通过本章讲授学生应重点掌握土壤和空气的温度变化规律、空气的绝热、非绝热变化和大 气稳定度 二、教学方法采用课堂讲解,挂图辅助, 本章重点,土温、气温的变化规律。 四、本章难点大气稳定度、绝热变化。 五、本章教学时数6学 六、教学内容 第五讲 第一节空气温度 、热力学第一定律在大气中的表达式(根据能量守恒定律): d Q=C, dT-RTdp/p d T=dQ/C +rTdp/Cpp 式中dQ单位质量空气由于辐射、湍流等引起的热量变化:C是空气的定压比热,对于单 位质量的干空气,实测C=1.005J/g.k;R为比气体常数,对干空气来说,比气体常数 R=0.287J/g.k 、绝热过程 在气象学上,任一气块与外界之间无热量交换,即Q=0时的状态变化过程,叫做绝热过 程 )干绝热过程 1、概念:将升、降气块内部既没有发生水相变化,又没有与外界交换热量的过程,称作 干绝热过程。研究中,大气的垂直运动过程可近似看作是绝热的。 2、干绝热方程(亦称泊松方程) T/T=(P/P)0286 从方程中可以看出,在干绝热过程中气块温度的变化唯一决定于气,压的变化,当气压降低 时,温度也降低,反之亦然 3、干绝热直减率 气块绝热上升单位距离时的温度降低值,称绝热直减率。对于干空气和未饱和湿空气来说 则称干绝热直减率。以γd表示,实际工作中取其值为1.0℃/100m 注意:yd与y的含义是完全不同的。yd是干空气在绝热上升过程中气块本身的降温率, 它近似于常数,而γ是表示周围大气的气温随高度的分布情况。γ可以有不同数值,即可 大于、小于或者等于yd (二)湿绝热过程 1、概念:饱和湿空气在上升过程中,与外界没有热量交换,该过程称为湿绝热过程。 2、湿绝热直减率: 饱和湿空气绝热上升的减温率,称为湿绝热直减率,以γm表示。其不是常数,但γm总 小于Yd 、位温和假相当位温
通过本章讲授,学生应重点掌握土壤和空气的温度变化规律、空气的绝热、非绝热变化和大 气稳定度。 二、教学方法 采用课堂讲解，挂图辅助。 三、本章重点， 土温、气温的变化规律。 四、本章难点 大气稳定度、绝热变化。 五、本章教学时数 6 学时 六、教学内容 第 五 讲 第一节 空气温度 一、热力学第一定律在大气中的表达式（根据能量守恒定律）： dQ=CpdT–RTdp/p dT=dQ/Cp+RTdp/Cpp 式中 dQ 单位质量空气由于辐射、湍流等引起的热量变化；Cp 是空气的定压比热，对于单 位质量的干空气，实测 Cp=1.005J/g.k;R 为比气体常数，对干空气来说，比气体常数 Rd=0.287 J/g.k。 二、绝热过程 在气象学上，任一气块与外界之间无热量交换，即 dQ=0 时的状态变化过程，叫做绝热过 程。 （一）干绝热过程： 1、概念：将升、降气块内部既没有发生水相变化，又没有与外界交换热量的过程，称作 干绝热过程。研究中，大气的垂直运动过程可近似看作是绝热的。 2、干绝热方程(亦称泊松方程)： T/T0=（P/PO）0.286 从方程中可以看出,在干绝热过程中气块温度的变化唯一决定于气，压的变化,当气压降低 时,温度也降低,反之亦然。 3、干绝热直减率： 气块绝热上升单位距离时的温度降低值，称绝热直减率。对于干空气和未饱和湿空气来说， 则称干绝热直减率。以γd 表示，实际工作中取其值为 1.0℃/100m。 注意：γd 与γ的含义是完全不同的。γd 是干空气在绝热上升过程中气块本身的降温率， 它近似于常数，而γ是表示周围大气的气温随高度的分布情况。γ可以有不同数值，即可 大于、小于或者等于γd。 （二） 湿绝热过程 1、概念：饱和湿空气在上升过程中，与外界没有热量交换，该过程称为湿绝热过程。 2、湿绝热直减率： 饱和湿空气绝热上升的减温率，称为湿绝热直减率，以γm 表示。其不是常数，但γm 总 小于γd。 三、位温和假相当位温
