气象学第三章 温度

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结论: 1、陆地受热快,冷却也快,所以海洋年最高气温和最低气温的出现 比大陆延迟1-2个月。“陆地是急性子,海洋是慢性子”
2、陆地温度升降变化大,海洋升温和冷却都较慢,日、年较差都比 陆地小。“海洋好像大气热量的存储器和调节器”
第三节 水体温度
时间变化
二、水体温度的变化
日变化 最高温度出现在午后15~16h,最低温度出现在日出后的2~3h内。
第二节 土壤温度
土壤温度日变化
二、土壤温度的变化
温度 ℃
55
50
45
40
35
30
25
20
15
1 4 7 10 13 16 19 22
☆土壤温度日较差随深度的增加而减小。
地面 5cm 10cm 15cm 20cm
时间 1
☆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)
位相(phase):温度最高值与最低值(极值)出现的时间 ,也 称相时。
第二节 土壤温度
二、土壤温度的变化
地面温度和热量收支的关系
一般,地面最高温度出现在 (13时左右)
最低温度出现在
(将近日出时)
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。
地面温度变化与地面热量收支示意图
结论:当其他条件相同时,导热率大的土壤,表层土壤温度变化小。
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
土壤成分 导热率(W/(㎝·℃))
土壤矿物质 土壤有机质
水 空气
0.0293 0.01997 0.00628 0.0002093
思考:潮湿紧密土壤和干燥疏松土壤表面温度的变化特征?
非绝热变化是引起对流层大气温度变化的根本原因,绝热 变化只发生在某一做升降运动的气块中,对整个对流层大气 来讲没任何影响。
第四节 空气温度
一、大气中的热量交换方式
交换方式 以平流热交换、对流热交换、乱流热交换、潜热交换为主。
作用
平流:主宰季节更替和天气冷暖变化。 对流:是对流性降水的主要原因。 乱流:对一些低云和雾的生消起重要的作用。 潜热交换:对气温的升降、大气中水分的三态相变起着 不可替代的作用。
大地暖大气
太阳暖大地
第一节 物质的热属性和热量收支
二、热量交换
分子热传导
物质通过分子碰撞所产生的热量传导,表现为动能交换方式。 分子热传导是土壤中热量传递的主要方式,也是地面和贴地气 层大气热量交换的重要方式。
常见物体的导热率(单位:千卡/m.℃)
第一节 物质的热属性和热量收支
流体流动热交换
二、热量交换
平方向的热输送通量密度。
特性
海洋热量平衡的主要输出项是水体蒸发潜热。 海洋可以通过洋流来在水平方向传送热量。
第三节 水体温度
一、水体热量传播的特点
海陆的增温与冷却的差异 1、二者对太阳辐射的吸收和反射不同 2、能量分布的厚度不同 3、二者的导热方式不同 4、水汽含量不同 5、陆地比热小于海洋比热
第四节 空气温度
二、大气温度的时间变化
☆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)
第二节 土壤温度
二、土壤温度的变化
土壤温度的垂直分布 土壤温度是否总是随深度的增加而降低?
