第三节 感热通量和气温
一、感热通量
地面与大气间,在单位时间内,沿铅直方向通过单位面积流过的热量称为感热通量,单位为W/m2或J/(cm2·min)。由于地面和大气间热量输送主要通过乱流扩散完成,故也称为地面与大气间乱流热交换。
白天,在强烈日射下地温高于气温,感热通量由地面传送给上面较冷的空气并促其增热;夜间,地面辐射冷却,气温高于地温,感热通量为负值,热量由空气传送给地面并促使空气冷却。在空气层之间热量传送,也总是由暖的流向冷的气层。因此。在近地层,空气的增热与冷却的主要方式是地面与大气间的乱流热交换。
感热通量可用类似于分子热传导的公式来描述,即
式中ρ是空气的密度,标准状态下ρ=0.00129g/cm3;CP为定压比热,CP=1.0×103J/(kg·℃); 为铅直空气温度梯度;KT为乱流交换系数。
定压比热:等压情况下,单位质量空气温度升高一度所需要吸收的热量。
KT可理解为当温度梯度为1℃时,单位时间、单位质量空气中所含热量,因乱流作用而沿铅直方向转移的数量。 KT的单位为cm2/s或者m2/s。它的变化范围为由近于0至10000cm2/s或更大,因此它比分子导温率K大好几个量级。KT表示近地层乱流发展强烈程度,它随高度的增加而增大。因为在近地层,高度愈高,下垫面对乱流减弱影响愈小,有利于乱流混合的加强。
二、气温
(一)气温日变化
气温日变化特征与土温相似,一日中有一个最高值和一个最低值。最高值出现在14-15h,最低值出现在日出前后。当然由于季节和天气的影响,也可能提前或推后。但是,一日中气温最高值的出现总是在空气积累热量最多时,气温最低值则出现在空气贮存的热量最少时。
影响气温日较差的因素
1、纬度
随纬度的增加,正午太阳高度降低,因此,气温日较差减小。低纬度地区平均气温日较差为10-12℃,中纬度地区为8-9℃,高纬度地区3-4℃或更小。
2、季节
夏季太阳高度角大,气温日较差比冬季大。但是,气温日较差的最大值不在夏季。而在春季。例如北京7月气温日较差平均为10.2℃, 而4月为13.9℃ 。这是因为日较差的大小,既决定于气温最高值,又决定于最低值。夏季昼长夜短,白天虽增温剧烈,但夜间来不及充分冷却。因而最低温度不够低。全年中气温日较差最小值出现在冬季。
3、地形
凸出地形(小丘、高地、山地)由于通风良好,空气易自由交换,气温日较差较小;凹下地形(谷地、盆地、河川)。由于地形遮蔽,扩散条件较差,白天在太阳辐射影响下,气温升得较高,而夜间因冷空气下沉结果,气温较低,因而使得日较差增大。各种地形相比较,气温日较差是盆地大于平原。平原大于山地,而高原比平地和山地都大,但小于盆地。