农学类《气象学》复习资料.docx

1、农学类气象学复习资料绪论一、气象学的研究对象：大气圈专门研究大气中物理现象和物理过程的学科气象学二、气象学分为三个部分：大气物理学、天气学、气候学。三、农业生产与气象的关系：1、它作为自然资源为农业生产直接或间接的提供它们所需要的能量与物质。2、农业生物的生命过程必然要受到气象条件的有利与不利的影响。3、通过气象条件对外界其他因子的作用，从而综合影响农业生产。4、气象条件中光、热、水、气等因子的不同组合对农业生产会有不同的影响。四、农业气象学的研究对象和任务：（一）农业气象学的研究对象：农业气象学是研究农业生产中所有气象问题及其解决途径的一门科学。（二） 农业气象学的任务：1、对农业气候资源进

2、行分析、利用和区划。2、确定农业气象指标，根据指标鉴定气象条件对农业生物生长发育和产量的影响。3、研究农业气象灾害发生规律及防御措施。4、开展农业气象测报、预报和情报的服务工作。5、农业与气候的调节、利用和改造研究。五、 农业气象学的研究方法：1、平行观测法 2、地理播种法 3、分期播种法 4、地理分期播种法5、人工气候法 6、气候分析法 7、统计分析法和图解分析法8、气象卫星遥感、地理信息系统和全球定位系统技术的应用第一章 大 气1 大气圈概述一、大气的组成：干洁空气 + 水汽 + 固体杂质 + 液体微粒 = 大气1、干洁空气：除掉水汽、固体杂质和液体微粒的混合空气。作用：干洁空气中对天气和

3、气候影响明显的有CO2、O3两种气体。 CO2最大特点：对太阳辐射吸收很少，主要吸收和放射长波辐射。对大气有增温作用，被称为“温室气体”。 地球之上的臭氧层如同保护伞：O3吸收太阳紫外辐射，阻止过多紫外线到达地球。2、水汽：其来源于下垫面，因而越靠近地面水汽含量越多。作用：水汽是造成天气变化的基础，具有成云致雨的作用。能强烈吸收地面辐射，同时向周围放出长波辐射，有保温作用。在水相变化中吸收、放出热量，对地面和大气的热状况有一定作用。3、固杂：尘埃、尘土、污染粒子等。4、液微：主要以云、雾的形式存在于空气中。包括过冷却水滴、冰晶、云滴，二、大气的结构：垂直分为五层： 对流层：为云、雾、雨、雪发生

4、的主要层次，是气象学研究的重点层次，但不足大气厚度的1，平均厚度为十几km。三大特征：气温随Z升高而降低，气温直减率= -dT/dz；气象要素水平分布不均匀；对流运动强。一般来说，对流层厚度从赤道向两极减小，分布特点为：a.低纬度：1718km；b.中纬度：1012km；c.高纬度：89km大气层的垂直分层：2、大气与农业在大气中，对农业生产影响较大的气体成分有CO2、N2、O2、O3、H2O等。1、O2：占整个大气容积 23.15（五分之一以上），供应大气中氧的主要来源，是在海洋、湖泊等水体表面的浮游生物藻类。 氧是一切生物生存和消失的基本保证，被人们称为“有生命的气体”。2、CO2：二氧化

5、碳是植物光合作用制造有机物的主要原料。植物在光合作用中吸收二氧化碳，又通过呼吸作用释放出二氧化碳。1）增加CO2浓度，可以延缓叶片衰老，使叶片有较长的时间维持较活跃的光合作用，这对作物增产是有利的。2）增加CO2浓度将增加叶片水份散失时气孔的阻抗，提高单位用水所产生的生物量，故在缺水的地区，增加CO2将起到增产的效果。3、 N2：占整个大气容积 75.52（34以上），雷电是制造天然优质的“氮肥厂”。 据测算，一场大雷雨能制造 45 万吨优质氮肥，全年雷雨可制造氮肥 1000 万吨以上。 氮能降低大气氧浓度，缓减氧化作用，并为植物生长时不可缺少的养料。全球每年可从大气中得到 250 万吨氮。3

