【2017年整理】第二节 土壤热通量和土温.doc

第二节 土壤热通量和土温 一、影响土壤温度的因素 （一）土壤表面热量的收支 土温的变化首先决定于土壤表面热量的收支状况。地面的热量收支可用地面热量平衡方程来表示。即 B＝LE+P+QS （3－3） 式中B为净辐射；P为感热通量；LE为潜热通量，E为蒸发或凝结量，L为蒸发或凝结耗热量（蒸发或凝结潜热），约等于2.5′106J/kg， QS为土壤热通量。 将（3—3）式改写为： QS＝B-LE+P （3－4） 感热通量（P）：地面和大气间，在单位时间内，沿铅直方向通过单位面积流过的热量。单位为：W/m2或cal/(cm2·min)。 土壤热通量（QS）：单位时间、单位面积上的土壤热交换量。 白天，净辐射B为正值（日出后40-60分钟），一部热量消耗于LE上，一部热量消耗于P上，余下的热量进入土壤；夜间(日落前60-90分钟)，净辐射B为负值，由LE、P和QS来补偿，土壤热通量方向与白天相反，也就是地面失去热量。QS值的方向和大小，决定了土壤得失热量的多少，它直接影响到土壤温度的高低和变化。 由公式QS＝B-LE-P可见如果LE和P一定时，QS的值由净辐射B值所决定。净辐射绝对值愈大，地面得热或失热愈多，土温变化可能愈大。如果B值一定时，土壤愈潮湿，LE增大，QS值减小，土温变化可能较缓和，感热通量值减小，气温变化也较缓和；土壤愈干燥，LE减小，QS值增大，土温变化可能愈大，感热通量相应增大，气温变化愈大。 （二）土壤热属性 当QS一定时，土温的高低和变化则决定于土壤热特性，如热容量、导热率和导温率。土壤热容量和导热率愈大，土温变化则缓和；反之，土温变化较剧烈。 因此，土温的高低和变化主要决定于土壤的热收支和土壤热属性。所以，所有影响土壤热收支和土壤热特性的因子都会影响到土温的高低和变化。这些因子有纬度、季节、太阳高度、天气状况、斜坡方位和坡度、海拔高度、土壤种类、颜色、质地、土壤湿度和孔隙度、地面有无植物或其他覆盖物等等。这些因子对土温的影响随时间和地点是不同的。例如坡向和坡度的影响，在中纬度山地就很大，而在低纬度山地就较小。因此，在考虑土温高低和变化时，要对影响土温的诸因子进行具体和综合分析，并找出其主导因子。只有这样才能掌握土温的高低和变化规律。 二、土壤热通量及其确定方法 白天，土壤表面在吸收净辐射后，一部分能量用于蒸发LE，一部分用于与空气乱流热交换P，只有一部分作为土壤热通量QS，借分子传导方式向土中传播热量；夜间，地表由于辐射冷却，除由LE和P补偿一部分外，一部分由QS从土中向土表传播。 土壤热交换过程：热量由地表向下层或由下层向地表传输的这个过程。 土壤热通量：单位时间、单位面积上的土壤热交换量，它的单位为J/(cm2·min)或W/m2或kWm2（千瓦/米2）。 土壤热通量（ QS）的大小与热流方向的温度梯度及土壤导热率（λ）成正比，即 如果用导温率来表示，因 故 即土壤热通量与热流方向的土温梯度、土壤热容量和导温率成正比。 三、土壤温度 由于太阳辐射有周期性的日变化和年变化，所以使得土壤温度（以下简称土温）和空气温度（以下简称气温）有周期性的日变化和年变化。 温度周期变化特征，通常以最高温度和最低温度之差（即较差）和最高温度与最低温度出现时间（即位相）来描述。 日较差：一日中最高温度与最低温度之差。 年较差：一年中最热月平均温度和最冷月平均温度之差。 （一）土温日变化 1、土温日变化 土温在一昼夜内随时间发生的连续变化，称为土温日变化。 2、土温日变化的规律 一天地表的最高温度出现在午后13时左右，比太阳辐射最大值出现时间稍落后。落后的原因是最高温度出现时间是地面积累热量最多的时候。中午虽然太阳辐射最强，但地面热量积累并未达最大值。午后太阳辐射逐渐减弱，但地面仍有热量积累，温度继续上升，约13h左右热量积累达最大值，此时地面温度达到最高值。以后，地面得到的太阳辐射继续减少，土壤失热多于收入热量，地面温度开始降低，直至次日日出前后，地面因失热含热最少，出现地面最低温度（图3－3）。 3、影响土温日较差的因素 土温日较差的大小，主要决定于地面热收支状况和土壤热特性。 （1）纬度：一般是低纬度大于高纬度。 （2）距离海洋的远近：内陆大于 沿海。 （3）季节：夏季大于冬季。 （4）地面状况：凹地大于平地；干土大于湿土；裸地大于有各种覆盖的地面（如植物、森林、雪覆