《小气候》气象学课件.pptx
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- 小气候 气象学 课件
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1、第一节第一节 小气候的概念及特点小气候的概念及特点 第二节 各种小气候各种小气候第八章 小气候 小气候是指在相同的大气候特点的背景下,因下小气候是指在相同的大气候特点的背景下,因下垫面的影响使近地层和土壤上层的小范围内具有一垫面的影响使近地层和土壤上层的小范围内具有一些独特的天气现象和气候特征的现象。些独特的天气现象和气候特征的现象。受地面性质、受地面性质、地形、土壤状况、地面覆盖状况及植被发育状况的地形、土壤状况、地面覆盖状况及植被发育状况的影响形成差异较大的小气候,如农田、森林、地形、影响形成差异较大的小气候,如农田、森林、地形、温室等等。温室等等。由于人类的生产活动及农作物生长在近由于人
2、类的生产活动及农作物生长在近地层和土壤的上层,直接受小气候的影响,因此人地层和土壤的上层,直接受小气候的影响,因此人类可以通过改变下垫面的性质,在一定范围内控制类可以通过改变下垫面的性质,在一定范围内控制小气候的变化,使其朝向人类的意愿变化,以便影小气候的变化,使其朝向人类的意愿变化,以便影响作物的产量和品质。例如:城市中合理植树种花,响作物的产量和品质。例如:城市中合理植树种花,绿化庭院,改善城市下垫面状况,可以使城市居民绿化庭院,改善城市下垫面状况,可以使城市居民住宅区或工厂区的小气候条件得到改善,减少空气住宅区或工厂区的小气候条件得到改善,减少空气污染。污染。云雾林是热带雨林的一种,在海
3、南岛,泛指海拔云雾林是热带雨林的一种,在海南岛,泛指海拔较高的山地生长的原始热带雨林。由于云雾林中林较高的山地生长的原始热带雨林。由于云雾林中林木茂密,空气湿度极大,苔藓类和寄生、附生植物木茂密,空气湿度极大,苔藓类和寄生、附生植物发达,终年云雾缭绕,降雨频繁,很多云雾林地区发达,终年云雾缭绕,降雨频繁,很多云雾林地区年降雨量可达年降雨量可达25002500毫米以上。毫米以上。特殊的地形和小气候特殊的地形和小气候,造成云雾林中动植物种类繁多,生物多样性极为丰造成云雾林中动植物种类繁多,生物多样性极为丰富,是海南岛生态系统的核心。富,是海南岛生态系统的核心。在海南佳西保护区云雾在海南佳西保护区云
4、雾林,一只色彩鲜艳的梭林,一只色彩鲜艳的梭德氏棘蛛在蛛网上等待德氏棘蛛在蛛网上等待猎物猎物 海南佳西保护区云海南佳西保护区云雾林中兰花品种丰雾林中兰花品种丰富,这是羊耳蒜富,这是羊耳蒜 海南鹦哥岭保护区云雾林海南鹦哥岭保护区云雾林中色彩艳丽的大皇蛾,这中色彩艳丽的大皇蛾,这是世界上体形最大的蛾类,是世界上体形最大的蛾类,双翅展开可达双翅展开可达2525厘米以上。厘米以上。第第一一节节 小气候小气候一、一、小气候的概念小气候的概念 在相同的大气候背景下,在相同的大气候背景下,局部局部地区由于其下垫面性质的地区由于其下垫面性质的不同不同,在小范围内形成一种与在小范围内形成一种与大气候不同特点的大气
5、候不同特点的独特的独特的气候气候状况状况,通称小气候通称小气候。一一、小气候的小气候的概念概念 1.1.范围较小范围较小 它的垂直尺度大致包括整个贴地气它的垂直尺度大致包括整个贴地气层层 (2m(2m以下以下),),水平尺度从几毫米到几十千米或稍水平尺度从几毫米到几十千米或稍大一些大一些。2.2.差别大差别大 因因尺度很小尺度很小 ,局地差异不易被大规局地差异不易被大规模空气运动所混和模空气运动所混和,故故在垂直方向或水平方向上的在垂直方向或水平方向上的气象要素差异很大气象要素差异很大。3.3.稳定性强稳定性强 小气候小气候的规律的规律具有相对的稳定性具有相对的稳定性。但不同季节和天气类型略有
