9.第八章小气候

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辐射平衡是气候形成的重要因素,也是热量平衡的基础。
★影响辐射平衡的因素:纬度、地形、下垫面的性质 ★辐射平衡是的时空分布:以农田活动层为例,图8-1
表8-1、图8-2
2、活动面的热量平衡:
对于不同的下垫面,其热量平衡方程的形式是相 同的,既有乱流热通量、蒸发耗热、土壤热通量,但在 农田和森林里,各分量的大小与裸地差异很大。如水稻
根据热量平衡方程各项的分配状况,热量变化较大。 2、灌溉对农田温度的影响 : ★ 灌溉后土壤的热容量、导热率、导温率都发生相应的变化, 减小土壤温度的日较差,使土壤温度变化缓和。 ★ 不同季节的灌溉,效应不同,如夏季有降温的作用、冬季可 以保护作物安全越冬。
三、间作套种措施
将不同的多种作物合理地搭配起来,种植在同一块土
★图8-4小麦群体中不同时间光合有效辐射的 垂直分布
第六节农田小气候的改良
一、种植措施
1、种植行向:
夏半年,随纬度增高,日照时间也愈长,沿东西行向株 间的照射时间比沿南北行向株间要长,东西行向株间透光率除 中午外均比南北行向高,东西向株间气温>南北行向。冬半
年的情况正好相反。
结论:★ 对热量需求突出的秋播作物,应考虑NS行向 ★对光照要求较高的春播作物,采取EW行向均能获 得较好的透光条件。
北坡的可照时数在不同季节相差较大。 冬半年北坡
的可照时数随坡度的增大迅速减小,其可照时数 (α+φ)纬度上水平面的可照时数相当,因此,北坡 坡度增加1º ,对日照的影响相当于纬度升高了1º 。当坡 度大于正午太阳高度角时,全天处于遮蔽,可照时数为
0,如北京冬至日正午的太阳高度角为26º 33´,因此该
二、水域小气候
水域是指湖泊、水库及大的江河等,研究这些小范围 水域及其邻近地区的气候特征并应用其为国民经济服务的 气候学分支称为水域小气候。小水域和海洋一样有水的热
力特性,只不过其影响范围小,远远不及海洋。
水域小气候与陆地其它小气候的差异,主要是因为水体 的热力性质与陆地的差异较大。受水体的影响,在水体的
第八章 小气候
第一节 小气候
第二节 第三节
小气候的概念及特点 各种小气候
小气候是指在相同的大气候特点的背景下,因下 垫面的影响使近地层和土壤上层的小范围内具有 一些独特的天气现象和气候特征的现象。受地面 性质、地形、土壤状况、地面覆盖状况及植被发 育状况的影响形成差异较大的小气候,如农田、 森林、地形、温室等等。由于人类的生产活动及 农作物生长在近地层和土壤的上层,直接受小气 候的影响,因此人类可以通过改变下垫面的性质, 在一定范围内控制小气候的变化,使其朝向人类 的意愿变化,以便影响作物的产量和品质。例如: 城市中合理植树种花,绿化庭院,改善城市下垫 面状况,可以使城市居民住宅区或工厂区的小气 候条件得到改善,减少空气污染。
臵随季节、天气和土壤状况不同而略有变化,一般是西南
坡温度最高。这是因为受天气条件和土壤湿度的影响,上 午的太阳辐射能量主要用于地面凝结物和土壤的蒸发,午 后的能量则主要用于土壤热通量和感热通量。
各坡地上的气温变化趋势与地温一致,但各坡地
气温的差异比地温缓和。且随着离坡地高度的增加,
由于乱流混合作用的加强及天气的影响,坡地对气温 的影响逐渐减小。在阴雨天气条件下无影响。
第一节
小气候与农田小气候
一、 小气候的概念 一、小气候的概念
在相同的大气候背景下,局部地区由于其下垫
面性质的不同,在小范围内形成一种与大气候不同
特点的独特的气候状况,通称小气候。
二、 小气候的特点
1.范围较小 它的垂直尺度大致包括整个贴地气 层 (2m以下), 水平尺度从几毫米到几十千米或稍 大一些。 2.差别大 因尺度很小 , 局地差异不易被大规 模空气运动所混和, 故在垂直方向或水平方向上的 气象要素差异很大。 3.稳定性强 小气候的规律具有相对的稳定性。 但不同季节和天气类型略有差异。
(一)坡地小气候: 1、坡地对日照的影响:
由于地形相互的遮蔽,不同坡地的可照时数差异很大。 对于南坡,冬半年太阳出没的方位偏南,南坡的可 照时数与水平面相当,夏半年由于太阳出没的方位偏 北,南坡的可照时数比水平面的少,且随坡度(α)的 增大而减少。当坡度大于纬度(φ)时,则随赤纬(δ)
