1、第 一 章1)微 气 象 学 的 概 念 ： 微 气 象 学 是 研 究 发 生 在 大 气 边 界 层 下 层 及 其 下 部 土 壤 -植 被 -大 气 作 用层 中 的 微 尺 度 、 小 尺 度 或 局 地 尺 度 的 大 气 现 象 、 过 程 与 变 化 规 律 的 学 科 。2)微 气 象 与 微 气 候 异 同 ：它 们 处 理 的 都 是 发 生 在 近 地 气 层 的 相 似 的 大 气 过 程 ， 由 短 期 平 均 的 得 到 的 微 气 象 规 律通 过 积 分 等 数 学 或 统 计 运 算 能 得 到 长 期 的 微 气 候 变 化 规 律 。它 们 的 主 要
2、不 同 在 于 对 气 象 要 素 的 进 行 平 均 的 时 间 尺 度 不 同 。 微 气 象 是 对 不 仅 关 心 边界 层 或 下 垫 面 层 气 象 变 量 的 短 时 平 均 ， 还 关 心 它 们 的 脉 动 。 而 微 气 候 是 对 气 象 变 量 的 长 期平 均 ， 关 心 的 是 日 变 化 、 季 节 变 化 。3)微 气 候 的 特 点 ： 范 围 小 、 差 异 大 、 很 稳 定 三 个 特 点 。4） 微 气 象 的 研 究 领 域 ：包 括 各 种 类 型 下 垫 面 上 的 辐 射 收 支 状 况 及 其 分 布 特 征 和 变 化 规 律 ， 近 地
3、层 中 各 种 物 理 属 性的 输 送 和 交 换 物 理 过 程 、 控 制 机 制 ， 微 气 象 的 形 成 原 因 ， 各 种 影 响 因 素 ， 各 气 象 要 素 的 变化 规 律 。 如 ： 辐 射 收 支 状 况 ， 动 量 、 质 量 、 热 量 交 换 ， 水 、 C、 N 等 物 质 循 环 。 尤 其 关 心的 是 测 定 和 模 拟 上 述 湍 流 交 换 在 植 被 和 地 表 间 的 时 空 变 异 。 目 标 ： 改 良 微 气 象 条 件 。5） 微 气 象 的 研 究 方 法微 气 象 的 研 究 方 法 通 常 是 采 用 理 论 和 实 验 相 结 合
4、 ， 并 以 实 验 为 主 。 实 验 方 法 则 是 以 野 外 试验 观 测 及 室 内 模 型 实 验 同 时 进 行 。（ 1） 观 测 试 验 研 究（ 2） 数 值 模 拟 研 究数 值 模 拟 研 究 就 是 用 系 统 的 观 点 ， 从 近 地 层 大 气 物 理 系 统 所 遵 循 的 基 本 物 理 定 律 （ 质 量 守恒 律 、 大 气 运 动 规 律 、 能 量 守 恒 律 ） 出 发 ， 根 据 下 垫 面 特 征 ， 给 出 适 当 的 边 值 条 件 和 模 式参 数 值 ， 来 研 究 某 个 下 垫 面 的 温 度 、 湿 度 、 风 速 等 的 分 布
5、 和 变 化 规 律 。（ 3） 观 测 试 验 与 数 值 模 拟 相 结 合 的 研 究上 述 二 种 研 究 方 法 各 有 长 处 ， 也 各 有 局 限 性 ， 二 者 结 合 是 微 气 象 研 究 更 合 理 、 更 有 效 的 方法 ， 一 般 用 试 验 观 测 资 料 验 证 数 值 模 拟 结 果 ， 或 者 通 过 观 测 试 验 确 定 数 值 模 拟 模 式 参 数 。（ 4） 模 型 试 验 研 究通 过 人 造 模 型 进 行 风 洞 试 验 来 探 索 某 些 微 气 象 规 律 属 于 模 型 试 验 研 究 方 法 。第 二 章1) 两 个 方 程平 坦
6、裸 露 下 垫 面 的 地 表 辐 射 收 支 方 程 Rn=S+D+G-R-U-RL辐 射 收 入 项 包 括 ： 太 阳 直 接 辐 射 S、 天 空 散 射 辐 射 D 和 大 气 逆 辐 射 G；辐 射 支 出 项 包 括 ： 短 波 反 射 辐 射 R、 地 面 放 射 辐 射 U 和 长 波 反 射 辐 射 RL。地 表 能 量 平 衡 方 程 可 表 示 为 ： Rn=H+LE+QsfH 为 感 热 通 量 ， LE 潜 热 通 量 ， Qsf为 土 壤 热 通 量 。2)影 响 下 垫 面 反 射 率 的 因 子影 响 下 垫 面 反 射 率 的 因 素 有 2 个 方 面 ：