6、差异但不同季节和天气类型略有差异。二二、小气候的特点小气候的特点 三、小气候形成的理论基础三、小气候形成的理论基础 小气候的形成,主要决定于下垫面的热量平衡、小气候的形成,主要决定于下垫面的热量平衡、水分平衡、近地层的乱流交换。水分平衡、近地层的乱流交换。(一)活动面(作用面)和活动层(作用层)(一)活动面(作用面)和活动层(作用层)活动面又称为作用面,是指能借助于辐射作用活动面又称为作用面,是指能借助于辐射作用吸收或放出热量,调节邻近气层和土层温度湿度吸收或放出热量,调节邻近气层和土层温度湿度等要素变化的物质表面。如地面、水面、植物表等要素变化的物质表面。如地面、水面、植物表面等等。面等等。
7、在农田中,进行热量交换的作用面不只是地在农田中,进行热量交换的作用面不只是地表面,而是由地面到作物表面的整个层,把这个表面,而是由地面到作物表面的整个层,把这个层称为层称为作用层或活动层。作用层或活动层。在作物幼苗期,活动面在作物幼苗期,活动面主要是地面,到作物生长旺盛期活动面则主要是主要是地面,到作物生长旺盛期活动面则主要是作物茎叶最密集的面,称为作物茎叶最密集的面,称为外活动面外活动面,此时地面,此时地面称为称为内活动面内活动面。(二)小气候形成的理论基础(二)小气候形成的理论基础 1 1、活动面的辐射平衡、活动面的辐射平衡:小气候的形成主要决定于活动面对太阳辐射的小气候的形成主要决定于活
8、动面对太阳辐射的吸收、近地层的乱流交换和土壤热交换。形成小吸收、近地层的乱流交换和土壤热交换。形成小气候差异的因素有测点的坡向、坡度、下垫面的气候差异的因素有测点的坡向、坡度、下垫面的特征、地平的遮蔽程度、天气条件等。特征、地平的遮蔽程度、天气条件等。辐射平衡是辐射平衡是气候形成的重气候形成的重要因素,也是要因素,也是热量平衡的基热量平衡的基础础影响辐射平衡的因素:影响辐射平衡的因素:纬度、地形、下垫面的性质纬度、地形、下垫面的性质辐射平衡的时空分布:以农辐射平衡的时空分布:以农田活动层为例,田活动层为例,图图8 81 1 表表8 81 1、图图8 82 2 2 2、活动面的热量平衡:、活动面
9、的热量平衡:对于不同的下垫面,其热量平衡方程的形对于不同的下垫面,其热量平衡方程的形式是相同的,既有乱流热通量、蒸发耗热、土式是相同的,既有乱流热通量、蒸发耗热、土壤热通量,但在农田和森林里,各分量的大小壤热通量,但在农田和森林里,各分量的大小与裸地差异很大。如水稻田的蒸发耗热多,沙与裸地差异很大。如水稻田的蒸发耗热多,沙漠中的乱流热交换则更明显。漠中的乱流热交换则更明显。表表8 82 2棉花发育期热量平衡分量值棉花发育期热量平衡分量值 田田间间小小气气候候观观测测仪仪白沙黄皮果蔗白沙黄皮果蔗 和田的千里葡萄长廊和田的千里葡萄长廊-1480-1480公里(相当于公里(相当于北京到长沙)北京到长
10、沙)和田县巴格其镇的农民为节省耕地,利用农田道路,将葡和田县巴格其镇的农民为节省耕地,利用农田道路,将葡萄种在道路边上,枝蔓架在道路上方,多占天少占地,取得萄种在道路边上,枝蔓架在道路上方,多占天少占地,取得了明显的社会效益和经济效益。葡萄长廊的建设:一是节约了明显的社会效益和经济效益。葡萄长廊的建设:一是节约了土地。二是经济效益显著。三是生态环境得到改善和保护。了土地。二是经济效益显著。三是生态环境得到改善和保护。改善了农田小气候,美化了农村环境,已成为戈壁绿洲的一改善了农田小气候,美化了农村环境,已成为戈壁绿洲的一大景观。大景观。第二节第二节 地形和水域小气候地形和水域小气候一、地形小气候
