农业气象学习提纲.docx

农业气象学习提纲.docx

《农业气象学习提纲.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《农业气象学习提纲.docx（63页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

农业气象学习提纲

农业气象学学习提纲

绪论

第一节气象学概述

一、气象学和农业气象学的概念

气象学（meteorology）是研究地球大气的构造、特性及其中发生的物理过程和物理现象的科学。

农业气象学（Agricculturalmeteorology）是研究气象和水文因子与广义农业之间相互作用的科学，它主要研究农业生产中的气象问题及其解决途径。

二、气象学和农业气象学的关系

农业气象学是气象学的一门应用学科，又是农业生物学的边缘学科、相关的基础学科。

气象学的发展为农业气象学提供坚实的基础，农业气象学的发展将丰富气象学的内容。

三、大气圈与地球其它圈层的关系

大气圈、岩石圈、水圈、土壤圈、生物圈

关系：

相互依存、相互作用、相关进化、协同发展。

四、气象学和农业气象学的历史

（1）气象学的发展过程

萌芽时期：

1700—1920特点：

个人爱好，贸易、航海、战争需要

初步发展：

1920—1940特点：

从地面发展到高空

迅速发展：

1940—1960特点：

计算机、理论模式

现代化阶段：

1960—现在特点：

信息化、现代化

（2）农业气象学的历史

第二节气象学与农业生产

一、大气中的光、热、水、气，是农作物生长发育的能量和物质基础；

二、一个地方的气象、气候条件，决定了当地的耕作制度，也决定了当地病虫害的种类及发生状况；

三、作物新品种的引进，必须首先考虑其对当地气候的适应性；

四、在农业生产中，必须考虑对灾害性天气的防御；

五、人类对小气候的调节，出现了设施农业；

六、生物防治技术的应用，需要人工气候室来繁殖益虫。

第三节本课程主要内容及参考书

一、本课程主要内容

介绍对农作物生长发育有影响的大气科学知识，包括：

1、生态环境的主要因素光、热、水、二氧化碳、风的形成和变化规律；

2、天气学的基本原理；灾害性天气；

3、气候学的基本原理、广东气候特征；

4、光、热、水、风的测定方法。

二、参考书

《农业气象》北京农业大学主编S16

4

《新编农业气象手册》

[日]坪井八十二等编S16-62

《气象学》云南林学院编S16

《气象学基础》北京师范大学编P4

三、有关气象信息的网址

1、中国气象局

2、http:

//www.weather.gov.hk香港天文台

3、t7天气

4、http:

//www.wmo.ch世界气象组织

5、http:

//www.news.noaa.gov美国国家气象局

6、雅虎天气

第一章大气（Atmoshere）

第一节大气的组成（Constitution）

大气的组成：

干洁大气、水汽、气溶胶粒子

干洁大气（dryair）：

对人类活动影响比较大的成分是N2、O2、O3和co2（各种气体对农业的作用）

气溶胶粒子（aerosol）：

气溶胶粒子是指大气中处于悬浮状态器的土壤、肥料、浓烟、盐等的小颗粒，火山和微生物、小水滴、冰晶等。

气溶胶粒子的作用：

有利的作用：

水汽凝结核。

不利的作用：

阳伞效应；影响植物的光合作用；污染大气。

1、干空气：

N2、O2、CO2、O3、Ar

2、水汽：

H2O

3、气溶胶粒子：

固体杂质和液体微粒，大气污染物:

SO2、CO等

第二节大气的分层（Atmosphericlayor）

大气在垂直方向上一般分为五层，自下而上称为：

对流层、平流层、中间层、电离层和散逸层（电离层和散逸层又可成为热层）。

大气50%的质量集中在离地面5.5km以下的层次内，36～1000km的大气层只占大气总质量的1%。

大气的垂直结构如图（p13）。

大气可垂直分层为：

对流层（Troposphere）：

是大气的最低层，其厚度随季节变化。

低纬厚，高纬薄；夏季厚、冬季薄。

厚度为8～18km。

对流层的厚度同整个大气层相比，虽然十分薄，不及整个大气层厚度的1%。

但大气质量的3/4和全部的水汽都集中在此层。

云、雾、雨、雪、风等主要大气现象都发生在该层中。

它是天气变化最为复杂的层次，因而也是对人类生产、生活影响最大的一层。

对流层的主要特征：

（1）气温随高度的增加而降低。

（2）空气具有强烈的对流和乱流运动。

（3）气象要素水平分布不均匀。

平流层（Stratosphere）：

平流层位于对流层顶到距地面约50～55km的高度。

平流层也是地球大气中臭氧最集中的地方，所以该层又称臭氧层。

平流层特征：

（1）气温随高度的上升而上升

（2）空气以水平运动为主，气流平稳，非常适合航空飞行。

（3）水汽含量极少，天气晴朗。

中间层（Mesosphere）：

从平流层顶到距地面85km。

气温随高度的增加迅速降低。

也称高空对流层。

热层（热成层,Thermosphere）暖层、高空电离层。

热层的主要特征：

（1）气温随高度的增加而迅速增加

（2）空气处于高度的电离状态，有很强的反射无线电波的能力。

第三节大气的基本物理性质（Basicprinciplesofphysics）

一、主要的气象要素

1、气压2、温度3、湿度

二、状态方程P＝ρRT

第二章太阳辐射（SolarRadiation）

本章主要内容：

1、熟悉辐射的基本概念、辐射的基本特征量、辐射的基本定律；

2、掌握太阳辐射强度、太阳高度角、太阳辐射光谱、太阳常数的概念；

3、了解大气对辐射的吸收、辐射在大气中的减弱规律、辐射的日变化和年变化规律；

4、理解和掌握日照时间长短的概念及变化规律；

5、了解光合有效辐射、地面有效辐射的概念；

6、掌握光合作用强度、光补偿点、光饱和点、植物光周期现象的概念及它们在农业生产上的应用。

第一节辐射的一般知识

（GeneralKnowledgeofRadiation）

一、辐射的概念（ConceptofRadiation）

1、定义：

物体以电磁波或粒子的形式放射或输送能量的过程。

2、辐射的波动性：

电磁波谱电磁波按波长不同顺序排列，称为电磁波谱（Electromagneticwavespectrum）。

λ*ν=3*108ms-1

3、辐射的粒子性（Particleness）

粒子（量子-quantum）的概念：

微观世界的某些物理量不能连续变化而只能以某一最小单位的整数倍发生变化，这些最小单位就称为该量的量子。

如电子是量子，每个量子的能量为：

E=h*ν

h=6.63*10-27尔格.秒

二、辐射的基本定律（Basiclaws）

定义：

a=1的物体为黑体，

即a=const<1的物体为灰体。

1、斯蒂芬--波尔兹曼定律（Stefan-Boltzmann）

E=σT4

σ=5.67*10-5尔格.厘米-2.开-4

意义：

黑体表面的辐射强度E，与其表面绝对温度T的4次方成正比。

2、维恩（Wien）位移定律λmax=c/T

C=2.898*10-1厘米.开

意义：

物体的温度愈高，它向外放出辐射光谱中具有最大能量所对应的波长愈短。

第二节大气上界的太阳辐射

（SolarRadiationonupperatmosphere）

一、太阳的光源来源：

氢原子的聚合反应

二、太阳常数（Solarconstant）So和太阳辐射光谱（spectrum）

当日地处于平均距离时,在地球大气上界,垂直于太阳光线方向,单位时间内单位面积上接收到的太阳辐射能,就称为太阳常数,记为So

　So＝1.96卡.厘米－２分－１

＝1367W.m-2

＝1.4105Lux（lx）

三、太阳视运动

1、太阳高度角（Solarelevationangle）的定义：

太阳光线与地平面之间的夹角，称为太阳高度角。