7、内 因 ： 下 垫 面 本 身 的 物 理 特 性 ， 如 的 颜 色 、 湿 度 、 粗 糙 程 度 等 （ 空 间 差 异 ） ；外 因 ： 天 文 因 素 ， 如 太 阳 高 度 角 、 波 长 （ 时 间 差 异 ）(1)物 体 颜 色 愈 深 ， 反 射 率 愈 小 ， 颜 色 愈 浅 ， 反 射 率 愈 大 。(2)地 表 反 射 率 随 土 壤 湿 度 的 增 加 而 减 小 ， 且 大 致 符 合 负 指 数 关 系 。(3)粗 糙 度 增 加 使 地 表 反 射 率 减 小 。(4)地 表 反 射 率 随 太 阳 高 度 角 的 增 大 而 减 小 的 。(5)地 表 反 射
8、 率 随 辐 射 波 长 的 不 同 而 不 同 ， 对 红 外 区 辐 射 的 反 射 率 大 于 可 见 光 区 。3） 有 效 辐 射 的 影 响 因 子下 垫 面 有 效 辐 射 大 小 取 决 于 地 面 长 波 辐 射 和 大 气 逆 辐 射 ， 地 面 长 波 辐 射 取 决 于 地 面 温 度 ；大 气 逆 辐 射 又 受 大 气 温 度 、 大 气 中 的 水 汽 含 量 以 及 云 状 云 量 等 气 象 因 素 的 影 响 。（ a） 地 面 温 度（ b） 大 气 温 度（ c） 大 气 湿 度 ： 随 着 水 汽 压 的 逐 渐 增 大 ， 有 效 辐 射 减 小 。
9、（ d） 云 的 影 响 ： 有 效 辐 射 随 云 量 的 增 加 、 云 层 变 厚 而 减 小 。（ e） 其 他 自 然 和 人 为 因 素 ： 近 地 层 中 的 霾 和 雾 减 小 地 面 有 效 辐 射 ； 人 工 措 施 改 变 下 垫 面有 效 辐 射 ， 如 ： 熏 烟 、 灌 水 、 塑 料 大 棚 、 地 膜 覆 盖 和 草 帘 覆 盖 等 等 。)9.01()4.03(4 NneTFa4)晴 天 、 平 坦 裸 地 上 净 辐 射 的 日 变 化 特 征 上 午 下 垫 面 净 辐 射 随 时 间 推 移 而 不 断 增 大 晴 天 地 表 净 辐 射 的 最 大 值
10、 出 现 时 刻 不 在 正 午 而 在 正 午 之 前 ， 下 垫 面 净 辐 射 日 变 化 并 不 对称 于 正 午 。 下 午 下 垫 面 净 辐 射 随 时 间 推 移 下 降 。 夜 间 ， 净 辐 射 的 时 间 变 化 与 有 效 辐 射 相 同 ， 但 符 号 相 反 。 夜 间 净 辐 射 在 降 低 到 最 低 值 后又 有 所 回 升 ， 但 一 直 是 负 值 。 净 辐 射 为 零 的 时 刻 。 在 地 面 净 辐 射 日 变 化 过 程 中 ， 一 天 有 两 次 的 时 刻 ， 它 们 都 发 生 在 日间 。5)坡 地 上 的 直 接 辐 射任 何 一 个
11、坡 地 、 任 何 时 刻 的 太 阳 直 接 辐 射 计 算 公 式 为 ： )cos(hsinh(cos ASiSmm(A)坡 地 坡 向 对 直 接 辐 射 的 影 响 坡 向 的 影 响以 正 午 时 刻 ， A=0， 9hcosincosinmS对 | |求 偏 导 数 有 ：m这 表 明 ， 当 太 阳 高 度 角 一 定 时 ， 相 同 坡 度 的 坡 地 上 直 接 辐 射 量 随 坡 向 | |的 增 大 而 减 小 ；即 南 坡 最 大 ， 偏 南 坡 次 之 ， 东 西 坡 、 偏 北 坡 依 次 再 减 小 ， 而 北 坡 最 小 。掌 握 理 解 变 化 规 律对 于
12、 晴 天 相 同 坡 度 的 坡 地 来 说 ， 不 同 坡 向 的 太 阳 直 接 辐 射 量 最 大 值 出 现 时 刻 随 坡 向 不 同 有差 异 。 偏 东 坡 （ 东 南 坡 、 东 坡 和 东 北 坡 ） 上 的 直 接 辐 射 量 上 午 大 于 下 午 ， 最 大 值 出 现 在 上午 ； 而 偏 西 坡 上 正 好 相 反 ； 南 坡 和 北 坡 上 的 直 接 辐 射 量 上 午 和 下 午 基 本 对 称 ， 最 大 值 出 现在 正 午 （ 太 阳 高 度 角 最 大 ） 。 最 大 值 的 出 现 时 间 以 东 坡 最 早 ， 然 后 是 东 南 、 东 北 坡