11、一、地形小气候 地形的差异是引起小气候差异的主要原因之一。由地形的差异是引起小气候差异的主要原因之一。由于山脉的走向、坡地的方位、坡度不同,导致各下垫于山脉的走向、坡地的方位、坡度不同,导致各下垫面得到的热量和水分不同,同时由于地形的阻挡作用面得到的热量和水分不同,同时由于地形的阻挡作用使气流运动发生变化,造成山坡和谷地及不同坡地温使气流运动发生变化,造成山坡和谷地及不同坡地温度、湿度、风等要素分布状况的差异,进而直接影响度、湿度、风等要素分布状况的差异,进而直接影响植被的分布和发育状况。我国地形东低西高,山地、植被的分布和发育状况。我国地形东低西高,山地、高原和丘陵约占陆地面积的高原和丘陵约
12、占陆地面积的2/32/3,盆地和平原约,盆地和平原约1/31/3,因此研究地形小气候,可以开发和充分利用山地的气因此研究地形小气候,可以开发和充分利用山地的气候资源。候资源。(一)坡地小气候:(一)坡地小气候:1 1、坡地对日照的影响:、坡地对日照的影响:对于南坡对于南坡,冬半年太阳出没的方位偏南,冬半年太阳出没的方位偏南,南坡南坡的可照时数与水平面相当的可照时数与水平面相当,夏半年由于太阳出没,夏半年由于太阳出没的方位偏北,南坡的可照时数比水平面的少,且的方位偏北,南坡的可照时数比水平面的少,且随坡度随坡度()()的增大而减少。当坡度大于纬度的增大而减少。当坡度大于纬度()()时,则随赤纬时
13、,则随赤纬()()的增加而减小的增加而减小.由于地形相互的遮蔽,不同坡地的可照时由于地形相互的遮蔽,不同坡地的可照时数差异很大数差异很大。北坡北坡的可照时数在不同季节相差较大。的可照时数在不同季节相差较大。冬半冬半年北坡的可照时数随坡度的增大迅速减小,其年北坡的可照时数随坡度的增大迅速减小,其可照时数(可照时数(+)纬度上水平面的可照时数相)纬度上水平面的可照时数相当,因此,当,因此,北坡坡度增加北坡坡度增加1 1,对日照的影响相,对日照的影响相当于纬度升高了当于纬度升高了1 1。当坡度大于正午太阳高度当坡度大于正午太阳高度角时,全天处于遮蔽,可照时数为角时,全天处于遮蔽,可照时数为0 0,如
14、北京冬,如北京冬至日正午的太阳高度角为至日正午的太阳高度角为26263333,因此该区域,因此该区域坡度大于坡度大于26263333 的北坡冬至日无光照。的北坡冬至日无光照。东西坡东西坡上的可照时数都小于水平面上。不论冬半上的可照时数都小于水平面上。不论冬半年和夏半年都随坡度增大而减小,但随赤纬的增大年和夏半年都随坡度增大而减小,但随赤纬的增大而增大,随赤纬的减小而减小。纬度越高,可照时而增大,随赤纬的减小而减小。纬度越高,可照时数年变化越大。数年变化越大。与水平面相比,坡度和坡向总是减小日照时数与水平面相比,坡度和坡向总是减小日照时数。黄山地形复杂,小气候差黄山地形复杂,小气候差异明显,有的
15、地方多雨凇,异明显,有的地方多雨凇,有的地方多雾凇,有时两有的地方多雾凇,有时两者同时出现者同时出现。2 2、坡地对辐射的影响:、坡地对辐射的影响:由于坡地日照的差异很大,因此不同坡向由于坡地日照的差异很大,因此不同坡向的辐射的辐射(主要是直接辐射主要是直接辐射)分布也相差很大。南分布也相差很大。南坡和北坡坡度的大小,对辐射总量的影响最大,坡和北坡坡度的大小,对辐射总量的影响最大,东坡和西坡的影响最小。东坡和西坡的影响最小。在中纬度地区,南坡在中纬度地区,南坡的坡度增加的坡度增加1 1,相当于水平面的纬度向南移,相当于水平面的纬度向南移1 1,北坡则相当于纬度北移北坡则相当于纬度北移1 1。即
