小气候与农业小气候.pptx

1q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：小气候的基本知识小气候的基本知识农业小气候的基本特征农业小气候的基本特征 农业技术措施的小气候效应农业技术措施的小气候效应q要求一般理解和掌握的内容：要求一般理解和掌握的内容：保护地小气候保护地小气候地形和水域小气候地形和水域小气候 森林和园林小气候森林和园林小气候 q难点：难点：农业小气候的基本特征农业小气候的基本特征第1页/共41页2第一节小气候的特点小气候小气候小气候小气候所谓小气候，是指由于下垫面结构和性质不所谓小气候，是指由于下垫面结构和性质不所谓小气候，是指由于下垫面结构和性质不所谓小气候，是指由于下垫面结构和性质不同，造成热量和水分收支差异，形成了近地气层和土壤同，造成热量和水分收支差异，形成了近地气层和土壤同，造成热量和水分收支差异，形成了近地气层和土壤同，造成热量和水分收支差异，形成了近地气层和土壤上层局部地区的特殊气候。上层局部地区的特殊气候。上层局部地区的特殊气候。上层局部地区的特殊气候。农业小气候农业小气候农业小气候农业小气候 是以农作物为下垫面所形成的小气候，或是以农作物为下垫面所形成的小气候，或是以农作物为下垫面所形成的小气候，或是以农作物为下垫面所形成的小气候，或者说是以农田为研究对象的小气候，也称作物小气候或者说是以农田为研究对象的小气候，也称作物小气候或者说是以农田为研究对象的小气候，也称作物小气候或者说是以农田为研究对象的小气候，也称作物小气候或农田小气候。农田小气候。农田小气候。农田小气候。第2页/共41页3不同下垫面麦地麦地坡地坡地水域与山地水域与山地花卉花卉第3页/共41页4棉田棉田草原草原林地林地水域水域第4页/共41页5 小气候形成和变化的因素有两个：一个是辐射因素，另一小气候形成和变化的因素有两个：一个是辐射因素，另一个是局地平流或湍流因素。前者为热力因素，后者为动力基础。个是局地平流或湍流因素。前者为热力因素，后者为动力基础。由小范围下垫面性质和构造不同而产生辐射收支差异形成由小范围下垫面性质和构造不同而产生辐射收支差异形成由小范围下垫面性质和构造不同而产生辐射收支差异形成由小范围下垫面性质和构造不同而产生辐射收支差异形成的小气候，称为的小气候，称为的小气候，称为的小气候，称为“独立小气候独立小气候独立小气候独立小气候”。由于受性质不同的邻近地段移来的空气影响形成的小气候，由于受性质不同的邻近地段移来的空气影响形成的小气候，由于受性质不同的邻近地段移来的空气影响形成的小气候，由于受性质不同的邻近地段移来的空气影响形成的小气候，称为称为称为称为“非独立小气候非独立小气候非独立小气候非独立小气候”。小气候形成因素小气候形成因素 辐射因素占主导地位时，独立小气候表现突出，而大风、辐射因素占主导地位时，独立小气候表现突出，而大风、辐射因素占主导地位时，独立小气候表现突出，而大风、辐射因素占主导地位时，独立小气候表现突出，而大风、阴雨天气条件下，辐射因素变次要，平流因素变主导时，小气阴雨天气条件下，辐射因素变次要，平流因素变主导时，小气阴雨天气条件下，辐射因素变次要，平流因素变主导时，小气阴雨天气条件下，辐射因素变次要，平流因素变主导时，小气候成为非独立的小气候。候成为非独立的小气候。候成为非独立的小气候。候成为非独立的小气候。第5页/共41页6很稳定 小气候规律具有相对稳定性。由于小气候尺度小，所产生的小气候差异不易被混和。因此，各处小气候现象比较稳定，几乎天天具有相同的规律性。但不同季节和天气类型略有差异。小气候的特点小气候的特点第6页/共41页7差别大 从产生小气候现象来看，由于小气候考虑尺度很小，局地差异不易被大规模空气运动所混和，所以在垂直方向或水平方向上的气象要素差异很大。如对于大气候而言气温递减率小于等于1，而小气候气温递减率可高达几百几千度。