[生物学]第三章+大气和土壤的热能和温度.ppt

第三章 大气和土壤的热能和温度 第一节 辐射的基本知识 第二节 太阳辐射的短波辐射 总结：在三种削弱方式中，反射作用最重要，尤其是云层对太阳辐射的反射最为明显，另外还包括大气散射回宇宙以及地面反射回宇宙的部分； 散射作用形成了达到地面的散射辐射；（从到达地面的总辐射角度来看，散射作用对太阳辐射的削弱并不显著，只是改变了辐射达到地面的方式； 吸收作用的削弱最小 就全球平均而言，太阳辐射约有30％被散射和漫射回宇宙空间，成为行星反射率（包括云层的反射、空气分子的散射朝向宇宙空间的那一部分，以及地面对太阳辐射的反射） 20％被大气和云层直接吸收转换为大气的热能 50%到达地面被地面吸收 第三节 地面和大气的辐射 第四节 辐射差额 物体收入辐射能与支出的辐射能的差值称为净辐射或辐射差额 在一年中，一般夏季净辐射为正值，冬季为负值，最大值出现在较暖的月份，最小值出现在较冷的月份。 第五节 土壤温度 影响土壤表面温度日较差的因子 1、太阳高度角 正午太阳高度角大的地区和季节，一日内太阳高度角的变化就大，太阳辐射的日变化也大，因而土壤表面温度的日较差就大。 正午太阳高度角随纬度的增高是减小的，所以土壤表面的温度的日较差也随纬度的增高而减小。 影响土壤表面温度日较差的因子 2、土壤的热学性质 导热率大或容积热容量大的土壤其温度日较差都小 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 主要影响湍流交换，凸地日较差小，凹地日较差大 5、天气 晴天土壤表面温度日较差比阴天大。原因是云层在白天能削弱太阳辐射而在晚上又能向地面投射较多的大气逆辐射，减小了地面有效辐射。 1、日射型：日间当地面获得大量辐射热时，地面温度急骤上升，热量由上层向下输送。此时，温度的垂直分布由上层向下递减，而且速度很快 2、辐射型：夜间，当地面由于辐射冷却而温度降低时，就会出现与日间恰好相反的情况，即温度将随深度递增，热通量方向将由地中指向地面，地面依靠来自深层的热量输入，使其温度下降缓和些，这种温度分布就称为辐射型 3、早上过渡型：这是由于夜间辐射型向日射型过渡的分布型。日出之后，地面净辐射很快由负变成正，地表温度开始上升，于是上层温度分布迅速地变成日射型。但在下层仍然保持辐射型，此时土壤中间层的温度最低，所以，早上过度型就是上层日射型下层辐射型 4、晚上过渡型：此型在傍晚出现。这时，地面因辐射冷却温度下降，上层开始出现辐射型，但是下层仍然保持日射型，此型下的温度分布是上层和下层都比较低，中层的温度最高 第六节 大气温度 辐射是大气中主要的物理过程之一。太阳辐射是地球大气运动变化的最重要的能源。辐射通过影响大气的温度影响湿度、大气压力，并进一步导致空气的水平运动和垂直运动产生。值得注意的是太阳辐射并非直接家人我们周围的（对流层）空气（到了此次大气直接吸收的太阳辐射能微乎其微），而是通过地面先吸收太阳辐射获得热量后发射长波辐射，大气吸收地面长波辐射获得热量，经过传导、辐射、对流等热量交换方式，热量从下层往上层传输。这就是对流层中一般气温随高度递减的原因。 1、辐射基本知识 辐射是一种电磁波。物体发射辐射能力与其绝对温度的4次方成正比（斯蒂芬－玻尔兹曼定律）；物体发射能力最强的波长与其绝对温度成反比，即温度越高，发射最强的波长愈短（维恩位移定律）；发射能力强的物质其吸收能力也强（基尔霍夫定律）。 2、大气上界的太阳辐射 大气辐射能主要分布在可见光波段，占总辐射能的50％，其次是红外，占43％，紫外占7％。大气上界太阳辐射能的大小用太阳常数表示。太阳常数的平均值可以取1370W/㎡ 3、穿过大气层的太阳辐射 大气层对太阳辐射以透射为主，但也有吸收、散射和反射等削弱作用。大气中吸收太阳辐射的物质最主要的是O3（吸收紫外光）、水汽和水滴（吸收红外光）；散射作用因空气中质点的大小不同而异，粗粒散射（又称为漫散射）为无选择性散射；分子散射（又称瑞利散射）为选择性散射，对波长短的光散射能力强；大气中对太阳辐射的反射作用主要源于大气中云层、尘埃。 4、达到地面的太阳辐射 到达地面的太阳辐射称为总辐射，包括直接辐射和散射辐射两部分组成。到达地面的总辐射强弱因太阳高度呈现周期性变化规律。大气透明度（云量的影响为主）使周期性的地域和时间变化规律变得不规则。 5、地面和大气辐射 地面和大气的辐射为长波辐射（是相对太阳辐射而言的），它们是地面与大气、大气与大气间热量传输的重要方式，大气和地面辐射的过程是它们热量损失的过程。向上的地面被大气强烈吸收后，大气向四面八方发射辐射，地面发射的辐射与地面吸收的大气逆辐射之差——地面有效辐射，可以说明地面通过辐射损失热量的多少。 7、影响