规定：

0°≤h≤90°

2、太阳高度角的计算方法

某地（φ）、某日（δ）、某时（t）的太阳高度角为：

Sinh=SinφSinδ+CosφCosδCost

特别地，t=0°时，h=90°-φ+δ

3、太阳赤纬（δ）

太阳直射地球的位置（直射点），用太阳赤纬δ来表示。

它在数值上与当地的地理纬度相等。

-23.5°≤δ≤23.5°

4、昼夜形成和日照长短

（1）昼夜形成（Thecauseofdayandnight）

昼：

受光的半球夜：

背光的半球

（2）日照时间长短（Sunshineduration）：

昼长（日照时间）：

日出到日落的时间。

（3）昼夜长短随季节（时间）、纬度的变化：

对北半球（φ）≥0°（N）

夏半年（δ≥0°，22/3—22/9）

各地日照时数均≥12小时，且纬度愈高，日照时间愈长，北极圈以内为永昼。

冬半年（δ≤0°，23/9—21/3）

各地日照时数均≤12小时，且纬度愈高，日照时间愈短，北极圈以内为永夜。

5、到达大气上界的太阳辐射光谱

第三节太阳辐射在大气中的减弱

一、大气对太阳辐射的吸收（absorpition）

1、O3和O2的吸收

O3：

吸收0.2—0.32μm的紫外辐射，O2：

吸收小于0.2μm的远紫外辐射。

2、水汽的吸收（包括云层）:

吸收最强在0.93—2.85μm的远红外辐射。

3、CO2的吸收

主要吸收4.8μm附近的辐射。

大气共吸收了太阳辐射的19％，其中：

O3和O2吸收3％，水汽吸收13％，CO2吸收3％。

二、散射作用（scattering）

1、散射的定义：

光束在媒介中传播时，部分光线偏离原传播方向而分散传播的现象。

2、引起散射的原因：

（1）媒质密度不均匀；

（2）媒质中存在其它物质的微粒

3、散射定律

根据散射质点直径D和入射辐射的波长λ的相对大小，把散射分为：

分子散射和粗粒散射

（1）当λ＞＞D，称为分子散射；

此时，单个微粒的散射辐射强度与波长的4次方成反比。

（2）当λ≈D，称为粗粒散射；散射质点对各波长辐射的散射能力一致。

三、反射作用（refection）

就全球平均情况来说，进入大气的太阳辐射，约有20％被云层等反射。

第四节到达地面的太阳辐射

（SolarRadiationofreachingtheearth’ssurface）

1、大气量m

当h=90°时，定义大气层的厚度为一个大气量，即m=1，且当太阳高度角为h时，

定义：

m=1/sinh=csch

2、大气透明系数p

定义:

太阳辐射穿过一个大气量后的太阳辐射强度S1与大气上界的太阳常数S0

之比，称为大气透明系数，

即p=S1/S0

3、太阳辐射穿过m大气量后，到达垂直于太阳光线表面上的太阳辐射强度Sm

由p=S1/S0得：

S1=S0p

p=S2/S1得：

S2=S1p=S0p2

所以：

Sm=S0pm

４、到达地面上的太阳辐射能S′

S′=Smsinh=S0pmsinh

第五节地面辐射差额

（Radiationdeficitontheearth’ssurface）

一、地面辐射（earth’ssurfaceradiation）Ee

二、大气辐射（atmosphereradiation）Ea

三、地面有效辐射（effectiveradiationofearth’ssurface）Fe

地面有效辐射Fe是指地面辐射Ee与大气逆辐射Ea之差。

Fe=Ee–Ea

四、地面辐射差额（Radiationbudgetontheearth’ssurface）

地面辐射差额是指某一物质表面上辐射能的收支差值。

收入：

（S′+D）（1-α）+Ea

支出：

Ee

地面净辐射R:

R=（S′+D）（1-α）+Ea-Ee

=（S′+D）（1-α）-Fe

第六节太阳辐射与生物（livingthings）

一、太阳辐射强度（intensity）与植物生长发育

1.植物的光合作用强度.光饱和点.光补偿点

（１）光合作用（photosynthesis）强度

定义:

　单位时间内单位叶面积上合成有机物量或同化CO2的量,就称为光合作用强度．

单位：

mg．s－１．cm－２

（2）光饱和点（lightsta

定义：

太阳辐射强度增加到一定程度时，光合作用强度不再增加，这时的光照强度称为光饱和点.