第7页/共41页8范围小研究对象水平范围垂直范围大气候105107102105小气候10-210410-2102第8页/共41页9第二节、农田小气候形成的物理基础 一 活动面和活动层1、活动面 活动面是热量和水分交换最显著的物体表 面。农田土壤、植物和大气各组成部分之间的物质输送 和能量转换，在小气候形成上起非常重要的作用。2、活动层 实际上，对小气候形成起物理基础作用的不 局限于活动面，而是以发生在具有一定厚度的层次中，这一发挥物理基础作用的层次称为活动层或作用层。第9页/共41页10二、二、活动面的能量平衡活动面的能量平衡R RT T=P+B+LE=P+B+LEC C+I+IA A+Q+QC C+Q+QT T R RT T为农田活动面的净辐射；为农田活动面的净辐射；P P为农田活动面与大气的乱流热交换；为农田活动面与大气的乱流热交换；B B为活动面与下层土壤间的热交换；为活动面与下层土壤间的热交换；LELEC C为农田蒸散耗热；为农田蒸散耗热；I IA A为作物净光合作用消耗的热量；为作物净光合作用消耗的热量；Q QC C为叶片积累的热量；为叶片积累的热量；Q QT T为叶片与株茎内部的热交换。为叶片与株茎内部的热交换。IA，QC C，QT T很小可以忽略不计，上式可简化为：RT=P+B+LEC C第10页/共41页11三、活动层中的乱流交换 近地面物理属性的垂直输送，是由乱流推动的，除一部分乱流是由热力原因引起外，大多数乱流是由于农田对风的摩擦减速而产生的。这种摩擦减速，完全可以视为地面连续不断地从风中吸收动量的过程，从而产生一个由气流到地面的连续向下的动量通量。第11页/共41页12 太阳辐射到达农田植被上表面时，一部分被植物叶面反射，一部分被叶面吸收，一部分穿过植株空隙或透过叶面深入到下面各层直至地面。对于不同作物，或者同一作物不同的生育期，其对太阳辐射的反射、吸收和透射能力不同。第三节、农田小气候的基本特征 一一 农田中光的分布农田中光的分布第12页/共41页13 农田中总辐射强度、直接辐射强度和散射强度的垂直分布，趋势是相似的，都从植株顶部向下递减，并都是在开始时递减较慢，在中间层迅速削弱，再往下递减速度又缓慢下来。因此，过分密植的农田不利于下层透光，培植适当的株型，对有效利用太阳能很重要。第13页/共41页14 光能在植物群体中的铅直分布，符合比尔一朗伯特光能在植物群体中的铅直分布，符合比尔一朗伯特(Beer(BeerLambert)Lambert)指数定律，指数定律，即光线自上而下依次减弱。即光线自上而下依次减弱。I I。:到达株顶的照度；到达株顶的照度；I:I:株顶向下至某一高处的照度；株顶向下至某一高处的照度；I IIo:Io:相对照强度；相对照强度；E:E:自然对数的底；自然对数的底；F:F:株顶向下至某一高度的累计叶面积指数；株顶向下至某一高度的累计叶面积指数；K:K:叶层的消光系数。叶层的消光系数。第14页/共41页15 二二 农田中温度的分布农田中温度的分布 农田中温度的分布，决定于农田辐射差额和农田乱流情况。不同作物、不同生长期和栽培措施下，温度分布是不同的。生长发育初期生长发育初期 谷类作物在分蘖以前，因茎叶幼小，与裸地情况基本相同，即白昼盛行日射型，夜间盛行辐射型的温度分布。第15页/共41页16 作物的生长盛期作物的生长盛期，茎高叶茂，株间和株顶以上的空气交换大为降低。温度垂直分布：午间最高温度和夜间最低温度出现在作物层中的茎叶最密集的部位（外活动面）。作作物物发发育育后后期期，茎叶枯黄脱落，太阳投入株间的光和辐射增多。农田的温度分布，与生育初期相近，最高和最低温度，出现在地面附近。第16页/共41页17 水水田田的的温温度度分分布布，紧紧贴贴水水面面的的一一薄薄层层，白白天天蒸蒸发发耗耗热热多多，夜夜间间冷冷却却慢慢，所所以以与与旱旱地地情情况况相相反反，白白昼昼为为辐辐射射型型，夜夜间间为为日日射射型的温度分布型的温度分布。温度在水田上的分布情况和旱地有异 第17页/共41页18 三三 农田中的湿度分布农田中的湿度分布 农田中的湿度分布和变化，决定于温度、农田蒸发、乱流水汽交换强度的变化。