第二章 温度

二、土壤温度的变化
• 较差 由一于定地周球期的内自，最转高和值公与转最，低使值到之达差地。 • 温面度的日太较阳差辐射一及日地内面最和高土温壤度和的最热低量温收度支之 差。呈现周期性的日、年变化，因而土壤温 • 温度度也年相较应差的表一现年出中周最期热性月的平均变温化度规和律最。冷 月• 温平温度均度绝温的对度这年之种较差周差。期年性极变端化最特高征气，温可与以极用端最最 低气高温值之、差最。低值、较差和位相来描述。 • 位相 指最高温度和最低温度出现的时间差。
变化小，深层则相反。
土壤导热率的大小取决于土壤各固体成分和不定量 的水分和空气所占的比例。
由表2-1可知，土壤中固体成分导热率最大，水的导 热率居中，空气最小。通常情况下，土壤固体成分 很少变化，且各固体组成成分的导热率相差也较小。 所以，土壤导热率主要决定于土壤中水分和空气含 量的多少，即土壤含水量和土壤孔隙度。它随土壤 湿度的增大而增大，随土壤孔隙度的增加而减小。 干燥疏松的土壤导热率小，昼夜温度变化大；而潮 湿紧密的土壤导热率大，昼夜温度变化小。此外， 有机质含量增多，可使导热率变小。
❖ 三基点温度共同特征
①三基点温度都不是一个具体的温度数值，而 ④是各有种一生定物的最变高化温范度围指。标彼此差异小，最高 ②温无度论接是近生最存适、温生度长。还是发育，其最适温度基 ⑤本最上高是温同度一在个生变物幅的范实围际。生 育 期 中 并 不 常 见 ， ③不而同最生低物温的度最比低最温高度温差度异较很易大出，现最。低温度距
•• 同同过一一程生种中物生，不物三同不基同品点生种温物的度阶三不段基同三点。基温如点度光温有合度差作不异用同。的。如 茶如最树水低生稻长温秧的度苗最为生低0长~温要5℃度求有，至的最少品适13种温~1在度5℃1为0的℃2水0以~温上25，，℃但有， 的 最到最 1高则灌0高温低℃浆温度于、期为度31则063为℃要~0℃44；求00左℃~最到5右和适200。℃5℃温0；以度℃而上。在呼。19吸~2作8℃用范分围别内为，-
（一）土壤温度随时间的变化
▪ 日变化 ▪ 年变化
浅土层壤土温壤度温年度变在化一也天随中着呈深连度续性 变的化增，加有而一减个少最，高直值到和一一定个深最度低时值， 土年表较温差度为的零日，较这差个最深大度，为越年向温深不层越 小变，层到（一或定称深年度恒后温，层日）较深差度为，零低，该 深 深纬右度度。约，为各为一土层5般壤—土约日20壤为不m最4，变0热—高层月8纬（0和c约或m最为，称冷2平日5月m均恒左出6温0c层m）。 土现壤时温间度也位随相深落度后增于加地而面延温迟度，，平土层 越 10均c深m每，，深位T1M相m、约落T延m后迟出越2现多0—时。3间一0d落般。后深约度2每.5增— 3.5h。
➢年变化
0较海24月变间的差-洋影0。没冷化6随逐气h响有暖。着渐候气一性这距减区温定质种地小分年面，的和变别较的位周 运化出差增相期 动的现的加也状幅，在因不，况度视8子月断气而和气有和落温不时流后日。
气纬同温度。日、例较距如差海，因远受春近纬季、度正地、是形季气及节温天、回地
➢非周期性变化 形影气上升南响、状升下的而下况而，季不垫等上会节同面。升使，性。气，气质若温距和温有年海天日大北较近气较幅方差年等差度冷随较因随下气φ差的子纬降团的度，
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第一节 土壤温度
一、土壤的增温和冷却
（一）地面热量平衡
• 地面温度的变化主要是由于地面热量收入不平 衡引起的。地面热量的收入与支出之差，称为 地面热量平衡，又称地面热量收支差额。
地面热量平衡方程：
R=P+B+LE+QS
（2-1）
R: 以辐射的方式进行的热交换，即地面净辐射；
P: 地面与近地气层之间的热量交换；
第三节 温度与农业生产
一、三基点温度
❖ 三基点温度
生物的生命活动都要在一定的温度范围 内进行，不论是一般的生命活动还是生长、 发育，都有三个温度基本点，即维持生长发 育的生物学下限温度、最适温度和生物学上 限温度，这三者合称为三基点温度。
❖ 五基点温度
