农业气象学笔记总结.docx

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农业气象学笔记总结

农业气象学

绪论

一、气象学的概念与研究内容

1、气象学的概念与产生、发展

2、气象学的研究范畴与研究内容

3、气象学的研究方向

a、根据研究范畴分：

b、根据研究方向分：

4、应用气象学的发展与划分

二、气象学的应用

1、防灾减灾

人类所面临的灾害，大部分属于气象或气候灾害，有效和准确地预报、预测灾害性天气、气候发生、发展的规律，有助于防灾减灾。

灾害主要与水分条件有关，如干旱、洪涝、阴雨等，其次与温度（热量）有关，如高温干旱、低温冷害、冻害等，还有大风等灾害。

2、美化环境与各种规划

气候条件决定生态环境特点，对环境规划、城市规划以及生态规划等均有用处。

3、提高经营效益

良种选育与引种、病虫害防治、农产品的收获储存与运输，等

第一章大气

一、大气层在气象研究范畴中的地位

二、大气的组成

1、干洁大气和正常大气

干洁大气是指除去大气中的可变成分后的大气。

大气中可变成分包括水气、固体杂质、液体杂质、气溶胶等，在某些情况下还可以包括CO2等成分。

正常大气是指在自然状况下的大气。

正常大气中的可变成分会随时间和条件的变化而发生一定，从而使得大气也存在微小变化。

干洁大气随高度的变化也存在一定的变化，但组分稳定，可以作为“单一成分”的气体对待，近似于理想气体。

干洁大气中影响人类活动的成分：

O2、N2、CO2、O3，等

2、大气中的重要成分

水蒸气、温室气体（如CO2、CH4等）、颗粒性杂质（如粉尘、液滴、气溶胶等）、O3等

a、CO2

CO2的温室效应：

CO2的循环：

CO2的变化：

日变化、年变化、多年变化趋势（MaunaLoa站的资料，夏威夷19.5°N，155.6°W）

b、水蒸气：

此处略，放第四章中讲述

c、大气中的杂质

气溶胶：

作用有作为凝结核、影响大气能见度、造成污染，等

d、大气污染

大气污染的分类：

从形态分：

气体、固体、液体污染

从形成过程分：

自然污染、人为污染

从化学性质分：

酸性、碱性、中性

气象在环境污染中作用：

气象条件对污染的发生、发展、危害具有重要意义

三、大气的分层

大气层在中立作用下分为五层结构：

对流层、平流层、中间层（高空对流层）、暖层、散逸层

1、对流层

高度分布：

与地理纬度有关，低纬地区约18~20km，中纬地区约10~18km，高纬地区约8~10km。

a、对流层的产生：

b、对流层的特点

对流层占大气层物质总量的80%以上和几乎全部的水蒸气；空气垂直对流强烈；温度随高度升高而降低；温湿度水平分布不均匀

产生这些特点的原因：

对流层大气的主要能量和组成变化均来自于地面，从而形成从地面向高空的物质和能量梯度，并在能量梯度的作用下，形成物质和能力的垂直交换。

c、对流层内部的分层问题

d、对流层逆温现象与逆温层

2、平流层

气温随高度的升高而升高，上下之间物质和能量交换困难，交换和空气的运动以水平运动为主，即平流

四、气象要素与描述大气状态的参数

1、气象要素

温度、压强、湿度、风、蒸发、云、能见度、日照、天气现象

2、主要气象要素

a、气压

气压即空气中各组分分压之和

标准大气压的规定：

北纬45°、海平面上、气温0℃的大气压强，数值为：

b、温度

温度的表示方法：

摄氏、华氏和绝对温标

摄氏：

以水的三相点作为0℃，水的沸点作为100℃，中间100等分

华氏：

以水的三相点作为32°F，水的沸点作为212°F，中间180等分

绝对温标：

以物体不发射电磁波的温度为0K

三者的换算关系：

b、湿度（略讲，主要放“水分”章讲）

饱和水汽压

湿度的表示方法：

直接表示：

绝对量：

绝对湿度、水汽压

相对量：

比湿、相对湿度

间接表示：

露点（温度）、饱和差

d、风

风向、风速

五、大气状态方程（略）

理想气体状态方程

干空气的状态方程

湿空气的状态方程

第二章辐射

第一节辐射基础

一、辐射的度量

数量表示：

光量子数

能量表示：

焦耳/m2

波长表示：

长波、短波

二、基尔霍夫定律

意义：

在温度不变情况下，物体对一定波长的电磁波的辐射率

和吸收率

的比值为一常数

三、韦恩位移定律

2897/2884=λT

用途：

红外测温仪的原理

四、黑体辐射（斯蒂芬-波尔兹曼）定律

黑体辐射定律：

E（λ）=δT4

灰体辐射定律：

E（λ）=σδT4

物体对辐射的作用：

吸收、透射、反射：

与波长、物体物理特性、电磁波物理特性（如波长、不同波长光的比例等）有关

第二节太阳辐射

（辐射变化放在总结中，对比讲述）

一、日地关系与二十四节气

地球公转一周为一年，把该圆周24等分，得24节气。

近日点在冬至后，远日点在夏至后。

地球公转平面与太阳赤道平面夹角为23°27’，此决定了南北回归线、南北极圈的位置，以及天文季节。

二、太阳辐射光谱与太阳常数

1、太阳辐射光谱

光谱：

以横轴为波长分布、以纵轴为能量的多少为坐标建立坐标系，在坐标系内建立某种电磁波的能量随波长分布的曲线。

该曲线即光谱。

相对于不同的主体，有太阳辐射光谱、地面辐射光谱等。

光谱的分类：

吸收光谱、发射光谱，等

太阳光谱：

以横轴为太阳辐射的波长分布、以纵轴为各波长能量的多少为坐标建立的坐标系。

反映太阳能随波长的分布状况。

太阳光谱有两个：

大气上界的太阳光谱，是太阳的发射光谱，其谱线与太阳活动状况密切相关，基本稳定；到达地面的太阳光谱，是经过大气层衰减后的太阳的发射光谱，其谱线除与太阳活动状况有关外，与地球大气层的状况关系更密切，多数情况下光谱不稳定。