13、， 南 、北 坡 ， 西 南 、 西 北 坡 ， 西 坡 最 晚 。就 各 坡 地 上 直 接 辐 射 最 大 值 来 说 ， 南 坡 最 大 ， 东 南 坡 和 西 南 坡 、 东 坡 和 西 坡 以 及 东 北 坡 和西 北 坡 依 次 减 小 ， 北 坡 上 最 小 ； 而 且 偏 南 坡 上 的 直 接 辐 射 最 大 值 都 比 水 平 面 上 的 大 ， 偏 北坡 上 的 最 大 值 都 比 水 平 面 上 的 小 。 坡 度 的 影 响以 正 午 （ A=0） 、 南 坡 （ =0） 为 例 ， 有 ： )sin(sincohsinh0, hSSmm这 表 明 ， 当 h 一 定
14、 时 ， 若 h+ 90，则 S ， 0 随 增 加 而 减 小 ； 若 h+ =90， 则 S ， 0 出 现 最 大 值 ； 显 然 ， 正 午 南 坡 上出 现 直 接 辐 射 最 大 值 的 坡 度 为 = 90- h。因 为 ： 90)(0h )90sin()sin, mm SS南 坡 上 正 午 时 刻 所 获 得 的 直 接 辐 射 量 就 相 当 于 纬 度 比 该 地 低 度 的 地 方 水 平 面 上 所 获 得的 直 接 辐 射 量 。 南 坡 坡 度 每 增 加 1， 正 午 时 所 获 得 的 直 接 辐 射 就 相 当 于 地 理 纬 度 降 低1的 水 平 面 上
15、 的 直 接 辐 射 量 ， 即 相 当 于 测 点 向 南 推 移 了 110 km。问 题 ： 求 纬 度 为 北 纬 35 度 的 南 坡 正 午 时 刻 ， 冬 至 、 夏 至 、 二 分 日 太 阳 辐 射 最 强 的 坡 度 ？6） 坡 地 上 的 净 辐 射任 一 坡 地 上 的 辐 射 收 支 方 程 ： )6.2(000 sUsGRDSR AAn cohinh(cosimm )53.2()120D )56.2(100RIA 7(ADSR)65.2(sin)(2cos)124000TF坡 前 平 地 反 射 到 坡 地 上 的 大 气 长 波 辐 射 ： 211)(000 GG
16、GA )61.()cos(2cos20 UU1)1(GG )64.2(2sin400TsU林 冠 辐 射 平 衡 各 分 量 )()1( 12121 UsGAQK KKRn 第 三 章1） 土 壤 温 度 波 方 程任 一 深 度 z 处 的 温 度 变 化 方 程 ：)2.3(2sin()0( ), 0000 zKTntTeAzTtznzKTnnzKTn 土 壤 温 度 日 、 年 变 化 消 失 的 深 度例 ： 若 以 温 度 日 较 差 0.1 为 日 恒 温 层 深 度 即CAzH 052minax日 假 定 某 日 地 面 温 度 振 幅 为 20.0 ， 对 南 京 黄 棕 壤
17、（ 代 表 土 壤 ） K=0.00492cm2/s， 试 求 该 日的 恒 温 层 深 度 。取 n=1， T=246060=86400 秒 ， K=0.00492cm2/s， 根 据 公 式 有 ：50zA cmnKH 70ln14.386l日 若 以 温 度 振 幅 减 至 地 面 振 幅 的 1/10 作 为 恒 温 层 深 度 ， 即 有 ：TzH 8.26192日 一 般 把 日 较 差 小 于 或 高 于 某 一 规 定 值 作 为 恒 温 层 深 度 比 校 合 理 。若 令 年 = 日 ， 则 有 1.935ln/1ln/ 日年日日年年日年 TKTKTzH 可 知 ， 土 壤
18、 年 变 化 消 失 的 深 度 是 日 变 化 消 失 深 度 的 19.1 倍 。 所 以 ， 就 上 面 南 京 土 壤 而 言 。mHH 370.91.日年 2） 土 壤 热 通 量 的 变 化 特 征基 本 规 律 )42sin(2),( 00 zKTntTeTnKACrKtzQnzTvs 通 过 土 壤 任 一 深 度 的 土 壤 热 通 量 的 年 、 日 变 化 也 是 一 高 阶 的 正 弦 周 期 函 数 ， 一 天 中 有 最高 值 和 最 低 值 。 土 壤 热 通 量 的 绝 对 值 随 深 度 的 增 加 而 减 小 ， 其 振 幅 随 深 度 增 加 呈zKTnv
