① 由图示可以得出结论:随着深度的增加,土温日较差减小,最高温度与最低温度出现时间也逐渐落后。
② 原因:在白天,地表的热源主要是太阳直接辐射。地表获得的正直辐射平衡比较大,通过乱流交换,蒸发和土壤交换等方式将热量传递给大气和土壤深层,比较起来,蒸发耗热量最大,乱流热交换量次之,土壤热交换量最小。因为,地表得热后,热量必然向下传递,热量被土壤层层阻截,使得越到深层的土壤接收到的热量越少,温度幅度变化越小。因此,土壤增热随深度的增加而减小,大概到1米左右深度,土壤无日变化。
(2) 出现土壤温度最高值(0厘米)的点及其滞后原因 ① 土壤温度最高值出现点
我们从图可以得知,不同深度的土壤温度其最高温度出现在“地表”,即0CM的地 表土壤中,为22.6℃左右。
② 最高温度出现滞后的原因
地表温度最高值大概出现在午后13点左右,比太阳辐射最大值出现的时间稍落后。 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到最大值。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左右热量积累达到最大值,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。
(3)实习测定结果分析(如上图所示)
由于深层土壤具有一定的保温作用,所以在太阳强度很弱时,土壤越深温度越高。9时左右太阳强度逐渐增强。20厘米深处土壤保温作用很强,温度依然比较高。而10厘米,15厘米深度是无法直接吸收太阳辐射的热量,只能通过土壤来传递热量。
一般来说,0厘米土壤直接吸收太阳辐射的热量温度应该上升很快,但是在10点左右某一个点一方面有少量云出现另一方面气压有些下降,导致土壤从整体看来温度下降,且因为气温的原因影响较大,下降的幅度也较大。0厘米最高温度出现在午后13时左右,比太阳辐射最大值稍落后(原因已解释)。随后太阳辐射继续增强,各个层温度都开始上升。地表吸收的热量多,所以0厘米温度上升快,离地表较近的5厘米的土壤也在不断吸收着大量的热量,曲线不断上升,10厘米的土壤相对于15厘米的土壤吸收的热量相对多些,所以也在不断上升,而15厘米土壤无法吸收大量热量,导致温度上升很慢。随深度的增加,吸收的能量越来越少,而20厘米土壤保温作用比较强,所以,整体上温度比15 厘米温度高。随着太阳辐射的减弱,各层温度都开减弱,随后又继续以不同的速度开始下降。与太阳刚出现时大概基本相同。温度随着深度的增加其传递有一定的滞后性,所以决定在不同深度达到峰值时间不同,随深度增加依次推后。
到了傍晚,17点左右,由于太阳高度角逐渐降低,太阳辐射强度减弱,使得大气温度降低,地面开始冷却,地面放热,所以,地表的温度开始快速下降。而由于土壤具有很好的保温作用,土壤内部的温度基本上没有什么变化,只是5CM处受地表影响相对下较大,所以,有比较明显的下降,其他深度的温度基本保持不变。
(由于深层土壤具有一定的保温作用,所以在太阳强度很弱时,土壤越深温度越高。20cm,15cm深处土壤保温作用很强,温度依然最高。0cm土壤直接吸收太阳辐射的热量温度上升很快。0cm处13点达到最高值并一直持续到17点。地表吸收的热量多,向下传递所以各深度的温度上升快,由于是晴天,太阳幅射多,导致温度上升较快,随深度的增加,吸收的能量很少,在一整天的时间内15cm,20cm的温度几乎没有发生变化,呈直线分布,5厘米,10厘米深度的温度由于受地表吸收太阳辐射的影响比较大,所以出现的波动较大。)
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3.1.6土壤温度的垂直变化
3.1.6.1土壤温度的垂直变化规律(见图6)
40.035.030.025.020.015.010.05.00.00cm5cm10cm15cm20cm36.8温度/℃9:0029.026.213:0018:0029.427.123.722.420.415.219.517.015.217.816.315.8深度/cm图6 土壤温度垂直变化折线图
本次实习测到的土壤温度垂直变化的数据如图6所示。 3.1.6.2实习测得的土壤垂直温度分析
? 9点的土壤温度铅直变化规律
9点的太阳辐射逐渐增强,地表的温度经过一昼夜的释放热量,处于的土温已经很低了。日出后地面急剧升温,上层土温迅速变成日射型分布,但深层土壤具有保温作用,保存着前一天吸收的能量,所以,温度相对之下较高,9点的土壤温度牵制变化规律是“早上过渡性型”。
早上过度型是夜间辐射型向白天日射型的过渡型。日出后地面升温,上层土温迅速变成日射型分布,但下层仍保持辐射型。此时,中间层温度低,所以,早上过渡型是土壤上层日射型下层辐射型的土温铅直分布。
? 13点的土壤温度铅直变化规律
经过一上午的的太阳照射,日间地面获得大量太阳辐射热,温度上升,热量由上向下传递。此时,土温铅直分布为由地表向下温度递减,相对来说,减低的速度较快。由此推断出,13点的土壤温度铅直变化规律是“日射型”。
日射型是日间地面获得大量太阳辐射热,温度急剧上升,热量由上向下传递。此时,土温铅直温度分布为由地表向下温度递减,而且减低的速度很快。
? 18点的土壤温度铅直变化规律
傍晚地面因辐射冷却温度下降,土壤上层出现辐射型,下层仍保持着日射型,此型的土壤温度分布为上层和下层温度低,中间层的温度高。
