农业气象学.docx

1、农业气象学一、绪论 气象：发生于大气中的物理现象及物理过程。 气象学：研究发生于大气中的物理现象及其过程，总结其发生发展变化规律，并运用这些规律对未来天气做预测预报的科学。二、大气1、干洁大气定义：指的是去除水分及固液态杂质的大气常定成分。组成成分：主要由氮气和氧气组成，还有少量的二氧化碳、氩气、其它微量等。2、干洁大气在环境中的作用（1）氮气：a、生物体的主要组成成分之一，参与生命活动的全过程。大气中的氮元素进入生物体的途径：大气放电过程及生物固氮。b、大气中性质比较稳定的气体，稀释氧浓度，稳定大气的组成及结构，保护生物体的生存。（2）氧气：a、生物体的主要组成成分之一，参与生命活动的全过程

2、。b、氧气主要起氧化作用，通过有机物的氧化释放能量供生命活动所需。（3）臭氧：吸收中短波紫外线；杀菌消毒；降低作物产量和品质。（4）二氧化碳：a、温室效应。b、光合原材料3、大气中的水分来源：地表潮湿物体的蒸发蒸腾，并随气流向周围扩散。分布：高温潮湿地区含量高，低温干燥地区含量低；地表含量高，高空含量低。在大气中的作用：a、水汽是大气中常温常压下唯一能发生相态变化的成分；b、水汽是大气中能量传递的重要载体；c、具有强烈的温室效应。4、大气中的杂质组成：灰尘、烟粒、盐粒、花粉、孢子、微生物、悬浮的液滴、冰晶等。来源：自然源与人工源。在环境中的作用：a、吸收、阻挡太阳辐射；b、对地面起保温作用；c

3、、参与水汽凝结，为其凝结核；d、对生物生长发育有较大危害；5、大气的污染定义：污染：某些物质的增加使得环境中原有的平衡被打破，称造成了环境污染，这些造成污染的物质称污染物。种类：含C类、含N类、含S类、含Cl类、粉尘、各类有机物、重金属颗粒等大气污染物对环境的影响：a、对农业的影响：SO2、HF、NOx、Cl2、HCl等；b、酸雨与酸雾；c、温室效应：CO2、CH4、NOx等。6、大气的分层厚度：a、物理上界：大气中发生的物理现象的最高高度，约1200Km。b、临界高度：相当于星际物质密度的高度，约3000Km。分层（根据不同高度上温度分布、成分、电荷等物理性质的差异来分）a、 对流层厚度：随

4、对流强弱而不同，对流强则厚度大。物理性质：1.温度随高度的增加而降低；平均0.65/hm；2.对流强烈；3.温湿度等气象要素水平分布不均匀，常发生大规模的平流现象；4.约拥有3/4的大气质量及几乎全部的水汽。b、平流层范围：对流层顶到约55Km高度空气层。特点：1.温度随高度的增加而增加； 2.臭氧浓度较高，有一臭氧层存在；3.水汽含量极少，偶尔会凝结成云；c、中间层厚度：55Km85Km；特点：1.温度随高度的增加而降低，到顶部可达-100；2.顶部在白天出现电离现象，夜晚消失；d、电离层（暖层）高度：85Km800Km特点： 1.空气呈高度电离状态；2.温度随高度急剧增加，到300Km处，

5、温度可达1000，再上，温度增加不明显；3.反射无线电波；4.空气非常稀薄；e、散逸层（外层）高度：800Km3000Km；特点：1. 温度很高，在1000以上；2. 高度电离；3. 粒子不停地向宇宙空间逃逸；三、辐射1、辐射：物体以电磁波形式传递能量的一种方式。（1）自然界中任何物体都在不停地向外发送电磁辐射（2）电磁辐射传播不需要任何介质2辐射能与辐射强度（1）辐射是以光子形式存在的，每一光子的能量为：e h hC/式中h为普朗克常数：6.63*10-34 J.s每个光子的能量很小，实际应用中常用摩尔光量子为单位，1摩尔光子称作1爱因斯坦（Ei）（2）表示辐射强弱的物理量称作辐射强度。按照

