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风与农作物生长发育的关系 在农田中,作物的种植结构,密植程度等 都与通风条件有着密切的关系.不论何种作 物,适度的风力对密植作物群体中水分输送, 热量输送及CO2输送都有着重要的调节作用. 可减小郁闭度,增加乱流交换,促进良性生 长.此外,风作为载体还对植物花粉授精有 一定的辅助作用.但大风会造成作物倒伏, 机械损伤和落花落果等,造成作物减产. 研究农田中风随高度变化的目的,主要是解 决乱流对热量,水汽和CO2的输送问题,从而 确定农田中温度,湿度和CO2的分布规律.
压高公式的应用 (1)测定相近两地同时间的气压和温度后,求 算两地的高度差. (2)如某一测站某一高度上的气压,温度为已 知,可计算出已知另一高度温度时的气压. (3)如某地某高度的海拔高度Z2已知,并测定 了两个不同高度的气压和温度,代入式中就 可求出Z1 = 0处,即海平面上的气压(P0).
(二)气压随时间的变化 气压的周期性变化 气压的非周期性变化
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一,水平气压梯度力
第二节 作用于空气的力
单位质量空气在水平方向所受的力(G)为:
(7—5) 式中:ρ为空气密度;-由于水平气压 P / N为单位体积空气 在水平方向所受的力(即水平气压梯度),单位: 梯度存在而作用在单 hPa/(100km)或hPa/(标准纬距),N为水平面上两 位质量空气上的力, 条等压线间的垂直距离,P为相应的气压差,式中 简称为气压梯度力.
在等压面上取A,B, C三点,显然这三点高度 不等,气压相同(即PA = PB = PC);再在同一水平 面上取与A,B,C三点相 对应的A′,B′,C′三点来 看,这三点高度相同,气 压不等(即P A′>P B′>PC′).
根据这种对应关系,可以采用类似绘制地形等 高线的方法求出某一等压面在各地上空相对于海平 面的高度,然后绘制等高线(或者以一组高度间隔 相等的等高面和等压面相截,必然得到许多截线, 将这些截线投影到水平面上),就是等压面图. (如图7—3,P.102).
三,气压的水平分布
等压线:在海拔高度相同的平面上,气压相等的 各点的连线称之. 等压线是 按一定的气压 间隔(2.5hPa) 绘出的,不同 等压线的一系 列组合构成了 一张气压水平 分布图.
等压面:空间气压相等的各点组成的面称之. 等压面的起伏形势是和它附近水平面上气压的 分布相对应的,气压高的地方等压面向上凸,气压 低的地方等压面向下凹,这是由于气压总是随高度 升高而降低的缘故,如图7—2 (P.101).
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在等压线弯曲的气压场中,由于摩擦力的作用同样 使风速比该气压场中所应有的梯度风要小,风向偏向 低压一方.在北半球摩擦层中,低压中的空气按逆时 针方向流动,并有向内的分量;高压中空气按顺时针 方向流动,并有向外流的分量(图7—10)(P.110).
第四节 风与农业
一,风对农业生态环境的影响 (一)风对农田生态系统的影响 风是重要的生态环境因子.适当的风速 能调节空气中CO2的浓度, 有利于作物的光 合作用;能促进空气中的水分交换,热量交 换,有利于作物的生长发育;能借助风的力 量进行异花授粉和种子传播.但是当风速超 过一定限度后,就会对农业特别是农田生态 系统产生不利的影响.
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第一节 气压
一,气压的概念和单位 气压的概念 气压: 气压 : 大气受地球引力场 作用而且具有重量,地球表 气压的单位
面单位面积上所承受的大气 柱的重量称为大气压强.简 气压单位:帕斯卡(Pa)或百帕(hPa) 称气压. 在标准条件(气温为0℃时,45°N或45°S的海 气压的高低等于从观测点 平面上)下,大气对单位面积上所施加的力称为一个 高度到大气上界单位面积上 标准大气压. 垂直空气柱的重量.显然海 一个标准大气压=1013.25 hPa 拔高度越高,大气柱就越短; 过去气象上使用的气压单位是毫巴(mb)或毫米 空气密度越小,气压就越低; 水银柱高(mm). 反之,气压则越高. 1hPa=100Pa, 1hPa=1mb,760mm水银柱高=1013.25hPa
vg=1/2 ρsinφP/N (7-9)
(二)梯度风
在自由大气中, 当空气质点作曲线 运动时,除受G和 A的作用外,还受 C的作用,当这三 个力达平衡的风, 称为梯度风.
在北半球,低压区内的梯度风按反时针方向沿 等压线吹(见图7—8a) ;高压区内的梯度风是沿等 压线按顺时针方向吹(见图7-8b);在南半球正好相 反.综合上述两种情况,梯度风的方向与水平气压 场之间的关系仍然是:在北半球,人背风而立,高 压在右,低压在左;南半球则相反.
水平地转偏向力的性质: 地转偏向力只是在物体相对于地面有运动时 才产生,静止时不受地转偏向力的作用. 在北半球,地转偏向力垂直指向物体运动方 向的右方,使物体向原来运动的右方偏转; 南半球相反,使物体向原来运动的左方偏转. 地转偏向力只能改变物体运动的方向,不能 改变物体运动的速度. 水平地转偏向力的大小同风速与所在纬度的 正弦成正比.在风速相同的情况下,地转偏 向力随纬度增高而增大.赤道上地转偏向力 为零.
G = - 1/ ρ P / N
负号表示气压梯度的方向是由高压指向低压. 水平气压梯度力的方向是:垂直于等压线,由 高压指向低压.其大小与水平方向气压梯度成正比, 与空气密度成反比. 水平气压梯度力是空气运动的原动力.