（3）光补偿点

定义：

太阳辐射强度减弱到一定程度后，光合作用产物与呼吸消耗量相等，这时的太阳辐射强度称为光补偿点.

2.太阳辐射强度与作物生长发育和品质的关系

不同的作物、作物在不同生育期对光照的要求不同。

营养生长需要相对的弱光；

繁殖器官生长需要强光。

3.光的强度对园艺植物的影响

不同的园艺植物对光照的要求不同。

果树一般需要强光；叶菜需要相对的弱光；根据花卉对光照强度的不同要求，可把花卉四大类：

（1）阳性花卉喜强光，不耐阴，必须在全日光照下，才能正常生长发育。

如一串红、鸡冠花、一品红、桃花、梅花、月季、米兰、海棠、菊花等，这些花卉如光照不足，会造成枝叶徒长、组织柔软不充实、叶色变淡、难于开花或开花不良。

（2）光中性花卉不喜强光，稍能耐阴，在光照充足或微阴下可以生长良好。

如桂花、夹竹桃、棕榈、苏铁、樱花等。

（3）阴性花卉适于光照不足或散射光条件下生长的花卉，要求遮阴度保持在50％，不能忍受强光直射。

如杜鹃、山茶、马蹄莲、万年青等及观叶植物。

（4）强阴性花卉要求遮阴度达80％左右，不能适应强烈的光照，如兰科和蕨类等种类。

二、太阳辐射时间长短与植物生长发育

１、植物的光周期（photoperiod）植物在长期的生长发育过程中，对昼夜长短产生反应，在一年的特定时间开花、结果、落叶、休眠等，统称为植物的光周期现象。

２、根据作物开花结果对光照时间的要求，把作物分成长日照作物、短日照作物和光中性作物。

（1）长日照作物、花卉

如小麦、大麦、燕麦、甜菜、菠菜等，需要每天12个小时以上的光照才能开花。

长日照作物一般原产高纬（温带）。

长日照花卉如绣球花、紫罗兰、凤仙花、金鱼草等，需要每天12个小时以上的光照才能开花。

长日照花卉在夏天开花，一般原产高纬（温带）。

（2）短日照作物、花卉

晚稻、大豆、棉花等，如果在发育期每天只有10—13小时的光照，就能加快发育，提前开花；反之，日照时数超过13小时，就会推迟开花甚至不开花。

短日照作物一般原产热带或亚热带。

短日照花卉：

菊花、一品红、蟹爪兰等，如果在发育期每天只有8—12小时的光照，就能加快发育，提前开花；反之，日照时数超过12小时，就会推迟还花甚至不开花。

短日照花卉一般原产热带或亚热带。

（3）光中性作物、花卉它们对日照长短并不敏感，只要生长正常，就不影响开花。

如早稻、月季、紫茉莉、石竹、仙客来、天竺葵等。

三、太阳辐射光谱与植物生长发育

１、叶绿素a和叶绿素b的吸收光谱

２、光周期的一般作用光谱

３、不同光谱成分对植物的影响

（1）λ﹥1000nm被植物吸收转化为热能，不参予生化作用。

（2）λ：

720--1000nm对植物伸长起作用，并可控制开花和果实的颜色。

（3）λ：

610--720nm被叶绿素强烈吸收，光周期作用最强，光合作用也较强。

（4）λ：

510--610nm表现为低的光合作用和弱的成形作用。

（5）λ：

400--510nm被叶绿素和叶黄素强烈吸收，表现为强的光合作用和成形作用。

（6）λ：

310--400nm起成形作用，如使植物变矮、叶变厚等。

（7）λ﹤310nm对大多数植物有害。

四、光对昆虫的影响

1、光的强度主要影响昆虫的昼夜节律行为、交尾、产卵、取食、栖息等，并和趋性强度有关。

根据昆虫生活与光照强度的关系，将昆虫的昼夜生活习性分为四大类：

（１）白昼活动，如蚜虫，蝶类，蝇类。

（２）夜间活动，如夜蛾科幼虫金龟甲科等。

（３）黄昏或晨曦活动，如三化螟，玉米螟，小麦吸浆虫等。

（４）昼夜活动，如某些天蛾，天蚕蛾成虫等。

2、光照周期对昆虫的作用据研究，有几百种昆虫的滞育与光周期变化有关。