的增加而减小,
三、日光温室
温室布局与大气候:
美国:60%集中在南部的加州,佛罗里达等地 日本:主要集中在35°N以南地区 荷兰:最大的温室群在南部冬季较暖地区。 我国冬季温度低于世界同纬,如北京低10°C,小于-5°C的
上方和内部形成独特的小气候。
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水域气候的主要特征是: ★由于水面对太阳辐射的反射率小,透射率大,水面获
得的辐射能量比陆面多,而且通过传导和对流将热量贮存于 深层水体,起到“热汇”作用;冷却时,它又能通过水下的 湍流交换和水面辐射交换及蒸发将热量送回到邻近空气,起 到“热源”作用。因此,水域上方气温变化缓慢。
三、小气候形成的理论基础
小气候的形成,主要决定于下垫面的热量平衡、 水分平衡、近地层的乱流交换。 (一)活动面(作用面)和活动层(作用层)
活动面又称为作用面,是指能借助于辐射作用吸 收或放出热量,调节邻近气层和土层温度湿度等要 素变化的物质表面。如地面、水面、植物表面等等。
在农田中,进行热量交换的作用面不只是地 表面,而是由地面到作物表面的整个层,把这个 层称为作用层或活动层。在作物幼苗期,活动面
4、坡地对湿度分布的影响
坡地的湿度受温度和热量的影响,一般偏南坡的土温高,
蒸发快,土壤干燥;偏北坡温度低,蒸发慢,土壤潮湿。 坡地对空气湿度的影响,由于受天气的影响,与土壤湿度 的分布的趋势略有不同。在比较干燥的条件下,偏南坡的 空气湿度比偏北坡的小;湿润条件下则相反。阴雨和大风 天气差异减小,甚至没有。
由于地形的影响,与周围空气的热量和水分交换受到很大 的限制,与山顶差异较大。
白天,谷底和谷坡吸收辐射增温,但与周围空旷地段 的交换较慢,而坡顶与周围大气交换快,因此谷地的气
温比坡顶高;夜间辐射冷却,特别是晴朗的天气,由于
冷空气在谷底的堆积,造成谷底温度明显低于坡顶,出 现逆温现象,可使山坡上的作物不易遭受低温灾害。由 于谷地的热力差异,常常引起局地环流山谷风,在不同 季节风速的大小不同。
2、种植密度:
生育初期,影响不大,随着植株的长大,密度增加> 郁闭程度随之增加>光强减小。 对温度的影响:白天明显,密度增加>温度降低,>农田 消耗水分量增多,土壤湿度降低,空气湿度上升。
密度过大还使农田中植被对气流的阻力增加,阻碍农田内 外的空气交换。
二、灌溉措施
1、灌溉影响农田的辐射和热量平衡 :
★水面上蒸发旺盛,空气湿度大,但由于水温升温缓
慢,水域上方空气稳定,年降水量和云量都减少,雷雨云 都沿水域周围移动,强雷暴(如冰雹等)过程越过水域时, 强度也减弱,待越过水域一定距离后又逐渐加强。
★水域表面平滑,空气流动时摩擦力小,因
此,水域上风速一般比陆地大 水域的小气候特征,可通过水域和陆地之间的局 地环流,进行热量、水汽的交换,影响周围邻近区域,
区域坡度大于26º 33´的北坡冬至日无光照。
东西坡上的可照时数都小于水平面上。不论冬半
年和夏半年都随坡度增大而减小,但随赤纬的增大而增
大,随赤纬的减小而减小。纬度越高,可照时数年变化
越大。
与水平面相比,坡度和坡向总是减小 日照时数。
2、坡地对辐射的影响:
由于坡地日照的差异很大,因此不同坡向的辐射
透射率和吸收率
2、农田中光能的分布 ★农田中的光分布主要决定于作物种类、群体结构、 发育期、栽培方式等因子,同时与太阳高度角有关
比尔-朗伯(Beer-Lambert)指数定律:
Iz = I0 * e-KF
Iz 为作物层中高度为Z处的光照度; I0为株顶的自然光照 度;F为叶面积指数;K为叶层的消光系数
形成有限水域岸边的小气候。
有限水域对其岸边的影响与水域的面积、深浅、 距水域的远近及盛行的风向有关。面积越大、水越深 影响越大,对下风方向的岸边影响最大。
第三节农田小气候
一、农田中太阳辐射和光能的分布
1、农田中的太阳辐射 ★ 到达农田植被表面的太阳辐射被植被吸收、散 射、反射。表8-3绿叶对不同波段的平均反射率、
