农业气象学大纲.docx

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农业气象学大纲

农业气象学

课程编码：

xxxx

课程性质：

专业基础课程

适用专业：

农业资源与环境

学时学分：

32学时2学分

所需先修课：

高等数学、大学物理、植物学等

编写单位：

园艺学院

编写人：

xxx

审定人：

xxxx

编写时间：

xxxxx

一、课程说明

1.课程简介

本课程是以普通气象学为基础、以气候学为重点的专业基础课程，主要内容涵盖气象学、天气学、气候学（含小气候）、气象观测与气候资料整理分析等多方面的知识与技能，比较系统的论述各个气象要素在农业生产活动中的作用，是学好后续专业课的基础。

《农业气象学》是研究农业生产与环境气象条件相互关系与作用的科学，通过学习使学生系统的掌握气象、气候等方面的基本理论，为将来从事农业资源与环境相关专业的科研、生产及管理等工作打下坚实的基础。

2.教学目标要求

总体目标：

通过本课程的学习，应使学生认识大气中的各种物理现象、物理过程与成因；掌握大气运动、天气演变和气候的形成、分类与分布以及小气候形成的基本原理和规律；了解气象条件与农业生产的关系；学会气象要素和小气候观测及对观测资料进行整理分析的基本方法与技能。

知识目标：

了解大气的组成与结构特征；全面掌握各种气象要素的时空变化规律与成因；掌握气候的成因、主要气候类型与分布及中国气候的基本特征；理解小气候的概念内涵与成因，并认知温室、林地和地形小气候的特点。

技能目标：

具有一定的气象、气候观测和资料整理分析的技能；培养和锻炼学生对某地的气候或小气候进行整体分析的能力，最终达到能够利用气象学气候学知识从事农业资源与环境相关科学研究和生产实践的目的。

综合素质目标：

通过学习大气中的各种天气现象、过程和成因，使学生认识和尊重自然规律，树立科学的自然观和辩证唯物主义的世界观，并培养清晰的逻辑思维能力；通过分组进行同步气象与小气候观测，培养学生团结协作、友爱互助的精神，以及与人交流和表达个人观点、对多种要素进行综合分析的能力。

教学要求：

（1）注重学科的系统性，帮助学生从学科系统上把握系统知识；

（2）授课中注重学生学习能力、学习方法、科学思维、研究能力的培养；

（3）教学中注意详略得当，一般性、直观性知识在学生预习的基础上略讲，理论性强、较新、较难的知识详讲，一方面培养学生主动学习的能力，另一方面解决学时不足问题；

（4）教学中注意理论联系实际，把常识性知识和现象纳入教学举例，注意联系农业实际，增加知识的直观性。

3.教学重点难点

本课程的教学重点一是辐射、温度、湿度和风这四大气象要素的时空变化规律；二是各种气候类型的形成与分布规律、气候特点以及温室小气候和地形小气候的基本特征，这两方面是与农业关系最密切的气候学知识，所以是教师课堂讲授和学生学习需要掌握的重点内容。

本课程的教学难点主要是比较抽象难懂的辐射与太阳辐射、气压场、大气环流等相关的知识，为了便于学生理解和掌握这些难点知识，教学中要注意各气象要素的相关性和知识的关联性，并结合日常生活中的天气和气候现象来讲授。

4.学时分配表

章次

教学内容

理论课

学时数

实验课

学时数

第一章

绪论

1

第二章

大气

3

第三章

辐射

4

2

第四章

温度

3

0.5

第五章

水分

3

1

第六章

气压和空气运动

2

0.5

第七章

天气

2

第八章

气候

2

第九章

农业气候与小气候

4

4

小计

24

8

总计

32

5.主要教法、学法

理论教学以多媒体教学为主要授课方式，以讲授法和直观教学法为主，结合谈话法、图示法、讨论法等互动教学方法并与自学指导相结合；对于重点内容则通过课后布置思考题和作业题来强化练习，以巩固和掌握课堂教学内容。