6、辐射方向的不同，可以有不同的称呼： 辐出度：从物体表面向外发送的辐射，单位面积上单位时间内发送的辐射能称辐出度。 辐照度：某表面单位时间内单位面积上接受周围物体向其发送的辐射能。 辐射通量密度：单位时间内穿过空间单位面积的辐射能。 3、辐射的吸收、反射和透射自然界的物体对于到达其表面的辐射能一部分吸收，一部分反射，部分可以透过物体。即： Q总 Q吸Q反Q透。等式两边同除Q总，去除量纲， 则分别表示吸收率、反射率和透过率。a r d 1 4、有关辐射的基本定律 （1）Stefan-Boltzman 定律 表达式： E T4 E为黑体的辐射强度，T为其表面温度，为Stefan-Boltzman常数

7、。 5.67 * 10-8 w/m2k4。 （2）Wein定律 描述的是物体辐射能量的主要分布波段范围。 表达式：max 2897/T T：物体表面温度，max：最大单色辐射波长 5、地球的公转与自转（1）地球围绕太阳公转，公转轨道面椭圆性，称为黄道面。（2）太阳处于椭圆的一个焦点上，另一焦点在太阳边缘。（3）地球公转一周称一回归年，为365.2422个太阳日。（4）近日点距太阳1.47亿公里，远日点距太阳1.52亿公里，平均距离为1.50亿公里，称一个天文单位。（5）地球自转轴与公转轨道面成6633，形成地球上季节的变化。 二十四节气：春雨惊春清谷天，夏满芒夏暑相连。秋处露秋寒霜降，冬雪雪冬

8、小大寒。6、经纬度和时区（1）为标定地球表面任一点的具体位置设定经纬度；（2）把经过地轴的平面与地球表面的交线称经圈，经圈被南北极点一分为二为两个半圆，称作子午线或经线；（3）将通过英国伦敦格林威治天文台旧址的子午线定为本初子午线，即0经线，向东的称为东经，向西的称西经。（4）把垂直于地轴的平面与地表面的交线称作纬圈；（5）经过地心的垂直于地轴的平面与地表面交线为赤道，定义为纬度0；（6）赤道以北的称北纬，以南的称南纬；（7）地表任一点的纬度为该点与地心连线与赤道面的夹角。（8）以太阳直射本地经线定义为地方时12点（9）以0经线时间为基准，东西各7.5的区域为0时区，向东西各增加15为一个新的

9、时区，分别为东一区、东二区、西一区、西二区，该区域内时间以中间经线时间为其区时，相邻时区时间相差1小时，东边的早，东西十二时区重叠。7、太阳辐射（1）太阳辐射能量随波长的分布称太阳辐射光谱。（三个区：紫外线区7、可见光区50、红外线区43）（2）单位时间穿过单位面积的太阳辐射能称为太阳常数。数值上约13677 w/m2（3）大气上界，太阳辐射产生的平均光照强度为1.351.4105lx，称太阳光量常数。 （4）太阳高度角指太阳平行光线与地平面的夹角。（h正午90+其中为纬度，为赤纬，23.5） 赤纬：太阳直射点的地理纬度，北半球为正，南半球为负（5）日照时间：从日出到日落所持续的时间称可照时间

10、。 实际上，由于大气的折射作用，实际日长比理论日长要略长，这种差异随纬度的增加而增加，我们将其称作曙暮光。（6）实际上，由于地形、植被、天气等因素，实际得到的日照时间要少得多，我们将实际得到的日照时间称作实照时数，它与理论上得到的日照时间（可照时间）的比值称日照百分率。 8、大气对太阳辐射的减弱（1）大气对太阳辐射的吸收作用、散射作用、反射作用(减弱的作用) 吸收作用 大气把太阳光谱中0. 29m以下的紫外辐射几乎全部吸收了。 大气中吸收太阳辐射的物质主要是氧、臭氧、水汽和液态水，其次是二氧化碳、甲烷、一氧化二氮、尘埃等。散射作用 光波在遇到大气分子或气溶胶粒子等时，便会与它们发生相互作用，重

