土壤温度和空气温度授课教案

第二章土壤温度和空气温度
极端最高气温
中国极端最高气温的地方是在新疆的吐鲁番盆地，新中国成
立前吐鲁番曾创下了47.8℃的全国记录。

以后，在1953年和1956
年这两年的7月24日，都出现过47.6℃的高温、，1975年7月13
日的吐鲁番民航机场还曾观测到目前中国的极端最高气温
——49.6℃.
极端最低气温
中国内蒙古自治区大兴安岭的免渡河在1922年1月16日曾
观测到-50.1℃的温度。

是新中国成立前气温记录中的最低值。

新
中国成立后，新疆北部的富蕴气象站在1960年1月20日以-50.7℃
的低温首次打破了免渡河的记录，接着1月21日又以-51.5℃再创全
国新记录。

中国最北的气象站--黑龙江省漠河气象站，1968年12月
27日清晨测得了气温-50.9℃。

在1969年2月13日漠河终于诞生了
中国现有气象资料中的极端最低气温记录——-52.3℃。

第一节地面的增热与冷却过程
地面：.大气与地面间的交界面，它是具有一定厚度的浅薄土壤层，也称地面层。

辐射热交换的同时，地面于相邻的土壤和大气间还有其他形式的热交换如有盈余，地面增热；若失去能量，地面冷却。

白天各项热通量传输情况如下：
1：太阳的总辐射是输入地面的辐射热通量（St）。

2：地面短波反射地面长波有效辐射输出地面的辐射热通量,分别为-Sr和-Ln。

3：地面于土壤间进行热传递，（-Qs）。

4：地面与大气间由乱流交换热量，以通量表示为可感热通量(-H)。

5：蒸发消耗的热能-LH。

结和以上可的地面层中输入和输出热通量之差：
∆Q=St-Sr-Ln-Qs -H-LH
∆Q>0时，输入地面的热量朝过了输出的热量，地面层升温。

∆Q<0时，地面层失去热量，地面降温。

夜晚时：太阳总辐射St为零，Sr 也为零。

由于地面无热量来源，温度降低，土层下
温度高与土表，热量向上传输-Qs变为+Qs。

同理-H-LH也由于地面温度降低而由负转正。

可表示为：
∆Q=-Ln+Qs+H+LH
又因为，(Qs+H+LH)<Ln，所以夜间∆Q <0，即地面矢去热量，地面冷却，温度降低。

简述地面的增热与冷却过程。

．课后事项
１.作业：林业上如何利用地面的增热与冷却来发展经济？
２.剩余时间让学生提出疑点，并给予讲解。

第二节土壤热属性
1：土壤导热率：说明各种土壤热传导性能不同的物理量。

单位长度的温差相差一度时，单位时间内通过单位截面的热量，其单位焦耳/米*度*秒*。

本章涉及的土壤导热率仅指铅直方向。

导热率的物理意义：单位温度梯度情况下，单位时间内通过单位面积的热量。

显然当土壤铅直温度相同时，导热大的土壤，传输热量多。

因此，人们常把导热率视为传导热量的能力。

土壤是由固.液.气，三中化合物组成，土壤导热率也由着三态组成。

再同一地点，矿物质不变，但水份.和空气含量再变化，所以土壤导热率不是常数。

水的导热率是空气的三十多倍。

因此，同一土壤含水量增加，相应空气含量减小土壤导热大。

2：土壤容积热容量
土壤容积热容量：单位体积的土壤，温度变化一度时所引起的热量变化值。

，
在获得相同热量的情况下，容积比热大的土壤，升温少；相反，溶剂热容量小的，升温少。

同理，失去同等热量时，热容量大的，降温少；热容量小的，降温大。

如同土壤导热率，对于一固定地点来说，土壤容积热容量也不是常数，它随土壤温度而变。

水的导热率是空气的三十多倍。

因此，同一土壤含水量增加，相应空气含量减小，土壤容积热容量增大。

思考题：1：固定成分的土壤再一年中不同季节的土壤导热率和土壤容积热容量如何变化？
2：干土和湿土哪个更易受到冻害，为什麽？
第二节土壤热属性
一．上节内容：1.白天和夜间地面吸收能量的公式有何不同？
白天：△Q=得-失。