学生学好理论课程的关键在于上课认真听讲，跟上授课教师的逻辑思路，听懂课上内容，明晰前后章节的逻辑关系及各种气象要素和气候现象之间的相互关系，从整体上掌握农业气象学的相关知识，也便于课后复习或完成课后作业。

实验教学以讲授实验方法和实地观测为主，教师以讲授法、演示法和实地指导为主要教学方法；学生应做到课前预习实验指导，课上认真听讲并积极主动进行操作演练，课后认真进行观测结果分析并完成实验报告。

6.考核方式及标准

本课程为考试课，采取期末闭卷考试+平时成绩的形式进行考核。

平时成绩主要通过平时对重点章节的课堂小测验、课后作业、实验报告及上课考勤等多种形式来综合评定。

小测验和课后作业主要考核学生对课堂知识的掌握情况；实验报告主要考查学生气象要素观测、数据整理与分析能力、实验报告的撰写规范等；考勤主要考查学生上课出勤情况。

建议期末考试成绩占课程总成绩的70%，报告成绩占课程总成绩的20%，小测验、课后作业和考勤成绩占课程总成绩的10%。

各部分的占比可适当上下浮动。

二、各部分教学纲要

第一章绪论

教学目标

了解气象学与大气科学的概念、研究对象与分支学科及气候学的概念、研究对象与任务；认识农业与气象、气候之间的密切关系，进一步明确气候学在农业资源与环境专业课程体系中的重要性和基础性，增强学生学习的积极性和主动性。

本章重点

气象、天气、气候的概念辨析；农业与气象、气候的关系。

本章难点

农业与气象、气候的关系。

教学内容

1基本概念

2气象的表示及观测

3气象学发展史

4农业气象与气象的关系

5农业气象学的研究内容、产生与发展

第二章大气

教学目标

掌握大气的组成成分及各成分的时空变化规律；了解大气的垂直结构并掌握对流层的主要特点；了解大气污染的概念、来源、主要影响因素及其对全球气候的影响。

本章重点

大气的组成成分及其时空分布规律；O3和CO2的生态作用；对流层的主要特点；温室效应。

本章难点

对流层主要特点和温室效应的正确理解。

教学内容

第一节大气的组成

1大气形成

2大气的成分

2.1干洁大气

2.2大气中的水汽

2.3气溶胶粒子

3大气污染

3.1大气污染物

3.2大气污染对全球气候的影响

3.3大气污染防治

第二节大气状态

1主要气象要素

1.1气温

1.2气压

1.3风

1.4湿度

1.5云

第三节大气的垂直结构及各层特点

1大气垂直结构

1.1分层指标

1.2垂直结构

2各层主要特点

2.1对流层

2.2平流层

2.3中间层

2.4热层

2.5散逸层

第四节大气与农业

1大气成分与农业

2大气状态与农业

3大气污染与农业

第三章辐射

教学目标

了解辐射的基本概念及基本定律；掌握太阳直接辐射、散射辐射及穿过大气层时衰减的一般规律；掌握到达地面的太阳辐射，下垫面对太阳辐射的反射，地球辐射、地面净辐射及其变化、辐射平衡效应；认识太阳辐射中光强、光时和光谱对农业生产的影响。

