土壤温度的垂直变化
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当升、降气块内部既没有发生水相变化，又没有与 外界发生热量交换的过程，称为干绝热过程。
什么是湿绝热变化
绝热过程与泊松（Poisson）方程 要求出在绝热过程中气温的变化，必须应用热力学第 一定律。 热力学第一定律(能量守恒)：
dQ dE dW, dQ 0, dE CV dT, dW FdL PdV
三、物体的热特性
1、 热容量C ( heat capacity ）:表示某物体温度每升高 1℃所需要的热量J/℃；
2 、质量热容Cm( mass specific heat ) : 表示单位质量物 体，升高一度所需要热量J/kg.℃ 3、定容热容CV (volume specific heat ) :表示单位体积物 体，每升高一度所需热量J /m3.℃
第二节 温 度
一、大气温度
气温是表示空气冷热程度的物理量， 大气 温度状况是支配天气变化的重要因子之一。
气温变化反映空气内能大小的变化， 当空气 获得热量时， 内能增加， 温度升高， 当空气失 去热量时， 内能减少， 温度降低。
引起空气内能变化的原因可分为两种： 一种 是空气与外界没有热量交换， 内能变化是由于外 界对空气做功或空气对外做功引起的， 称为绝热 变化； 另一种则是空气与外界发生热量交换而引 起的内能变化， 称为非绝热变化。
dP L dqs dTi dQ Ldqs CP dT RT rm rd rd P C p dZ dZ m
饱和湿（moist）空气绝热上升时，如果只是膨胀降温，湿 绝热直减率 r =1℃/100m,但水汽既已饱和，就要因冷却而
m
发生凝结，同时释放凝结潜热而加热气块。所以，饱和湿空 气绝热上升时，因膨胀而引起的 r 减温率要比 r 小， m d =0.5℃ /100m。
气块绝热上升单位距离时的温度降低值，称为绝热垂直减 温率（绝热直减率或绝热垂直递减率）。 干绝热直减率 对干空气(dry)和未饱和的湿空气而言，称干绝热直减率。
g Ti dTi rd rd 1 rd CP T dZ d
湿绝热直减率
将热力学第一定律应用到饱和湿空气绝热变化过程，则有：
5. 热扩散系数K (Thermal diffusion coefficient) （m2 / S）
• 说明物体增温快慢就有热扩散系数K，也称导温率。 K与λ 的关系：K= λ / CV （单位换算） 水：K=0· 14×10-6 m2/S • 空气：K=20.5×10-6 m2/S （空气大146· 4倍），空气升温快。 • 农田土壤中K大好还是K小好？ • 农田土壤湿度B=20%左右时，对农作物生长最为有利。
Cm与CV的关系：
Байду номын сангаасCV=ρ .Cm
空气：
水：CVw=4· 18×106 J/m3℃ CVa=0· 0013×106 J/m3℃
为什么水体增温慢(或水不易热)，水比空气热得慢？
4. 导热率λ (thermal Conductivity) J / m.S℃
表示物体对热量传导快慢的一种能力。 水（指4℃静止的水） λ =0.57J/m.s.℃， 空气（10℃静止空气） λ =0.025J/m.s.℃， 水导热比空气快22.8倍。导热率只说明物体传导热量速度快慢。 水的λ 比空气大22.8倍，可空气的Cv只是水的1/3483，所以，空气比 水增温得快得多。 • 为什么棉衣棉被可保暖？
rm
1.气温的垂直变化 为什么γm﹤γd呢？ •γm 、γd 和γ有什么不同？
（比较r、
rm
和
rd
？）
2.大气稳定度
大气层结：大气中温湿度等气象要素的垂直分布状况。 r＞0，大气为不稳定层结； r＜0, 大气为稳定层结； r=0， 大气为中性层结。 A )在稳定的大气层结下，大气的对流运动将受到抑制，常出现 雾、层状云、连续性降水等天气现象。污染物不易扩散，污 染严重。 B）在不稳定大气层结下，空气对流运动发展旺盛，常出现积状 云、阵性降水和冰雹等天气。污染物扩散快，不易造成空气 污染。 r＞0大气为不稳定层结时，气温下高上低，空气密度上高下 低，因浮力作用，对流旺盛；当r＜0为稳定层结时，因重力 作用，抑制对流运动。因此，我们把大气层结具有的这种影 响对流运动的特性称为大气层结的稳定度。