6、、主要的气象要素气象要素是指表示大气中物理现象的物理量。如：气压、温度、湿度、风向、风力、云、能、天、降水、日照等。1、温度： 表示空气冷热程度的物理量。1）摄氏温标（）：01002）绝对温标（K ）：273373 K （绝对零度273 K ）3）华氏温标（ ）：很少国家用（美国）32212 三种温标换算： C59（F32） F95C32 KC+2732、气压：任一高度的气压就是在这个高度上单位面积所承受的大气柱重量：P=Mg/A=Mg。1）单位：百帕（hpa）或毫巴（mb）、mmHg、大气压1百帕=3/4mmHg；1个大气压=1013.3hpa。2）大气静力学方程：条件是在铅直方向上大气无运

7、动。dP= -gdz该方程表明了气压随高度的变化，负号表示dP与dZ实际上方向相反。3、湿度：表示空气潮湿程度或水汽含量多少的物理量。(1) 水汽压和饱和水汽压：水汽压e：大气中水汽所具有的压强。单位同气压，mb、mmHg饱和水汽压E：在一定温度下，单位体积的空气所能容纳的最大水汽压强。et，e与温度成正比。e=RT；Et，也与温度成正比。（2）相对湿度f：f=e/E100，e与E要在同温下的比值才是f。f反应了空气距离饱和的程度。f=100时， e=E，空气达到饱和。（3）饱和差d：d=E e 在温度相同时，E与e的差值。d也反应了空气距离饱和的程度：d=0时，空气饱和；d0时，空气过饱和；

8、d0时，空气未饱和（4）露点温度Td：空气中水汽含量不变，气压一定时，降低温度，使空气饱和，达到饱和时的温度就叫Td。 一团干空气与一团湿空气在同温下共存，哪一团空气的Td更高？水汽含量愈多，Td愈高（欲达到饱和需降低温度的度数愈少），反之亦然。第二章 辐 射1 辐射的基本知识（一）什么是辐射：1、定义：自然界所有物体都以电磁波的形式时刻不停地向外放射能量，这种放射形式称为辐射，放射的能量称为辐射能，又称辐射。2、辐射能以波长分类：（1）可见光：0.760.4um，可分为红七色光（2）紫外光：0.4um（X射线、射线等）（3）红外光：0.76um（无线电波）3、气象学中研究的辐射能：太阳辐射：

9、0.154um，为短波辐射；地、气辐射：3120um，为长波辐射。（二）物体对辐射的吸收、反射、透射：Qa+Qr+Qd=Q；Qa/Q+Qr/Q+Qd/Q=1；a+r+d=1 a：吸收率；r：反射率；d：透射率不同物体对不同波长的吸收、反射、透射各不相同。能全部吸收所有波长的辐射的物体我们称之为黑体：a 1（三）辐射差额（R）：在一定时段内，物体吸收的辐射能量与放出的辐射能量的差值。R=收入-支出R0，收支，热量赢余；R0，收支，热量亏损；R=0， 收=支，热量平衡。（四）有关辐射的基本定律（自学）：1、基尔霍夫定律：（1）定律：在一定温度下，任何物体对一定波长的放射能力与吸收率之比为一常数。

10、即：ITb= IT/ KT T：同温同波长相比（2）推论：对于同一物体：放射能力强的，吸收能力也强。对于同一物体：在一定温度下吸收一定波长的能量，则在相同温度下，也同时放射这种波长的能量。一个非黑体的放射能力与吸收率之比等于在同温度下黑体的放射能力。2、斯蒂芬玻尔兹曼定律（专门研究黑体）：黑体的放射能力与绝对温度的四次方成正比： ETb=T：玻尔兹曼常数，=5.6710-8 W/m2K4 黑体放射能力随温度升高而升高。已知温度时，可以计算该黑体在同温度下的放射能力3、维恩位移定律（黑体）：黑体放射能力极大值所对应的波长与其表面绝对温度成反比。mT=C=2897K2 太阳辐射一、太阳辐射光谱和太