19、neCA20几 何 级 数 递 减 ， 即 深 度 愈 深 ， 土 壤 热 通 量 振 幅 愈 小 ， 其 年 、 日 变 化 愈 不 明 显 。 土 壤 热 通 量 的 位 相 随 深 度 增 加 也 是 线 性 递 减 。 位 相 为 但 比 同 深 度 的40KTn温 度 波 位 相 提 前 ， 即 Qs 的 极 值 出 现 时 间 比 同 深 度 的 温 度 波 极 值 出 现 时 间 提 前 了 。 对 日 变化 来 讲 ， 对 一 阶 谐 波 提 前 了 3 小 时 ， 二 阶 谐 波 提 前 了 1.5 小 时 , n 阶 谐 波 提 前 了 小 时 。 就年 变 化 而 言 ,
20、 对 一 阶 谐 波 提 前 了 1.5 月 , n 阶 谐 波 提 前 了 小 时 。影 响 因 素从 热 通 量 变 化 的 表 达 式 分 析 可 知 ， 影 响 因 素 为 : 通 过 深 度 z 处 的 热 通 量 大 小 与 该 层 土 壤 容 积 热 容 量 Cv、 导 温 率 K 的 平 方 根 以 及 该 深 度温 度 波 的 振 幅 成 正 比 ， 即 K， Cv， Azn 越 大 的 土 壤 ， Qs 也 越 大 。 由 可 知 ， 对 一 定 土 壤 来 讲 ， 日 变 化 小 ， 对 Qs 日 变 化 影 响 小 ， 故 Qs 的zTQs日 变 化 主 要 取 决 温
21、 度 梯 度 的 日 变 化 。 的 年 变 化 大 ， 雨 季 土 壤 湿 度 大 ， 大 ， 故 Qs 也 大 ，而 在 旱 季 ， 湿 度 小 ， 小 ， 故 Qs 也 小 。 作 用 面 特 性 对 Qs 的 影 响 ： 作 用 面 特 性 对 土 壤 热 交 换 影 响 很 大 ， 在 其 它 条 件 相 同 的 条 件下 ， 凡 是 导 热 率 大 、 反 射 率 小 、 蒸 发 弱 的 作 用 面 ， 其 土 壤 热 交 换 量 就 大 ， 反 之 ， 则 小 。 有多 种 自 然 覆 盖 物 存 在 时 ， 也 使 土 壤 热 交 换 明 显 减 小 。3） 典 型 晴 天 下
22、 ， 日 土 壤 温 度 铅 直 分 布 分 为 四 种 类 型 ：a、 日 射 型 又 称 受 热 型 ：日 间 由 于 地 表 吸 收 太 阳 辐 射 而 获 得 热 量 ， 地 表 迅 速 升 温 ， 热 量 由 地 表 向 下 层 输 送 ， 温 度 自地 面 向 下 随 深 度 增 加 而 递 减 ， 0， 典 型 出 现 时 间 为 01 时 。c、 早 上 过 渡 型 ：日 出 以 后 ， 地 表 得 到 热 量 ， 温 度 很 快 上 升 ， 这 时 土 壤 上 层 ， 热 量 由 地 表 向 下 输 送 ， 温 度 自地 表 向 下 随 温 度 增 加 而 递 减 ， 0，
23、最 低 温 度 出 现 在 某 一 深 度 ， 由 此 向 上 ， 温 度 均 呈 递 增 型 ， 典型 出 现 时 间 为 07 时 。d、 傍 晚 过 渡 型 ：日 落 后 地 表 开 始 辐 射 降 温 ， 地 表 温 度 逐 渐 下 降 ， 在 土 壤 上 层 温 度 随 深 度 增 加 而 递 增 ，0， 而 在 下 层 ， 地 表 辐 射 冷 却 还 未 影 响 到 ， 温 度 仍 持 续 日 射 型 分 布 ， 随 深 度 增 加 而 递 减 ，0： 稳 定 )(22MHMHLz RilzuTglczTlugcPgupp 1)()(2*23* L 可 理 解 为 单 位 里 查
24、逊 数 时 的 混 合 长 ； 但 是 特 征 长 度 与 混 合 长 又 有 一 定 的 区 别 ， 它 只 作 为湍 流 铅 直 混 合 的 特 征 尺 度 。zKgucPguTp3*3* L不 稳 定 层 结 时 ： 0,L0, 0 /中 性 层 结 时 ： =0,L 趋 于 无 穷 大 , =0/公 式 之 间 的 关 系 :如 证 明 不 稳 定 条 件 下 ：dzRi2)(zuTgRiHdzT)(* Mdzu)(*PCHT*1122)(MHpzTudH 2*2 )()(MHpi udCTgzuTgR2MHPCHLTg3 2MHLdzRi考 虑 到 观 测 和 确 立 经 验 相 似