11、新向四面八方发射出频率与入射光的相同，但强度较弱的光(称子波)，这种现象称光散射。 分子散射具有选择性，它的散射强度与入射光的波长四次方成反比。所以，不同入射光被散射的比例差别很大。（为什么晴朗天空呈蔚蓝色？） 当散射粒子的尺度与入射光波长可比拟时(例如飘尘粒子对可见光的散射)，散射光的强度分布不对称而是分布复杂，称为米散射。米散射（粗粒散射）没有选择性，所以入射光与散射光在光谱组成上是一致的。（雾的颜色） 散射对太阳辐射减弱作用强烈，使得直射光一大部分变成了散射光，即天空辐射（或称散射辐射）； 反射作用 大气中云层和较大颗粒的埃尘能将太阳辐射中的一部分能量反射到宇宙空间去。其中反射最明显的是

12、云。不同的云量，不同的云状，云的不同厚度所发生的反射是不同的。直接辐射自太阳表面发射，未被大气散射而直接到达地表的太阳平行光的辐射强度称直接辐射。影响直接辐射数值大小的主要因素有：太阳高度角、大气透明度、大气质量数散射辐射大气对太阳辐射的散射作用而使部分部分辐射自天空到达地表的称散射辐射。影响散射辐射数值变化的因素：太阳高度角、大气透明度总辐射直接辐射和散射辐射之和称总辐射。到达地表的太阳辐射，一部分被地面吸收，其余的被地面反射回大气层，而透过的量可以忽略不计。地面反射量的大小（地面反射率）与地表的性质相关9、长波辐射 （1）地面有效辐射：地面一方面通过长波辐射向大气传递热量，同时，接收大气的

13、逆辐射。地面长波辐射与大气逆辐射被地面所吸收的部分之差称地面有效辐射。（2）地表净辐射：地面吸收的太阳短波辐射与地面有效辐射的差值，称地表净辐射(或地表辐射差额)。 影响净辐射大小的主要因素：为太阳短波辐射，地面有效辐射由于地温和气温的变化不大，对其影响较小，所以太阳短波辐射强弱的日变化和年变化基本上就决定了净辐射的日、年周期变化。 年净辐射量随纬度的增加而减小，极圈内常为负值 （3）地面辐射平衡 地面获得的平均净辐射一般都大于0，但地球并没有因此使地表温度持续上升，因为获得的能量用于了加热空气、蒸发水汽等，就总体来说，全球能量是平衡的。 辐射平衡表达式： RnH+LE+G 辐射平衡各因子占净

14、辐射能的比例的高低是决定一个地方小气候的物理基础。 例：沙漠与绿洲小气候的差异 10、辐射与农业生产 （1）光合有效辐射：太阳辐射中对植物光合作用有效的光谱成分。（叶绿素：红光640660纳米、蓝紫光430450纳米） （2）光合光量子通量密度：单位时间通过单位面积的光合光量子数，数值单位是 mol/m2.s，测量仪器为光量子辐射仪。 （3）植物的光补偿点和饱和点：植物在进行光合作用的同时，也在进行着呼吸作用，当一定光强下的光合积累与呼吸消耗相平衡时，称此光强为植物的光补偿点；在光补偿点以上，随着光照强度的增加，植物的净光合速率逐渐增大，但当光强达到一定程度时，净光合速率达到稳定甚至下降，此时

15、的光强称光的饱和点。 （4）植物的光照类型： 阳性植物：菠萝、剑麻、腰果、香茅、桉树、芒果等阴性植物：兰花、凤梨、棕榈藤、益智、砂仁、香草兰等耐荫植物：香蕉、橡胶、生姜、咖啡等（5）光周期现象：植物的开花时间受到白天与黑夜、光照与黑暗的交替及其时间长度的影响，这种现象称植物的光周期现象。（6）植物的光周期类型：长日照植物（温带）、短日照植物（热带、亚热带）、日中性植物（四季豆、西红柿、早稻等）（7）光能利用率：作物固化的太阳能与生长期间到达田间的太阳能的比值。固化太阳能：燃烧值经济产量（生物学产量、同化量等）太阳辐射能：总辐射、光合有效辐射（8）提高光能利用率途径：选择优良品种合理的种植制度和

