气象学第4章.pptVIP

第四章 温度 地面层与空气的热量交换方式 土壤温度 水层温度 空气温度的变化 温度与农业生产 第一节 地面层与空气的热量交换方式 地球表面接受太阳辐射能，在下垫面本身、下垫面和空气、 空气层之间，进行多种形式的热量交换，使地面温度、下层土壤 温度、大气温度发生变化。 主要的热量交换方式有： 一、 分子热传导 以分子运动来传递热量的过程称为分子热传导。 在土壤层中，热量交换是由分子热传导形式完成的。分子热传导过程的强弱对土壤层内热状况的形成有着重要意义。 空气是热的不良导体，空气分子导热率很小，因而由传导方式进行的热量转移比其他方式要少得多，多数情况下是可以忽略不计的。 二、辐射 地面和大气层之间的辐射热交换是始终存在的。地面一方面 吸收太阳辐射和大气逆辐射，同时也向大气放射长波辐射。 白天，当地面吸收的辐射超过放出的辐射时，地面被加热增 温，并通过辐射或其他方式把热量传送到大气层和深层土壤使 大气和深层土壤温度增加； 夜间，地面放出的长波辐射超过吸收的大气逆辐射，结果使 得地面损失热量，导致地面温度下降，此时深层土壤和大气就 反过来以各种方式向地面输送热量，以维持地表面温度不致下 降太多，结果使深层土壤和大气层损失热量，温度也出现下降。 三、对流 空气在垂直方向上大规模的、有规律的升降运动称为对流。 根据其形成原因可分为如下两种： 热力对流（自由对流） 形成原因：由热力原因引起的对流。 热力对流发生在低层气温剧烈增高或高层空气冷却时，此时 上下层气温差异加大，造成低层空气密度较小，高层空气密度 较大，高层的冷空气下沉，低层的暖空气上升，形成空气的不 稳定状态。 热力对流的空气升降速度快，多在10 m／s左右，但它的水平 尺度小，多在0.1～50 km之间，是中低纬度温暖季节经常发生的 天气运动现象。 动力对流（强迫对流） 形成原因：有动力原因形成的对流 当空气水平流动遇到山脉等障碍物时被迫抬升，或者因受其 他外力作用强迫拾升时发生的空气流动现象。 动力对流的升降速度慢，一般在0.1～10 cm／s之间，但水平 范围广，可达到几百至几千千米。 大气中的对流多数是由热力原因和动力原因共同引起的。 对流的结果使上下层空气混合，并发生热量交换。 不同的对流运动带来不同的天气、气候特征。 一般在夏季及午后空气对流较强，冬季及清晨较弱。 对流运动是地面和低层大气的热量向高层传递的重要方式。 四、平流 空气大规模的水平运动称为平流。 冷平流： 空气经常大规模地在水平方向上流动着，当冷空气流经暖 的区域时，可便当地温度下降，称之为冷平流； 暖平流： 当暖空气流经冷的区域时，可使该区域的温度升高，称之 为暖平流。 平流运动对缓和地区之间和纬度之间的温度差异有很大作 用，是水平方向上热量交换的主要方式。 五、乱流（湍流） 因为地面受热不均匀，或者空气沿一粗糙不平的下垫面移动 时，常出现一种小规模的、无规则的升降气流或空气的涡旋运 动，这种空气的不规则运动称为湍流，习惯上常叫乱流。 乱流可使空气在各个方向得到充分混合，并伴随着热量的交换。 与对流相比，乱流的规模较小，但它更具有普遍性。 乱流对缓和贴地气层的温度变化起着十分重要的作用，是地面和空气、空气和空气之间热量交换的重要方式之一。 六、潜热交换 下垫面受热后，因水分蒸发(升华)而消耗热量，使地面温 度降低，这部分热量在大气中凝结(或凝华)释放出来，使气 温增加，气象学上把因水的相态变化而引起的热量转移称为 潜热。 潜热交换不仅在地面与空气间进行，也可在空气与空气之间进行。 大气中水的潜热释放是中小尺度天气系统发生、发展的一种主要能源。 潜热交换方式对于下垫面和空气温度变化都有直接影响。 第二节 土壤温度 一、地表层热量平衡 地表温度的升高或降低，均是由地表热量收支状况决定的。 白天，地表收入的能量多于支出的能量，地表温度升高； 夜间，地表释放的热量多于吸收的热量，地表温度降低； 若收支平衡，则地表温度保持不变。 根据能量守桓原理： 地表层热量收支差额(热量平衡)＝地面热量收入一地面热量支出 地表层的热量收入和支出项有： R：地表层和空气间以辐射形式进行交换的热通量项（辐射差额）； P：地表层和空气间以湍流形式进行交换的热通量项； 图4-1 地面热量收支示意图 B：地表层和地表下层间以分子传导形式进行交换的热通量 项； LE：地表层与空气间以潜热形式进行交换的热通量项。 白天，从日出后1小时到日落前1小时左右的这段时间内，地 球表面吸收的太阳辐射大于地面有效辐射，辐射差额R为正值， 辐射差额转变为热