25、 函 数 （ 常 数 ） 的 不 确 定 性 ， 在 大 多 数 实 际 应 用 中 ， 不 要 求 非 常高 的 精 度 时 ， 可 采 用 下 面 较 简 单 的 函 数 形 式 。)(1051)(26/12MH中 性 条 件 下 ， MH不 稳 定 条 件 下 ，2另 外 有 一 个 好 处 就 是 可 简 化 与 Ri 的 关 系 ， 2.051RiRi4） 湍 流 动 能 的 三 个 区 域 ：含 能 区 、 惯 性 区 、 耗 散 区5） 大 气 的 湍 谱 的 一 般 特 征（ 1） 在 高 频 谱 ， 即 图 中 f1 处 ， 曲 线 趋 于 直 线 ， 即 相 当 于 惯 性
26、 区 的 谱 形 ， 该 处 与 稳 定 度关 系 不 大 ， 稳 定 度 只 反 映 在 中 ； 而 在 低 频 部 分 则 稳 定 度 影 响 很 大 。（ 2） 图 中 用 表 示 稳 定 度 ， 0表 示 稳 定 ， =0 为 中 性 。（ 3） 图 中 曲 线 表 明 低 频 部 分 谱 曲 线 随 不 稳 定 度 的 增 加 更 偏 向 低 频 部 分 ， 0 时 图 中 斜 线部 分 表 示 值 不 能 精 确 给 定 。 而 谱 曲 线 的 最 大 值 所 在 的 频 率 也 随 不 稳 定 度 的 增 加 而 减 小 ，这 说 明 越 不 稳 定 ， 低 频 部 分 占 的
27、比 重 越 大 ， 或 大 涡 所 占 比 重 更 大 。（ 4） 曲 线 下 的 面 积 代 表 湍 能 ， 因 而 随 不 稳 定 的 增 加 ， 湍 能 也 越 大 。 即 ：（ A） 在 惯 性 副 区 ， 所 有 的 谱 都 符 合 Kolmogorov 相 似 律 。（ B） 在 Z/L 大 于 0 的 低 频 区 ， 谱 线 按 Z/L 值 分 开 ， 谱 峰 对 应 的 频 率 随 Z/L 的 增 大 而 增 大 。（ C） 在 Z/L 小 于 0 的 区 域 ， 谱 线 不 能 按 Z/L 清 楚 的 排 列 ， 而 出 现 互 相 交 织 的 状 态 ， 用 阴影 区 表
28、示 ， 说 明 归 一 化 的 谱 与 Z/L 无 关 。6） 近 地 气 层 的 温 度 铅 直 分 布 类 型晴 朗 的 天 气 条 件 下 ， 分 成 四 种 类 型 （ 两 个 基 本 型 、 两 个 过 渡 型 ） ， 其 形 式 有 ： 日 射 型 、 傍晚 过 渡 型 、 辐 射 型 、 早 上 过 渡 型 。7） 气 温 的 铅 直 分 布 （ 廓 线 ） ， 大 致 上 可 有 对 数 模 式 、 指 数 模 式 和 对 数 -线 性 模 式 等 多 种 。对 数 模 式）4.1（ln)(2121 zTT如 按 指 数 模 式）（1211对 数 -线 性 模 式）4.3（)(
29、)ln()1212 zzLTT 这 些 模 式 虽 表 示 形 式 不 同 ， 但 说 明 的 问 题 是 一 样 的 ， 即 日 间 总 是 描 述 日 射 型 的 分 布 ， 夜间 描 述 辐 射 型 的 分 布 。 特 别 是 在 接 近 中 性 和 高 度 比 较 低 的 情 况 下 ， 三 种 模 式 是 十 分 接 近 的 。所 以 ， 实 际 上 在 小 气 候 工 作 中 ， 通 常 都 认 为 近 地 层 中 气 温 分 布 与 对 数 律 是 大 致 符 合 的 。8） 贴 地 气 层 气 温 的 铅 直 梯 度 的 某 些 定 性 理 论 结 果 ： zr1 无 论 在
30、何 种 层 结 下 ， 气 温 梯 度 随 高 度 按 双 曲 线 降 低 。 它 表 明 随 着 高 度 的 增 加 ， 地 面的 影 响 很 快 削 弱 ， 混 合 不 断 加 强 ， 温 度 梯 度 迅 速 递 减 并 趋 于 平 衡 状 态 。 当 贴 地 层 的 层 结 为 不 稳 定 时 ， 相 同 高 度 处 的 温 度 梯 度 将 随 不 稳 定 度 的 增 加 而 变 大 。 因为 ， 当 时 层 结 不 稳 定 本 身 （ 即 1 的 大 小 ） ， 与 其 余 高 度 的 温 度 梯 度 成 正 比 。 在 稳 定 层 结 下 为 负 ， 若 z1 高 度 处 的 1 绝