3、不同光谱成分对昆虫的影响　棉铃虫，烟青虫对３３００埃的紫外光趋性强，而梨小食心虫趋集于蓝光和紫色光，蚜虫则趋集于黄光。

第三章气温和土温

第一节物质热量交换方式和热特性 

一、物质热量交换的方式

1、分子热传导

2、辐射热交换

3、流体的各向流动热转移

4、潜热热转移

小结：

（1）土壤内部热量交换的主要方式是分子热传导；

（2）大气和海洋内部热量交换的主要方式是流体的各向流动热转移；

（3）地面和大气之间热量交换以辐射为主；

（4）潜热输送对天气过程的形成、演变起重要作用。

二、热特性

1、热容量

（1）重量热容量S：

单位质量的物质温度变化1℃时所吸收或放出的热量。

单位：

卡·度-1·克-1

（2）容积热容量C：

单位体积的物质温度变化1℃时所吸收或放出的热量。

单位：

卡·度-1·厘米-3

两者的关系：

C=S·ρ

2、导热率λ

定义：

单位厚度间、保持单位温差时，其相对的两个面在单位时间内,通过单位面积的热量。

单位：

卡·厘米-1·秒-1·度-1

3、导温率

第二节土壤、水层和空气的温度变化

温度周期性变化的特征，常用：

（1）温度的日较差、年较差

（2）温度最大值、最小值出现的时间来表示。

一、土壤温度的变化

１．土壤温度的日变化特点：

（1）土表温度最大值出现在午后、最小值出现在日出前。

（2）表层土壤温度日较差最大，土壤深度愈深，温度日较差愈小，土壤深度40厘米以下，温度日变化基本消失。

（3）土壤深度每增加10厘米，温度最大值、最小值出现的时间落后2.5--3.5小时。

2．土壤温度的垂直分布特点

（1）放热型（01时）；

（2）清晨转变型（09时）；

（3）受热型（13时）；

（4）傍晚转变型（19时）。

3、土壤温度的年变化特点：

（1）纬度愈高，温度的年较差愈大；

（2）表层土壤月平均温度的最大值出现在7月，最小值出现1月；

（3）随土壤深度的增加，温度的变幅减少，10米以下的土壤，已为常温层；

（4）土壤深度每增加1米，月平均温度最大值、最小值出现的时间落后20—30天。

二、水体温度的变化

１．水体的物理特性

（1）水具有最大的热容量

（2）水是辐射的半透体

（3）水的流动性大

（4）潜热热交换大

２．水层的温度变化特征：

与土壤温度变化类似，但变幅较小。

三、低层大气温度的变化

1、气温的日变化

2、气温的年变化

3、气温的非周期变化

4、气温的垂直分布

（1）在对流层内，平均情况下，高度每增加100米，气温降低0.65℃；

（2）逆温：

气温随高度增加而升高的现象；

（3）农业生产对逆温的利用：

清晨喷洒农药，能使其均匀落在植株上；

熏烟雾防霜冻时，使烟雾弥漫在低层。

第三节温度与作物

一、作物的三基点温度

三基点温度是指作物在生长发育过程中遇到的最低温度、最高温度和最适温度。

作物种类

最低温度

最适温度

最高温度

小麦

3--4.5

20--22

30--32

玉米

8--10

30--32

40--44

水稻

10--12

30--32

36--38

油菜

4--5

20--25

30--32

牧草

3--4

26

30

棉花

13～15

28

35

二、周期性变温对作物的影响

1、在一定的范围内，白天温度高，光合作用强；夜晚温度低，呼吸作用消耗小，即温差大，有利于有机物的积累，并使产品的质量高。

2、利用昼夜温差，可控制植株的高度；温差大,植株的节间长度增加；减少温差，或在温室中使用负温差，可矮化植株（国外已应用在一品红、秋海棠、菊花、百合花花卉等的生产上）。