11、阳常数：1、太阳辐射光谱：太阳辐射中辐射能量按波长的分布。主要波长范围是：0.154um。2、太阳常数I0：在日地平均距离时，大气上界在垂直于太阳光线的单位面积上单位时间内所接受的太阳辐射能量。I0=1.95卡/cm分=1367W/m2二、太阳辐射在大气中的减弱：1、吸收作用：大气吸收后变为自身能量。2、散射作用：大气中的质点对太阳辐射的散射。没有变成质点自身的能量。3、反射作用：大气中云对太阳辐射的反射作用最强，反射率平均为5055。大气对太阳辐射减弱:反射散射吸收三、到达地面的太阳辐射：（45）总辐射（Q+q）1、直接辐射Q：太阳以平行光的形式直接照射到地面。（1）影响Q大小的因子：太阳高

12、度角h与大气透明度。所以h小，Q小；h大，Q大。大气透明度好，Q到达地面多。（2）Q的时空分布规律：取决于h的大小。时间分布：年变化：冬季h小，Q小；夏季h大，Q大。 日变化：晨昏Q小，正午Q大。空间分布：低纬度Q大，中、高纬度Q小。2、散射辐射q：影响q的因子是Q：Q增大，q增大。所以一年内夏季q最强，一天内正午q最强。3、总辐射：Q+q，主要取决于h：（1）日变化：中午12点达到最大，晨昏最小。（2）年变化：夏季强冬季弱。（3）空间变化：纬度愈低，总辐射愈大。根据北半球的情况，有效总辐射的最大值出现在20N。我国总辐射值大小，受地形、天气气候不同影响，呈非规律分布。西藏（藏北高原、柴达木等

13、地）最高：669 794KJ/cm2a青海、新疆、内蒙、黄河流域（西北、华北）次之： 501669KJ/cm2a长江流域和大部分华南地区：376501KJ/cm2a四川盆地最少：376KJ/cm2a四、地面对太阳辐射的反射：投射到地面的辐射，并非完全被地面吸收，其中一部分被地面所反射。陆地海洋；干土湿土；平整粗糙；浅色土深色土，雪地反射率最大。3 地面和大气的辐射一、地面、大气的辐射和地面有效辐射：（一）地面辐射（Eg）：地面以长波辐射的形式，将所吸收的热量传给大气。据统计，约7595%的地面长波辐射，被近地表4050m大气吸收，并又以长波辐射形式将热能向上一 层一层传给更高一层大气，以此加热

14、大气温度。（二）大气逆辐射（Ea）：大气以长波辐射的形式向地面传输的能量就是大气逆辐射。据测算，大气的逆辐射使气温提高了38C功不可没。（三）地面有效辐射（F0）：1、定义：地面辐射与地面吸收的大气逆辐射的差值。F0=Eg-Ea；Eg：地面辐射，：地面吸收系数，Ea：大气逆辐射。2、物理意义：地面通过地气之间长波辐射交换而净损失的热量。二、辐射差额及热量平衡：（一）地面辐射差额：1、定义：地面吸收的太阳总辐射与地面有效辐射的差额。 Rg=（Q+q）（1-）-F0 ：地面对太阳辐射的反射率；（Q+q）（1-）：收入部分；F0：支出部分2、温度效应：Rg0，地温升高，Rg0，地温降低。3、时间变化

15、：昼正夜负；夏季大，冬季小，有时冬季出现负值。4、空间变化：随纬度升高，冬季Rg为负的月份增长。（二）地气系统的辐射差额：1、定义：Rs=（Q+q）（1-）+qa F2、随纬度分布：Rs在35N35S之间为正值。 辐射差额的分布现状是产生大气环流（空气运动）和洋流（水流运动）的根本原因，并使全球辐射的热能和温度常年保持近于平衡状态。（三）大气的辐射差额：Rg=（Q+q）（1-）-F0Rs=（Q+q）（1-）+qa-FRa=Rs-Rg= qa- F+ F0=（qa+F0）- F Ra0所以全球来讲，热量是从较低纬度地区向较高纬度地区输送，从下垫面向大气输送。（四）地球热量平衡模式：太阳辐射射入全