日射型(受热型):
白天和夏季
辐射型(放热型):
夜间和冬季
上午(春季)转变型:
由辐射型向日射型过渡
傍晚(秋季)转变型:
由日射型向辐射型过渡。
土壤温度垂直分布
第三节 水体温度
一、水体热量传播的特点
水体中的辐射特点
水体反射率小于陆地; 水体吸收率大于陆地;
水面:小于10%;陆地:10~20%
太阳辐射能在水体中传播,不同深度水体的传播情况遵
循比尔定律。即:
S z S0eaz
SZ:Z深度处的太阳辐射通量密度;S0:水体表面的太阳辐射通量密度;Z:测点深度;α:水体消光系数。
容积热容量Cv :单位体积的物质,温度变化1℃所需吸收 或放出的热量,单位:J/(m3·℃)或J/(cm3·℃) 。
Cv
m v
Cm
Cm
结论:热容量越大,物体温度变化越慢。
第一节 物质的热属性和热量收支
热容量
一、 物质的热属性
土壤容积热容量 影响因子:
土壤成分 容积热容量(J/(㎝3·℃ ))
土壤矿物质 土壤有机质
土壤湿度、空气湿度、地表风速、地形、大气压……
☆ 感热通量P
气温垂直梯度、风场、空气湿度……
第二节 土壤温度
二、土壤温度的变化
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。
日较差(diurnal range) :一天中气温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。
第一节 物质的热属性和热量收支
潜热交换
二、热量交换
云形成时, 当水汽变成水 滴或冰晶时, 大量潜热被释 放出来,使云 中气温升高。
第二节 土壤温度
一、地面热量收支
地表面昼夜热量收支平衡方程
R L
E
P
LR E
P
B
(白天)
B
(夜间)
地表面热量收支示意图
白天: R-P-B-LE=0
夜间:
-R+P+B+LE=0
水 空气
1.925 2.708 4.186 0.0013
土壤含水量 土壤孔隙度
含水量大,热容量大 孔隙度大,热容量小
粘土热容量大于砂土。 潮湿紧密土壤热容量大于干燥疏松土壤。
第一节 物质的热属性和热量收支
一、 物质的热属性
导热率(热导率)
指当物体的温度垂直梯度为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·℃)。
水体易吸收长波,散射短波,水中悬浮物散射长波。
海水为什么呈蓝色?
第三节 水体温度
一、水体热量传播的特点
水体中的热量平衡特性 热量平衡公式
ΔQ=R0- (H+LE+ΔA)
R0:水体净辐射量,H:水面与大气热量交换的感热通量密度;LE:水 体的潜热通量密度;ΔQ:水体热储存变量;ΔA:因水体流动产生的水
第一节 物质的热属性和热量收支
潜热交换
二、热量交换
为什么蒸发会吸热?为什么称为潜热交换?
“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”在水气分子中,是一种“潜在”的热量;
水气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”,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,或是用温度表测量出来。
第四节 空气温度
日变化 年变化
第四节 空气温度
➢ 绝热变化与非绝热变化
非绝热变化是指空气与地面和太阳有热量交换,因而引起空 气内能的增减;而绝热变化是指做升降运动的气块在升降过程 中,同周围大气间热量交换很少,但由于体积的大小随气压的 变化而变化,进而影响到内能的增减。这两种形式都可引起空 气内能的增减,进而导致气温的升降。
年变化
水面最高温度一般出现在8月,最低温度则出现在2~3月。
日、年较差 均小于陆地
位相
一年中最高温度和最低温度出现的时间,大约每深入60m落 后一个月。
第三节 水体温度
三、水体温度的垂直变化
跃变层
夏季:水表层趋于等温分布,在 等温层以下有一个跃变层,跃变层 以下是等温层。
水温的垂直分布示意图
冬季:水温的垂直分布几乎呈 等温状态。当水面温度降到4℃以 下时,表层冷水不再下沉,使水 面以下的水温在4℃左右。
第二节 土壤温度
二、土壤温度的变化
影响土壤表面温度日较差的因子
土壤湿度
土壤机械组成 和腐殖质
土壤颜色 地面覆盖物
地形和天气
沙漠温度:日热夜冷,温差大
早穿棉袄午穿纱, 围着火炉吃西瓜。
沙漠云少、湿度小
白天太阳辐射强 夜间大气逆辐射弱
升温明显 降温明显
沙子疏松,热容量小,导热性能差,辐射能几乎被表层全部吸收
湍流交换越强, 热量交换越快, 温度变化就越 和缓。
第一节 物质的热属性和热量收支
潜热交换
二、热量交换
上海世博会的喷雾降温设施
第一节 物质的热属性和热量收支
潜热交换
二、热量交换
物质在进行相态变化时所发生的热量交换。
水的蒸发潜热=600cal/g 熔解热=80cal/g
潜热交换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。地表热量通过水分子这一介质,传给空气。
蒸发消耗少,加热地表、空气的热量多
凸地温度日较差小于凹地
凸地乱流热交换强、凹地弱
夜间冷空气下沉,积聚在凹处
反射 少 低
吸收 逆辐射

第二节 土壤温度
二、土壤温度的变化
土壤温度年变化
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。
影响土壤温度年较差的因子 ☆土壤温度年较差随深度的增加而减小
潮湿紧密土壤热容量大、导热率大,表面温度变化较干燥 疏松土壤缓慢。
第一节 物质的热属性和热量收支
一、 物质的热属性
导温率(导温系数、热扩散率)
在一定的热量得失情况下,土壤温度变化快慢的一个物理量。
单位:m2 /S或㎝2 /S
K Cv
砂土的热特性与土壤湿度的关系
导温率直接决定着土壤温度的垂直分布。
思考:潮湿紧密土化大,下层土壤温度 变化小。
导温率越大,表层土壤 温度变化小,下层土壤温度 变化大。
第一节 物质的热属性和热量收支
二、热量交换
对流热传导
辐射热传导
潜热交换
分子热传导
第一节 物质的热属性和热量收支
二、热量交换
辐射热交换 辐射热交换是地面和近地气层进行热量交换的主要方
式,也是太阳能到达地面的唯一方式。
世界上最冷的5个地方:
俄罗斯沃斯托南极科考站(-89.2℃,1983.7.21) 加拿大尤里卡气象站(年均温-20℃) 俄罗斯奥伊米亚康村(-71.2℃) 美国德纳利国家公园(冬季低于-40℃) 蒙古首都乌兰巴托(冬季低于-16℃)
课前小问题
我国什么地方最热,什么地方最冷?