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3.1.7不同高度气温的日变化规律
3.1.7.1不同高度气温的日变化规律(见图7)
温度/摄氏度30.025.020.015.010.05.00.08点9点10点11点12点13点14点15点16点17点18点20150时间/时图7 不同高度气温日变化折线图
本次实习测到的气温变化的数据如图7所示。
总地来说,20cm处的气温大体上都高于150cm处的气温,大致可归纳出,不同高度的气温的日变化的大致规律是:在对流层大气中,平均情况下,大气温度随高度的增加而降低的。
在8点到15点,20cm处的气温持续在上升,15点后,气温开始下降。 在8点到16点,150cm处的气温持续在上升,16点后,气温开始下降。 3.1.7.2实习测得的气温数据分析
这两条图线较好地反映了气温在指一天内气的周期性变化。这种变化离地面愈近愈明显。最高气温一般出现在15时左右,最低气温一般在早晨。
正午以前,太阳辐射逐渐加强,气温不断上升。 正午以后,太阳辐射虽开始减弱,但地面获得的太阳辐射热量仍比地面辐射失去的热量多,地面储存的热量继续增多,气温任然上升,直到太阳辐射热量开始少于地面辐射失去的热量时,即由盈余转为亏损的时刻,地面温度达最高值。地面将热量传给空气还需一定时间,故最高气温出现在了15时左右。
15时以后,太阳辐射热量少于地面辐射失去的热量,因此气温开始下降。
就图中150cm处了16点的时候出现了“逆温”现象,我们小组的解释如下。此时,太阳高度角逐渐减小,太阳辐射逐渐减弱,大气温度开始下降,因为地面是大气的主要热源,在这个时候,地面开始向大气放热,地面温度降低极快。150CM的大气温度主要受太阳辐射的影响,此时,也是在降低,但是其降低的幅度较慢,所以,曲线出现了“逆温”现象。然后,20CM和150CM的大气温度在逆温的情况下,逐渐降低。
3.1.8不同高度湿度的日变化
3.1.8.1不同高度相对湿度(u)的日变化规律(如图8)
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相对湿度/?80706050403026201008点9点10点11点12点13点14点15点16点17点18点22222124131416121313534952486768817469585420cm150cm时间/时图8 相对湿度日变化折线图实习所测出的不同高度相对湿度(u)的日变化如图8所示。
对比两条曲线,20cm处的相对湿度远远高于150cm处的相对湿度。20cm处的相对湿度多在60%左右,而150cm处的相对湿度多在20%左右,前者几乎是后者的三倍。
在变化趋势上,两条曲线在整体上的变化趋势是相似的。两条曲线的变化规律都是从早上8点到11点,相对湿度不断上升,在20cm处从49%上涨到了81%;11点到15点,相对湿度不断下降;15点之后趋于稳定。
就一条曲线来看,在20cm处的相对湿度变化比150厘米出的更为明显。前者的振幅32%,后者的这幅为13%。
3.1.8.2不同高度水汽压(e)的日变化规律(如图9)
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水汽压/mb30.020cm150cm22.723.025.020.018.617.024.017.818.718.116.217.715.012.010.05.05.35.46.35.76.34.14.35.03.94.54.10.08点
实习所测出的不同高度水汽压(e)的日变化如图9所示。 就总体趋势而言,水汽压的变化和相对湿度的变化曲线相似。 对比两条曲线,20cm处的水汽压远远高于150cm处的水汽压。20cm处的水汽压多在20mb左右,而150cm处的水汽压多在4mb左右,前者几乎是后者的五倍。
在变化趋势上,两条曲线在整体上的变化趋势是相似的。两条曲线的变化规律都是从早上8点到11点,相对湿度不断上升,在20cm处从12.0mb上涨到了24.0mb,上升了100%;11点到13点,相对湿度不断下降;15点之后趋于稳定,稳定在17.5mb左右。
就一条曲线来看,在20cm处的相对湿度变化比150厘米出的更为明显。前者的振幅12mb,后者几乎趋于平稳。 3.1.8.3实习测得的湿度的数据分析
由于我们小组的地面上有包括覆地菜、紫花地丁、枪草和早熟禾等在内的许多草本植物,由于植物的保水作用,近地面较为湿润,蒸发出的水分较少。由此,20cm处的湿度远远高于150cm处的相对湿度。
就总体的变化趋势分析,早上8点到11点湿度不断上升,因为在这3小时里,土壤较为湿润,空气从土壤中不断得到水分,然后再被阳光所蒸发散失掉水分。得到水分的速度大于散失水分的速度,由此空气湿度不断上升。相同的道理,在11点以后,随着太阳辐射和气温的升高,土壤中的水分不断减少,蒸发量不断增大,得到的水分小于散失的水分,空气湿度开始了一定程度的下降。在快到傍晚时,太阳辐射减弱,气温下降,从而蒸发量大大下降,与空气中得到水分的速度保持着动态平衡,因此在这一段时间里空气湿度大致不变。
就变化幅度这一问题,这是高度的原因。150CM处离地面较远,当水汽蒸发上升的时候,它几乎不会感应到地面水分的蒸发,所以地面的水分蒸发对较高位置的空气湿度影响不断。而20cm出的近地面,直接受地面水分蒸发的影响,在一天之中空气湿度的波动较大。
9点10点11点12点13点图9 水汽压日变化折线图14点15点16点17点18点时间/时 20