白昼空气乱流使水汽蒸发向上输送，夜间使水汽流向作物层，并凝结为露或霜。作物生长初期，作物蒸腾面不大，作物的蒸腾量不是农田蒸散量的重要部分，农田绝对湿度分布和裸地一样，白昼随高度降低，夜间相反。作物生长后期，农田的绝对湿度分布又和裸地几乎一样，即白昼随高度降低，夜间相反。第18页/共41页19 农田中相对湿度的分布农田中相对湿度的分布 决定于温度和绝对湿度的分布。作物生长初期，相对湿度的分布与裸地相同，不论昼夜相对湿度都是随高度而降低作物生长末期，白天相对湿度和生育中期相近，夜间地表温度较低，最大相对湿度又出现在地表附近。作物生长盛期，白天相对湿度在茎叶密集区域附近最高，地表附近次之；夜间气温都较低，株间相对湿度在所有高度上都比较接近。第19页/共41页20 四四 农田中风的分布农田中风的分布 从风速的水平分布看，风速由农田边行向农田中部不从风速的水平分布看，风速由农田边行向农田中部不断减弱，最初减弱很快，以后减慢，到达一定距离后不断减弱，最初减弱很快，以后减慢，到达一定距离后不再变化。从垂直方向看，风速在作物层中叶稠密部位受再变化。从垂直方向看，风速在作物层中叶稠密部位受到较大削弱，顶部和下部茎叶稀少，风速较大，离边行到较大削弱，顶部和下部茎叶稀少，风速较大，离边行较远的地方的作物层下部风速较小。较远的地方的作物层下部风速较小。可以用如下可以用如下经经验函数验函数来描述来描述 垂直分布垂直分布垂直分布垂直分布 生长初期生长初期生长初期生长初期，风速的垂直分布与裸相似随高度的增加风速增大，风速的垂直分布与裸相似随高度的增加风速增大，风速的垂直分布与裸相似随高度的增加风速增大，风速的垂直分布与裸相似随高度的增加风速增大 生长盛期生长盛期生长盛期生长盛期，风速随高度呈，风速随高度呈，风速随高度呈，风速随高度呈“S”S”型分布。型分布。型分布。型分布。第20页/共41页21第21页/共41页22 五五 农田中二氧化碳的分布农田中二氧化碳的分布作物层内二氧化碳浓度在茎叶密度最大层次附近为最低。作物层内二氧化碳浓度在茎叶密度最大层次附近为最低。从清晨到中午从清晨到中午,作物茎叶密集的高度上二氧化碳浓度最低作物茎叶密集的高度上二氧化碳浓度最低,午后可降至最接近地面的地方。夜间，从傍晚到清晨，午后可降至最接近地面的地方。夜间，从傍晚到清晨，由于作物的呼吸作用放出二氧化碳，农田中二氧化碳的由于作物的呼吸作用放出二氧化碳，农田中二氧化碳的浓度由下向上不断递减。浓度由下向上不断递减。第22页/共41页23农田中农田中农田中农田中COCO2 2浓度垂直分布浓度垂直分布浓度垂直分布浓度垂直分布 白天白天白天白天，农田是，农田是，农田是，农田是COCO2 2的汇；大气是的汇；大气是的汇；大气是的汇；大气是COCO2 2的源。的源。的源。的源。夜间夜间夜间夜间，农田是，农田是，农田是，农田是COCO2 2的源；大气是的源；大气是的源；大气是的源；大气是COCO2 2的汇。的汇。的汇。的汇。白天白天白天白天，垂直分布曲线由地面向上递减。，垂直分布曲线由地面向上递减。，垂直分布曲线由地面向上递减。，垂直分布曲线由地面向上递减。夜间夜间夜间夜间，COCO2 2浓度的最低点出现在作物层的某一高度上，并由浓度的最低点出现在作物层的某一高度上，并由浓度的最低点出现在作物层的某一高度上，并由浓度的最低点出现在作物层的某一高度上，并由此向上、向下浓度明显增大。此向上、向下浓度明显增大。此向上、向下浓度明显增大。此向上、向下浓度明显增大。第23页/共41页24第四节第四节 农业技术措施的小气候效应农业技术措施的小气候效应一、耕作措施的小气候效应耕作措施的小气候效应 耕翻土壤疏松，孔隙度增大，土壤热容量和导热率减小。白昼和夏季，热量积集表层，在耕翻层，温度比未耕地的高，具增温效应，下层温度较低，具降温效应。夜间或冷季，深层向土表输送的热量较小，耕层的温度比未耕地的偏低，具降温效应，下层则较高，具增温效应。