农业气象学讲解

一、绪论

 气象：发生于大气中的物理现象及物理过程。

 气象学：研究发生于大气中的物理现象及其过程，总结其发生发展变化规律，并运用这些规律对未来天气做预测预报的科学。

二、大气

1、干洁大气

定义：指的是去除水分及固液态杂质的大气常定成分。

组成成分：主要由氮气和氧气组成，还有少量的二氧化碳、氩气、其它微量等。

2、干洁大气在环境中的作用

（1）氮气：a、生物体的主要组成成分之一，参与生命活动的全过程。大气中的氮元素进入生物体的途径：大气放电过程及生物固氮。b、大气中性质比较稳定的气体，稀释氧浓度，稳定大气的组成及结构，保护生物体的生存。

（2）氧气：a、生物体的主要组成成分之一，参与生命活动的全过程。b、氧气主要起氧化作用，通过有机物的氧化释放能量供生命活动所需。

（3）臭氧：吸收中短波紫外线；杀菌消毒；降低作物产量和品质。

（4）二氧化碳：a、温室效应。b、光合原材料

3、大气中的水分

来源：地表潮湿物体的蒸发蒸腾，并随气流向周围扩散。

分布：高温潮湿地区含量高，低温干燥地区含量低；地表含量高，高空含量低。

在大气中的作用：a、水汽是大气中常温常压下唯一能发生相态变化的成分；b、水汽是大气中能量传递的重要载体；c、具有强烈的温室效应。

4、大气中的杂质

组成：灰尘、烟粒、盐粒、花粉、孢子、微生物、悬浮的液滴、冰晶等。

来源：自然源与人工源。

在环境中的作用：a、吸收、阻挡太阳辐射；b、对地面起保温作用；c、参与水汽凝结，为其凝结核；d、对生物生长发育有较大危害；

5、大气的污染

定义：污染：某些物质的增加使得环境中原有的平衡被打破，称造成了环境污染，这些造成污染的物质称污染物。

种类：含C类、含N类、含S类、含Cl类、粉尘、各类有机物、重金属颗粒等

大气污染物对环境的影响：a、对农业的影响：SO2、HF、NOx、Cl2、HCl等；b、酸雨与酸雾；c、温室效应：CO2、CH4、NOx等。

6、大气的分层

厚度：a、物理上界：大气中发生的物理现象的最高高度，约1200Km。

b、临界高度：相当于星际物质密度的高度，约3000Km。

分层（根据不同高度上温度分布、成分、电荷等物理性质的差异来分）

a、 对流层

厚度：随对流强弱而不同，对流强则厚度大。

物理性质：1.温度随高度的增加而降低；平均0.65℃/hm；2.对流强烈；3.温湿度等气象要素水平分布不均匀，常发生大规模的平流现象；4.约拥有3/4的大气质量及几乎全部的水汽。

b、平流层

范围：对流层顶到约55Km高度空气层。

特点：1.温度随高度的增加而增加； 2.臭氧浓度较高，有一臭氧层存在；3.水汽含量极少，偶尔会凝结成云；

c、中间层

厚度：55Km～85Km；

特点：1.温度随高度的增加而降低，到顶部可达-100℃；2.顶部在白天出现电离现象，夜晚消失；

d、电离层（暖层）

高度：85Km～800Km

特点： 1.空气呈高度电离状态；2.温度随高度急剧增加，到300Km处，温度可达1000℃，再上，温度增加不明显；3.反射无线电波；4.空气非常稀薄；

e、散逸层（外层）

高度：800Km～3000Km；

特点：1. 温度很高，在1000℃以上；2. 高度电离；3. 粒子不停地向宇宙空间逃逸；

三、辐射

1、辐射：物体以电磁波形式传递能量的一种方式。

（1）自然界中任何物体都在不停地向外发送电磁辐射

（2）电磁辐射传播不需要任何介质

2辐射能与辐射强度

（1）辐射是以光子形式存在的，每一光子的能量为：e ＝ hν＝ hC/λ式中h为普朗克常数：6.63*10-34 J.s每个光子的能量很小，实际应用中常用摩尔光量子为单位，1摩尔光子称作1爱因斯坦（Ei）

（2）表示辐射强弱的物理量称作辐射强度。按照辐射方向的不同，可以有不同的称呼：

辐出度：从物体表面向外发送的辐射，单位面积上单位时间内发送的辐射能称辐出度。

辐照度：某表面单位时间内单位面积上接受周围物体向其发送的辐射能。

辐射通量密度：单位时间内穿过空间单位面积的辐射能。

3、辐射的吸收、反射和透射

自然界的物体对于到达其表面的辐射能一部分吸收，一部分反射，部分可以透过物体。即： Q总 ＝ Q吸＋Q反＋Q透。等式两边同除Q总，去除量纲，

则分别表示吸收率、反射率和透过率。a ＋ r ＋ d ＝ 1

4、有关辐射的基本定律

（1）Stefan-Boltzman 定律 表达式： E ＝ σT4 E为黑体的辐射强度，T为其表面温度，σ为Stefan-Boltzman常数。σ ＝ 5.67 * 10-8 w/m2k4。