晚上：△Q=-Ln+Qs+h+lE
2.查人数
二.本节内容：
1.（1）土壤的导热率（入）的数值等于单位长度的温度相差一度时
（即单位温度梯度），单位时间内通过单位横截面的热量，其单位为
焦耳/度•秒•米2
（2）导热率的意义：指热传导的速率，（从高温—低温，导热率导热率大的传导速度快，导热率导热率小的传导速度慢）即单位时间内通过单位面积的意义。

其公式为△Q=-入•△Ts/△Z•△S•△t , △Ts/△Z是土壤铅直温度梯度。

Qs是土
壤热通量，入是土壤热导率，符号表示热量由高温传向低处。

2. 土壤容积热熔量
（1）土壤容积热熔量指单位体积的土壤温度变化，1度或1k 所引起的热量变化值。

（2）在获得相等的热量下，容积热量大的升温少，否则相反。

在同时失去相等的热量下，容积热量小的升温多，否则相反。

（3）干湿土壤的区别
三．作业：习题1
第三节
影响土壤温度的因子
一、 回忆上节课的内容
内容概要:(提问)
⒈土壤导热率: 单位长度的温度相差1度时,单位时间内通过单位横截面积的热量.
A: 单位: J/ ℃.s.m 3 B: 温度梯度 ΔT=T 末-T 初<0
C: 干湿土壤易产生霜冻
干:λ土+λ气=λ干 ΔT ↑ 易
湿:λ土+λ水=λ湿 ΔT ↓
⒉土壤热容量: C v =T/m 3 ℃ 比热容量 C=Q/m.T=能量/千克.度
二、本节课内容:
(一) 概述:
土壤温度众多的因素影响,其中首要因子为太阳辐射.温度随土壤中的分子而传递.但因干土壤的物理性质和外界因子不同而不同.
(二) 土壤温度升降的因素:
⒈土壤颜色:深色土壤的吸收率(对短波)比浅色的土壤大.↑快、高.
⒉土壤种类:根据土壤的成分组成划分为:ΔT 砂 土>ΔT 粘土
土壤因子.
⒊土壤结构松紧和孔隙,疏松土壤的孔隙多,空气含量多.导热率和热容量随之减小,吸收热面积大,T ↑快ΔQ 松>ΔQ 紧
⒋土壤含水量
含水量增加时,λ和Q都增加.但由于蒸发耗热多,用于土壤增温的Q少.再加上冬夏不同季节,
有凝结释放替热和热传导作用.所以T温>T干
5.地面覆盖物,主要有植被和积雪.有了植被,导热率减少,所以
T裸<T覆.
三.总结: 土壤温度受众多因子的综合影响,此节课所讲的因子是人为提高土温的可行途径及基本原
理.
第四节土壤温度的变化
一．提问。

回忆上节内容
1．为什么深色土壤比浅色土壤温度高？
2．沙土的温度变化是否大于粘土的？为什么？
3．雪被下冷还是雪被上冷？
土壤接受太阳辐射，温度随之升高。

所以太阳辐射是影响土温的首要因子。

但是因土壤自身的物理性以及外界因子对土壤温度的影响，不同的土壤，即使获得同样的能量，土壤温度还有差异和最低值之差及其出现时间和最低值之差及其出现时间来描述周期性变化的特征。

二．开始本节内容
土壤温度的日变化。

概念：一昼夜间，土壤温度随时间的连续性变化。

看书上一地区晴天，不同土壤温度的日变化曲线
A．一昼夜间，升温过程历时短，降温过程历时长。

B．地面层温度的最高值出现在午后一小时左右。

重点：地面温度的日较差受地理纬度的影响（高温地区日较差大）土壤种类的影响（深色土壤日较差大）土壤机械组织和腐殖质的影响
C．地面层温度的最高值出现在午后一小时左右。