31、 对 值 愈 大 ， 表 示 层 结 愈 稳 定 。 即 当 时 所对 应 的 各 高 度 上 的 的 绝 对 值 也 愈 大 。 地 面 风 速 切 变 加 大 ， 表 明 动 力 湍 流 加 强 ， 无 论 在 白 天 或 夜 间 ， 其 结 果 总 要 使 梯 度 的绝 对 值 减 小 。 由 于 贴 地 层 中 温 度 梯 度 的 变 化 是 与 地 面 影 响 直 接 相 联 系 的 ， 所 以 ， 在 最 紧 贴 地 面 的 薄层 中 温 度 梯 度 的 昼 夜 变 化 幅 度 最 大 。 在 平 衡 状 态 下 ， 湍 流 热 通 量 H = 0， 则 有 =0。当 其 余 条
32、件 不 变 时 ， 地 面 接 受 的 辐 射 平 衡 愈 多 ， 蒸 发 耗 热 愈 少 (地 面 愈 干 燥 )， 温 度 梯 度就 愈 大9） 气 温 的 脉 动温 度 脉 动 也 有 日 变 化 ， 其 日 变 曲 线 大 体 上 与 交 换 系 数 K 的 日 变 化 相 似 ， 也 是 中 午 前 后 最大 ， 夜 间 最 小 。近 地 气 层 中 强 烈 的 温 度 脉 动 使 得 气 温 的 小 气 候 观 测 发 生 困 难 。 惰 性 大 的 仪 器 ， 如 水 银 温度 表 反 而 能 给 出 较 长 时 段 的 平 均 值 ， 但 不 能 测 出 瞬 时 变 化 。 而
33、 惰 性 太 小 的 仪 器 ， 除 了 作 专门 的 温 度 脉 动 观 测 外 ， 却 不 好 测 平 均 值 。因 此 ， 为 了 避 免 脉 动 的 影 响 ， 即 使 使 用 水 银 温 度 表 ， 在 进 行 梯 度 观 测 时 也 往 往 需 要 重 复观 测 36 次 。10） 关 于 绝 对 湿 度 在 有 蒸 发 的 情 况 下 ， 比 湿 （ 绝 对 湿 度 ） 随 高 度 是 递 减 的 ， 而 且 其 梯 度 随 高 度 增 加 而 减小 ， 这 种 比 湿 向 上 递 减 的 铅 直 分 布 型 ， 是 最 为 普 遍 的 分 布 型 ， 称 为 湿 型 分 布 。
34、 如 果 在 夜 间地 面 发 生 凝 结 时 ， E 为 负 值 ， 梯 度 为 负 ， 贴 地 层 内 绝 对 湿 度 随 高 度 增 加 。 这 种 铅 直 分 布 型称 为 干 型 分 布 。 不 过 这 种 干 型 分 布 也 可 因 地 面 吸 湿 的 结 果 产 生 。 但 是 ， 不 论 何 种 原 因 造 成的 绝 对 湿 度 向 上 递 增 的 现 象 ， 都 不 如 气 温 那 样 明 显 和 典 型 。 因 此 ， 总 的 来 说 ， 就 是 在 夜 间湿 型 分 布 也 是 主 要 的 。 当 近 地 层 中 风 速 加 强 时 ， 表 示 动 力 乱 流 加 强 ，
35、 促 使 上 下 层 之 间 的 水 汽 交 换 ， 导 致 绝 对湿 度 的 梯 度 减 小 。 随 着 离 地 面 高 度 的 增 加 ， 湍 流 交 换 加 强 ， 绝 对 湿 度 的 梯 度 很 快 减 小 ， 所 以 无 论 绝 对 湿度 或 它 的 梯 度 都 是 在 下 层 的 变 幅 最 大 。 下 垫 面 获 得 的 辐 射 平 衡 愈 大 ， 意 味 着 提 供 蒸 发 的 能 量 愈 多 ， 一 般 说 (对 足 够 湿 润 地 段 )总 是 使 蒸 发 加 强 ， 湿 度 梯 度 增 加 。 地 面 越 湿 润 （ 尤 其 是 干 燥 地 段 灌 水 之 后 ） 湍 流
36、 热 交 换 量 愈 少 ， 蒸 发 就 愈 旺 盛 ， 湿 度 梯度 也 就 越 大 。11） 相 对 湿 度相 对 湿 度 是 绝 对 湿 度 和 气 温 的 相 对 湿 度 在 近 地 气 层 中 的 铅 直 分 布 可 分 为 湿 型 和 干 型 两 种类 型 。湿 型 :相 对 湿 度 由 地 面 向 上 递 减 称 为 湿 型 分 布 。 这 种 分 布 型 的 产 生 主 要 是 因 为 夜 间 在 近 地气 层 中 出 现 逆 温 ， 此 时 地 面 因 温 度 低 ， 所 以 相 对 湿 度 要 比 上 层 高 。干 型 :指 相 对 湿 度 由 下 向 上 逆 增 。 日