二,水平地转偏向力
因地球自转使空气质点运动方向发生改变的现 象,如认为它是受了一种力作用的结果,这个力就 是地转偏向力(图7-4). 任何纬度上作用于单位质量物体上的水平地转偏 向力(A)的公式为: A = 2Vωsinφ (7—6) 式中:V为物体运动 的速度(即风速);ω为地 球自转角速度;φ为地理纬 度.
风对农田中作物群体内物质,能量循环的 影响 农田中风的分布和变化影响了农田的 CO2 浓度,温度和水汽等要素的时空分布, 风速对叶间的各种扩散过程,叶面的热传导 或水汽,CO2 交换都有很大的影响.据试验 研究结果,作物冠层CO2 交换速度随风速增 大而增大.光能利用率随风速的加大而提高; 风速能提高植物的蒸腾作用.
二,气压随高度和时间的变化 (一)气压随高度的变化
大气静力学方程 dP = -ρgdZ (7—1) 式中:dP为气压微变量;ρ为空气密度;g为重力加 速度;dZ为高度微变量. 大气静力学方程体现了气压与高度之间的逆变 关系:即高度上升,气压总是递减的,其递减快慢 取决于ρ和g的大小(见表7-1,P.98).
日变化 年变化 地面的气压日变化有 由于海洋和陆地热 单峰,双峰,三峰等型式, 力性质的差异,大陆冬 由于南北之间空气属性(温度,密度)差异大, 以双峰型最普遍,其日变 季气压高,夏季气压低; 因而在交换过程中必然引起地面气压变化,气压的 化是一天中出现一个最高 海洋上则相反,冬季气 这种没有周期的波动变化称气压的非周期性变化. 值(9-10时),一个次高值 压低,夏季气压高. 如寒潮到来前,气压升高;冷空气一过,气压又降 (21-22时);一个最低值 气压的年变幅受气 低.高,低压系统的移动和发展明显引起气压非周 (15-16时),一个次低值 温年变化的影响,一般 期变化,所以气压非周期性变化是天气将变的征兆. (3-4时),(如图7-1, 来说,气压年变幅是大 P.100).气压日变化的原 陆>海洋,高纬地区> 因一般认为与气温日变化 低纬地区,地势低的地 和大气潮汐有关. 方>地势高的地方.
二,风的人为调节措施
生产上,通常采取带状种植,间套种植,建立 防风墙,风障畦等措施来调节风对作物的不利影响, 使作物能正常生长发育而获得高产稳产. 在多风害地区建立农田防护林带,能减弱风速, 引起气流变形,减弱或消除风沙对农业的危害;还可 以减少蒸发,保持土壤和空气的湿润状况,防止径流 和土壤冲刷,并补充了土壤水分,达到抗旱保墒的目 的,是改善农田水分循环最好的方法之一 ,也是防止 干旱和干旱风的一个极有效的措施;此外,还能提高 湿度,延长无霜期,减轻低温冷害和霜冻灾害的发生, 是永久性的人为调节风速的措施.
四,摩擦力
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空气运动时受到的摩擦力,可分为内摩擦力和 外摩擦力两种.内摩擦力主要是由于乱流交换作用引 起,也叫乱流摩擦.外擦力是下垫面对空气运动的阻 力.内摩擦力与外摩擦力的向量和,称总摩擦力.其 表达式为: R = -k v (7—8) 力的方向与空气运动方向相反,力的大小则与 风速和地表粗糙度有关,风速越大,地面越粗糙,外 摩擦力也越大. 在摩擦力的作用下,空气运动速度减小,到1— 2km以上,摩擦力影响可以忽略不计.
风对土壤的风蚀作用 大风对干旱和半干旱地区造成严重风蚀, 在我国北部和西北内陆地区,近半个世纪以来 由于风蚀作用,使约5×104km2的土地形成沙漠 化土地.由于风对土壤的风蚀作用,对农业生 态环境造成严重影响,风蚀吹走肥沃表土,包 括作物根际的土壤,使作物表层根系暴露在大 气的直接作用下,减弱根系的吸收能力和固着 能力,还使风沙粒附着在作物上,降低作物的 光合作用和呼吸作用,影响作物的生长.
思考题
1,什么是气压?什么是风?风向和风速 如何表示? 2,气压为什么随高度升高而降低? 3,作用于运动空气的力有哪些? 4,地转风,梯度风和摩擦风如何形成? 在北半球,风与气压分布有什么关系? 5,风对农业生态环境有哪些影响?
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第六章 气压和风
第一节 气压 第二节 作用于空气的力 第三节 风 第四节 风与农业
要求深刻理解和熟练掌握的重点内容: 要求深刻理解和熟练掌握的重点内容: 作用于空气的力 风的概念 地转风,梯度风, 地转风,梯度风,摩擦风的形成及风压定律 要求一般理解和掌握的内容: 要求一般理解和掌握的内容: 气压的概念,气压随时间, 气压的概念,气压随时间,高度的变化 气压的水平分布 难点: 难点: 地转风,梯度风, 地转风,梯度风,摩擦风的形成 气压的水平分布
压高公式 ΔZ = Z2-Z1 = 18400(1+αtm)log (P1/P2) 式中: ΔZ 为两地(或两个高度)的高度差; Z1,Z2 为两地的海拔高度,以m为单位; P1 为较低处气压,P2为较高处气压,以hPa为单位; tm为两地(或两高度)平均温度,近似的可取 膨胀系数. tm = (t1+t2),单位:℃;α= 1/273为气体