2、太阳常数S0

太阳常数需要有三个条件：

日地平均距离上、大气上界、垂直于太阳光线的平面上。

这三个条件保证了太阳常数的数值在所有可测量到的数值中最大，从而使数据具有可比性。

太阳常数的测定：

最初：

选择晴天、在高处、利用人造黑体，不同的人测量的结果有较大的差异；现代：

利用人造卫星，在外空直接测量，数据基本稳定，不稳定处多数由于太阳活动变化导致。

三、太阳高度（角）、昼长与大气上界太阳辐射量

1、太阳高度（角）：

较完整的表述：

地球表面某点的切平面与照在该点上的太阳光线之间的夹角

可参考的表述：

太阳光线与地平面（有多种表述，以地平面较准确，地表面较不准确）之间的夹角→注意：

此种表述不完整、不严密，建议不用

太阳高度公式：

由太阳高度公式可得日出、日落时间，具体计算为取sinh=0即可：

由上式计算出

值即可。

2、昼长

可照时数：

日出与日落之间，即两次太阳高度为0°之间的时间长度。

实际日照时数：

一日中，某地能够接收到的实际太阳光直射时间长度。

日照百分率=可照时数/实际日照时数×100%

光照时间=可照时数+曙幕光时间

光周期现象：

日照长短与引种：

长日植物、短日植物、中性植物

长日植物：

在生命周期中需要一段日照时数不短于9小时才能完成生命史的植物，如水稻

短日植物：

在生命周期中需要一段日照时数不长于14小时才能完成生命史的植物，如大豆

中性植物：

在生命周期中对日照时数没有特别要求的植物

由于人为影响，自然选择而形成的光周期现象也会发生一定的变化，有的甚至完全消失。

这也说明生物具有很强的适应性。

3、大气上界的太阳辐射量

对太阳高度公式进行积分即可得到太阳辐射的日总量、年总量等。

日总量：

年总量：

我国日总量的分布特点：

冬季南高北低，夏季南北差异较小，与纬度关系密切。

思考题：

与温度分布的关系。

我国年总量的分布特点：

呈单波分布，波峰在夏至月，波谷在冬至月

四、太阳辐射在大气层中的减弱

吸收：

与不同物质的吸收特性有关，如：

分子的选择吸收与波长有关，有所谓“大气窗”形成；颗粒（粉尘、胶体等）的吸收与波长无关，对辐射全部吸收

散射：

散射：

分子散射、粗粒散射

散射定律：

其中：

：

散射量；

：

入射量；

：

常数；

：

波长；a：

空气质点半径；

：

与空气质点粒径有关的常数，根据空气质点粒径的大小取0、1、2、3、4，在

时，

取4，散射为分子散射（或瑞利散射）。

此规律可以解释天空颜色问题（具体描述作为作业）。

反射：

散射中射象外空的部分。

从本质上说，散射与发射没有区别，只是一个问题的两个方面。

五、到达地面的太阳辐射

1、大气质量m

描述辐射通过大气层的路径长度与大气层厚度之间关系的量，是一个无量刚量。

大气质量：

大气层的平均厚度即一个大气质量，太阳光线所通过的大气质量是指太阳光线在大气层中通过的距离与大气层厚度的比值，因此，大气中质量直接取决于太阳高度。

大气质量的表达式为：