(主要是直接辐射)分布也相差很大。南坡和北坡坡度 的大小,对辐射总量的影响最大,东坡和西坡的影响 最小。在中纬度地区,南坡的坡度增加1º ,相当于水 平面的纬度向南移1º ,北坡则相当于纬度北移1º 。即 坡度为α的南坡上的可能辐射总量与比其纬度偏低α 度的水平面的辐射总量接近(冬季和夏季因太阳出没
地上,由原来单一结构的作物群体,变为两种或多种作物构
成的复合群体,能够充分地利用生长季,提供光能和土地的 利用率。 ★ 高低作物合理搭配,使平面用光变为立体用光。 ★ 高杆作物的遮荫作用,使矮杆作物行的地温度、气 温偏低,湿度偏高,并随带宽缩小,这种影响有加强 的趋势。
四、耕翻与镇压措施
★ 耕翻后使土壤疏松、表层土壤粗糙,反射率减小, 空隙度加大,白天土壤表层为增温效应,深层土壤 为降温效应,夜间则相反。日较差增加。 ★ 耕翻后土表疏松, 透水性和透气行增加,提高了 土壤的蓄水能力,同时对下层土壤有保墒效应。
田的蒸发耗热多,沙漠中的乱流热交换则更明显。
表8-2棉花发育期热量平衡分量值
第二节 地形和水域小气候
一、地形小气候
地形的差异是引起小气候差异的主要原因之一。由于山 脉的走向、坡地的方位、坡度不同,导致各下垫面得到的 热量和水分不同,同时由于地形的阻挡作用使气流运动发 生变化,造成山坡和谷地及不同坡地温度、湿度、风等要 素分布状况的差异,进而直接影响植被的分布和发育状况。 我国地形东低西高,山地、高原和丘陵约占陆地面积的2/3, 盆地和平原约1/3,因此研究地形小气候,可以开发和充分 利用山地的气候资源。
另外,坡地对局地的风和降水也都有影响,由于地形 对气流的阻挡作用,山坡的迎风面和两侧风速大,背风 坡风速小。对降水的影响远没有高大地形的显著。
(二)谷地小气候
在山区,不同的坡地具有小气候差异外,洼地和谷地 与山顶的小气候也有明显的差异。周围山地对谷地的遮蔽
作用,使谷地的日照时数比平地的少,辐射能也少。同时
主要是地面,到作物生长旺盛期活动面则主要是
作物茎叶最密集的面,称为外活动面,此时地面
称为内活动面。
(二)小气候形成的理论基础
小气候的形成主要决定于活动面对太阳辐射的吸收、 近地层的乱流交换和土壤热交换。形成小气候差异的因素
有测点的坡向、坡度、下垫面的特征、地平的遮蔽程度、
天气条件等。
1、活动面的辐射平衡:
北坡地上的辐射总量总比水平面的少,并且随坡度和纬
度的增加而迅速减少。
冬半年南北坡差别明显。东坡和西坡介于南坡和 北坡之间,差别不大。
在不同的区域,有效地利用地形的热量资源,合理
布局农作物,使其在生长季节获得足够的能量,促进
作物早熟,缩短生长期。
3、坡地对温度分布的影响:
受各坡向辐射总量的影响,各坡向的温度状况不同。 一般南坡温度比北坡高,西坡比东坡高,西南坡高于东北 坡。土壤温度的最低值一般出现在北坡,最高值出现的位
★ 镇压与耕翻的效应相反,使土表紧实,反射率增大, 空隙度减小,毛细管作用加强,使上层土壤的热容量和 导热率明显增加,因此白天土壤表层为降温作用,深层 土壤为增温作用,夜间则相反。日较差减小。

不同的土壤在不同的天气条件下,镇压的效 应有差别。
第四节设施农业小气候
一、地膜覆盖
改变地表辐射和热量平衡,从而使土壤上层和贴地空气 层小气候发生变化
的位臵不同而不同)。
夏半年偏南坡地上的辐射总量,在低纬度地区(如
20º N以南的海南岛)比水平面的少,并随坡度的增大迅速 减少;中高纬度(如40º N以北)地区则比水平面的多,在一 定限度内随坡度的增大而增多。偏北坡地的辐射总量与南 坡相反。南北坡的差别在夏季较小。 冬半年偏南坡地上的辐射总量,都比水平面的多,且 在一定坡度以下,纬度越高,坡度越大,增加越多。偏
地面复盖物:
不透明的:瓦片、草帽、泥瓦盆、蒲包、草席等。夜间覆盖 透明:纸罩、纸垅、玻璃窗、塑料薄膜等。
二、塑料大棚
对蔬菜育苗及早熟栽培,解决周年供应,扩大 栽培面积,提高产量等方面都有很大作用 结论: ★ 对热量需求突出的秋播作物,应考虑NS行向 ★对光照要求较高的春播作物,采取EW行向均能获 得较好的透光条件。
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