16、坡度为即坡度为的南坡的南坡上的可能辐射总量与比其纬度偏低上的可能辐射总量与比其纬度偏低度的水平度的水平面的辐射总量接近(冬季和夏季因太阳出没的面的辐射总量接近(冬季和夏季因太阳出没的位置不同而不同)。位置不同而不同)。夏半年夏半年偏南坡地上的辐射总量,在低纬度地区(如偏南坡地上的辐射总量,在低纬度地区(如2020N N以南的海南岛)比水平面的少,并随坡度的增大以南的海南岛)比水平面的少,并随坡度的增大迅速减少;中高纬度迅速减少;中高纬度(如如4040N N以北以北)地区则比水平面的地区则比水平面的多,在一定限度内随坡度的增大而增多。偏北坡地的多,在一定限度内随坡度的增大而增多。偏北坡地的辐射总
17、量与南坡相反。南北坡的差别在夏季较小辐射总量与南坡相反。南北坡的差别在夏季较小.冬半年冬半年偏南坡地上的辐射总量,都比水平面的多,偏南坡地上的辐射总量,都比水平面的多,且在一定坡度以下,纬度越高,坡度越大,增加越且在一定坡度以下,纬度越高,坡度越大,增加越多。偏北坡地上的辐射总量总比水平面的少,并且多。偏北坡地上的辐射总量总比水平面的少,并且随坡度和纬度的增加而迅速减少。随坡度和纬度的增加而迅速减少。冬半年南北坡差别明显。东坡和西坡介于南坡冬半年南北坡差别明显。东坡和西坡介于南坡和北坡之间,差别不大。和北坡之间,差别不大。在不同的区域,有效地利用地形的热量资源,合在不同的区域,有效地利用地形的
18、热量资源,合理布局农作物,使其在生长季节获得足够的能量,促理布局农作物,使其在生长季节获得足够的能量,促进作物早熟,缩短生长期。进作物早熟,缩短生长期。普兰县城位于纳木阿比峰和那尼雪普兰县城位于纳木阿比峰和那尼雪峰之间的孔雀河峰之间的孔雀河(马甲藏布马甲藏布)谷地,谷地,地形狭窄,来自孟加拉的湿润空气,地形狭窄,来自孟加拉的湿润空气,在这里形成宜人的高原小气候。气在这里形成宜人的高原小气候。气候温和,降水颇丰,是阿里地区中候温和,降水颇丰,是阿里地区中“雪山环绕的地方。因为有神山,雪山环绕的地方。因为有神山,圣湖而广受旅行者青睐。圣湖而广受旅行者青睐。受各坡向辐射总量的影响,各坡向的温度状况受
19、各坡向辐射总量的影响,各坡向的温度状况不同。一般南坡温度比北坡高,西坡比东坡高,西不同。一般南坡温度比北坡高,西坡比东坡高,西南坡高于东北坡。土壤温度的最低值一般出现在北南坡高于东北坡。土壤温度的最低值一般出现在北坡,最高值出现的位置随季节、天气和土壤状况不坡,最高值出现的位置随季节、天气和土壤状况不同而略有变化,一般是西南坡温度最高。同而略有变化,一般是西南坡温度最高。这是因为这是因为受天气条件和土壤湿度的影响,上午的太阳辐射能受天气条件和土壤湿度的影响,上午的太阳辐射能量主要用于地面凝结物和土壤的蒸发,午后的能量量主要用于地面凝结物和土壤的蒸发,午后的能量则主要用于土壤热通量和感热通量。则
20、主要用于土壤热通量和感热通量。3 3、坡地对温度分布的影响:、坡地对温度分布的影响:各坡地上的气温变化趋势与地温一致,但各坡地各坡地上的气温变化趋势与地温一致,但各坡地气温的差异比地温缓和。且随着离坡地高度的增加,气温的差异比地温缓和。且随着离坡地高度的增加,由于乱流混合作用的加强及天气的影响,坡地对气由于乱流混合作用的加强及天气的影响,坡地对气温的影响逐渐减小。在阴雨天气条件下无影响。温的影响逐渐减小。在阴雨天气条件下无影响。另外,坡地对局地的风和降水也都有影响,由于地另外,坡地对局地的风和降水也都有影响,由于地形对气流的阻挡作用,山坡的迎风面和两侧风速大,形对气流的阻挡作用,山坡的迎风面和