16、种植方式：间作套种、密度、行向行距等水肥管理：营养均衡环境调控 （9）引种 纬度相近地区间引种，成功的可能性较大； 短日照作物：南种北引，生育期延长，后期的低温对于其花芽分化及开花影响很大，可能造成其不能开花结果；北种南引，生育期缩短，影响产量。 长日照作物：北种南引，延长生育期；南种北引反之。 引种要考虑收获物为营养体还是果实。 引种要坚持试种的原则。 事例：假稻种的原因（光照强度）四、温度 1、有关温度的统计量：气温、水温、土温、体温、平均温度、极端温度、日较差、年较差。 2、气温（1） 气温是指离地面1.50米气层的平均温度。（2） 气层的平均温度：由于大气是流动的，所以小范围内空气温度

17、是相对均匀的，只要保证空气是自由流通的即可认为任一点的气温为其平均温度。 3、土壤温度（1）土壤的流动性很差、成土母质和含水量及其上植被等各有不同，因此，土壤温度不象空气温度那样相对均匀，即没有代表性，而且垂直梯度很大，所以，不能说笼统说某地土壤温度，而要具体说明某地点某深度的土壤温度。（2）一般我们所说的土壤温度指的是020cm土层的温度，分别测定其0、5、10、15、20cm深度的土壤温度。（3）土壤温度对植物种子的萌发、根系的生长、土壤微生物的繁殖、土壤生物的活动以及土壤理化性质的变化等都会产生直接影响，是农业生产十分关注的环境因子。4、水温（1）水温影响到水中藻类、水生生物、水体的理化

18、性质等（2）水温的变化程度介于空气温度和土壤温度之间，它没有空气流动性强烈，但相对土壤来说，其均匀性要好得多。 5、体温（1）体温即生物体表的温度，对于生物体来说，体温是直接反映其生理状态的外在特征。（2）体温包括植物的叶温、茎干温度，动物的体表温度等，目前应用较多的是叶温。（3）植物的叶温受环境和自身生理状况影响，不同个体差异较大，常用叶气温差来表示叶片的生理活动状况。 6、日平均温度 （1）以每天北京时02h、08h、14h、20h的温度值的算术平均来表示。 （2）温度值以正点百叶箱中玻璃温度表的测定值为准，如果没有02h的观测数值，以自动观测值来替代，若没有自动观测值，也可以用下式的计算

19、结果来替代：t02（前一天t20今天tmin）/2（3） 主意事项：想取样要均匀、不同的统计方法得到的数据不具有可比较性、需要有说明。7、极端温度：包括极端最高（低）温度、某时段内最高（低）温度、平均最高（低）温度。8、日较差：一天中最高温度和最低温度的差值，或称之为温度日变幅。影响日较差大小因素：纬度、季节、地形、土壤性质、天气9、年较差：一年中，最热月的平均温度和最冷月的平均温度之差。10、土壤的热特性（1） 热容量(cv)：单位容积土壤温度变化1所吸收（放出）的热量(J.m-3.-1)称作容积热容量。分析比较疏松与板结、潮湿与干燥土壤温度的变化情况。（2） 导热率()：在单位温度梯度的两

20、个界面间，单位时间通过单位面积的热能，称作导热率(J.m-1.s-1.-1)。解释说明：霜容易形成于哪些地方，为什么？土壤成分容积热容量导热率导温率106J.m-3.-1J.m-1.s-1.-110-6m2.s-1固体2.052.430.82.80.391.15空气0.00130.02116水4.190.590.1511、土壤表面热收支状况在地面热量平衡中，假定土壤热通量密度分为表面热收支与深层热通量，则该表达式可以写作：RBSt(1-r)RlnGHLEG+GdHLEGSt(1-r)RlnGdHLE则：tG/Cv显然，当G0时，地表温度增加，反之当G0，地表温度降低。12、影响土表温度变化的因

21、素 影响到达地表的总辐射数值大小的因子： 纬度、季节、不同时刻、大气透明度、坡度、坡向 影响地表反射率的因子： 颜色、植被、土壤含水量 影响地面有效辐射的因子： 地表温度、空气温度、云状、云量、空气中尘埃 影响土壤热通量大小的因子： 土壤类型、土壤湿度、空隙度、土层温度垂直梯度 影响地表蒸发速度的因子： 土壤湿度、空气湿度、地表风速、地形、大气压 影响显热通量大小的因子： 气温垂直梯度、风场、空气湿度 13、土壤温度的变化（1） 日变化：一天中温度变幅即日较差，随纬度、地形、季节、离海远近、土壤性质、天气等而不同。（2） 年变化：土温的年较差大小主要决定于太阳辐射能的年变化，随着纬度的增加，年