本章重点

太阳辐射在大气中的变化规律及其影响因子；到达地面的太阳辐射的时空分布规律。

本章难点

辐射的基本概念及基本定律；辐射平衡。

教学内容

第一节辐射的基本知识

1基本概念

1.1辐射

1.2辐射的选择性

2基本定律

2.1基尔霍夫定律

2.2普朗克定律

2.3斯蒂芬-波尔兹曼定律

2.4维恩位移定律

第二节太阳辐射

1天文辐射

1.1太阳辐射光谱和天文辐射

1.2太阳高度角

1.3可照时数

2到达下垫面的太阳辐射

2.1大气对太阳辐射的吸收

2.2大气对太阳辐射的散射

2.3大气云层及颗粒物对太阳辐射的反射

3下垫面对太阳辐射选择性吸收、反射和透射

3.1作物群体对太阳辐射的吸收、反射和透射

3.2下垫面对太阳辐射的反射

第三节地球辐射与辐射平衡

1地球辐射

1.1地面辐射

1.2大气辐射

1.3地面有效辐射

2辐射平衡

2.1地面辐射平衡

2.2地-气系统的辐射平衡

第四节辐射与农业

1光谱成分与农业生产

1.1光谱各成分对植物的作用

1.2光合有效辐射

2光照时间与植物生长

2.1光照时间

2.2植物的感光性

2.3光照时间与作物引种

3光照强度与作物生产

3.1光饱和点和光补偿点

3.2光强与光能利用率

3.3提高作物光能利用率的途径

第四章温度

教学目标

了解热量的四种传递方式及物体的热特性；掌握空气温度、土壤温度、水体温度的时空变化规律；掌握空气的绝热变化和大气稳定度判断方法；掌握基点温度、农业界限温度、活动积温、有效积温、积温在农业中的应用。

本章重点

土壤温度与空气温度的时空分布规律及其影响因子；绝热变化规律；大气稳定度。

本章难点

大气稳定度的判断。

教学内容

第一节热力学基础知识

1基本概念

1.1温度的概念

1.2内能及改变内能的方式

2热量的传递方式

2.1辐射

2.2分子传导

2.3流体热交换

2.4潜热交换

3物体的热特性

3.1热容量

3.2热导率

3.3热扩散系数

第二节物质温度

1空气温度

1.1气温的绝热变化

1.2气温的非绝热变化

2土壤温度

2.1土壤热交换方式

2.2土壤温度的垂直分布

2.3土壤温度的时空变化

3水体温度

3.1水体热交换方式

3.2影响水温变化的因子

3.3水层温度的周期性变化

3.4水温的空间分布

第三节温度与农业

1主要温度指标

1.1三基点温度或五基点温度

1.2农业界限温度

1.3生物体温

2温周期

2.1温周期现象

2.2感温性

2.3春化作用

3积温

3.1积温理论

3.2积温的种类及计算方法

3.3积温应用及其稳定性

第五章水分

教学目标

掌握空气湿度的几种表示方法及空气湿度的时空分布规律；了解蒸发、蒸散的基本规律及影响因子；掌握水汽凝结的充要条件；了解几种主要的水汽凝结物的形成过程和影响降水形成与种类；了解降水对农业的影响、作物的需水特征、提高水分利用率的措施。

本章重点

相对湿度的计算和时空变化规律；水面蒸发的基本规律与影响因子；水汽凝结及降水的条件。

本章难点

相对湿度的计算及农田蒸散量的估算。

教学内容

第一节空气湿度

1空气湿度的表示方法

1.1水汽压

1.2露点温度

1.3饱和差

1.4相对湿度

1.5绝对湿度

2空气湿度的时空变化

2.1空气湿度的空间变化

2.2空气湿度的时间变化

第二节蒸发与凝结

1蒸发与蒸腾

1.1蒸发

1.2蒸腾

1.3农田蒸散

2大气凝结与大气降水

2.1水汽凝结的条件

2.2水汽凝结物

2.3降水

第三节水分与农业

1作物的水分生理

1.1水分临界期

1.2水分关键期

2土壤水与作物

2.1土壤的水分指标

2.2土壤水对作物的影响

3降水和空气湿度与作物

3.1降水对作物的影响

3.2空气湿度对作物的影响

第六章气压和空气运动

教学目标

了解气压及气压场的分布知识、作用于大气的力及其对高低层空气运动的作用；掌握大气环流的一般规律、季风环流的特点和几种主要的地方性风；了解风对作物生产的影响，风对农业生产的不利方面及对策。