37、间 地 面 受 热 增 温 ， 下 层 相 对 湿 度 并 没 有 因 蒸 发 加 强 、绝 对 湿 度 增 加 而 增 大 。 相 反 ， 因 为 温 度 过 高 ， 相 对 湿 度 减 小 。 于 是 就 造 成 与 温 度 铅 直 分 布相 反 的 干 型 分 布 。 在 湿 润 地 区 的 暖 季 相 对 湿 度 的 干 湿 交 替 在 一 昼 夜 间 是 十 分 明 显 的 ， 很 容易 观 测 到 。只 有 在 比 较 特 殊 的 条 件 下 ， 如 在 低 温 或 高 湿 的 地 区 或 季 节 ， 可 以 出 现 全 天 的 湿 型 分 布 。1975 年 8 月 我 们 在
38、青 藏 高 原 上 (昆 仑 山 口 )就 曾 观 测 到 这 种 现 象 。 反 之 ， 在 干 热 地 区 ， 也 可能 出 现 全 天 干 型 分 布 。 此 时 ， 夜 间 干 型 主 要 是 因 为 土 壤 吸 湿 的 给 果 。相 对 湿 度 的 日 变 化 一 般 是 比 较 简 单 的 。 它 大 致 上 与 气 温 日 变 化 曲 线 反 向 对 应 。 亦 即 当 日间 温 度 升 高 时 ， 相 对 湿 度 下 降 ， 温 度 升 至 最 高 ， 相 对 湿 度 降 至 最 低 ， 一 日 之 间 完 成 以早 晨 最 大 ， 午 后 最 小 的 单 峰 型 日 变 化
39、。12） 近 地 层 中 的 风 状 况 看 PPT第 六 章1） 农 田 辐 射 在 群 体 内 分 布 模 式太 阳 光 能 在 群 体 中 传 输 主 要 决 定 于 群 丛 结 构 ： 叶 片 的 聚 集 度 、 冠 层 间 空 隙 、 叶 片 倾 角 和 方位 角 等 。 植 物 群 体 内 相 对 日 照 面 积 随 离 植 物 上 表 面 距 离 的 增 加 而 呈 负 指 数 递 减 。2） 净 辐 射 在 农 田 中 的 铅 直 分 布白 天 ， 农 田 中 净 辐 射 廓 线 的 总 趋 势 是 由 群 体 上 层 向 下 递 减 ， 为 递 减 型 。夜 间 ， 由 群
40、体 上 表 面 向 下 递 增 (有 效 辐 射 减 小 )， 整 个 农 田 净 辐 射 廓 线 呈 递 增 型3） 农 田 中 气 温 的 分 布(一 )直 立 作 物 冠 层 的 气 温 分 布当 植 株 株 高 超 过 1m 后 ， 气 温 在 植 被 中 的 铅 直 分 布 发 生 变 化 ， 最 高 温 度 的 出 现 部 位 上 升 到某 一 高 度 上 ， 但 不 发 生 在 辐 射 最 强 的 植 被 上 表 面 ， 因 为 群 体 表 面 潜 热 耗 热 较 多 、 湍 流 交 换也 较 强 。 最 高 温 度 出 现 的 高 度 ， 将 是 获 得 的 辐 射 热 量 比
41、 较 多 、 湍 流 弱 、 蒸 腾 也 较 小 的 部 位 ，温 度 由 此 向 上 、 向 下 均 递 减 。在 夜 间 ， 也 出 现 最 低 温 度 的 部 位 从 地 面 上 移 现 象 ， 即 随 着 植 被 高 度 和 密 度 的 增 加 ， 发 生 最低 温 度 的 高 度 也 相 应 抬 升 。(二 )叶 片 呈 水 平 状 的 阔 叶 植 物 冠 层 内 的 温 度 分 布对 叶 片 大 、 倾 斜 角 很 小 、 水 平 着 生 为 主 的 植 物 ， 如 棉 花 、 油 菜 、 大 豆 以 及 多 种 蔬 菜 等 ， 白天 ， 叶 片 能 阻 挡 太 阳 辐 射 向 下
42、 层 传 播 ， 最 高 温 度 出 现 在 群 体 上 表 面 ， 并 由 此 向 下 递 减 。 夜间 ， 群 体 下 部 叶 片 较 少 ， 湍 流 交 换 强 ， 群 体 上 部 冷 却 后 的 浓 密 冷 空 气 容 易 下 沉 到 地 表 ， 因此 最 低 温 度 总 是 在 地 面 出 现 。4） 农 田 蒸 散农 田 蒸 散 为 植 物 蒸 腾 和 土 壤 蒸 发 (在 水 田 为 水 面 蒸 发 )之 和 。在 植 物 苗 期 ， 植 物 蒸 腾 较 小 ， 主 要 是 土 壤 蒸 发 ； 在 植 物 生 长 的 盛 期 ， 由 于 植 被 覆 盖 度 的 增加 ， 此 时
