热量收支影响因素和温度变化
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物质
导热率(w/m•℃) 物质
导热率(w/m•℃)
静止空气 0.023 (20℃时) 水
木
0.08
冰
干土
0.25
铁
湿土
2.1
银
0.6 (20℃时) 2.1 80 427
流体运动热交换 流体在各个方向上流动时,热量随流体运动而输送的
热量交换方式。
空气、水体 热交换效率远高于分子热传导
分类:
根据流体流动的方向性分为:对流、平流和乱流。
吸收而进行的热量交换方式。
地表得到、失去热量的主要方式
分子传导热交换
物质通过分子碰撞,所产生的表现为热量传导的动能 交换方式。
土壤中热量传递方式,土温的变化与分布 木地板与瓷地板温感差异 静止空气的导热性
分子热传导:通过分子碰撞传递热能 导热性能与分子的排列相关 气体<<固体
几种常见材料的导热率
地表层热量收支示意图
白天: R-P-B-LE=Q
夜间: -R+P+B+LE= -Q
地表能量收支差 Q 地表净辐射能R
Q>0 升温 Q<0 降温 Q=0 不变
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,暂不表现
地表热平衡方程: Q=R -(P+B+LE)
不考虑地表厚度,Q=0,则
表征温度变化的几个物理量 较差:指一定周期内,温度最高值与最低值之差。 日较差:一日内最高温度与最低温度之差。 年较差:一年中最热月平均温度与最冷月平均温度之差。 绝对年较差:年极端最高气温与极端最低气温之差。 位相:最高温度与最低温度出现的时间差。
一、地表温度周期性变化
一般,
最高温度出现在(
)
最低温度出现在(
水分蒸发吸收地表热量 能量“潜伏”在水气分子中 水气分子在空气中凝结为云时,放出热量
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。
水的蒸发潜热=600cal/g
熔解热=80
三、地表热量收支(平衡)
地表层昼夜热量收支平衡方程:
R
L
E
P
LR E
P
Q
-Q
B
B
(白天)
(夜间)
R=P+B+LE
表明 地表能量来源与分配关系
地表吸收辐射能,升温,产生温差,热量向上、向下传
低层空气受热,产生对流、乱流
潜热受水分影响大,对温度影响大
地表: 能量转换之处,能量之源头 影响温度变化的关键介面
地表辐射降温
低层空气降温 上层空气降温
地表降温 地表浅层降温
地表深层降温
水气凝结
第二节 地表和土壤温度
• 结论: 凸地温差<凹地温差 山岗温差<山谷温差
• 原因: 凸地乱流热交换强、凹地弱 夜间冷空气下沉,积聚在凹处
后越多。
土壤温度的年变化 年恒温层(年温度不变层): 土壤温度的年较差为零时的深度。
日土温垂直分布
日射型(受热型):
图中13时 辐射型(放热型):
图中01时
上午转变型(由辐射 型向日射型过渡):
土壤温度垂直分布
图中07时
傍晚转变型(由日射型向辐射型过渡): 图中19时
影响地表温度变化的主要因素 ✓ 地表特性:热容量、导热率,水、陆差异等 ✓ 地形 ✓ 天空云量
)
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。
二、土壤温度的变化
日变化 日恒温层(土温日不变层): 土壤温度日较差为零时的深度。 日恒温层深度: 一般深度约为40~80㎝,平均为60㎝。 日恒温层的影响因子: 天气、纬度、季节、土壤热特性
土壤温度位相: 土壤温度位相落后于地面温度,土层越深,位相落
水面温度:日凉夜暖,夏凉冬暖
• 水的热容量大,导热性好,海面温度不易升、降。 • 水分蒸发要消耗大量热能,使水升温的热量就更少了
• 阳光可海透入洋水性中约气10候0米形深,成分的布较重均要匀,原表因层温度较低,
温差小,进入空气中的热量就少。 • 云雾较多、湿度大,也对温度有缓和作用。 • 因此,海洋上或受海风影响的地区,白天凉爽,夜间暖和;
一、物质的热属性
热容量
定义: 在一定过程中,物体温度变化1℃所需吸收或放出
的热量。
质量热容量(比热、比热容) 分类:
容积热容量
质量热容量: 定义: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·℃))
容积热容量: 定义:单位体积的物质,温度变化1℃所需吸收或 放出的热量。
土壤导热率
土壤成分
导 热 率 ( W/ (㎝·℃))
土壤矿物质
0.0293
土壤有机质
0.01997
水
0.00628
空气
ຫໍສະໝຸດ Baidu
0.0002093
土壤中固体成分的导热率最大,水居中,空气最小。
土壤导热率影响因子: 土壤含水量
土壤孔隙度
二、热量收支(交换)方式
辐射热交换 任何温度在绝对零度以上的物体,通过辐射的放射和
单位:J/(m3·℃)(或J/(cm3·℃))
土壤热容量
土壤成分
容积热容量(J/(㎝3·℃ ))
土壤矿物质 土壤有机质
水 空气
1.925 2.708 4.186 0.0013
在土壤的组成物质中,空气的热容量最小,水的热容
量最大,固体成分介于两者之间。
导热率(热导率) 定义及单位: 定义:指物体在单位厚度间、保持单位温度差时,其相 对的两个面在单位时间内通过单位面积的热流量。
对流:
定义:流体在垂直方向上有规律的升降运动。
分类:
热力对流 动力对流
作用:使上下层空气混合,产生热量交换。
平流: 定义:流体在水平方向上的流动。
作用: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。
乱流(湍流): 定义:流体在各方向上的不规则运动。 热力乱流 分类: 动力乱流
潜热交换 物质在进行相态变化时所发生的热量交换。
夏季凉爽。冬季暖和
• 大的水体如水库或湖边邻近区,夏季也是比较凉爽的,冬 季少霜冻害
沙漠温度:日热夜冷,夏热冬冷
升温快
• 沙子疏忪,热容量小,导热性能差 降温快
阳光强烈
• 沙漠云少、湿度小
夜间地表辐射强
• 蒸发消耗少,加热地表、空气的热量多
• 辐射被表层全部吸收,加大温差
大陆性气候形成的重要原因
地形起伏
热量收支影响因素和温度变化
一、 地表热量收支 二、地面和土壤温度变化 三、 空气温度变化 四、 空气温度的绝热变化与大气稳定度 五、 低温霜冻及防御 六、 温度与农业
第一节 地表热量收支
• 温度的重要性 • 温度的物理意义 • 热特性参数 • 热交换方式 • 地表热收、支
热 闹
冷 静
温度:分子或原子运动速度的标志 动能、热能、内能