辐射能被体物吸收时发生热的效应，物体吸收的辐射能不同，所产生的 温度也不同。因此，辐射是能量转换为热量的重要方式。
2、分子传导(Molecular conduction)
分子在不停地做着布朗运动, 分子有携带着各种物理属性,如热量、水汽、 CO2等；当分子不断运动时，由于分子间互相碰撞，同时也进行着属性的交 换，完成热量和水分的输送。那么分子运动有多快呢？ 空气分子运动速度V=485m/s=1746km/h。
(一)、空气的绝热变化
大气中进行的物理过程，通常伴有不同形式的能 量转换。在能量转换过程中，空气的状态要发生改 变。在气象学上，任一气块与外界之间无热量交换 时的状态变化过程，叫做绝热过程。在大气中，作 垂直运动的气块，其状态变化通常接近于绝热过程。
什么是绝热冷却？什么是绝热增温？ 什么是干绝热变化
3.流体热交换：对流、平流和湍流
对流(Convection)－空气垂直运动：
热力对流、强迫对流
湍流(Turbulence)－大团空气向垂直和水平方向作无 规律运动。大气湍流就是日常感觉到一阵阵的风， 它的风向和风速经常在变化，呈不规则的涡状运动， 所以又叫湍涡。它是一大团空气——片流层以外到 湍流层就是一大团一大团空气一起运动，使传导属 性的能力大大增强，速度大。 平流（Advection）－空气的水平运动（风）
4. 潜热交换：水三相变化过程中伴随着潜热 交换，且相变潜热随温度而变化。 蒸发潜热与温度关系：L ＝ ２５００ － ２. ４t 式中， L 是蒸发潜热， 单位为J／g 。 当t ＝ ２０ ℃ 时， L ≈ ２５００J／g 。 当温度变化不很大时， L 的变化较小， 所 以在作物生长季节（１５ ～ ２５ ℃ 左 右） ， 一般取L ＝ ２４５０J／g 。
第三章 温
度
第一节 热力学基本知识 一、基本概念和定律
• 温度：分子运动平均动能大小的反映。 • 内能：动能和势能。改变内能的物理过程有 做功和热传递两种方式。 • 热力学第一定律：能量守恒定律 W＋Q＝ΔE • 热力学第二定律：热量从高温物体传到低温 物体， 方向是不可逆的。
二、热量的传递方式
1、 辐射（Radiation）
什么是湿绝热变化
绝热过程与泊松（Poisson）方程 要求出在绝热过程中气温的变化，必须应用热力学第 一定律。 热力学第一定律(能量守恒)：
dQ dE dW, dQ 0, dE CV dT, dW FdL PdV
三、物体的热特性
1、 热容量C ( heat capacity ）:表示某物体温度每升高 1℃所需要的热量J/℃；
2 、质量热容Cm( mass specific heat ) : 表示单位质量物 体，升高一度所需要热量J/kg.℃ 3、定容热容CV (volume specific heat ) :表示单位体积物 体，每升高一度所需热量J /m3.℃
第二节 温 度
一、大气温度
气温是表示空气冷热程度的物理量， 大气 温度状况是支配天气变化的重要因子之一。
气温变化反映空气内能大小的变化， 当空气 获得热量时， 内能增加， 温度升高， 当空气失 去热量时， 内能减少， 温度降低。
引起空气内能变化的原因可分为两种： 一种 是空气与外界没有热量交换， 内能变化是由于外 界对空气做功或空气对外做功引起的， 称为绝热 变化； 另一种则是空气与外界发生热量交换而引 起的内能变化， 称为非绝热变化。
dP L dqs dTi dQ Ldqs CP dT RT rm rd rd P C p dZ dZ m
饱和湿（moist）空气绝热上升时，如果只是膨胀降温，湿 绝热直减率 r =1℃/100m,但水汽既已饱和，就要因冷却而
m
发生凝结，同时释放凝结潜热而加热气块。所以，饱和湿空 气绝热上升时，因膨胀而引起的 r 减温率要比 r 小， m d =0.5℃ /100m。
气块绝热上升单位距离时的温度降低值，称为绝热垂直减 温率（绝热直减率或绝热垂直递减率）。 干绝热直减率 对干空气(dry)和未饱和的湿空气而言，称干绝热直减率。
g Ti dTi rd rd 1 rd CP T dZ d
湿绝热直减率
将热力学第一定律应用到饱和湿空气绝热变化过程，则有：