地形（洼地温差大于凸地）土壤温度受这些因子的综合影响,一般来说，晴天地温的日较差总比阴天大。

2土壤温度的年变化。

概念：一年中，土壤在暖季储存热量，冷季又释放热量到大气中。

土温先升后降呈
D．本节内容太阳辐射有周期性的日变化和年变化，土壤温度相应的也有这两种变化。

气象学
上通常用一段时间内气象要素的最高值温度的最高值出现在午后一小时左右。

E．一昼夜间，升温过程历时短，降温过程历时长。

重点：地面温度的日较差受地理纬度的影响（高温地区日较差大）
土壤种类的影响（深色土壤日较差大）土壤机械组织和腐殖质的影响地形（洼地温差大于凸地）三．土壤温度受这些因子的综合影响
和最低值之差及其出现时间来描述周期性变化的特征。

1．1土壤温度的日变化。

概念：一昼夜间，土壤温度随时间的连续性变化。

看书上一地区晴天，不同土壤温度的日变化曲线。

一般来说，晴天地温的日较差总比阴天大。

2土壤温度的年变化。

概念：一年中，土壤在暖季储存热量，冷季又释放热量到大气中。

土温先升后降呈周期性变化。

特点：土温的年变化是随纬度增加而增大，其余与日变化一样。

三．留约五分钟解答同学提问。

第五节近地层气温及其变化
一．课前准备
点到：林业02005班应到26人，实到XX人，旷课XX人，请假XX人。

二提问和回忆上节课内容
1上节课都讲了什么内容？
答：上节课讲了土壤温度的变化，包括“日变化”和“年变化”，还有土壤温度随深度的分布情况。

2什么是土壤温度的日变化？
答：一昼夜间，土壤温度随时间的连续变化，称土壤温度的日变化。

3就地面层温度来说，最高值和最低值分别出现在什么时候？
答：就地面层温度来说最高值出现在当地正午后一小时左右，晚于太阳辐射最大的时刻，最低值出现在日出后不久。

4 地面温度的日较差受那些因子的影响？
答：地面温度的日较差受①地理纬度，②土壤种类和颜色，③土壤机械组成④腐殖质⑤土壤因子⑥地面上有覆盖物⑦地形⑧天气状况等综合影响。

5 地面温度年变化的特点是什么？
答：地面温度年变化的特点是最热月出现在7月（大陆上）或8月（沿海或岛屿地区），最冷月出现在1月或2月。

每年夏至日前后的一个月内太阳高度都比较高，太阳辐射都比较强，日照时间又长，因此，7月份热量积累最多为一年中最热月，同理，冬至日太阳高度最低，太阳辐射最弱，冬至日前后的太阳高度都比较低，太阳辐射都比较弱，日照时间又短。

因此，1月份土壤中热量最少，为一年中最冷的月份。

6 土壤温度随深度的分布可归纳为哪几种形式？特点分别是什么？
答：土壤温度随深度的分布可归纳为⑴放热型，又称辐射型，特点是：地面温度最低，随深度增加，土壤温度升高，热量由下层向地面输送。

⑵受热型，又称日射型，特点是：地面温度最高，随深度增加，土壤温度降低，热量由地面向下输送。

⑶上午转变型，也称上午过度型。

⑷傍晚转变型，又称傍晚过度型。

就一年而言，夏季类似与受热型，冬季类似与放热型，春季类似与上午过度型，秋季类似与傍晚过度型。

三本节课内容
㈠本节课的重点，难点。

1 导致气温变化的因素。

答：①辐射热交换；②空气的平流运动；③空气的铅直运动；④空气的乱流运动；⑤水相变化。

2 气温的日变化的规律。

白天气温升高，夜间气温降低，最高气温出现在正午后二时（14时）左右。

其中，“正午”是以太阳高度角命名，“14时”是以不见4时间为准。

3气温年变化的规律。

夏季气温高，秋季时气温渐渐降低，冬季最低，春季时气温渐渐回升。

大陆上气温的最热月和最冷月分别出现在7月和1月。

海洋上则分别出现在8月和2月。

㈡本节所需记住的定义。

1 气温日较差
2 气温年较差
四课外思考题
1 把同一日的地面温度日变化，下层土壤温度的日变化1.5m高上气温日变化作比较，有那些重
要结论，并说明为什么？
2 对流层中气温随高度分布的形式有几种？为什么一
般情况下气温随高度增加而降低呢？
第二章土壤温度和空气温度
一回忆上一节内容：
1．导致气温变化的因素及近地层气温变化的原因气温的变化。