21、两侧风速大,背风坡风速小。对降水的影响远没有高大地形的显著背风坡风速小。对降水的影响远没有高大地形的显著 坡地的湿度受温度和热量的影响,一般偏南坡的土坡地的湿度受温度和热量的影响,一般偏南坡的土温高,蒸发快,土壤干燥;偏北坡温度低,蒸发慢,温高,蒸发快,土壤干燥;偏北坡温度低,蒸发慢,土壤潮湿。坡地对空气湿度的影响,由于受天气的影土壤潮湿。坡地对空气湿度的影响,由于受天气的影响,与土壤湿度的分布的趋势略有不同。在比较干燥响,与土壤湿度的分布的趋势略有不同。在比较干燥的条件下,偏南坡的空气湿度比偏北坡的小;湿润条的条件下,偏南坡的空气湿度比偏北坡的小;湿润条件下则相反。阴雨和大风天气差异减小,甚
22、至没有。件下则相反。阴雨和大风天气差异减小,甚至没有。4 4、坡地对湿度分布的影响、坡地对湿度分布的影响 (二)谷地小气候(二)谷地小气候 在山区,不同的坡地具有小气候差异外,洼地在山区,不同的坡地具有小气候差异外,洼地和谷地与山顶的小气候也有明显的差异。周围山和谷地与山顶的小气候也有明显的差异。周围山地对谷地的遮蔽作用,使谷地的日照时数比平地地对谷地的遮蔽作用,使谷地的日照时数比平地的少,辐射能也少。同时由于地形的影响,与周的少,辐射能也少。同时由于地形的影响,与周围空气的热量和水分交换受到很大的限制,与山围空气的热量和水分交换受到很大的限制,与山顶差异较大。顶差异较大。白天,谷底和谷坡吸收
23、辐射增温,但与周围空旷白天,谷底和谷坡吸收辐射增温,但与周围空旷地段的交换较慢,而坡顶与周围大气交换快,因此地段的交换较慢,而坡顶与周围大气交换快,因此谷地的气温比坡顶高;夜间辐射冷却,特别是晴朗谷地的气温比坡顶高;夜间辐射冷却,特别是晴朗的天气,由于冷空气在谷底的堆积,造成谷底温度的天气,由于冷空气在谷底的堆积,造成谷底温度明显低于坡顶,出现逆温现象,可使山坡上的作物明显低于坡顶,出现逆温现象,可使山坡上的作物不易遭受低温灾害。不易遭受低温灾害。由于谷地的热力差异,常常引由于谷地的热力差异,常常引起局地环流山谷风,在不同季节风速的大小不同。起局地环流山谷风,在不同季节风速的大小不同。二、水域
24、小气候二、水域小气候 水域是指湖泊、水库及大的江河等,研究这些水域是指湖泊、水库及大的江河等,研究这些小范围水域及其邻近地区的气候特征并应用其为国小范围水域及其邻近地区的气候特征并应用其为国民经济服务的气候学分支称为水域小气候。小水域民经济服务的气候学分支称为水域小气候。小水域和海洋一样有水的热力特性,只不过其影响范围小,和海洋一样有水的热力特性,只不过其影响范围小,远远不及海洋。远远不及海洋。水域小气候与陆地其它小气候的差异,水域小气候与陆地其它小气候的差异,主要是因主要是因为水体的热力性质与陆地的差异较大为水体的热力性质与陆地的差异较大。受水体的影。受水体的影响,在水体的上方和内部形成独特
25、的小气候。响,在水体的上方和内部形成独特的小气候。水域气候的主要特征是水域气候的主要特征是:由于水面对太阳辐射的反射率小,透射率大,由于水面对太阳辐射的反射率小,透射率大,水面获得的辐射能量比陆面多,而且通过传导和对水面获得的辐射能量比陆面多,而且通过传导和对流将热量贮存于深层水体,起到流将热量贮存于深层水体,起到“热汇热汇”作用;冷作用;冷却时,它又能通过水下的湍流交换和水面辐射交换却时,它又能通过水下的湍流交换和水面辐射交换及蒸发将热量送回到邻近空气,起到及蒸发将热量送回到邻近空气,起到“热源热源”作用。作用。因此,水域上方气温变化缓慢。因此,水域上方气温变化缓慢。水面上蒸发旺盛,空气湿度
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