课前小问题
我国什么地方最热,什么地方最冷?
地表净辐射能R 感热通量P :进入空气的热能 进入土壤的热能B 潜热通量LE:进入空气的热能
第二节 土壤温度
一、地面热量收支
地表面昼夜热量收支平衡方程
白天:
R
L
E
P
LR E
P
R-P-B-LE=Q 夜间:
Q
-Q
-R+P+B+LE= Q
B
B
(白天)
(夜间)
地表能量收支差 Q
地表层热量收支示意图
Q>0 升温 Q<0 降温 Q=0 不变
第二节 土壤温度
一、地面热量收支
影响土表温度变化的因素
☆ 到达地表的总辐射S
纬度、季节、时间、大气透明度、坡度、坡向……
☆ 地表反射率r
颜色、植被、土壤含水量……
☆ 地面有效辐射R
地表温度、空气温度、云状、云量、空气中尘埃……
☆ 土壤热通量B
土壤类型、土壤湿度、空隙度、土层温度垂直梯度……
☆ 地表蒸发潜热LE
对流:流体在垂直方向上有规律的升降运动。
使对流层上下层空气混合,产生热量交换。
平流:流体在水平方向上的流动。 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。
第一节 物质的热属性和热量收支
流体流动热交换
二、热量交换
乱流(湍流):流体在各方向上的不规则运动。
近地气层的乱流强度:
✓ 陆地比海面强 ✓ 山地比平原强 ✓ 白天比夜间强 ✓ 夏季比冬季强
第四节 空气温度
二、大气温度的时间变化
气温的周期性变化
近地层气温的日变化
特点:一天中有1个气温最大值和1个最小值,最大值出现在午后 2点钟左右,最小值出现在日出前后。
季节 夏季 冬季
最高气温 14~15h 13~14h
最低气温 05~06h 04~05h
近地气层大气增温的直接热量来自地面辐射,地面辐射 能传递给大气需要时间。
本章内容
物质的热属性和热量收支 土壤温度 水体温度 空气温度(重点) 温度与农业
第一节 物质的热属性和热量收支
热容量
一、 物质的热属性
物体温度变化1℃(升高或降低1℃)所需吸收或放出的热量。
质量热容量Cm(比热、比热容):单位质量的物质,温度变 化1℃所需吸收或放出的热量,单位:J/(kg·℃)或J/(g·℃)。
第三章 温度
谢利
课前小问题
为什么温度会发生变化? 内能的变化
物体升温或降温的快慢受哪些因素的影响?
热量的得失 热量交换速度 热属性
课前小问题
一天中什么时间最热或最冷?
北京
广州
课前小问题
全球什么地方最热,什么地方最冷?
课前小问题
全球什么地方最热,什么地方最冷?
世界上最热的5个地方:
利比亚阿济济耶(57.8℃,1922.9.13)、 埃塞俄比亚达洛尔地热区(年均温34.4℃) 利比亚卢特沙漠(70℃) 美国死亡谷(56.7℃) 泰国曼谷(年均温28℃)
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