2．气温的变化。

二提问：
1．气温日变化的一般规律是什么？白天气温升高，夜晚气温降低，一日中有一个最高值和一个最低值。

2．什么叫日较差？一日内，气温的最高值与最低值之差，称为气温日较差。

3．近地层气温变化的原因？（10辐射热交换引起的气温变化；（2）空气平流运动引起的气温变化；（3）乱流运动引起的气温变化。

4．气温变化的因素？辐射热交换；空气的平流运动；空气的铅直运动；空气的乱流运动；以及水相变化等。

第六节对流层中气温随高度的分布
一名词解释：
1．温度层结曲线：根据某地某一时刻各高度上的气温测定值，可绘制成气温随高度的分布曲线。

2．辐射逆温：晴朗微风（或无风）的夜间，地面辐射冷却剧烈，贴地面的空气降温多，远离地面的空气降温少，近地面气层出现了逆问现象，称为辐射逆温。

3．平流逆温：暖空气流经冷的地面，其底部受地表影响温度降低，上层降温少，在近地气层中出现了逆温现象，成为平流逆温。

二重点难点：
1．辐射逆温和平流逆温的区别？
答：辐射逆温：晴朗微风，夜间，地面辐射冷却，地面的空气降温多，远离地面的空气降温少，风速小，夜间范围小。

平流逆温：北方的冷空气密度大，停流地表，风速大，24小时都有，范围大。

2．气温差公式的表示：r=（T2-T1）/（Z2.-Z）=-ΔT/ΔZ
显然，高度增加，气温降低，r >0 高度增加，气温不变时，r =0 高度增加，气温增加时，r <0
绪论中已指出，气温随高度增加而增加降低是对流层的主要特征之一。