16、球每年每cm2的面积上的能量位262千卡/cm2年，将此能量分作100个单位，这100个单位的能量进入大气圈后，对于宇宙空间、地面、大气、短波、长波的收支热量都平衡。（P40图）4、辐射与农业太阳能是地球上一切生命活动最主要的能量来源，到达地球上的太阳能最主要的作用是产生光效应和热效应。一、光照长度对作物生长发育的影响：1、光周期现象： 定义：在不同地区和不同季节里，白天光照和夜晚黑暗的交替与它们的持续时间对植物的开花有很大影响的现象称为光周期现象。根据植物对光周期的不同反应，可分为短日性植物与长日性植物。 临界日照长度：长日性植物要求不短于某个标准，短日性植物要求不长于某个标准，否则，它们都

17、只能保持营养生长状态而不开花结实，这个时数标准称为临界日照长度。一般为1214小时光照2、光照长度在农业上的应用：（1）引种：纬度和海拔高度相近的地区相互引种时，由于光、温条件大致相同，一般生育期变化小，引种易获成功。（2）育种：在杂交育种时，若父、母本花期不遇，可以采用人工光照处理，人为延长或缩短光照长度，促使花期相遇。（3）其他：利用日照的影响来控制发育期出现的迟早，可防御或躲过农业气象灾害。 利用日照长度来促进营养器官生长而提高产量。 二、光照强度对作物生长发育的影响：1、光饱和点：当光照超过一定限度时，光强再增强而光合作用不相应增强，这个一定限度的光强值称为光饱和点，这一现象称为光饱和

18、现象。2、光补偿点：光照强度如有减弱，当降到光合作用和呼吸作用的气体交换相等时，即光合强度和呼吸强度处于平衡时，此时的光强称为光补偿点。三、不同光谱成分对植物的影响：1、紫外光：170400nm，290400nm时，为植物必需的光，可抑制植物伸长而使植物变矮。2、可见光：400700nm，是植物进行光合作用，合成有机物的主要光线3、红外光：7007000nm，对植物的作用主要表现在热效应上，一般不能或很少被植物吸收。光合有效辐射：通常将绿色植物光合作用所吸收的太阳辐射称为生理辐射，又称为光合有效辐射。光合有效辐射占到达地表面的太阳总辐射的50。四、光能利用率及提高途径：1、光能利用率：单位面积

19、作物收获物中所包含的能量与该单位面积上的光合有效辐射能量的比值。Ep=HW/QPAR100Ep：光能利用率；H：单位干物质所放出的热量（卡/g）W：单位面积上作物收获物的干物重(g/m2)QPAR：作物全生育期单位面积上的光合有效辐射量（cal/m2）2、提高光能利用率的途径：（1）培育高光效的作物品种，要求作物具有高光合能力、低呼吸消耗；（2）采取合理的栽培措施，适当密植，提高绿叶面积系数；（3）改善水、肥、热、气等外界条件，使之利于作物光合产物的积累运输；（4）充分利用生长季，延长光合作用时间，采取间套复种，以增加复种指数；（5）通过育种和先进栽培技术措施提高经济系数；（6）适当采取人工调

20、节措施，控制作物开花、衰老等。第三章 温 度1、大气温度一、空气的增温和冷却：可分为绝热变化和非绝热变化两种情况。（一）气温的非绝热变化：和外界有热量交换而引起的空气内能变化称为非绝热变化。六种方式：传导、辐射、对流、湍流、平流、蒸发与凝结。同一时间的某气块（团）温度变 化，常常是以上五种作用共同结果产生，只是哪个为主或次，需依实际情况有所不同。（二）气温的绝热变化：由于外力作用，使气块体积膨胀或压缩引起内能的变化。1、绝热过程：在气象学中，任何一个气块，在和外界没有热量交换而状态发生了变化的过程。（1）干绝热过程：空气在绝热过程中没有水相的变化。（2）湿绝热过程：饱和湿空气块垂直运动的过程。