第24页/共41页251、松土（1）使土壤疏松，增加土壤的透气性和透水性，提高土壤的蓄水能力，对下层土壤来说，有保墒效应；（2）使土壤热容量和导热率减小，削弱上下层土壤间热交换，增加土壤表层温度的日较差；（3）低温季节，松土层有降温效应，下层有增温效应，高温季节，松土层有升温效应，下层有降温效应。2、镇压（1）减小土壤透气性和透水性，增加土壤的毛管量，加速土壤水份蒸发；（2）增加土壤的热容量和导热率，减小土壤温度的日较差；（3）在土壤干燥时，镇压可以保持土壤水分。第25页/共41页263、垄作 其小气候效应与松土相似。另一方面使垄面凸起,增加了土表与大气接触面积。白天增加对太阳辐射的总吸收面，热量聚集在表层土壤，垄温比平作偏高，垄作地土壤温度日变幅比平作大。土壤愈干燥，这种效应愈显著。一般南北垄的东西两侧，土壤温度相关不大；而东西垄的南北两侧温度有显著差异，南侧温度远高于北侧，就整体平均来看，南北垄的土壤温度高于东西垄。垄作地凸起,蒸发面加大，上层土壤干燥疏松，下导土壤湿润。第26页/共41页27二、栽培技术措施二、栽培技术措施种植行向的气象效应 夏季，东西行向的受照时间比南北行向要多，并且并且差别相当显著，冬季，日出、日落方位偏南，东西行与南北行遮荫情况比较比较复杂，一般地，在高纬度地区在作物高度与行宽的比值较大时，南北行种植较东西行种植受光有利。行向对农田的通风状况有很大的影响。为了使农田通风良好，在行向的选择上，除考虑光照条件外，还要使行向与作物生长盛期出现最多的风向一致。行向的影响在平原地区最明显，而在地形复杂的丘陵或山地，则往往因地形的影响而受到干扰和破坏。第27页/共41页28 农田通风、透光性随密度的加大而减弱，农田的空气随密度加大而增加。另外，另外密植皮对气温有很大影响，白天或暖季，由于密植后得到的太阳辐射减少，蒸腾耗热增加，所以作物层中的气温随密度增大而降低；夜间或冷季，由于密植能减小地面有效辐射，所以密度越大，气温越高，密植皮有保温作用，以上气温的差别一般在封行前较大，封行后阳光不易透入，各密度间的气温差异就不明显了。种植密度的气象效应第28页/共41页29间作、套种的气象效应间作、套种的气象效应 间作比单作增大了全田的密度和叶面积，变平面用光为立体用光，增加了光合面积，当太阳高度角超过45度时，侧边受光面积增大，将强光度变为中等光，提高单位面积的光能利用率。套作既有延长光合作用的效果，又有增加光合面积、改善通风透光的作用。交替地合理利用光能，是套作的特点。它是解决季节不足，提高光能利用率的一个重要途径。第29页/共41页30灌溉的气象效应灌溉的气象效应 灌溉可以提高土壤湿度，反射率降低，提高对太阳辐射的吸收率；同时由于农田中地的蒸散加剧，土壤温度降低，空气湿度加大，使地面有效辐射减小，因而灌溉地的辐射平衡较大，但是由于灌溉后蒸散量大增加,而且温度越高时增加越多，所以在午后高温时间灌溉地上形成逆温，气温比未灌溉地低;而在夜间低温时，灌溉地的气温较高，灌溉后土壤热容量和导热率都较大，因此白天土壤增温和夜间降温都比较缓慢，表层土壤的日较差减小。第30页/共41页31 覆盖地的气象效应覆盖地的气象效应蓝色膜对水稻育苗效果好，因为蓝色膜比无色膜透过的蓝紫光多，增温和缓，保湿适宜，秧苗叶绿色含量增加，立枯病发病低，有利于培育壮秧。又如，银色膜对冬春蔬菜大棚栽培效果好，因为银色膜反射性能好，当太阳光照在膜上时可以全反射出来，有利于蔬菜全面受光，使茎叶粗壮，果实提早成熟，着色好。另外，银色膜还可以驱走蚜虫，减轻作物病虫害。第31页/共41页32第五节 地形和水域小气候一、地形小气候(一)坡地小气候 太阳辐射在坡地上的分布规律是：在纬度3050N的地区，到达各种坡度的偏南坡地上的太阳辐射总量都比水平面上多，而偏北坡地都比水平面上少；东坡与西坡介于南、北坡之间，两者相差不大。坡地地面上日平均温度的高低主要取决于坡地吸收辐射能的多少，所以它的分布规律与太阳辐射的分布相似。对于北回归线以北地区，坡地地面上日平均温度总是以南坡最高，东南、西南坡次之，北坡最低。坡地上的气温分布与地面温度分布一致。在阴天时，由于各坡地上的辐射总量相差不大，所以气温的差异也就不存在了。