本章重点

气压的变化规律；大气环流的一般规律；季风及焚风的成因。

本章难点

等压面图与等高面图的理解；摩擦层中风的特点。

教学内容

第一节气压和气压场

1气压

1.1气压的概念

1.2气压变化的原因

1.3气压的时空变化

2气压场

2.1气压场的表示方法

2.1.1等高面图

2.1.2等压面图

2.2气压场的基本型式

2.3气压系统的空间结构

第二节空气运动

1水平运动

1.1作用于空气质点上的力

1.2空气水平运动的主要形式

2大气环流运动

2.1三圈环流

2.2季风环流

3湍流运动

3.1湍流的概念和特征

3.2影响空气湍流运动的因素

第三节气压、风对农业的影响

1气压、风和农业

1.1气压、风和果树贮藏

1.2气压、风和渔业

2风对农业生产的有利影响

2.1风对农田小气候的调节作用

2.2风对光合作用的影响

2.3风对蒸腾作用的影响

2.4风对花粉、种子传播的影响

3风对农业生产的不利影响

3.1大风对作物的危害

3.2加重土壤风蚀和干旱程度

3.3传播病虫害

3.4风沙害

3.5风沙害的防护

第七章天气与灾害性天气

教学目标

了解天气和天气系统的基本概念及几种主要的天气系统及其天气特征；掌握主要灾害性天气和农业气象灾害的成因和常规防御措施。

本章重点

气团、锋、气旋、反气旋的概念及其所带来的天气特征；霜冻、冻害、冷害的区别与联系；霜冻的防御。

本章难点

锋面气旋的成因。

教学内容

第一节天气与天气系统

1气团和锋

1.1气团

1.2锋

2气旋与反气旋2.1气旋

2.2反气旋

第二节灾害性天气与农业气象灾害

1水分异常引起的气象灾害

1.1干旱

1.2洪涝

2温度异常引起的气象灾害

2.1寒潮

2.2冷害

2.3冻害

2.4霜冻

3气流异常导致的气象灾害

3.1大风

3.2台风

第八章气候

教学目标

掌握影响气候与气候系统的基本概念，地球上主要气候带与气候型的划分及各气候带和气候型的气候特征与分布规律，熟悉掌握中国气候的基本特征。

本章重点

全球气候带和气候型的分布规律；季风气候、地中海式气候、海洋性气候和大陆性气候的主要特点；中国气候的基本特征。

本章难点

海洋型气候与大陆性气候的比较。

教学内容

第一节气候与气候类型

1基本概念

1.1气候

1.2气候系统

2描述气候要素的特征数

2.1总量

2.2平均值

2.3极值

2.4变幅

2.5频率

2.6保证率

2.7变率

3气候类型

3.1海洋性气候和大陆性气候

3.2季风气候和地中海气候

3.3高山气候和高原气候

3.4草原气候和沙漠气候

第二节中国气候

1自然地理特征

1.1地理位置

1.2自然地理特点

2气候基本类型

2.1季风气候显著

2.2大陆性气候强烈

2.3气候类型多样性

3气候资源分布

3.1光能资源分布

3.2热量资源分布

3.3日均温≥10℃的年活动积温

3.4水分资源的分布

第九章农业气候与小气候

教学目标

掌握小气候的概念与特点；了解小气候与大气候的差别及小气候的分类；理解小气候形成的主要影响因素及活动面与活动层的概念内涵；掌握温室小气候与地形小气候的特点；了解农田小气候和林地小气候的特点。