21、2、干绝热直减率和湿绝热直减率：（1）干绝热直减率d：干空气块或未饱和湿空气块，在垂直升降运动中，每升高或降低单位距离引起的温度变化值。d=-（dTi/dz）d， d =0.985/100m1/100m气温直减率=-dt/dz和d完全不同。（2）湿绝热直减率m：饱和湿空气块每上升或下降100m时，气温的变化值。m=-（dTi/dz）m湿绝热直减率永远小于干绝热直减率：md二、大气静力稳定度：1、气象学中，大气稳定度的三种情况：（1）空气团受力移动后，逐渐减速，并有返回原来高度的趋势，我们就称这时的气层，对于该气团而言，是稳定的气层。（2）空气团受力移动后，逐渐加速，并有远离原来高度的趋势，我们

22、就称这时的气层，对于该气团而言，是不稳定的气层。（3）如果空气团在外力作用下，既不加速，也不减速，则这时的气层，对于该气团而言，是中性气层。2、何谓大气稳定度：表示受外力作用后的气团，在当时的大气层中是否安于原来的层次，是否易于发生垂直运动，是否易于发生对流的程度。3、判别大气稳定度的基本方法：结论：d：当时的大气层对于该气团而言是稳定的大气；=d：当时的大气层对于该气团而言是中性的大气；d：当时的大气层对于该气团而言是不稳定的大气。湿绝热过程同理。4、层结曲线与状态曲线：（1）层结曲线：表示周围大气温度垂直变化的曲线，也叫线。（2）状态曲线：表示气块温度随高度变化的曲线，也叫d（ m ）线。

23、（3）湿绝热线永远位于干绝热线的右方。（4）大气稳定度的判定：用层结曲线与状态曲线的相对位置来判定。5、综合结论：（判断大气稳定度的综合方法：）越大，大气越不稳定，越小，大气越稳定，如很小，以致=0（上、下等温），或0（逆温），则大气非常稳定，以致成为对流发展的障碍。当m时，实际md时，对于任何气块，大气恒稳定，故称此时大气为绝对稳定状态。当d时，实际dm时，对于任何气块，大气总是处于不稳定状态，故称此时大气为绝对不稳定状态。 当dm时，对于饱和空气块来说，m，大气是不稳定的，对于干空气和未饱和湿空气块来说，d，大气是稳定的，大气中的这种情况称为条件不稳定状态。dm，条件不稳定三、气温随时间的

24、变化：（一）气温的周期性变化：“午热晨凉、冬寒夏暑”，是地球自转与公转造成的自然现象，形成气温日变化与年变化规律。1、气温的日变化：（1）气温日变化的特点。（2）气温日较差（T日）的概念。（3）一天中，为何Tmax不出现在太阳辐射最强的正午（12时），而出现在大约14时？（4）一天中，为何Tmin不出现在半夜，而在日出前？（5）气温日较差（T日）与纬度的关系？（6）气温日较差（T日）与季节的关系？（7）气温日较差（T日）与地面性质的关系？（8）气温日较差（T日）与天气状况的关系？2、气温的年变化：（1）气温年较差（T年）的定义？（2）气温年变化的特点？（3）年较差（T年）与纬度的关系？（4）年

25、较差（T年）与海陆分布的关系？（二）气温的非周期性变化：大气运动的影响造成了气温的非周期性变化。四、气温的垂直分布：（一）对流层中气温分布的总的情况：1、气温随高度升高而降低2、对流层中气温直减率：=0.65/100m3、受地面增温和冷却的影响，下层的随地面性质、季节、昼夜、天气条件的变化很大，可以d，也可以0（逆温）逆温：在一定条件下，对流层中会出现气温随高度升高而增温的现象。（二）各种逆温的形成过程：1、造成逆温的条件：地面辐射冷却，空气平流冷却。2、逆温对天气的影响：阻碍空气垂直运动的发展。3、各种逆温的形成过程：（1）辐射逆温：由于地面强烈辐射冷却而形成的逆温，称为辐射逆温。一般特点：

