第三章水分与农业
大气中的水分，来自于地球表面的江河湖海、潮湿土壤、植被和其他含有水分的地物表面的蒸发和蒸腾。在一定的条件下，水分蒸发—凝结—雨雪等形式降落下来，构成地球上水分的循环。
第一节 空气湿度
定义—表示空气中水汽多少的物理量称为空气湿度，在气象学上常用水汽压、相对湿度、饱和差和露点等来表示
一、空气湿度的表示方法
（一）水汽压（e）和饱和水汽压（ew）
水汽压—空气中水汽所产生的分压强称为水汽压，用百帕（hPa）表示 饱和空气—在一定的温度下，单位体积中的水汽量有一定的限度，如果水汽含量达到此限度，空气中的水汽就呈饱和状态，这时的空气就称为饱和空气
饱和水汽压—饱和空气的水汽压，称为饱和水汽压。超过这个限度水汽就要开始凝结。
影响饱和蒸汽压的因素
①温度：随着温度的升高，饱和蒸汽压按指数规律迅速增大（空气温度队蒸发和凝结有重要作用）。并且，饱和蒸汽压随温度的改变量，在高温时比在低温时大（暴雨多发生在暖季）。
②还与物态、蒸发面的形状和液体浓度等因子有关。如冷却水面的饱和水汽压大于冰面的饱和水汽压；凸面﹥平面﹥凹面；饱和水汽压随表面曲率增加而增大；水溶液随浓度的随浓度的增加饱和水汽压减小。
（二）绝对湿度（a）
绝对湿度--单位体积空气中所含的水汽质量，实际上就是水汽密度，单位g/cm3或kg/m3，它直接表示水汽的绝对含量。
（三）相对湿度（U）
空气中的实际水汽压与同温度下饱和水汽压的百分比，称为相对湿度，表示空气中水汽的饱和程度。
（四）饱和差（e）
实际水汽压于同温度下饱和水汽压之差，称为饱和差，单位：hPa，表示在一定温度下，实际空气的饱和程度距饱和状态的差距。当空气中水汽含量不变时，随温度的升高而增大。
（五）露点温度（td）--简称露点
是指当空气中水汽含量不变，气压不变的条件下，使空气冷却达到饱和时的温度。单位为℃。它形式是一个温度，实际上是表示湿度的一个物理量。 二、空气湿度的时间变化
近地面空气湿度有一定的日变化和年变化规律，水汽压和相对湿度的变化尤为明显，均与温度的变化密切相关。
第二节 蒸发、蒸腾与蒸散
水由液态或固态变为气态的过程称为蒸发。在农业气象学中，它分为水面蒸发、土壤蒸发和植被（包括农田）蒸发
蒸发的快慢，可用蒸发速率来表示。蒸发速率是指单位时间内单位面积上蒸发出的
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水量。单位g?cm-2?d-1。
蒸发量是指一日内因蒸发所失去的水层厚度，单位为mm?d-1。农业气象观测中 一、水面蒸发
水面蒸发速率受温度、饱和差、风速和气压等气象因素的影响： 此外还受蒸发面的性质、形状以及水的含盐度有关：水面和过冷水面蒸发速率比冰面大；小水滴表面比大水滴大；盐度愈大，蒸发速率愈小；凸面﹥平面﹥凹面 二、土壤蒸发
土壤蒸发是指土壤水分汽化并向大气扩散的过程。
土壤蒸发不但受温度、湿度和风的影响，而且与土壤结构、质地、含水量、地下水位和地形象是等因子有关。
土壤水分蒸发分为三个阶段：
1、稳高阶段。此阶段土壤中水分达饱和状态，蒸发面处于土壤的表面。这段时间土壤蒸发与同条件下的水面蒸发几乎相同，主要受其气象条件的影响。
2、速降阶段。土壤水分含量降低，土表变干，蒸发面下降到土表以下。此阶段水分主存在于土壤毛细管中，蒸发速率受气象因子影响小，主要决定于土壤含水量和土壤结构。
3、稳低阶段。干土层增厚，毛管水作用趋于停止，土壤水分主要先在土中汽化，后以气态水形式从土中扩散到大气中，蒸发速率等于水汽向外扩散的速率，影响土壤中蒸发的主要因素是土壤因子。
在农业生产中，往往根据上述不同阶段采取不同措施，调节土壤墒情。在稳高阶段，常采取排水等措施；在速降阶段，需要采取中耕保墒，保持土壤湿度；稳低阶段，水分含量少，采取镇压土壤保墒。 三、植物蒸腾
植物通过其表面将体内水分以气态的形式扩散到体外的过程。--生物物理过程。 植物从土壤中吸收的水分，只有1%用于制造有机物，99%通过植物的蒸腾作用输送氧分和维持体温等。
蒸腾系数是指植物制造单位重量干物质所蒸腾的水量。不同植物，其蒸腾系数不同；同一植物在不同条件下，蒸腾系数也不同。 四、农田蒸散
农田中，作物蒸腾与株间土壤蒸发的综合过程。---表示了农田总的耗水量
