第三章 空气温度和土壤温度
第一节 热量交换方式和热特性
一、热量交换方式
在土壤和空气中，存在着多种形式的热量过程。除分子热传导、辐射和对流这三种方式外，还存在着平流、乱流和因水的相变而引起的热量转移形式。这些过程对土壤和空气层热状况的形成起着决定性作用。
（一）分子热传导
以分子运动来传递热量的过程称为分子热传导。
在土壤层中，热量交换是由分子热传导形式来完成的。分子热传导过程强弱对土壤层内热状况的形成有着重要意义。但在空气中，由于空气是热的不良导体，其分子导热率很小，因而由传导方式进行的热量转移比其他方式要少得多，在多数情况下是可忽略不计的。
（二）辐射
地面和大气层之间的辐射热交换是始终存在的。地面一方面吸收太阳辐射和大气逆辐射，同时也向大气放出长波辐射。
白天当地面吸收的辐射超过放出的热量时，地面被加热增温，并通过辐射或其他方式把热量传送到大气层和土壤下层使之增温；夜间地面放出的长波辐射超过吸收的大气逆辐射，结果使得地面损失热量，导致地面温度下降，此时土壤深层和大气就反过来以各种方式向地面输送热量，以维持地表温度不致下降太多，结果使得土壤深层和大气层的温度也发生下降。
（三）对流
1、对流的概念：空气在铅直方向上的大规模升降运动。
2、对流的种类：对流按产生的原因可分为两类
（1）热力对流（自由对流）
发生在低层气温剧烈增高或高层空气冷却时，上下层气温差异加大，造成低层空气密度较小，高层空气密度较大的不稳定状态，因而很容易产生对流。
（2）动力对流（强迫对流）
空气水平流动时遇到山脉等障碍物时被迫抬升或因其它外力作用强迫时发生的。
对流使上下层空气混合，并发生热量交换。对流的空气升降速度有时可达10m/s以上，高度可达对流层顶部附近。一般在夏季及午后对流较强，冬季及清晨较弱。
（四）平流
大范围的空气水平运动称为平流。冬季大规模冷空气南下，可使气温急剧下降，在24小时内甚至气温可下降十几度；夏季海洋上暖湿空气北上，可使它影响地区的气温升高。平流是空气在水平方向热量转移的重要方式，其结果可缓和地区之间、纬度之间的温度差异。
（五）乱流
1、乱流的概念
空气的不规则运动称为乱流或湍流。乱流是摩擦层空气运动普遍存在的形式。
2、乱流的种类
（1）热力乱流
由于下垫面增热而使空气稳定性破坏，或不同下垫面受热不均而产生的热力乱流。
（2）动力乱流
由于近地层气流速度随高度不同引起各气层间内摩擦，气流与下垫面摩擦或气流与各种障碍物的摩擦和碰撞等动力原因而产生的动力乱流。
乱流是摩擦层中热量交换的重要方式，它使热量由地表向大气转移，对缓和近地层温度变化起着重要作用。乱流也是下垫面向大气输送热量、水汽、CO2等物理属性的重要方式。白天乱流与对流相结合，使大气中热量交换过程加强；夜间对流停止，乱流也随温度降低和风速减小而减弱，热交换也减少了。