1、位温:空气在干绝热过程中,把各层中的气块都循着干绝热过程订正到一个标准高度, 即1000hpa处,这时所具有的温度称为位温,以O表示。 2、假相当位温:假设水汽一经凝结,其凝结物即脱离原上升的气块而降落,而把潜热留 在气块中来加热气团,这种过程称为假绝热过程。当气块中含有的水汽全部凝结降落时, 所释放的潜热,就使原气块的位温提高到了极值,这个数值称为假相当位温,用θε来表 四、大气的稳定度 (一)概念:气块受到垂直方向扰动后,大气层结(即温、湿度的垂直分布),使它具有 返回或远离原来平衡位置的趋势和程度,叫大气垂直稳定度,又叫大气静力稳定度或层结 稳定度。 (二)静止大气中,假如空气块受到外力作用,空气块运动情况 1、空气块逐渐减速,大气层结使其具有返回平衡位置的趋势,称这种大气是稳定的。 2、空气加速向上、向下运动,大气层结不能使其返回原来平衡位置,称之为不稳定的。 3、空气块被推到任何高度,都能与周围空气达到平衡,既不继续运动,也不返回原来的 位置,称之为中性大气 (三)绘图解释判断大气稳定度的依据 1、γ>γd时,必然是γ>γd>γm,对饱和或未饱和空气都是不稳定的。故称此气层是绝 对不稳定的。 2、γ<γm时,必然,因此不论气块是否饱和,大气都是稳定的,故称此气层是绝对稳 定的 3、y=yd的气层,对于作干绝热升降运动的气块而言是中性的,而对于作湿绝热升降运 动的气块而言,大气是不稳定的 4、y=ym;y<yd的气层,对于作湿绝热升降运动的气块而言,大气是中性的,而对干 空气而言大气是稳定的 5、Ym<y<γd的气层,对于干空气与未饱和湿空气而言,大气是稳定的,但对饱和空气 而言则是不稳定的,故称这种气层为条件性不稳定 (四)大气垂直稳定度与天气的关系 1、在稳定的大气层结下,对流运动受到抑制,常出现雾、层状云、连续性降水等天气现 象 2、在不稳定层结下,对流运动发展旺盛,常出现积状云、阵性降水和冰雹等天气现象 第六讲 五、逆温层 一)概念:在一定条件下,对流层中也会出现气温随高度增高而升高的逆温现象。 二)逆温的作用: 逆温的存在,可使气层处于最稳定状态,故农业生产上常利用逆温。如将晾晒的农副产品 置于一定高度之上以免受冻,熏烟防霜冻保温效果好,防病虫害时,喷药不致向上乱飞
1、位温：空气在干绝热过程中，把各层中的气块都循着干绝热过程订正到一个标准高度， 即 1000hpa 处，这时所具有的温度称为位温，以 Ө 表示。 2、假相当位温：假设水汽一经凝结，其凝结物即脱离原上升的气块而降落，而把潜热留 在气块中来加热气团，这种过程称为假绝热过程。当气块中含有的水汽全部凝结降落时， 所释放的潜热，就使原气块的位温提高到了极值，这个数值称为假相当位温，用 Өse 来表 示。 四、大气的稳定度 （一）概念：气块受到垂直方向扰动后，大气层结（即温、湿度的垂直分布），使它具有 返回或远离原来平衡位置的趋势和程度，叫大气垂直稳定度，又叫大气静力稳定度或层结 稳定度。 （二）静止大气中，假如空气块受到外力作用，空气块运动情况 1、 空气块逐渐减速，大气层结使其具有返回平衡位置的趋势，称这种大气是稳定的。 2、 空气加速向上、向下运动，大气层结不能使其返回原来平衡位置，称之为不稳定的。 3、 空气块被推到任何高度，都能与周围空气达到平衡，既不继续运动，也不返回原来的 位置，称之为中性大气。 （三）绘图解释判断大气稳定度的依据 1、γ>γd 时，必然是γ>γd>γm，对饱和或未饱和空气都是不稳定的。故称此气层是绝 对不稳定的。 