影响农田蒸散的因子：①气象因子，包括辐射差额、温度、湿度和风等。②植被因子，包括植被覆盖度、植物种类、生长发育状况以及气孔的张闭等。③土壤因子，包括土壤通风 、土壤含水量及水分向土面和根系分布层流动的速度等
测定农田蒸散量的方法：①器测法—蒸散计定期测定土壤水分损失量②经验法—数理统计法，确定蒸散量与各种气候要素的相关性，建立计算蒸散量的经验方程③水分平衡法—在地下水较深、跟分布的水分无法补给的情况下，通过定期测定降水量和土壤水分含量以确定蒸散量④湍流交换法⑤热量平衡法⑥综合法
第三节 水汽凝结和大气降水
一、大气中水汽凝结的条件
凝结—水有气态变为液态的过程称为凝结 凝华—水由气态变为固态的过程成为凝华
自然条件下，水发生凝结或凝华的条件是：大气中水汽达到饱和或过饱和状态，并
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由凝结核或凝华核存在。
（一）大气中的水汽达到饱和或过饱和
大气中水汽达到过饱和状态时，才会有多余的水汽凝结成液体（露点温度再0℃以上）或固态冰晶（露点温度再0℃以下）。
达到以上目的途径：①温度不变增加大气中的水汽含量②大气中的水汽含量不变，降温直至露点以下。 （二）凝结核、凝华核
大气中的水蒸气凝结除需满足e﹥ew外，还必须有液体的、固体的或气体的颗粒作为水汽凝结的核心，这些核心称为凝结核。若水汽直接在汽表面上凝结成冰晶，称为凝华核（实验说明：洁净空气；威尔逊实验）
凝结核促进凝结的原因：①凝结核吸附水分子的能力比水汽分子之间的相互合并力强②使饱和水汽压减小（水滴增大，曲率减小；吸湿性凝结核吸水形成溶液） 二、水汽凝结物
（一）地面和地物表面上的凝结物
当空气与冷的地面或地物相接触，贴近地面的气层温度降低到露点以下，水汽达饱和，就凝结成露、霜、雾凇、雨凇。 1、露和霜
当地面或地物经辐射冷却使贴地气层温度下降到露点一下时，如果露点在0℃以上，凝结成水滴称为露；在0℃以下凝结成疏松的白色结晶称为霜
出现在晴朗、无风或微风的夜晚。导热率小的疏松土壤、辐射能力强的黑色物体表面及表面大的粗糙地面，易形成露和霜。低洼的地方和植物的枝叶表面，夜间温度低而湿度较大，霜露较重。 2、雾凇和雨凇
雾凇是一种白色的、松脆的、似雪易于散落的水汽凝华物。多见于寒冷而高是的天气，常形成与地面物体的迎风面上。――有害天气，如我国年前的天灾
雨凇是由于过冷却雨滴降到0℃以下的地面或物体上冻结而成的光滑透明冰层，有时普通的雨水落到0℃以下的地面或物体上冻结而成，故也叫冻雨。――有害天气，我国年前的天灾。
（二）近地层大气中的凝结物
当近地面的温度降低到露点以下，空气中的水汽凝结成小水滴或凝华为冰晶，弥漫在空气中，使人们能见到距离不到1千米的现象，称雾
按其形成的原因，可将雾分为三种： 1、辐射雾
由于地面辐射冷却，使近地面层的空气相应的变冷。当近地层空气冷却到露点或露点以下时，水汽就凝结成雾，称为辐射雾
辐射雾的范围不大，厚度薄，数十米至数百米。多发生在无云、少云或微风的夜间或清晨，日出后消散抬升为云。大陆上大的春天或秋天，在潮湿或低洼的地方，常有辐射雾出现。
2、平流辐射雾
平流和辐射共同作用而形成的雾称为平流辐射雾或混合雾
对农业，①不利的：雾削弱了太阳辐射，较少了日照时数，致使白天温度不高，降低蒸腾，限制了根细的吸收作用。湿度过大，影响授粉结实；沿海地区，易盐害；病原菌孢子易萌发，有利于病害发生。②有利：在寒冷季节夜间可减少有效辐射，减少
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或免除低温冻害；雾对茶、麻等生长有利，“云雾山中出名茶”，雾能延长麻类营养生长期提高产量。
对雾害的防御，可针对不同成因采取不同措施：潮湿，就加强排水；防护林，较少平流雾等。
3、自由大气中水汽凝结物
云是自由大气中的水气凝结或凝华而形成的水滴、过冷却水滴、冰晶或他们的混合形成的悬浮体。
云雾区别：云高，形成更复杂 1、云的形成
条件：①充足的水汽②足够的凝结核③使空气中的凝结（或凝华）成水滴（或冰晶）是所需的冷却过程
原因：空气的垂直运动。空气上升，水汽和凝结核上升，条件具备，云形成；下降，消散。