（2）Wein定律 描述的是物体辐射能量的主要分布波段范围。

表达式：λmax ＝2897/T T：物体表面温度，λmax：最大单色辐射波长

5、地球的公转与自转

（1）地球围绕太阳公转，公转轨道面椭圆性，称为黄道面。

（2）太阳处于椭圆的一个焦点上，另一焦点在太阳边缘。

（3）地球公转一周称一回归年，为365.2422个太阳日。

（4）近日点距太阳1.47亿公里，远日点距太阳1.52亿公里，平均距离为1.50亿公里，称一个天文单位。

（5）地球自转轴与公转轨道面成66°33′，形成地球上季节的变化。

二十四节气：春雨惊春清谷天，夏满芒夏暑相连。秋处露秋寒霜降，冬雪雪冬小大寒。

6、经纬度和时区

（1）为标定地球表面任一点的具体位置设定经纬度； （2）把经过地轴的平面与地球表面的交线称经圈，经圈被南北极点一分为二为两个半圆，称作子午线或经线；

（3）将通过英国伦敦格林威治天文台旧址的子午线定为本初子午线，即0°经线，向东的称为东经，向西的称西经。

（4）把垂直于地轴的平面与地表面的交线称作纬圈；

（5）经过地心的垂直于地轴的平面与地表面交线为赤道，定义为纬度0°；

（6）赤道以北的称北纬，以南的称南纬；

（7）地表任一点的纬度为该点与地心连线与赤道面的夹角。

（8）以太阳直射本地经线定义为地方时12点

（9）以0°经线时间为基准，东西各7.5°的区域为0时区，向东西各增加15°为一个新的时区，分别为东一区、东二区、西一区、西二区……，该区域内时间以中间经线时间为其区时，相邻时区时间相差1小时，东边的早，东西十二时区重叠。

7、太阳辐射

（1）太阳辐射能量随波长的分布称太阳辐射光谱。（三个区：紫外线区7﹪、可见光区50﹪、红外线区43﹪）

（2）单位时间穿过单位面积的太阳辐射能称为太阳常数。数值上约1367±7 w/m2

（3）大气上界，太阳辐射产生的平均光照强度为1.35～1.4×105lx，称太阳光量常数。

（4）太阳高度角指太阳平行光线与地平面的夹角。（h正午＝90－φ+δ

其中φ为纬度，δ为赤纬，±23.5°） 赤纬：太阳直射点的地理纬度，北半球为正，南半球为负

（5）日照时间：从日出到日落所持续的时间称可照时间。

实际上，由于大气的折射作用，实际日长比理论日长要略长，这种差异随纬度的增加而增加，我们将其称作曙暮光。

（6）实际上，由于地形、植被、天气等因素，实际得到的日照时间要少得多，我们将实际得到的日照时间称作实照时数，它与理论上得到的日照时间（可照时间）的比值称日照百分率。

8、大气对太阳辐射的减弱

（1）大气对太阳辐射的吸收作用、散射作用、反射作用(减弱的作用)

吸收作用

 大气把太阳光谱中0. 29μm以下的紫外辐射几乎全部吸收了。

 大气中吸收太阳辐射的物质主要是氧、臭氧、水汽和液态水，其次是二氧化碳、甲烷、一氧化二氮、尘埃等。

散射作用

 光波在遇到大气分子或气溶胶粒子等时，便会与它们发生相互作用，重新向四面八方发射出频率与入射光的相同，但强度较弱的光(称子波)，这种现象称光散射。

 分子散射具有选择性，它的散射强度与入射光的波长四次方成反比。所以，不同入射光被散射的比例差别很大。（为什么晴朗天空呈蔚蓝色？）

 当散射粒子的尺度与入射光波长可比拟时(例如飘尘粒子对可见光的散射)，散射光的强度分布不对称而是分布复杂，称为米散射。米散射（粗粒散射）没有选择性，所以入射光与散射光在光谱组成上是一致的。（雾的颜色）

 散射对太阳辐射减弱作用强烈，使得直射光一大部分变成了散射光，即天空辐射（或称散射辐射）； 反射作用

 大气中云层和较大颗粒的埃尘能将太阳辐射中的一部分能量反射到宇宙空间去。其中反射最明显的是云。不同的云量，不同的云状，云的不同厚度所发生的反射是不同的。

直接辐射

自太阳表面发射，未被大气散射而直接到达地表的太阳平行光的辐射强度称直接辐射。

影响直接辐射数值大小的主要因素有：太阳高度角、大气透明度、大气质量数

散射辐射

大气对太阳辐射的散射作用而使部分部分辐射自天空到达地表的称散射辐射。

影响散射辐射数值变化的因素：太阳高度角、大气透明度

总辐射

直接辐射和散射辐射之和称总辐射。

到达地表的太阳辐射，一部分被地面吸收，其余的被地面反射回大气层，而透过的量可以忽略不计。

地面反射量的大小（地面反射率）与地表的性质相关

9、长波辐射

（1）地面有效辐射：地面一方面通过长波辐射向大气传递热量，同时，接收大气的逆辐射。地面长波辐射与大气逆辐射被地面所吸收的部分之差称地面有效辐射。

（2）地表净辐射：地面吸收的太阳短波辐射与地面有效辐射的差值，称地表净辐射(或地表辐射差额)。

 影响净辐射大小的主要因素：为太阳短波辐射，地面有效辐射由于地温和气温的变化不大，对其影响较小，所以太阳短波辐射强弱的日变化和年变化基本上就决定了干 燥潮 湿干 燥潮 湿干 燥潮 湿干 燥潮 湿h¤＝5°h¤＝90°42～7018582陈 雪18～30262218～1915～2010～1512新 雪80～951252714321540浅灰土白沙土水面大多数农作物绿草地大草原葡萄园落叶林针叶林沼泽地黑钙土黄 土各种下垫面对短波辐射的平均反射率下垫面性质反射率(%)下垫面性质反射率(%)