2、γ<γm 时，必然，因此不论气块是否饱和，大气都是稳定的， 故称此气层是绝对稳 定的。 3、γ=γd 的气层，对于作干绝热升降运动的气块而言是中性的，而对于作湿绝热升降运 动的气块而言，大气是不稳定的。 4、 γ=γm；γ<γd 的气层，对于作湿绝热升降运动的气块而言，大气是中性的，而对干 空气而言大气是稳定的。 5、 γm<γ<γd 的气层，对于干空气与未饱和湿空气而言，大气是稳定的，但对饱和空气 而言则是不稳定的，故称这种气层为条件性不稳定。 （四）大气垂直稳定度与天气的关系 1、 在稳定的大气层结下，对流运动受到抑制，常出现雾、层状云、连续性降水等天气现 象。 2、 在不稳定层结下，对流运动发展旺盛，常出现积状云、阵性降水和冰雹等天气现象。 第 六 讲 五、逆温层 （一）概念：在一定条件下，对流层中也会出现气温随高度增高而升高的逆温现象。 （二）逆温的作用： 逆温的存在，可使气层处于最稳定状态，故农业生产上常利用逆温。如将晾晒的农副产品 置于一定高度之上以免受冻，熏烟防霜冻保温效果好，防病虫害时，喷药不致向上乱飞
同时如果逆温存在于近地面,由于阻挡烟尘,污染体等有害物向上传递,将会造成大量积 聚,使能见度变坏,空气质量恶劣,严重可造成污染事件的发生 (三)形成条件 1、辐射逆温 2、湍流逆温 3、平流逆温 4、下沉逆温 5、锋面逆温 此外,还有融雪逆温、洼地逆温等。 六、空气温度的局地变化(简单介绍一下) (一)空气温度的个别变化和局地变化 、个别变化: 单位时间内个别空气质点温度的变化称作空气温度的个别变化,也就是空气块在运动过程 中随时间的变化,包括绝热变化和非绝热变化 2、局地变化: 某一固定地点的空气温度随时间的变化称作空气温度的局地变化。 3、平流变化: 由于空气的移动所造成的某地温度的变化称为温度的平流变化 某地区温度的局地变化是平流变化与个别变化之和。 (二)影响空气温度局地变化的因素 1、空气平流运动引起的局地气温变化 温度的水平平流变化,能从天气图上加以确定,简称为温度平流。冷空气向暖空气方面流 动的情形,称为冷平流。相反,为暖平流。 1、空气铅直运动引起的局地气温变化 般情况下,γ<γd,当出现上升运动时,温度降低:当出现下沉运动时,温度升高:如 Y=Yd,则空气的垂直运动不引起局地气温的变化。 3、非绝热热量交换引起的局地气温变化 通过以下交换方式,空气与地面、空气与空气之间交换热量,空气的温度发生变化 (1)辐射热交换: 是地面与大气间热交换的主要方式,除此之外在空气和空气间也进行着 (2)分子传导 是空气与地面、空气与空气之间热交换的主要方式。 (3)流体流动热交换 空气间的热交换方式,包括对流、乱流、平流三种。 (4)潜热交换(水分相变) 地面水分蒸发或升华时,要吸收地面的热量,当这部分水汽在空气中凝结或凝华时,又把 潜释放出来给大气,大气便间接从地面获得热量,实际上恰似地面蒸发出去的水分远多于 在地面凝结的水分,通过水相变化,使潜热转移
同时如果逆温存在于近地面，由于阻挡烟尘，污染体等有害物向上传递，将会造成大量积 聚，使能见度变坏，空气质量恶劣，严重可造成污染事件的发生。 （三）形成条件： 1、辐射逆温 2、湍流逆温 3、平流逆温 4、下沉逆温 5、锋面逆温 此外，还有融雪逆温、洼地逆温等。 六、空气温度的局地变化（简单介绍一下） （一）空气温度的个别变化和局地变化 1、个别变化： 单位时间内个别空气质点温度的变化称作空气温度的个别变化，也就是空气块在运动过程 中随时间的变化，包括绝热变化和非绝热变化。 2、局地变化： 某一固定地点的空气温度随时间的变化称作空气温度的局地变化。 