在三基点温度之外，还存在最低、最高 致死温度，合称五基点温度。
B: 地面与下层土壤的热量交换；
LE: 通过水分的蒸发或凝结而进行的热量交换；
QS：地面热量收支差额。 地面热量收支情况见图2-1。
L
R
E
P
B
（白天）
L E
R
P
B
（夜间）
土壤表层热量平衡方程式：
QS=R－P－B－LE （2-2） QS为正值时，表层土壤得热大于失热，地表层
温度上升；
QS为负值时，表层土壤得热小于失热，则地表
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第二节 空气温度
一、空气的升温和降温
(一)热传递与热交换
大气是流体，以流体
▪ 流体流动热交换
运动热交换为主。在平流、 对地面流水、分乱蒸流发三（种升华形）式时中，，要平
流吸收热地交面换一的部作分用热量最，大当，这它部在
▪ 潜热交换
地气分面水温辐汽变射在化被空大中气气扮中吸演凝收结着，（主使凝角空华，气）增主
当不同的土壤吸收或放出相同热量时，热容量 大的土壤，升温或降温缓慢，即温度变化小。反之， 热容量小的土壤温度变化大。
表2-1 土壤各组成成分的热特性
热特性 容积热容量（C） 导 热 率（λ）
成份
（（J／m·℃） （J／m·s·℃）
土 壤 固体 空气 水
（2.06~2.43ｘ106 ）0.8~2.8
➢2.土壤导热率
▪ 导热率: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。通常指土层厚度为1cm两端温度相差1℃， 在1cm2面积上，每秒钟所通过的热量。单位为： J/(m·s·℃)〔或W/(m·℃)〕
▪ 土壤导热率表示土壤内由温度高的部分向温度低
的部分传递热量的能力。导热率大的土壤，昼间土 表受热后，热量容易向深层传递，土表留存的热量 相对较少；而夜间土表冷却时，深层热量也容易往 上传递。因此，导热率大的表层土壤昼夜热能贮存
由于空气中水汽含量不同，空气在作垂直 运动时，其温度变化情况是不同的。
❖ 干绝热变化
• 干绝热过程 干空气或
未•干饱绝和热的直湿减空率气，在与大外气静
界力之条间件无下热，量干交空换气时和的未饱
状和态的变湿化空过气程作，干称绝为热空程升 气降的运干动绝而热引过起程气。块空的气温度
绝热 增温
的随干高绝度热的过变程化可率引，起称空为干
气温垂直梯度(气温直减率)： 是指高度每变化100m，气温的变化数值。 常用γ表示。 据观测可知，对流层内气温直减率平均为
0.65℃／100m。但是，这个数值并不是固定不变的， 而是随季节、天气以及距离地面的高度而定。
2. 对流层中的逆温现象
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▪ 逆温：在一定条件下，气 ▪ 逆温种类 温随高度的增高而增高，气 ▪•农辐业射生逆产温对逆 温 称 ▪ 发为直逆生减温逆率。温为的负气值层的称这逆种温现层象。温 季 品 喷•••• 湍 平 下 地的节洒、流流沉形利晒农熏逆逆逆逆晾药用烟温温温温：农防、寒副霜山冷产、区 当发生逆温时，冷而重的空 农• 锋业面综逆合温规划等。 气在下，暖而轻的空气在上， • 融雪逆温 不易形成对流运动。
热宰时。，着而又季大把节气热辐更量射替释使和放本出天身来气冷给冷却大暖。气辐的。
▪ 辐射热交换 ▪ 分子传导
射主变它原大量面了分量它是要气。凝热从是子化是因地方便反结量一土传；对；面式间之（。个壤导对流乱与。接当凝这分中是大性流流地空华种子热依气降交热从气）热传量靠之水 换交地中时量递 交分间面的，交形 则换给换子热获水地换成 对作另的热量得汽面方的 一用一主交运了在获式主 些换次个要动热地得不的分方将要 低之子式热，。。 云仅由在于和地空雾面气的与是生空热消气的起间不进着良行重导，要体空的所气以作地 用与面空与。气空之气间，也空可气以与进空行气。之间靠分
(二)土壤温度的垂直分布
▪ 一天中，土壤温度的垂直分布可归纳为四种基本 类型（图2-5）
•日射型（受热型） • 辐射型（放热型） •上午转变型 • 傍晚转变型
▪ 一年中土壤温度的垂直分布可分为放热型（冬季）、
受热型（夏季）与过渡型（春季和秋季）三种。