太阳辐射量不多，增热作用不大。

大气主要吸收地面发射的长波辐射而增热。

因此，对大气来说，它的直接和主要的热源是地面。

贴地面空气离地面近，获得的长度辐射热多，气温高，高度增加，气温降低。

必须指出，上述气温随高度的分布特征仅仅指出是一般情况。

实际的气温观测表明，气温高度的分布还有其它型式。

辐射逆温的厚度一般为200~300m左右，有时也可达400m或超过。

辐射逆温形成于夜间，黎明时最强，日出后逆温层，自上而下渐渐消失。

辐射逆温多见于冬季大陆上，山谷中尤为常见，且持续时间长。

在山区建立工厂时，必须调查当地逆温层的厚度和持续时间，为设计烟囱的高度提供科学依据，僻免山谷中大气被污染。

平流逆温，冬季，海洋上的暖空气移到大陆上时，大陆上常出现平流逆温。

虽然平流引起的逆温层并不厚，但水平范围很广，而且一日中任何时刻都可能出现。

实际大气中，有时是辐射冷却和平流降温同时存在，难以区别。

在农林业生产中逆温天气时施放烟雾剂。

因为这时烟雾受逆温层阻挡，向水平方向扩散，弥漫于大气中，植株被笼罩在烟幕下，提高了防治病虫害的效果。

四作业：
1．对流层中气温随高度分布的型式有几种？为什么一般情况下气温随高度增加而降低呢？
2．简述辐射逆温与平流逆温的区别？
3．什么叫辐射逆温，平流逆温？
第七节空气的决热过程
一.回忆上节内容
上一节我们讲的是对流层中气温随高度的分布
根据某地,某一时刻各高度上的气温测定值,可绘制成气温随高度的分布曲线,称为温度层结曲线或温度层结.
对流层中的各高度上的温度分布的型式有:高度增加气温降低,有些气层,高度增加气温增加,称为逆温层简称逆温.此外还可能出现高度增加气温不变称为等温.
辐射逆温:晴朗威风的夜空,地面辐射冷却剧烈,贴近地面的空气降温多,远离地面的空气降温少,近地面气层出现逆温现象,这种逆温称为辐射逆温.
平流逆温:暖空气流经冷的地面,其底部受地表影响,温度降低上层降温少,在近地面气层中出现了逆温现象,这种逆温称为平等逆温.
二.下来提问
1.对流层中气温随高度分布的型式有几种?
2.在一般情况下气温为什么会随高度的增高而降低呢？
三.点名
全班都到齐了
四.下来我们讲空气的绝热过程
<一>.热力学第一定律在大气中的应用
热力学第一定律的数学公式是:ΔQ=CmΔT+P*ΔV
当ΔQ>0时空气块温度升高
当ΔQ>0时空气块温度降低
当ΔT<0时空气块温度增加
当ΔT<0时空气块温度降低
当ΔV>0时空气块膨胀
当ΔV<0时空气块体积缩小
<二>.绝热过程
ΔT=-P*ΔV/Em
当空气块体积增大时Δ气块对周围大气作功,气块温度降低.
当空气块体积减小时Δ周围大气对气块作功,气块温度升高.
地面上一团空气在外力的作用下,气块做铅直(上升或下降)运动时所经历的过程可视为绝热过程.
(1)
干绝热过程和干绝热递减率
概念:未饱和的湿空气块,在上升或下降的过程中,气块温度的变化过程称为干绝热过程.
在干绝热过程中,气会每上升100米,气块温度变化值称为干绝热递减率.
气块上升,气体体积增大,对外作功,气块温度下降.
气块下降,气体体积减小,外界空气对气块作功,气块温度上升.
(2).湿绝热过程和湿绝热递减率
概念:饱和空气块,在上升或下降运动中,气块与外界没有热量交换称为湿绝热过程.
气块每上升100米,气块温度的下降值不足一度这种空气块的湿度随高度的递减率称为湿绝热递减率.
干绝热递减率和湿绝热递减率是描述气块在上升或下降过程中,气块温度的变化.
第八节林业生产中常用的温度指标
一课前事项：
1考勤：应到人数实到人数请假旷课
2提问：①凹地和凸地年变化的特点？
②R，Rd与Rm有那些区别？
二1回忆上节的内容：
①气温变化的因素，辐射热交换空气的平流运动，空气的铅直运动，空气的乱流运动以
及水相变化等。

②最高气温出现在正午后二时左右，在盆地日较差大，因为白天增热得空气少动，夜间空气
冷却，沿坡地下滑沉于谷地，成为“冷空气洞”，相反在山峰凸地空气与周围大气热交换强，气温受周围空气调节，白天易升温，夜间不易降，日较差小。

③土壤类型不同日较差不同，深色土地大于浅色土地
2气温的年变化：同纬度海洋小于陆地，海拔高度增加气温的年较差减小对流层中气温随高度增加而降低。

3空气的绝热过程分为干绝热和湿绝热过程：
①干绝热过程：干空气或水气含量不饱和的湿空气块再上升或下降的运动中气块温度变化的过程。

气块上升100米温度下降1摄氏度下沉100米气温上升1摄氏度。

②湿绝热过程：水气含量饱和的湿空气块在上升或下沉运
动中，湿空气块温度变化的过程。

气块上升或下降100米
气温升或降0。

6摄氏度。

三本节讲林业生产中常用的温度指标：
1积温：在一定温度范围内气温与植物生长发育的速率成正相关
而且只有温度积累到一定量时，才能完成发育周期，这种温度的累积量称为积累。

①活动积温：生物再某生长发育期中活动温度的总和。

②有效积温：莫生育期中有效温度的总和。

③界限温度：标志某些重要的物候现象或林业生产中活动开始，终止的转折点的温度。

常用
的有：6℃，5℃，10℃等。

④平均气温：指大于5℃期间温带地区作物均能正常生长；平均气温大于10℃植物生长呈活
跃景象；平均气温大于15℃是喜温植物生长活跃期。

这些界限温度的平均起始或终止期，持续期或持续期中的积温值可有气象资料中查得。

2通过对积温的学习，同学们观查了解周围植物所需的积温。

四作业：（10‵）
什么是积温？积温的作用？。