2、云的分类
低云：由水滴组成，厚的垂直的低云则由水滴和冰晶混合而成。2500m以下。但随季节、天气条件及地理维度的不同而有变化。多数浓厚的低云都可产生降水。
中云：由水滴和冰晶混合而成，2500－5000m
高云层：全部由细小的冰晶组成。6000m以上。高云一般不产生降水。 三、大气降水
从云中落到地面的液态或固态水称为降水 （一）降水的成因 1、液态降水的形成
降水的形成就是云滴增大为雨滴、雪花或其他降水物的过程
云层中云滴半径最小达100um。云滴增大过程：一是靠水汽在云滴上继续凝结――凝结增长过程，二是靠水滴的碰撞合并而增大――合并增长过程。总之，形成降水的宏观条件是水汽充沛和上升运动
2、固态降水（雪、霰和冰雹）的形成
固态云滴－冰晶是一个六边形的片状、柱状或星状晶体。当空气中水气压超过冰晶表面上的饱和水气压时，多余的水汽就在六角形的冰晶上进行凝华，并且在突出的六角上凝华的速度快，这样就产生了多样的“六角星”这些由冰晶组成的“六角星”在下将的过程中，如果没有融化或升华落到地面时便形成雪，如果部分融化成水便是雨夹雪
若水汽很丰富的云中有冰晶和过冷却水地共存时，水滴将继续在冰晶的各个方面凝华成为白色小冰球。过冷却水与白色小冰球相遇，其水滴将包围在包围在小冰球的外面形成一个冰壳。这个不透明的小冰球直径到达1－5mm时，称为霰；若直径小于1mm，则称为米雪
冰雹是强对流积雨云的产物。很厚的积雨云，云顶温度－40℃以下，中间0～－40℃之间，云的底部在0℃以上。因而各层云滴结构不同，顶部为冰晶和雪花，中部为过冷却水滴和冰晶，底部为水滴。积雨云中上升气流时强时弱，当云顶的霰到中部和底部时，与水滴和过冷却水滴包围在其周围，再度上升形成一层透明冰层；若上升到顶部，云顶的冰雪花附着在外，有形成一不透明冰层，如此反反复复，这种透明与不透明的同心层可达几十层，直到云中上升气流再也浮托不住时，降到地面就成为冰雹。
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（二）降水的表示方法 1、降水量――指从大气中降落到地面未经蒸发、渗透和流失而在水平面上积聚的水层厚度（包括固态降水融化后），单位mm 2、降水强度――单位时间的降水量
按降水强度的大小可将雨分为小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨、特大暴雨等，将雪分为小雪、中雪和大雪。
降雨 降水等级 小雨 中雨 大雨 暴雨 大暴雨 特大暴雨 降雪 小雪 中雪 大雪 降水量（mm﹒d） 0.0～10.0 10.1～25.0 25.1～50.0 50.1～100.0 100.1～200.0 ≥200 ≤2.4 2.5～5.0 ≥5.0 －1
按降水性质分为①连续性降水：时间长，强度变化较小，降水范围较大 ②阵性降水：时间短，强度大，常突然停止或开始，降水范围较小 ③毛毛状降水：极小的滴状液滴降水，强度较小 3、降水变率和降水距平
降水变率――表示降水量的变动程度，有降水绝对变率和相对变率两种 降水绝对变率（降水距平）――是指某地实际降水量与同期多年平均降水量的差值。 相对变率――是指某期内降水距平值与多年同期平均降水量的百分率
相对变率越大，表示平均降水量的可靠程度越小，发生旱涝灾害可能性越大。 4、降水保证率
某一界限降水量在某一时间内出现的次数与该时间段内降水总次数的百分比 也可以用以下公式表示
降水保证率=（达到或超过某界限的年数/统计资料的总年数）×100% 降水保证率表示某一界限以上降水量出现的可靠程度的大小。
第四节 水分与农业
一、空气湿度与农业
①空气湿度能直接制约植物体内的水分平衡，从而影响作物的产量和品质。一般说来，作物从出苗到成熟，对空气的湿度要求大致是前低、中高、后低的规律
②影响病虫害的发生和发展
不同作物和植物病虫，统一作物的不同生育期，对空气湿度的要求是不同的 二、降水与作物
（一）降水量与作物
降水量是决定作物产量的主要因子之一。谚语：“有收无收在于水” （二）降水强度与作物
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