第二章 能量环境.doc

第二章 能量环境 地球上的能量类型 太阳能（光能）: 植物可利用的能量 ；地热能 ；风能 ；化学能：少数低等生物可利用的能量 ；有机物中包含的化学能：高等生物可利用的能量 ；其他能量 地球上光的分布： （1）太阳辐射及其光谱组成 紫外光：波长380nm， 9% 可见光：波长380～760nm，45% 红外光：波长760nm，46% （2）影响太阳辐射的因素和光的分布规律 影响地表太阳辐射的因素 ：大气圈，太阳高度角，纬度和季节，海拔、坡度和坡向 光质(光谱成分) ：（1）低海拔、高纬度长波光多，高海拔、低纬度短波光多 （2）夏季、中午短波光多，冬季、早晚长波光多 地球表面的太阳辐射 夏季昼长夜短、冬季昼短夜长 纬度升高、变化加大，两极有极昼、极夜 低海拔、高纬度光照强度弱，高海拔、低纬度光照强度大 夏季、中午光照强度大，冬季、早晚光照强度弱 (北半球)南坡光照强度大，北坡光照强度弱光照强度 地球上温度的分布 （1）地表大气温度的分布与变化 空间分布与变化 ： 纬度升高1°，气温降低0.5℃ 沿海地区气温变化小，内陆地区变化大 南坡气温较北坡高，海拔升高100m，气温降低0.6～1℃ 逆温现象 时间变化 ： 日较差：随纬度增高减小，随海拔升高而增加 年较差：随纬度增高增大，大陆性气候越强越大 亚热带地区间季节性气候模式不同。 (a)墨西哥中部的奇瓦瓦荒漠在夏天有一个雨季；(b)Sonoran荒漠在冬天和夏天都有降雨；(c)太平洋沿岸和莫哈韦荒漠冬季下雨，夏季干燥(地中海气候) 山脉影响局部降雨模式。在加州的内华达山脉，风主要从西部穿过加州的中央谷。当高湿度空气沿着山脉上升时，它变冷且湿气浓缩，导致西坡大量降雨。当空气通过顶峰到达东坡时，它变温暖并开始吸收湿气，产生大盆地的干旱环境 （2）土壤温度的分布与变化 土壤温度与气温相关 土壤温度变化与深度有关 土壤温度变化时间较气温滞后，且与深度有关 温度变化周期与深度相关 土壤温度的年变化与纬度、海拔有关 土壤温度季节变化的特点： (1)土壤表面温度的季节变化也像昼夜变化一样，比气温大。 (2)随着土壤深度加大，变化幅逐渐减小，最低和最高温度出现的时间往后延。 (3)一般在30米以下，土壤温度已无季节变化。 (4)大约深度每增加10米，最低和最高温出现时间要晚20～30天。 （3）水体温度的分布与变化 水温的时间变化 ：变化幅度较气温小 、不同深度水体的日变化、 不同深度水体的年变化 水温的成层现象 ： 水温分层：上湖层、斜温层(温梯层)和下湖层 春季环流和秋季环流 低纬度地区：雨季和干季 海洋：低纬度水域、中纬度水域 春末夏初，当每天太阳升得更高，湖上的空气变暖时，表层水比深层水获得热量更快，在中层深度形成一个温度迅速变化的区域，称为温跃层(thermocline)。一旦温跃层建立完好。水体就不再混合。这时，较温暖、密度较小的表层水漂浮在较冷、密度较大的水层上，这种情况称为分层现象(stratillcation)。温跃层的深度随当地风的情况、湖泊深度和混浊度而改变，可能存在于表层下5～20m之间的任意地方。水深不足5m的湖泊通常不发生分层现象。 湖上层(epilimnion) ：湖泊中的绝大部分初级生产量产生在湖上层，因为这里的阳光最强。由光合作用产生的氧气补充到湖水的表层，维持湖上层很好地透气，因此适合动物生活。 湖下层(hypolimnion) ：温跃层将湖下层和湖泊的表面分离，因此，生活在温跃层下面的动物和细菌，由于其环境中只有极少或没有光合作用，它们耗尽水中的氧气，形成了无氧环境。因此，夏末温带湖泊的生产力可能会显著下降，因为湖上层缺乏供植物生长的营养成分，而深水层缺乏供动物生活的氧气。 湖泊水体分层：温跃层分为上层和下层 秋季，湖泊的表层比深层降温更快，变得比下层水的密度更大并开始下沉。这种垂直混合称为秋季环流(fall overturn)，一直持续到秋末，直到湖水表层的温度低于4℃，接着发生冬季分层现象。秋季环流促进氧气向深水移动以及营养成分向表层移动。有一些湖泊的湖下层在仲夏时变得温暖，有可能在夏末发生深层的垂直混合，这时的温度仍然适合植物生长。营养成分向表层的扩散通常会引起浮游植物种群的大爆发——秋季水华〔fall autumn) bloom]。在深且冷的湖泊中，垂直混合直到晚秋或早冬时才穿过所有的深度，而这时的水温太低，不能支持浮游植物的生长。 表层水温下降→比重增加，下沉→形成秋季环流→表层水温低于4℃→冬季分层现象 秋季环流的意义：秋季环流促进氧气向深水移动以及营养成分向表层移动。营养成分向表层的扩散通常会引起浮游植物种群的大爆发——秋季水华 温带湖泊中温度剖面的季节