三、作物水分临界期作物对水分供应最敏感的时期，称为作物水分临界期。

这一时期水分供应对作物产量影响很大。

四、农业指标温度

1、农业指标温度是指对农业生产有指示意义的温度，又称界限温度。

2、几个重要的指标（界限）温度

（1）0℃--土壤冻结与解冻；

（2）5℃--早春作物播种、多数树木开始生长；

（3）10℃--多数作物生长活跃；

（4）15℃--喜温作物积极生长。

五、积温

1、积温的概念：

植物某一发育时期或整个生长期高于某一温度（通常取生物学最低温度）的日子的日平均气温总和，称为植物在此期间的积温。

2、积温的计算方法

（1）活动积温Y

Y=∑ti（ti＞B）

（2）有效积温A

A=∑（ti-B）（ti＞B）

式中，Y---活动积温

A---有效积温

ti---第i天的日平均气温

B---生物学下限温度（三基点温度的最低温度）

积温的单位为：

日·度

3、积温的应用

（1）鉴定各地的热量资源（常用年活动积温）；

（2）预测预报植物生育期及病虫害；

（3）可作为作物与品种特性的一个重要指标，在种子鉴定证书上标明作物与品种从播种到开花、成熟所需的积温。

应用举例：

例一：

水仙从浸泡根球到开花需大于10℃的有效积温250日·度，若浸泡后日平均气温为20℃，问水仙从浸泡到开花需多少天？

解：

根据A=∑（ti-B）

有：

250=∑（20–10）=N（20–10）

温度（℃）

0

10

20

30

饱和水汽压（hpa）

6.1

12.3

23.4

42.5

即：

N=25（天）

答：

水仙从浸泡到开花需25天。

例二：

根据积温法则，控制昆虫发育速度。

玉米螟赤眼蜂的发育起点温度为5℃，从卵到成虫需有效积温235日·度，若求28天后放蜂，应放在什么温度下饲养赤眼蜂可在28天后按时放蜂。

解：

根据积温法则：

A=N*（T–B）

可计算出所需温度：

T=A/N–B

T=235÷28+5=13.3℃

答：

应放在13.3℃的温度条件下饲养赤眼蜂可在28天后按时放蜂。

例三：

国槐尺蠼卵放在19℃和17℃两种温度下观察，得知它们发育成幼虫的日期分别为8天和4.5天。

求昆虫国槐尺蠼的发育起点温度。

解：

在第一种温度条件下：

A=N1（T1–B）

在第二种温度条件下：

A=N2（T2–B）

由上两式整理出：

B=（N1T1–N2T2）/（N1–N2）

B=（8*19–4.5*27）/（8–4.5）=8.5℃

答：

昆虫国槐尺蠼的发育起点温度为8.5℃

第四章大气中的水分

第一节水的三态变化和空气湿度

一、水的三态变化和饱和水汽压

1、水的三态和相变原理

（1）大气中的水分，可以以固态、液态、气态存在，水分处于哪种形态，取决于其温度。

（2）相变原理水的相态变化，实质上是水分子运动状态的反映。

设：

N—表示离开水面，变成水蒸汽的水分子数

n—表示进入水层，成为液态水的水分子数

则：

N>n时，为蒸发过程

N=n时，空气中的水汽达到饱和状态

N

2、饱和水汽压

（1）定义：

在一定的温度条件下，一定体积的空气所能容纳的水汽分子的数量是有一定限度的，如果水汽含量恰好达到此限度，就称为饱和空气，饱和空