4月
（三）土壤的冻结与解冻
1.土壤的冻结 当土壤温度降低到0℃以下时， 土壤中水分与潮湿土粒发生凝固或结冰，使土 壤变得非常坚硬，称土壤冻结。 2.土壤解冻 春季由于太阳辐射增强和土壤深度 的热量向上传递，使冻土融解，称为土壤解冻。
气绝绝热热直增减温率和，绝用热γd冷表却示。
即：
（见右图γd）=。1℃/hm
气块 P 内能 T
绝热 冷却
气块 P 内能 T
❖ 湿湿绝绝热热变变化化
•与湿外γ绝m界不热之是过间程常无：热数饱量，和交是湿换气空时压气的和 温度的函数。受气压变化
状态变化过程，称为空气的
和水汽凝结、蒸发两种过
湿绝热过程。
0.0013ｘ106
0.021
4.19ｘ106
0.59
土壤由各固体成分和不定量的水及空气组成。
由表2-1可看出，在土壤组成的物质中，空气的热容 量最小，水的热容量最大，固体成分介于二者之间。 一般土壤各固体成分的热容量差别不大。因此，影 响土壤热容量改变的主要因素是土壤中水分和空气 所占的比例。一般地，土壤热容量随着土壤水分的 增加而增大，随着土壤空气的增加而减小。潮湿紧 密的土壤热容量大，所以昼夜升温或降温缓慢。相 反，干燥疏松的土壤，空气多水分少，土壤热容量 小，所以昼夜升温或降温剧烈。
层温度下降。 地表层热量收支情况见图2-1。
L
R
E
P
QS B
（白天）
L E
R
P
QS B
（夜间）
（二）土壤的热特性
不同性质的土壤吸收或放出相同的热量，其 温度变化并不相同，主要原因是土壤热学性不同。 土壤的热特性主要有土壤热容量（容积热容量）和 土壤导热率等。
➢1.热容量
单位容积土壤温度升高（或降低）1℃所需吸 收（或放出）的热量单位是J／m3·℃。
• 不同生物的三基点温度是不同的。
表2-2 几种作物生长的三基点温度
作物种类
小麦 玉米 水稻 烟草
豆
wk.baidu.com
最低温度
3－4.5 8－10 10－12 13－14 1－2
最适温度
20－22 30－32 30－32 28 30
最高温度
30－32 40－44 36－38 35 35
•同一作物、同一生长发育期内不同的生理
第二章 温度
第一节 土壤温度 第二节 空气温度 第三节 温度与农业生产
要求深刻理解和熟练掌握的重点内容： • 温度日较差、年较差、气温垂直梯度、逆温的概
念 • 土壤温度和空气温度变化及影响因素 • 三基点温度、农业界限温度、积温及其在农业生
产中的应用 要求一般理解和掌握的内容： • 热量交换方式 难点： • 空气绝热变化
子传导方式传递的热量很少。
(二) 绝热变化
空气块在垂直运动过程中与外界不发生热 量交换而引起的温度变化称为绝热变化。气块 在上升过程中，因外界气压减小，气块体积膨 胀，对外做功使其内能消耗，因此气块降温。 这种气块因绝热上升而使温度下降的现象称为 绝热冷却。反之气块在下降过程中，因外界气 压增大，气块体积被压缩，外界对气块做功， 增加气块的内能，因而温度升高。这种因气块 绝热下沉而使温度升高的现象称为绝热增温。
γ 表示实际大气中温度随高度的分布， 也称为环境空气的垂直温度梯度。
二、空气温度的变化
（一）空气温度随时间的空大变气陆化温性度气一候天区中和有季一风个最性高
➢日变化
值气和候一区气个，温最一在低年空值中气。最大通热规常月模T和M的出最冷现
在冷暖1月3平-分1流5别h，影出T响现m出下在现会7在产月日生和出非1 月前周，后期的
增小发加，生而越“减向倒小大春；陆寒夏中”季心现>年冬象较季；差；秋凸越季地，
<色潮大晴平若出“湿土；天秋地有现土、凸>老，阴南气；干地虎凹天方温晴松<”地；平暖骤天土天>>无地空升>阴平气黏风，气的天。地土天凹北现、；、地>上象大有沙浅>， ，风平 风土色则 形天地天、土成会。；。深 、
（二）气温的垂直分布 1. 气温垂直梯度
•程湿相绝互热作直用减的率影：湿响绝，热饱过和 程湿中空的气温升度降变时化率其，温称度为变化
湿比绝未热饱直和减湿率空，用气γ要m表缓示慢。 （ γm < γd )。
气块 P 内能 T
绝热 增温
绝热 冷却
气块 P 内能 T
γ、γd、γm的区别： γd 、γm 表示气块在升降过程中，气块 本身温 度的变化率，