气象学04

第四章 温度
地球每年全球平均能量平衡估算
资料来源：IPCC
热量的交换方式
分子热传导
辐射 流体流动：对流、平流、乱流 潜热
土壤表面的热量收支
地面的热量收支用地面热量平衡方程表示：
式中：B为净辐射，P为感热通量，LE为潜热通量，Qs 为土壤热通量。
B = LE + P + Qs
潜热:在相变过程中温度不发生改变而吸收或释放的热量。
4.1.3土壤温度的垂直分布
1）日射型 ：白天出现（13：00） 2）辐射型：夜间出现（1：00） 3）早上过渡型 ：夜间辐 射型向日射型过渡类型 （7：00） 4）晚上过渡型：
傍晚出现（19：00）
4.2 大气温度
非绝热变化：有热量交换 辐射 分子热传导 对流 湍流 蒸发和凝结 平流 绝热变化：任一气块与外界之间无热量交换时的状态 变化过程，叫作绝热过程 绝热上升外界压力不断减小,空气团体积膨胀对外做 功而消耗内能冷却 绝热下沉外界压力不断增大,空气团压缩体积缩小 外界对气团做功而增加内能增温
3. 导温率 1 ）定义：单位体积的物体，由于流入（或流出）数 量为 λ 的热量后，温度升高（或降低）的数值，单位 为 m 2 /s 。 2 ）其他条件相同时，物体的 K 越大，温度波由物体 表面向里或由里向物体表面传播越快，温度变化涉 及的深度越深，各深度温度差异消除的越快。
K=
l
物体内热量的转移速度和数量决定于物质的导热率 ，而由热量的得失产生的温度升降的快慢用导温率 表示。
5）下垫面： a.植被：裸地>植被 b.土壤性质：沙土>粘土 c.海陆分布：陆地>海洋 6）天气情况：晴天>阴天
大风天的气温日较差较小。
7）高度：高度越高，气温日较差越小
4.2.2. 年较差 气温年较差:一年中月平均气温的最高值与最低值之差，
称为气温年较差。 影响气温年较差的因子 1）纬度：高纬度地区>低纬度地区 纬度越高，夏季白昼越长，冬季的正午太阳高度越小， 白昼越短，因而气温的年较差越大。
感热:温度升高或降低而不改变其原有相态所需吸收或放 出的热量。
地表层热量收支示意图
蒸 发 高
辐 射 高 传 导 (白天夏季）
对 流 等
地表层热量收支示意图
凝 结 低
辐 射
低
湍 流 等
传 导
(夜间和冬季）
1热容量 1）重量热容量 单位质量的物质温度变化1 ℃所吸收或放出的热量，称 为重量热容量或比热（C），单位是J/(kg. ℃)。 2）容积热容量： 单位体积的物质，温度变化1℃所收或放出的热量，为容 积热容量，简称热容量（Cv），单位为J/（m3•℃） 3）热容量（Cv）与比热（C）、物质密度（ρ）之的关系：
Cv=C•ρ
4）土壤热容量的变化规律 空气<土壤固体<水 a、土壤湿度增加，Cv增加； b、土壤孔隙度增加，Cv减小。
2. 导热率 1 ）定义： 指 1m 深度内温差为1℃， 1s 通过 1m 2 横截面的热通量。 单位为 J/(m • s • ℃) 物体内部传导热量快慢的能力 2 ） λ越大，物体表面温度的升降越缓和。 3 ） λ的变化规律 静止空气<水<固体 a 、土壤湿度增加， λ增加； b 、土壤孔隙度增加， λ减小。
4）地形 凹地>平地>凸地 5）坡向 阳坡>阴坡。
6）土壤的热性质 导热率大或热容量大的土壤其温度较差小。 干土>湿土；裸地>覆盖的地面 7）距离海洋的远近：内陆> 沿海
4.1.2 年变化
年较差：指一年中最热月平均温度和最冷月平均温度 之差。 1）土壤温度年较差 随深度的增加而变小； 2）土壤温度的年较差， 随纬度的增高而增大。 太阳辐射的年变化 随纬度的增加而增大的
4.2.1. 日变化
1）纬度：低纬>高纬 纬度较高地区的太阳高度的日变化小。 2）季节：夏季>冬季 中高纬度地区，一年中气温日较差最大值却出现在 春季。夏季太阳高度角大，日照时间长，白天温度 高，但昼长夜短，冷却时间不长，使夜间温度也较 高，所以夏季气温日较差不如春季大。