大气质量与太阳高度的关系：

m=csch，其中h：

太阳高度。

2、大气透明度系数

大气透明度：

描述大气层透明状况的物理量。

大气透明度系数：

或

公式中：

：

第m个大气质量的大气透明度系数；P：

大气透明度系数；Sm、Sm-1：

透过m、m-1个大气质量的太阳辐射量；s、ds：

太阳辐射量、太阳辐射量的极限值；m、dm：

大气质量、大气质量的极限值。

影响大气透明度的因素：

吸收、反射、散射状况，也即大气层的基本物理状况。

另外，决定大气透明度系数有波长、大气质量等。

不同波长的光的折射、散射不同，所以单色光之间、单色光与全波光之间的大气透明度系数不完全相同。

平均大气透明度系数的计算：

3、Beer减弱规律：

S=S0Pm

4、到达地面的太阳辐射组成

a、直接辐射

直接辐射（定义）：

直接辐射强度的计算：

（通量密度）

直接辐射量的计算：

日总量：

年总量：

直接辐射的日变化与年变化：

日变化取决于地球的自转和太阳赤纬，年变化取决于地区的公转和黄赤交角

直接辐射随纬度、天况、地形等的变化：

b、散射辐射（天空辐射）

散射辐射（定义）：

散射辐射强度的计算：

（通量密度）

散射辐射的日变化与年变化：

日变化取决于地球的自转、太阳赤纬以及一日内的天况，年变化取决于地球的公转、黄赤交角以及一年内的平均天况

散射辐射随纬度、天况、地形等的变化

c、总辐射

总辐射=直接辐射+散射辐射

总辐射的变化规律取决于直接辐射和散射辐射的变化规律。

变化包括时间变化、空间变化。

随时间的变化主要是日变化和年变化，日变化取决于地球的自转和太阳赤纬，年变化取决于地球的公转和黄赤交角

随空间的变化：

南北方向（纬向）的变化、东西方向（经向）的变化、随地形的变化、随天况的变化

总辐射量可以利用仪器观测，在缺少仪器时可以采用经验公式计算，如计算晴天总辐射量的伯尔简特（Berljand）公式：

其中：

为晴天的总辐射通量密度；s0为太阳常数；f为根据纬度、季节变化的常系数。

6、植物表面截获的直接辐射量

与植物叶片的密度、倾角、状态都有关系

密度：

叶片密度问题包括合理密植和科学管理两方面。

种植密度过密、过稀均对效益不利。

过密：

透光差，下层叶片光合作用弱或无法进行光合，造成死苗、弱苗、分蘖少，单产低，总产低；过稀：

不影响单株光合，单产高，单总产低。

科学光力管理则在于适时、合理摘除部分无法进行光合的叶片，以提高物质积累。

倾角：

叶片倾角影响光的分布与吸收。

状态：

叶片的生理状态对植物的光合影响巨大。

在管理时应适时摘除衰老叶片。

7、到达地面的太阳辐射光谱

由于大气的吸收和散射，到达地面的太阳辐射光谱有很大的变化。

（具体问题前已经讲述，此处仅作简述即可）

直接辐射：

散射辐射：

8、太阳辐射与植物生长

a、生理辐射

生理辐射：

能够使植物生理发生反应的太阳辐射，这类生理反应包括：

伸长、物质合成与积累、生育，等

生理辐射的波长区域较大：

280~1000nm

b、光合有效辐射