至于坡向对土壤湿度的影响，一般与对太阳辐射的影响相反 地形对风速影响的规律一般是：凸出地形顶部风速最大，侧风坡中部次之，迎风坡较小，背风坡和低洼处最小。第32页/共41页33（二）谷地小气候 由于周围山地的遮蔽，使谷地的日照时间比空旷平地短，太阳辐射总量比平地少，与外界热量和水汽的交换也受到很大限制，因此形成了谷地小气候。谷地的气温日变化较四周山坡和山顶剧烈。谷底和山坡之间有山谷风存在。山谷风在夏季最明显，而在冬季较弱。白天，谷风把水汽带到山顶，使山顶湿度增加，谷底湿度减小；夜间，山风又把水汽带回谷中，使谷底湿度增加，山顶减小。第33页/共41页34二、水域小气候 水面的辐射平衡比陆地大。由于水体吸收的辐射能主要用于蒸发耗热和水体储存热量的能力很强，所以水体温度升高不大。水域上空气温变化的大小与水域面积和深度有关。水域面积越大，深度越深，气温变化越小；反之，则气温变化较大。水域对沿岸陆地的春季回暖和秋季降温都有延缓作用，对冬季降温也有缓和作用。因此对沿岸的越冬作物和果树有良好的保护作用。在春、秋两季，当霜冻发生时，沿岸农田也能减轻或免受霜冻的危害。第34页/共41页35第六节 果园小气候（一）果园中的光照状况 当阳光照射到树冠上时，由于树冠的吸收与反射，越到树冠内部光照越弱。从树形来看，小型果树的生产力比大型果树高，因为树的表面积占树体积的比重大。从栽种方式看，一般认为宽行距、窄株距的方式可以增加单位面积的栽植密度，减少光能浪费，较为有利。从行向来说，一般认为南北行向的果园，在一天中树冠上光照分布均匀，上午东面受光，下午西面受光，光照时问也相等。而东西行向的果园，在生长期内树冠南、北两侧面的直接辐射相差太大。第35页/共41页36（二）果园内的温度状况 冬季，果园内的日平均气温较果园外稍高。春季，对落叶果园来说，白天气温比果园外高，夜间气温却较果园外低。夏季，白天气温比果园外低；夜间气温反比果园外高。秋季，对落叶果园来说，又恢复到春季的情况。（三）果园内的湿度状况 果园内空气湿度几乎全年都高于果园外空旷地的湿度。第36页/共41页37（四）果园内风的状况 一般密植果园内，冠层风速明显小于裸地，而树冠内几乎没有风。当行向与风向平行时，园内风速减弱较小，但仍较裸地小1/21/3。（五）果园小气候的调节 1，果园地面覆盖 2，果园灌溉 3，树干涂白 4，修剪整形 5，兴建果园防护林第37页/共41页38 第七节、护田林带小气候 农田营造防护林后，能产生多种有利于作物生长的小气候效果，风速减小，蒸发减慢，土壤和空气湿度增大。冬季增加农田积雪的厚度和均匀度，夏季减少降雨造成的水土流失。同时还可以防御大风、干热风、干旱和霜冻等多种气象灾害的危害。防风效应是林带的主要作用。林带减弱了风速，也就影响到农田上的蒸散、湿度和温度。当有冷空气南下时，林带中贴地气层的气温都比林外高，降温比较缓慢；当有暖空气吹来时，林带内的温度比林外低，升温也较缓慢。也就是说，林带对冷空气活动造成的霜冻和干热风都有防御作用。在林带内，风速减小，乱流减弱，土壤和作物蒸散的水汽，滞留在贴地气层中的时间要长，数量较多，因此空气的湿度比林外高。第38页/共41页39 森林小气候当太阳辐射照射到森林上时，林冠能吸收35%75%的太阳辐射，而到达林内地表的较少，在稠密林中，到达地表的仅有2%，在稀疏林中可达25%。林内白天气温较低，夜间气温比空旷地高，日较差减小。林内的湿度总比林外高。森林能增加降水。森林上空上升运动较强 。第39页/共41页40 作作 业业1.什么叫小气候和农田小气候?2.为了提高作物层内的透光性，应采取哪些措施?3.为了提高作物层内的通风性，应采取哪些措施?4.改良农田小气候的技术措施有哪些?简单叙述这些措施对农田小气候的影响?5.怎样调节温室内的温度?怎样提高温室内CO2的浓度?6.简述覆盖塑料薄膜的小气候效应。7.简述地形、水域小气候的特点。8.从农业气象角度来看，为什么要修剪果树?第40页/共41页41感谢您的观看。第41页/共41页