3、 平流变化： 由于空气的移动所造成的某地温度的变化称为温度的平流变化。 某地区温度的局地变化是平流变化与个别变化之和。 （二）影响空气温度局地变化的因素 1、空气平流运动引起的局地气温变化 温度的水平平流变化，能从天气图上加以确定，简称为温度平流。冷空气向暖空气方面流 动的情形，称为冷平流。相反，为暖平流。 1、 空气铅直运动引起的局地气温变化 一般情况下，γ<γd，当出现上升运动时，温度降低；当出现下沉运动时，温度升高；如 γ=γd，则空气的垂直运动不引起局地气温的变化。 3、非绝热热量交换引起的局地气温变化 通过以下交换方式，空气与地面、空气与空气之间交换热量，空气的温度发生变化。 （1）辐射热交换： 是地面与大气间热交换的主要方式，除此之外在空气和空气间也进行着。 （2）分子传导： 是空气与地面、空气与空气之间热交换的主要方式。 （3）流体流动热交换： 空气间的热交换方式，包括对流、乱流、平流三种。 （4）潜热交换（水分相变）： 地面水分蒸发或升华时，要吸收地面的热量，当这部分水汽在空气中凝结或凝华时，又把 潜释放出来给大气，大气便间接从地面获得热量，实际上恰似地面蒸发出去的水分远多于 在地面凝结的水分，通过水相变化，使潜热转移
七、气温的时间变化 (一)气温的日变化 最高值出现在14h(冬天),夏天最高值出现在15h时左右,最低值出现在天亮前(5-6h)。 气温日较差要受到以下因子的影响: 纬度,高纬度日较差小,低纬度日较差大。 2.天气,晴天日较差大,阴雨天日较差小 3.云量,多云日较差小,少云日较差大 4.地形,凸地(脊地)日较差小,凹地(谷地)日较差大 5.海拔高度,高海拔日较差小,低海拔日较差大 6.下垫面,海洋日较差小,大陆日较差大。 (二)气温的年变化 最热月大陆7月,海洋8月,最冷月大陆1月,海洋2月。 年较差要受到以下四个因子影响 纬度,高纬度年较差大,低纬度年较差小,举例说明 2.距海远近,近海年较差小,远海年较差大 3.海拔高度与地形,高海拔比低海拔年较差小,凸地比凹地年较差小 4.云和降水,雨季年较差小,干季年较差大 (三)气温的非周期变化 春末夏初,我国由暖到热,这时还有冷空气南下,遇到强冷空气,温度下降对正开花的植 物不利。秋末冬初由凉转冷,如遇到南海气团北上,有几天温暖甚至爆热的天气,群众所 说的“十月小阳春”,这种天气来临,天气好景不长,意味着暴风雪的来临,这种非周期变 化对农业生产不利,要抓住“冷尾暖头”抢晴播种。 第七讲 第二节水温的变化 、水的热特性(水、陆增热和冷却差异的原因) 水的热容量大,升、降温缓慢。 2.水为半透明体,热量透射到10cm以下,到100m左右水层吸收 3.水的传热方式不一样,为流体运动,比分子传热快几千倍。 4.水面蒸发耗热大于陆面。 二、水温的日变化和年变化 日变化 最高值在15~16h,最低值出现在日出后3个小时(8-9h) 2.年变化 最热月8月,最冷月2~3月 第三节土壤温度的变化
七、气温的时间变化 （一）气温的日变化 最高值出现在 14h（冬天），夏天最高值出现在 15h 时左右，最低值出现在天亮前（5-6h）。 气温日较差要受到以下因子的影响： 1．纬度，高纬度日较差小，低纬度日较差大。 2．天气，晴天日较差大，阴雨天日较差小。 3．云量， 多云日较差小，少云日较差大。 4．地形，凸地（脊地）日较差小，凹地（谷地）日较差大。 5．海拔高度，高海拔日较差小，低海拔日较差大。 6．下垫面，海洋日较差小，大陆日较差大。 （二）气温的年变化 最热月大陆 7 月，海洋 8 月，最冷月大陆 1 月，海洋 2 月。 年较差要受到以下四个因子影响： 1．纬度，高纬度年较差大，低纬度年较差小，举例说明。 