短而暖，年较差很大是其特征。
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（二）★热量资源
指生产和人们生活中可利用的热量。
地温 热量资源 温度 气温 生物体温度
以地温和空气温度代表作物生长所必需的热 能。
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1.三个基点温度
气 候 资 源 研 究
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①基准气候站reference climatological station
一级气候站。 代表性，长期、连续资料，精确性。根据气候区划 设置，站距300-400km，骨干单位，重点保护（24 次/日）。
气压-风速-云量-地温-气温-气候极值-降水量-水汽 压-蒸发量
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②基本气候站principal climatological station
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②光合有效辐射还影响植物的形态、生长和开花结果。
菊花——短日照植物
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天仙子-长日照植物
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（三）光能资源的辐射能表示
★1.日照时数：每天从日出到日没之间太阳 直接照射到地面的实际日照时数。 ★ 2.总辐射：到达地面的总辐射量。 ★ 3.光合有效辐射：植物在光合作用中所吸 收的0.38-0.71微米波长的光线。 ★ 4.光能利用率：单位土地面积上，作物累 计的化学潜能与同期同面积上的太阳总辐 射之比。
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3.农业界限温度
★农业界限温度：指对农业生产具有指示 意义的温度。 具有普遍意义的界限温度：日平均气温 0℃，5 ℃，10 ℃，15 ℃，20 ℃，以及稳 定通过这些界限温度的初终日期和持续日 数。
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★界限气温初期日：一年中的春季（或秋季） 第一次通过某一界限气温的日期。 ★界限气温终期日：一年中的秋季（或春季） 最后一次通过某一界限气温的日期。 ★界限温度持续日数：包括某一界限气温初 期日和终期日在内的相隔日数。
二级气候站。 国家气候站中的主体部分，站距<150km。 以气压精度作为考虑的主要指标。 昼夜观测（4次/日）。
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③一般气候站ordinary climatological station
三级气候站。 观测项目和时次比基本气候站少，站距50-60km。 以气温精度作为考虑的主要指标，其他要素达到必要 精度。 夜间不观测，定时（3-4次/日）。
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4.气候资源各要素之间、气候资源与其它自 然资源之间的相互依存和不可替代性 气候资源各要素相互影响制约，有机地组 合成气候资源的总体，并影响气候资源的 有效利用。 气候资源的开发利用要与其他自然资源良 好配合，才能取得良好的经济效益。还有 赖于社会经济、技术水平状况。 气候资源是一种有值无价的自然资源。
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22 ºS里约热内卢（巴西）、阿里卡（智利）
（一）气温的年变化按纬度分为四种类型 3.温带型
一年中有一个最高 值，出现在夏至后的7 月。一个最低值出现在 冬至以后的1月。 海洋上年较差为 10-15℃，内陆一般达 40-50℃，最大可达 60℃。海洋上极值出 现的时间比大陆延后， 最高值出现在8月，最 低值出现在2月。 35
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④辅助气候站
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综合气象站观测场
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自动气象站
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第四节 气候资源
气候资源分类
1.光能资源 2.热量资源 3.降水资源 4.风能资源
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一、光能资源
（一）太阳辐射
太阳辐射能是地球大气最重要的能量来源。 波长范围：0.15-4μm 太阳辐射改变的大气热能和温度是天气变化 的一个基本因素，同时也是气候系统状态及演 变的主要控制因子。
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气象观测基准气候站、基本气候站、一般气候站、
辅助气候站四种类型 143个国家基准气候站、529个国家基本气象站和1183 个国家一般气象站。 自动观测的项目主要有：地面气压、气温、湿度、风 向、风速、雨量、地温（0～320厘米）、辐射、日照、 蒸发。 国 家 气 象 信 息 中 心
国 家 气 候 中 心
2）降水资源
（1）降水资源分布