22、较差变大；另外也随着离海远近而有一定的差异，沿海小而内陆较高。（3） 垂直变化：土温随深度的增加，其振幅减小、位相落后，到某深度后，其日（年）较差为0称为日（年）恒温层14、分子热传导（1） 热传导指的是物质系统（气体、液体或固体），由于内部各处温度不均匀而引起的热能（内能）从温度较高处向温度较低处输运的现象。（2） 土壤间热量传递以热传导方式为主，而空气间这样传递量很小，一般可以忽略，但在研究边界层的热量流动时需要重点考虑。15、对流与平流（1） 对流：空气的垂直运动成为对流。按照成因可以分为自由对流（热力对流）和强迫对流（动力对流）两种。对流是基层大气能量流动的重要方式，同时也是水汽和污染

23、物质、灰尘等输送的最主要途径。（2） 平流：指空气的水平方向运动或其运动的水平分量。平流形成的原因主要是由于水平方向气压的不均匀（实际上是由于温度场的不均匀造成的），空气从高压向低压方向运动，所以，平流是不同温度空气团的位置交换，与对流相类似，在平流的同时发生热量、水汽等的交换，地表空气的热量流动基本上是通过这种方式实现的。16、蒸发与凝结（1） 蒸发将地面热量通过水汽输送到高空，再通过凝结而释放，也可通过结露（霜）等形式将热量输送到地表。（2） 蒸发输送的热量相当惊人，地表约有一半的热量是通过这种形式来输送的。（3） 蒸发与凝结调节着地表的温度，使地表温度变化和缓，如无霜的霜冻要比有霜的霜冻

24、对作物伤害更大。（4） 水汽的蒸发与凝结也是有些天气系统（如热带低压、台风）等存在和加强的基础。17、湍流（1） 空气的不规则运动称为湍流（乱流）。湍流一般发生于边界层空气与下垫面之间的相对运动。这种运动是边界层热量交换的重要方式。 18、温度的垂直变化 对流层空气温度随离地面高度的增加而降低，平均来说，每升高100米，降低0.65； 气温垂直梯度：每升高1hm，空气温度下降的数值。 形成这种温度分布的原因？ 问题：温度下高而上低会不会产生自由对流？ 临界气温垂直梯度：1/hm。即当每升高100米气温下降超过1时，可发生自由对流，而小于这个数值时，气层是稳定的。 如气温垂直梯度小于0，表面随高

25、度的增加气温在增加，在对流层中发生这种现象称为逆温，发生逆温的气层称逆温层。19、逆温的原因及种类、意义（1） 辐射逆温：由于下垫面夜间强烈辐射而形成的。（2） 平流逆温：暖平流到达冷的下垫面，由于热交换而形成。（3） 山地逆温：山区夜间山顶冷空气下滑迫使谷中暖空气抬升而形成。（4） 锋面逆温：冷暖气团相遇，在其交界面形成。 逆温对于农业生产的意义：利用逆温现象防霜冻（熏烟，逆温层空气层结稳定）； 喷洒农药； 作物种植地块的选择； 昆虫的迁徙与逆温。20、温度对农作物生长发育的影响 影响作物的分布界限、产量、生长期、花芽分化、光合作用与蒸腾作用21、三基点温度：最适温度、最高温度、最低温度。2

26、2、活动积温和有效积温（1）活动积温：大于或等于作物的生物学下限的日平均温度称为活动温度，活动温度的累积称为活动积温；Yti 当tiB时，取值为0（2）有效积温：活动温度和生物学下限温度的差值称为有效温度，有效温度的累积称为有效积温。Y(tiB) 当tiB时，(tiB)取值为023、积温的意义及应用v 是作物与品种特性的重要指标；v 作为物候期预测的重要依据；v 表示一个地区热量资源的重要统计量；v 安排农作物种植的重要依据；v 可作为灾害等级预测的参考因子24、土壤温度与农业生产v 影响种子的发芽与齐苗；v 影响作物根系的生长；v 影响作物对水分和养分的吸收；v 影响块根、块茎的膨大；v 影