本章重点

小气候的概念与特点，温室小气候与地形小气候的基本特征。

本章难点

对活动面与活动层的正确理解。

教学内容

第一节农业气候资源

1基本概念和特征

2主要数量指标

2.1光能资源

2.2热量资源

2.3水分资源

3农业气候生产潜力

3.1光合生产潜力

3.2光温生产潜力

3.3气候生产潜力

3.4农业气候生产潜力的分布规律

4中国农业气候资源和生产潜力的分布

第二节农业气候区划

1概念与方法

2中国农业气候区划

第三节农业小气候

1基本知识

1.1小气候

1.2农业小气候

2农（林）地小气候

2.1太阳辐射

2.2温度

2.3湿度

2.4风和CO2

3温室小气候

3.1太阳辐射

3.2温度

3.3湿度

3.4CO2

4其他类型小气候的气象效应

4.1不同覆盖的气象效应

4.2喷洒化学制剂的气象效应

4.3风障的气象效应

4.4地形小气候

4.5水域小气候

实验部分

实验一太阳辐射与日照的观测

教学目标：

学会数字式辐射热计、照度计和暗筒式日照计的原理和观测方法；通过实地观测印证朗伯定律和可见光在太阳直接辐射、天空散射辐射和总辐射中比率的变化规律。

重点：

测定原理和测定方法，辐射热计和照度计的使用方法。

难点：

往返平行观测方法的正确理解和规范应用。

实验学时：

2学时

教学内容：

数字式辐射热计、照度计和暗筒式日照计的原理和使用方法；太阳高度角的测定；太阳总辐射强度、直接辐射强度和散射辐射强度的测定和光照强度的测定；印证“朗伯定律”和可见光在散射辐射中所占的比例较大的规律；日照百分率的计算。

实验二空气温度和土壤温度的观测

教学目标：

了解常用温度表的构造原理，学会气温表和土温表的安装与观测方法掌握温度观测资料的整理方法与积温的计算方法。

重点：

温度表的安装与使用方法；积温的计算方法。

难点：

地面温度表与曲管地温表的正确安装方法。

实验学时：

0.5学时

教学内容：

各类气温表和土温表的构造原理和使用方法；温度观测资料的整理和积温的计算。

实验三空气湿度、蒸发与降水的观测

教学目标：

了解干湿球温度表、通风干湿表、毛发湿度计、自记湿度计测湿的原理，掌握测湿方法与计算方法，包括熟练掌握有关湿度的查算；了解雨量器和小型蒸发皿的原理与使用方法。

重点：

干湿球温度表和通风干湿表的测湿原理与使用方法；湿度查算表的使用方法与练习。

难点：

干湿球温度表和通风干湿表的测湿原理；气压值与湿球温度订正值之间的关系。

实验学时：

1学时

教学内容：

干湿球温度表和通风干湿表的测湿原理与使用方法；湿度查算表的使用方法与练习；毛发湿度表和毛发湿度计的测湿原理与使用方法；雨量器和小型蒸发皿的原理与使用方法；分别用干湿球温度表和通风干湿表实际观测实验室的空气湿度。

实验四风和气压的观测

教学目标：

学会气压计、三杯风向风速表和热球式微风仪的构造原理和使用方法；初步掌握目测风向风速的方法和风玫瑰图的绘制方法。

重点：

观测仪器的使用方法；风玫瑰图的绘制方法。

难点：

风玫瑰图的绘制。

实验学时：

0.5学时

教学内容：

气压计、三杯风向风速表和热球式微风仪的构造原理和使用方法及室外的观测练习；风玫瑰图的绘制。

实验五温室小气候的观测

教学目标：

掌握温室小气候观测方案的设计方法、基本的观测方法和观测资料的初步统计方法及常用图表的制作方法；通过实地观测，印证在寒冷季节在白天一定时段内，温室内部的温、湿、风、光的空间分布规律及其与室外相应气候要素的差异。

重点：

测定原理和测定方法；观测结果分析。

难点：

测点位置的正确选择和观测程序的正确使用。

实验学时：

4学时

教学内容：

温室小气候的测定原理及小气候观测方案的设计方法与观测步骤；小气候观测资料整理和分析的一般程序；实地观测，探究和印证温室小气候的空间变化规律。

三、教材及教学资源

使用教材：

姜会飞.农业气象学（第二版）.北京:

科学出版社,2013.

参考书：

[1]段若溪,姜会飞.农业气象学（第一版）.北京:

气象出版社,2003.

[2]李有,任中兴,崔日鲜.农业气象学.北京:

化学工业出版社,2012.

[3]周淑贞.气象学与气候学（第三版）.北京:

高等教育出版社,1997.

[4]王绍武,赵宗慈,龚道溢等.现代气候学概论.北京:

气象出版社,2005.

[5]齐文虎.农业气象.郑州:

河南科学技术出版社,1994.

教学资源：

本课程的理论教学需要多媒体教室与教学设备；实验教学需要实验室有温、湿、风、光、气压、降水等气象观测仪器；校园或学校周边有典型的温室等实践教学场地。