我国的降水分布呈从东南向西北逐渐减少的 趋势。 总体来看，我国大部分地区降水集中季节与高 温生长期一致即水热同步，有利于农业生产。 另一方面因季风气候影响，降水的季节分布不 均匀，而使得作物的不同生长阶段很难得到所 需的水分。
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≥0 ℃
≥5 ℃
≥10
℃
初日和终日表 示土壤的解冻 和冻结，其持 续期间表示农 耕期。
初日与终日与 作物及大多数 牧草和树木开 始生长和停止 生长的日期相 当，也是早春 作物开始播种 的日期。
初日是喜温作物 开始播种与生长 期，喜凉作物开 始活跃生长期， 其终日为喜温作 物停止生长期。
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≥15℃
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紫外线
红外线
7%
可见光线
50%
43%
紫外线λ<0.4μm，可见光0.4μm<λ<0.76μm 红外线λ>0.76 μm。 太阳辐射光谱
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辐射和太阳能
Figure 1: Atmospheric scattering
Figure 2: Atmospheric absorption
Figure 3: Atmospheric24 reflection
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第二节 气候资源学的基础
一、★气候资源的定义 气候资源包括光、热、水、风与大气 成分，是人类生产和生活必不可少的主 要自然资源，在一定的技术和经济条件 下为人类提供物质和能量。
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二、几个相关联的概念：
气候：是包围地球的大气圈的物理化学性质的总 称，属于客观存在的自然现象的一部分。 气候环境：只是对人类有影响的那一部分大气的 性质的总称。 气候资源：指能为人类合理利用的气候条件（如 光能、热能、水分、风等）。
第三章 气候资源
Climatic Resources
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第一节 前言
一、气候资源的由来
“凡农之道，原之为宝”
——战国末期的《吕氏春秋》
二十四节气与七十二候。
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二十四节气与农业气候的意义 反映黄河流域的气候特点 表示温度的节气有小暑、大暑、处暑、小寒、 大寒五个节气； 表示降水的节气有雨水、谷雨、白露、寒露、 霜降、小雪、大雪七个节气； 表示日照长短的有春分、秋分、夏至、冬至。 节气都表示气候特征。
≥20℃
为喜温作物活跃生 长期，也是茶叶采 摘期及喜温作物安 全生长期。
为喜温作物光合作 用最适温度的下限 。
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4.★积温
在一定温度范围内日平均温度的累积值，其单位为 ℃。（ ≥0℃ 或≥10℃ ） 作物要完成某一发育期或全部生育期，需要一定 的热量积累。
积温学说：
ⅰ在其它外界条件基本满足的前提下，温度对作 物的发育起着主导作用； ⅱ作物发育要求一定的下限温度； ⅲ完成某一发育阶段要求一定的热量条件，即一 定 的积温。 （活动积温，有效积温） 45
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6.热量资源利用---农作物种植制度
东北区：一年种一季 华北区：一年种两季左右（两年三季） 长江中下游：长江中下游一年两熟或三 熟； 华南区：可全年种植（一年三熟或四熟） 西南区：一年种两季 西北区：一年种一季
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Heaters used to prevent frost
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7.低温资源-渤海海冰的数量
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二、热量资源
（一）气温的年变化按纬度分为四种类型 1.赤道型
这里的年较差很小， 在海洋上只有1℃左右 ，大陆上也只有510℃左右。 （基多、瓜亚基尔湾 ）
33 5 ºS 基多(厄瓜多尔首都)、瓜亚基尔湾
（一）气温的年变化按纬度分为四种类型
2.热带型
一年中有一个最高 和一个最低，年较 差不大（但大于赤 道型），海洋上一 般为5℃，在陆地上 约为20℃左右。
最低温度 最适温度 最高温度
危害、 死亡 停止生长发育
植物维持生命最适宜， 生长发育最快
危害、 死亡 停止生长发育
如:水稻生长期最低气温是18-20℃，最高气温为32-35℃，适宜 温度为25-30℃。 38
2.气温 （1）气温的日变化 一日之内的较低气温与较高气温控制光合 作用或呼吸作用的开始与停止； 昼夜温差大有利于白昼加强光合作用而积 累有机物质，夜晚削弱呼吸作用而减少有 机质的消耗。
（1）★活动积温
大于或等于生物学下限温度（B）的日平均气温 称活动温度，而作物在某发育期内各日活动温度 之和即为活动积温。
Aa = ∑ ti
i =1
n
(ti ≥B)
Aa为活动积温，ti为第i日平均气温， n为发育期天数。
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（2）★有效积温
活动温度减去下限温度B后之差称为有效温度。而 作物在某发育期内各日有效温度之和即为有效积 温。 有效积温是对作物发育起着有效作用的热量。