26、 晴朗无云或少云的夜间多出现。 逆温自地面开始，并且自下而上消失，具有日变化。 冬季夜长，逆温层较厚，消失也慢。 低谷和盆地易于形成。（2）平流逆温：因空气的平流冷却而产生的逆温称为平流逆温。形成过程：暖空气平流到冷的地面或冷的水面上，发生接触冷却作用而产生逆温现象。2、土壤温度一、几个基本概念：1、热容量：表示物体温度升高或降低1所需吸收或放出的热量。用C表示，单位为J/。（1）质量热容（单位质量物体）：用Cm表示，单位为J/（kg）（2）定容热容（单位体积物体）：用Cvs表示，单位为J/（m ）C（水）C（土壤）C（空气）2、热导率：当温度垂直梯度为1/m时，单位时间通过单位水平截面积所传

27、递的热量。单位是J/(ms)。（水）（土壤）（空气） 土壤的热导率大，热量容易传入深层或从深层得到热量，因而表层土壤温度变化小。3、热扩散率K：表示了在一定的热量得失情况下，土壤温度变化的快慢程度。K=/Cvs 单位：m2/s土壤热导率越大、土壤定容热容越小，则土壤热扩散率越大，土壤对热量传导越快。土壤表面不易出现极端温度，越有利于作物的生长。二、土壤温度的日、年变化：1、日变化：随着土壤深度的增加，日变化振幅（日较差）越来越小。一般土壤表面的最高温度出现在13时左右；最低温度出现在近日出时。土壤表面温度日较差的大小主要受下列因子影响：（1）太阳高度角：土壤表面温度日较差随纬度的增高而减小；夏

28、季的日较差大于冬季；（2）土壤热特性：热导率小的土壤则表层温度日较差大；热容量大的土壤，温度日较差小；（3）土壤颜色：深色土壤表面比浅色土壤表面温度日较差大；（4）地形：凹地大于平地大于凸地；（5）天气：晴天大于阴天。2、年变化：自学三、土壤温度的垂直分布：1、日射型：土壤温度随深度增加而降低，一般出现在白天和夏季；2、辐射型：土壤温度随深度增加而增加，一般出现在夜间和冬季；3、过渡型：土壤上、下层温度的垂直分布分别具有日射型和辐射型的特征，一般出现于昼与夜或冬与夏的过渡时期。3、温度与农业一、空气温度对作物的影响：1、三基点温度：（1）在作物的生命过程中，有三个基点温度，即最低温度（下限温度

29、）、最适温度和最高温度（上限温度）；（2）不同作物的三基点温度是不同的，同一作物在不同发育期的三基点温度也是不同的；（3）最适温度较接近T（最高）而远离T（最低）。2、积温：(1)积温学说及其种类：积温学说：在其他外界条件基本满足的前提下，温度对作物的发育起着主导作用，作物完成某一发育期所需要的积温基本上是一定的。1 活动积温：假设作物发育的下限温度为B，凡是大于或等于B的日平均气温均为活动温度，作物在某发育期内各日活动温度的总和为活动积温。有效积温：活动温度减去B后的温度差为有效温度。作物发育期内各日有效温度的总和即为“有效积温”。(2)积温的运用：农业气候分析：活动积温；作物发育速度所需要

30、的热量或预报：有效积温(3)农业气候中常用界限温度：0： 期间的积温可以认为是进行农事活动或农耕时期所要的热量；5： 是冬作物和早春作物的生长季节，期间积温是这些作物生长季节所需热量的指标；10：是喜温作物(水稻、棉花、花生)的生长期，期间积温是这些作物生长季节所需热量的指标；15：期间积温可作为喜温作物积极生长所要求的热量指标；20：期间积温可作为种植双季稻的热量指标。3、气温日变化对作物的影响：（1）温周期现象：在自然条件下，不论作物处在生长、开花还是结实期间，它都要求一定的昼夜温差，即温周期现象。（）气温日变化对作物生长的作用：作物的生长有日变化，在夜间和早晨生长速度往往最大。温度日较差越大，夜间温度越低（但必须高于下限温度），越有