27、响土壤中微生物的繁殖等；v 对土壤理化性质产生一定的影响。25、调控温度的农业生产措施v 塑料大棚、拱棚、网室、阳畦等；v 灌溉、熏烟；v 耕作松土；v 垄作、沟播；v 施有机肥等。五、大气中的水汽1、大气中水汽的表示方法：绝对湿度、水汽压、饱和水汽压、饱和差、相对湿度、露点温度2、绝对湿度：单位容积空气中含有的水汽质量数，记做a或 。单位为g/m3。（露） （1）绝对湿度直观地描述了空气中水汽的含量，多为通过水汽压而计算得到。3、水汽压：水汽在大气中的分压称作水汽压，以e表示，单位为hPa（1）水汽压与绝对湿度之间的关系可以用下式表示：a217e / T式中：a为绝对湿度，单位为g/m3 e

28、为水汽压，单位为hPa T为空气温度（绝对温标），单位为K。 （2）水汽压是从动力学上反映空气中水汽含量的（压力大的向压力小的运动）4、饱和水汽压：空气中能容纳的水汽量是有限的，空气中所能容纳的最大水汽量在大气中的分压称为饱和水汽压。用E表示。（1） 空气是否达到饱和取决于蒸发面上单位时间逸出的水分子数，即蒸发面的温度和溶液浓度、形状等。（2） 纯水平面上饱和水汽压可以用下面半经验公式表示：EE010(7.5t /（237.3+t)； 式中：E0为0时水面饱和水汽压6.1078hPa （空气温度替代凝结核表面的温度）5、饱和差：表示空气中尚能容纳的水汽量（1） 表达式为：dEe；式中：E为空气

29、的饱和水汽压，e为空气的实际水汽压（2） 饱和差实际上反映了潮湿物体表面蒸发的速度，即其蒸发力，饱和差越大，则其蒸发越迅速。（3） 对于具体物体表面的蒸发，则其蒸发力为该物体表面饱和水汽压与空气中水汽压的差值，温度越高的蒸发力越大，也越容易蒸发。6、相对湿度：表示空气达到饱和的程度（1） 表达式为：RHe/E100（2） 相对湿度表示空气的干湿程度，数值越大，则越潮湿。（3） 相对湿度是最常用的表示空气中水汽含量的物理量，通常我们所说的空气湿度就是指其相对湿度，比如，说湿度为85，即其相对湿度为85。7、露点温度：简称露点(td)，指的是当空气中水汽压不变情况下，降低空气温度使空气刚好达到饱和

30、时的温度。8、蒸发：水面蒸发和土壤蒸发（1）影响水面蒸发的因素：水面的饱和水汽压与空气中水汽压之差；水面上风速；溶液浓度；水面上大气压。（2）土壤蒸发 重力水阶段：（稳高阶段） 土壤在充分灌溉或较长时间降水后，其水分含量超过本身能够容纳最大持水量，多余的水分在重力作用下向下渗漏，称重力水。此阶段水分的蒸发类同于水面蒸发，蒸发速度取决于表面气象条件，甚至比水面蒸发速度更大。 毛管水阶段：（速降阶段） 土壤通过其颗粒间的空隙储存的水分。此阶段的土壤蒸发取决于两方面：气象条件以及土壤性质。生产上应采取适当的措施降低该阶段的土壤蒸发，如覆盖、中耕等。 束缚水阶段：（稳低阶段） 当土壤水分持续降低，表层土壤中毛管断裂，形成干土层，此时，土壤颗粒周围也存在部分水分，但紧紧被其吸附不能为作物所吸收，此时，土壤水分蒸发基本停滞，只是经土壤孔隙，下层土壤水分通过分子扩散的形式向表层输送。9、蒸腾：植物蒸腾和农田水分蒸散（1） 植物蒸腾：植物的蒸腾既是物理过程，也是其生理过程，是作物根系吸收水分和矿物质等的动力来源。其蒸腾量（速度）取决于叶片温度和空气中水汽压以及叶片表面湍流。