《小气候》气象学课件

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。
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，最高值出现的位置随季节、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。
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。
夏半年偏南坡地上的辐射总量，在低纬度地区（如 20ºN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40ºN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。
（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.
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。
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。
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。
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。
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
★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。
在海南佳西保护区云雾 林，一只色彩鲜艳的梭 德氏棘蛛在蛛网上等待 猎物
海南佳西保护区云 雾林中兰花品种丰 富，这是羊耳蒜
海南鹦哥岭保护区云雾林 中色彩艳丽的大皇蛾，这 是世界上体形最大的蛾类， 双翅展开可达25厘米以上。
第一节 小气候
一、 小气候的概念
在相同的大气候背景下，
局部一地、区小由气于候其下的垫概面念性质的
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。
★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。
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。
1、活动面的辐射平衡：
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。如水稻田的蒸发耗热多，沙 漠中的乱流热交换则更明显。
第八章 小气候
第一节 小气候的概念及特点 第二节 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。
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。
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
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，在水体的上方和内部形成独特的小气候。
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wenku.baidu.com灌溉措施
1、灌溉影响农田的辐射和热量平衡 ：
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。
表8－2棉花发育期热量平衡分量值
田 间 小 气 候 观 测 仪
白沙黄皮果蔗
和田的千里葡萄长廊-1480公里（相当于 北京到长沙）
和田县巴格其镇的农民为节省耕地，利用农田道路，将葡 萄种在道路边上，枝蔓架在道路上方，多占天少占地，取得 了明显的社会效益和经济效益。葡萄长廊的建设：一是节约 了土地。二是经济效益显著。三是生态环境得到改善和保护。 改善了农田小气候，美化了农村环境，已成为戈壁绿洲的一 大景观。
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26º33´，因此该区域坡度大 于26º33´的北坡冬至日无光照。
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。
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。
黄山地形复杂，小气候差 异明显，有的地方多雨凇， 有的地方多雾凇，有时两
者同时出现。
2、坡地对辐射的影响：
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、
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、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
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。
普兰县城位于纳木阿比峰和那尼雪 峰之间的孔雀河(马甲藏布)谷地， 地形狭窄，来自孟加拉的湿润空气， 在这里形成宜人的高原小气候。气 候温和，降水颇丰，是阿里地区中 “雪山环绕的地方＇。因为有神山， 圣湖而广受旅行者青睐。
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。
由于坡地日照的差异很大，因此不同坡向 的辐射(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的 位置不同而不同）。
★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，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。
云雾林是热带雨林的一种，在海南岛，泛指海拔较 高的山地生长的原始热带雨林。由于云雾林中林木 茂密，空气湿度极大，苔藓类和寄生、附生植物发 达，终年云雾缭绕，降雨频繁，很多云雾林地区年 降雨量可达2500毫米以上。特殊的地形和小气候， 造成云雾林中动植物种类繁多，生物多样性极为丰 富，是海南岛生态系统的核心。