2．距海远近，近海年较差小，远海年较差大。 3．海拔高度与地形，高海拔比低海拔年较差小，凸地比凹地年较差小。 4．云和降水，雨季年较差小，干季年较差大。 （三）气温的非周期变化 春末夏初，我国由暖到热，这时还有冷空气南下，遇到强冷空气，温度下降对正开花的植 物不利。秋末冬初由凉转冷，如遇到南海气团北上，有几天温暖甚至爆热的天气，群众所 说的“十月小阳春”，这种天气来临，天气好景不长，意味着暴风雪的来临，这种非周期变 化对农业生产不利，要抓住“冷尾暖头”抢晴播种。 第 七 讲 第二节 水温的变化 一、水的热特性(水、陆增热和冷却差异的原因) 1．水的热容量大，升、降温缓慢。 2．水为半透明体，热量透射到 10cm 以下，到 100m 左右水层吸收， 3．水的传热方式不一样，为流体运动，比分子传热快几千倍。 4．水面蒸发耗热大于陆面。 二、水温的日变化和年变化 1．日变化 最高值在 15～16h，最低值出现在日出后 3 个小时（8—9h）。 2．年变化 最热月 8 月，最冷月 2～3 月。 第三节 土壤温度的变化
、土壤表面的热量平衡 (一)土壤表层的热量平衡 白天:Q1=RMB-LE晚上:Q2=R+M+B+LE昼夜:Q=±RMB士LE 解释各项物理含义 (二)土壤表面的热量平衡 RM士B士LE=0 解释各项物理意义 、物质热特性 导热率(λ):概念 什么叫热特性?主要包括〈热容量(Cv):概念 导温率(K):概念 土壤温度的日变化和年变化 (一)土温的日变化 天中最高值出现在13h,最低值在天亮前,解释原因 1.太阳高度角 2导热率 影响土表温度日变幅大小的因素3.土壤热容量 4.云量 5地形 6.土壤颜色 (二)土温的年变化 最热月出现在7、8月,最冷月出现在1、2月。 四、土温的垂直分布 绘图解释土温的分布的四种类型。 思考题 1.气温递减率与绝热递减率的区别 如何判断大气稳定度 3.土壤热特性之间的区别 4.地温(土温)和气温的时空变化规律 5.逆温及其形成条件。 参考书 中国农科院农业气象研究室编《中国农业气象学》,中国农业出版社出版,2000年 第四章水分 、教学目的要求 通过本章讲授,学生应掌握空气湿度的几种表示方法和空气中湿度的变化规律,几种主要 的水汽凝结物及其形成过程:掌握凝结条件和致雨条件的区别,降水的特性。掌握空气湿
一、土壤表面的热量平衡 （一）土壤表层的热量平衡 白天：Q1=R-M-B-LE 晚上：Q2=-R+M+B+LE 昼夜：Q=±R±M±B±LE 解释各项物理含义。 （二）土壤表面的热量平衡 ±R±M±B±LE=0 解释各项物理意义 二、物质热特性 导热率（λ）：概念 什么叫热特性？主要包括 热容量（CV）：概念 导温率（K）：概念 三、土壤温度的日变化和年变化 （一）土温的日变化 一天中最高值出现在 13h，最低值在天亮前，解释原因。 1. 太阳高度角 2.导热率 影响土表温度日变幅大小的因素：3.土壤热容量 4.云量 5.地形 6.土壤颜色 (二）土温的年变化 最热月出现在 7、8 月,最冷月出现在 1、2 月。 四、土温的垂直分布 绘图解释土温的分布的四种类型。 思考题 1．气温递减率与绝热递减率的区别。 2．如何判断大气稳定度。 3．土壤热特性之间的区别。 4．地温（土温）和气温的时空变化规律。 5．逆温及其形成条件。 参考书 中国农科院农业气象研究室编《中国农业气象学》，中国农业出版社出版，2000 年。 第 四章 水分 一、教学目的要求 通过本章讲授，学生应掌握空气湿度的几种表示方法和空气中湿度的变化规律，几种主要 的水汽凝结物及其形成过程；掌握凝结条件和致雨条件的区别，降水的特性。掌握空气湿