5. 热扩散系数K (Thermal diffusion coefficient) （m2 / S）
• 说明物体增温快慢就有热扩散系数K，也称导温率。 K与λ 的关系：K= λ / CV （单位换算） 水：K=0· 14×10-6 m2/S • 空气：K=20.5×10-6 m2/S （空气大146· 4倍），空气升温快。 • 农田土壤中K大好还是K小好？ • 农田土壤湿度B=20%左右时，对农作物生长最为有利。
Cm与CV的关系：
Байду номын сангаасCV=ρ .Cm
空气：
水：CVw=4· 18×106 J/m3℃ CVa=0· 0013×106 J/m3℃
为什么水体增温慢(或水不易热)，水比空气热得慢？
4. 导热率λ (thermal Conductivity) J / m.S℃
表示物体对热量传导快慢的一种能力。 水（指4℃静止的水） λ =0.57J/m.s.℃， 空气（10℃静止空气） λ =0.025J/m.s.℃， 水导热比空气快22.8倍。导热率只说明物体传导热量速度快慢。 水的λ 比空气大22.8倍，可空气的Cv只是水的1/3483，所以，空气比 水增温得快得多。 • 为什么棉衣棉被可保暖？
rm
1.气温的垂直变化 为什么γm﹤γd呢？ •γm 、γd 和γ有什么不同？
（比较r、
rm
和
rd
？）
2.大气稳定度
大气层结：大气中温湿度等气象要素的垂直分布状况。 r＞0，大气为不稳定层结； r＜0, 大气为稳定层结； r=0， 大气为中性层结。 A )在稳定的大气层结下，大气的对流运动将受到抑制，常出现 雾、层状云、连续性降水等天气现象。污染物不易扩散，污 染严重。 B）在不稳定大气层结下，空气对流运动发展旺盛，常出现积状 云、阵性降水和冰雹等天气。污染物扩散快，不易造成空气 污染。 r＞0大气为不稳定层结时，气温下高上低，空气密度上高下 低，因浮力作用，对流旺盛；当r＜0为稳定层结时，因重力 作用，抑制对流运动。因此，我们把大气层结具有的这种影 响对流运动的特性称为大气层结的稳定度。
辐射能被体物吸收时发生热的效应，物体吸收的辐射能不同，所产生的 温度也不同。因此，辐射是能量转换为热量的重要方式。
2、分子传导(Molecular conduction)
分子在不停地做着布朗运动, 分子有携带着各种物理属性,如热量、水汽、 CO2等；当分子不断运动时，由于分子间互相碰撞，同时也进行着属性的交 换，完成热量和水分的输送。那么分子运动有多快呢？ 空气分子运动速度V=485m/s=1746km/h。
(一)、空气的绝热变化
大气中进行的物理过程，通常伴有不同形式的能 量转换。在能量转换过程中，空气的状态要发生改 变。在气象学上，任一气块与外界之间无热量交换 时的状态变化过程，叫做绝热过程。在大气中，作 垂直运动的气块，其状态变化通常接近于绝热过程。
什么是绝热冷却？什么是绝热增温？ 什么是干绝热变化
3.流体热交换：对流、平流和湍流
对流(Convection)－空气垂直运动：
热力对流、强迫对流
湍流(Turbulence)－大团空气向垂直和水平方向作无 规律运动。大气湍流就是日常感觉到一阵阵的风， 它的风向和风速经常在变化，呈不规则的涡状运动， 所以又叫湍涡。它是一大团空气——片流层以外到 湍流层就是一大团一大团空气一起运动，使传导属 性的能力大大增强，速度大。 平流（Advection）－空气的水平运动（风）
4. 潜热交换：水三相变化过程中伴随着潜热 交换，且相变潜热随温度而变化。 蒸发潜热与温度关系：L ＝ ２５００ － ２. ４t 式中， L 是蒸发潜热， 单位为J／g 。 当t ＝ ２０ ℃ 时， L ≈ ２５００J／g 。 当温度变化不很大时， L 的变化较小， 所 以在作物生长季节（１５ ～ ２５ ℃ 左 右） ， 一般取L ＝ ２４５０J／g 。
第三章 温
度
第一节 热力学基本知识 一、基本概念和定律
• 温度：分子运动平均动能大小的反映。 • 内能：动能和势能。改变内能的物理过程有 做功和热传递两种方式。 • 热力学第一定律：能量守恒定律 W＋Q＝ΔE • 热力学第二定律：热量从高温物体传到低温 物体， 方向是不可逆的。
二、热量的传递方式
1、 辐射（Radiation）