在白天,活动面吸收了一定的正值净辐射后,这个热量一方面用来增加它自己的温度,另一方面则分别通过土壤内部热交换向下层传热。另外也与贴地层的空气间进行湍流热交换,使空气增温,还蒸发水分将潜热向空气层输送。这三者在(6·10)式中分别为A、QP与LE。在夜间,没有太阳辐射,活动面通过有效辐射而散失热量,净辐射为负值,活动面将降低温度,这时活动层下部向土表输送热量,空气湍流热交换的方向,将由空气指向活动面,如果有露水凝结,活动面上将通过水汽凝结而获得潜热。
A、QP和LE可分别由(6·19)、(6·20)和(6·21)三式求得
就土壤内部的热量交换而言,在深度Z′处,一秒钟内经过Icm2的水平
系数λ′。当白天土表受热,土壤上下层间温差愈大,则向下传输的热能愈多,夜晚土表辐射冷却,下层土温比表层高,热量乃由下层向表层传送。在土内温度梯度相同时,土壤导热系数(单位W/m℃)愈大,土内热量交换的速度就愈快,至于土壤温度上下层分布的情况,还要看导温系数K′而定。
上式中ρ′为土壤密度,C′示土壤的比热(J/g℃),K′值为单位体积的土壤收入热量(λ′)时所增高的温度(单位cm2/min)。
由于构成土壤的成分并非单一物质,土壤的比热和热容量各不相同(见表6·12),不同土壤的导热系数和导温系数亦互有差异(见表6·13),从表6·12可见,水的热容量平均要比土壤中矿物质的热容量大2倍,比空气热容量大3000多倍,所以土壤的热容量也随着其孔隙度(孔隙度大于土内含空气量多)和湿度为转移。当孔隙度增大时,干土的热容量要减小,但随着土壤湿度的增加,热容量便迅速增加。这就使得在同样条件下,白天表层干土的温度比湿土高,夜间则相反,湿土温度高于干土。
由表6·13可见,导温系数小的干沙土表层增温快,减温亦快,活动面的温度日振幅和年振幅都较大,但昼夜与年温度变幅在较浅的深度就消失了。湿沙土表层温度日振幅和年振幅都比较小,但其有温度日变幅和年振幅所及的深度却比干沙土厚。因此由于土壤的热容量和导温系数不同,就会产生小气候的差异。
土壤活动面与下层空气间的湍流显热交换QP(6·21式)主要决定于
气密度ρ及空气湍流系数K之间的乘积。白天土温远比气温高,活动面向空气输送的显热比较多。夜间土温与气温差值较小,地气间的显热交换比白天小,甚至出现相反的方向,气温高于土温,空气反而有显热向土表输送。表6·14中列举了阿鲁西(在沙漠中)和科尔土希(气候较湿润)两地土壤-空气湍流显热交换和潜热交换的日变化情况。表中负值表示土壤向空气输送热量,正值则相反。