43、土 壤 蒸 发 变 得 很 小 ， 主 要 是 植 物 的 蒸 腾 。 研 究 表 明 土 壤 蒸 发 随 叶 面 积 指 数 增 加 而减 小 ， 植 株 蒸 腾 量 随 叶 面 积 指 数 逐 渐 增 加 而 增 大 （ 见 下 图 ） 。bLAITsaeE1/5） 植 被 冠 层 中 的 风 速 廓 线 ， 可 用 下 式 公 式 描 述 ：HzuHz )(在 裸 地 或 植 被 冠 层 上 方KMuKM/在 裸 地 或 植 被 冠 层 上 方 ， 动 量 通 量 是 一 个 常 数0)/(dz而 在 植 被 冠 层 内 ， 动 量 通 量 不 是 常 数 城 市 能 量 平 衡 方 程
44、 +=+根 据 Oke 对 温 哥 华 的 研 究 ， 城 市 与 近 郊 、 远 郊 相 比 能 量 平 衡 各 分 量 的 日 变 化 差 异 ： 城 市 系 统 出 现 的 净 辐 射 正 值 时 间 比 远 、 近 郊 都 短 ， 在 夜 间 长 波 净 辐 射 的 失 热 比 近 郊 少 。 城 市 街 道 中 白 天 正 午 获 得 的 盈 余 净 辐 射 约 有 64%通 过 湍 流 交 换 将 显 热 QH 输 送 出 去 ， 仅有 10%的 热 量 用 于 蒸 发 潜 热 的 输 送 ， 其 鲍 文 比 高 达 6.4， 这 是 近 、 远 郊 无 法 相 比 的 。 城 市
45、 夜 间 湍 流 微 弱 ， QH、 QE 都 很 小 ， 其 长 波 辐 射 损 失 的 热 量 几 乎 全 靠 （ 90%以 上 ） 白 天贮 存 在 墙 内 和 地 面 的 热 量 来 补 充 。城 市 热 岛 成 因 ：自 然 条 件 ：市 内 风 速 、 对 天 空 长 波 辐 射 ： 建 筑 布 局 影 响 对 天 空 角 系 数 和 风 场云 量 ： 市 区 内 云 量 大 于 郊 区太 阳 辐 射 ： 市 内 大 气 透 明 度 低下 垫 面 的 吸 收 和 反 射 特 性 、 蓄 热 特 性 ： 地 面 材 料 、 植 被 、 水 体 的 设 置人 为 影 响 ： “人 为
46、热 ”交 通 、 家 用 电 器 、 炊 事 产 热空 调 采 暖 产 热街 区 特 征 比 ：高 宽 比 H/W 是 表 征 建 筑 形 态 度 重 要 特 征 量 ， 又 称 为 街 区 特 征 比风 速 变 化 情 况 ： 建 筑 群 的 高 度 及 密 度 将 直 接 影 响 地 表 面 粗 糙 度 ， 使 得 城 市 下 垫 面 粗 糙 度 增大 ， 同 时 建 筑 物 对 平 均 流 场 具 有 拖 曳 作 用 ， 从 而 导 致 了 城 市 近 地 层 平 均 风 速 相 对 于 郊 区 逐渐 减 小 。城 市 中 的 高 层 建 筑 位 于 街 道 两 侧 ， 街 道 中 的
47、气 流 出 现 “峡 谷 效 应 ”。 当 盛 行 风 与 街 道 平 行时 ， 气 流 回 以 相 对 快 的 速 度 流 过 街 谷 。当 盛 行 风 与 街 道 垂 直 时 ， 气 流 受 街 道 旁 建 筑 的 影 响 ， 根 据 城 市 建 筑 物 特 征 H/W 的 不 同 ， 可将 气 流 垂 直 流 经 成 排 的 建 筑 物 运 行 的 空 气 流 场 分 为 三 种 情 形 ：a)孤 立 绕 流 （ 当 H/W 0.30 时 ， 街 道 两 边 的 建 筑 对 气 流 的 运 行 影 响 互 相 独 立 ， 各 建 筑 对 气流 运 行 的 影 响 可 分 离 考 虑b)尾
48、 迹 干 扰 流 （ wake interference flow） 。 当 0.30 H/W 0.70 时 ， 气 流 经 过 前 一 建 筑物 产 生 的 尾 流 会 干 扰 气 流 流 经 下 方 方 向 建 筑 物 上 方 的 气 流 运 行 。 由 于 建 筑 物 间 距 离 变 小 ，对 污 染 物 扩 散 不 利 。C)顶 部 掠 流 （ Skimming flow） 。 当 H/W 0.70 时 ， 在 街 区 内 的 气 流 形 成 垂 直 环 流 ， 与 建筑 物 顶 部 高 度 上 方 气 流 交 换 很 少 。 气 流 从 建 筑 物 顶 部 高 度 掠 过 ， 不 能 清 除 街 区 内 的 污 染 物