3）地形与地势:凹地>凸地 在凸起地形，与陆地接触面积小，受到地面日间增 热、夜间冷却的影响较小，又因风速较大，湍流交 换强，再加上夜间冷空气可以沿坡下沉，而交换来 自由大气中较暖的空气，因此气温日较差较小；凹 陷地形则相反。 4）海拔高度：高原>平原 高原地区由于海拔高，空气稀薄，白天大气的削弱 作用小，太阳辐射强烈，地面温度急剧升高，加速 了近地面空气的升温作用，因此即使是在冬季，在 阳光下也会感到温暖如春；到了夜晚，由于空气稀 薄、水汽所含杂质少，地面热量大量向空中散失， 近地面气温迅速下降，夜晚温度很低。
3.积温 积温：植物在某一生长发育期或整个生长发育期所 需的累积温度总和称为积温。 活动温度：指高于生物学下限温度的温度。 活动积温：指作物或林木某一生长发育或整个生长 发育期内全部活动温度的总和。 有效温度：活动温度与生物学下限温度之差称为有 效温度。 有效积温：指作物或林木某一生长发育期或整个生 长发育期内全部有效温度的总和。
整个对流层的气温直减率平均为0.65℃/100m。 在对流层中，气温一般是随高度的增加而降低。 地面是大气增温的主要和直接热源 距地面越近，温室气体和气溶胶越多
日射型
辐射 型
近地气层温度的垂直分布
逆温：在一定条件下，出现气温随高度升高 而升高， 气温直减率为负值，这种现象称为逆温 。 1. 辐射逆温 （1）定义 辐射逆温：由于地面强烈冷却而形成的逆温， 称为辐射逆温。 （2）形成条件 天气:晴朗而有微风的夜晚，无云或云层很薄很高。 地形:在山谷或凹地、干燥地区有利于辐射逆温的 形成。
2. 平流逆温：暖空气平流到冷的下垫面上形成的逆 温 3. 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。 冷 空 气
暖 空 气
暖 空 气 冷 空 气
4.3 温度与森林
1.生物学温度 生物学温度：指对生物生命活动起作用的温度。 2.界限温度 界限温度：对植物包括农作物和树木的生长发育有指示意 义的温度，称为界限温度。 生物学下（上）限温度：指植物有效生长的下（上）限温 度。 重要的界限温度有日平均温度：0℃、5℃、10℃、15℃、 20℃。
Cv
4.1 土壤温度
4.1.1日变化
日较差：指一日中最高温度与最低温度之差。 随深度增加而减少 位相落后
影响土壤日较差大小的因子： 1）太阳高度

一日内太阳高度角的变化大，太阳辐射的日变化也大， 因而土壤表面温度的日较差就大。正午太阳高度角随 纬度的增高是减小的，所以土壤表面温度的日较差也 随纬度的增高而减小。 2）季节 3）天气 夏季>冬季 晴天>阴天
应用
在林业气候分析与区划中，积温被用作林业区划主要 的热量指标。
不同树种、或同一树种的不同生长发育期，要求不同 的积温。
积温可以作为树木物候期、发育期和病虫害发生期等 重要依据。
0℃
5℃
界 限 温 度
10℃ 15℃ 20℃
10℃以上表示农作 开始冻结或解冻，0℃ 物和大多数温带树 以上持续期日数为温 木活跃生长，所以， 暖期 , 0℃以上持续期 温带地区大多数农 日平均气温 10 ℃ 日数为寒冷期 ; 日平均 作物、树木开始生 以上的持续期称为 气温 0℃以上持续期为 长或停止生长的日 15 ℃以上持续期是 活跃期 农林业生产期 界限。 . 喜温树种的活跃生 长期。 20℃以上持续期是 热带和亚热带作物 和树种活跃生长期。
2）海陆分布：陆地>海洋。
3）海拔高度：同一纬度，低海拔地区年较差大， 高海拔地区年较差小；
4）地形：凹地年较差大，凸地年较差小。
5）天气：云雨多的地区小于云雨少的地区。
6）植被：有植被的地区小于裸地。
4.2.3 气温的铅直变化
气温直减率
在对流层中气温的垂直变化用气温垂直梯度表示，高 度每升高100m，气温的减低值。简称气温直减率。