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广州安康地温的改变
来源:未知 时间:2019-05-07 20:11
       

  沈灿燊

  1 导言

  地温对农作物的发育和成长有很大的影响,因而,在研讨一个当地的农业气候时,必先研讨该地地温的改变状况。地温除了受太阳辐射影响外,还受云量、降水、土壤蒸腾、植被掩盖等状况的影响,此外,更与该地的土壤性质,耕耘状况等等有亲近的联系。广州地处低纬度,太阳辐射一年四季都较爲激烈,降水量充足,蒸腾旺盛,地温改变有必定的规则。咱们依据广州安康中山大学1953-56年的5公分、10公分、30公分、60公分、100公分深度的地温记録,并参阅广州中心气候台的地温记録,作了一些核算剖析,得出该地地温的一般改变规则,尽管观测时代不长,且限于100公分以内的深度,不能概括我国南边地温改变的景象。但就100公分以内各层地温实践改变的材料剖析,足能够证明气候学上地温改变的一般规则。或可作爲咱们在农业气候上及工程设计上的参阅。

  安康坐落东经113 19′,北纬23 6′,观测坪海拔约17公尺。设在25公尺×25公尺的气候观测坪内,坪外东西两边有緑荫的巨大树木,南北爲草坪,坪内土壤爲红黄壤,乃赤色岩系风化物,排水状况不良,其剖面性态如下表(表1),8年前从前耕耘,现在浅草平铺,但装置地温表处暴露;5公分与10公分地温表用日式曲管地温表,30公分、60公分与100公分用直管地温表,一天观测三次(07:00、13:00、19:00)。

  2 广州安康地温的改变

  依据广州安康中山大学地温观测的材料,地温改变以30公分深度以内改变得较凶猛,不管冬月和夏月的日均匀温度的改变及年的月均匀温度的改变和每日的日改变都崎岖较大,显着受地上上的气温改变影响较爲亲近。除了雨日,因为湿土的导热率较大,导温率较小,改变显得愚钝外,其他与空气中温度改变曲綫型式大致相同,尤其是日改变更爲显着。但在30公分以下,地温改变就渐趋弛缓,尤其是80公分深度以下的土层,改变得很慢。日改变则简直看不出来。所以能够説:30公分以内深度的地温,受地上温度改变影响较大。30-60公分,受地上温度影响较少。60公分以下,则受地上温度影响微乎其微。不过,每层地温的改变状况及日改变状况是不相同的,现在别离讨论一下。

  2.1 年改变

  地温的年改变,和当地的气候改变有亲近联系。广州地处我国南部,月均匀温度均在10℃以上,一般没有0℃以下的气温呈现,即便呈现,也仅仅贴地层气温的瞬时现象,严厉説,广州是没有冬天的。广州安康的地温材料也没有发现有0℃以下(07、13、19三次观测)的记録。在5公分深度上最低的月均温是13.9℃,以下更按深层加深而增高,可见广州的地温也是适当和暖的。

  广州月均匀气温有8个月在20℃以上,能够説夏天有8个月,而安康的地温则在5公分只要7个月月均匀在20℃以上,10公分以下有8个月在20℃以上。现将各层地温的每月月均温表列于后,并绘出日均温改变曲綫。

  咱们在图1及表2上还能够看出:5-80公分土层温度一月最冷,与气温最冷月一起呈现,100公分则最冷月在2月,比气温最冷月推延一个月。5-40公分土层温度最热呈现于7月,与气温最热月一起呈现。60-80公分深度地温7月及8月均爲最热,比气温多坚持一月。100公分则8月最高,比气温推延一个月。值得注意的是,地温向下改变的梯度热月相差较小,冷月相差较大,例如5-100公分之间在一月相差4.7℃,而7月仅相差1.5℃,这因爲广州冬天降水少,土壤乾燥,土隙内浸透空气的原因。咱们知道空气的导热系数小,水分的导热系数大。冬天的干土壤深层的热量不易向上传导,夜间上层辐射冷却较快,致使逐层间的温差较大。夏天降水充足土壤湿润,导热率大,热量简单向下传导。且气温较高,夜间时刻又短,地上失热不多,冷却较慢。这样,就使得夏天土层逐层间温度相差变小。

  还有,在3月中旬和9月中旬邻近各土层年温度曲綫在此先后相交,在这个时刻内,各层土层温度大致趋向等值。即各层地温由向下正值添加转到向下负值添加和由向下负值添加转到向下正值添加的转折点。因为冬夏半年各地层所受的热量不同,温度高者相对渐减,本来温度较低的相对渐增,在转折点时到达热量平衡,构成各层土温挨近等值的景象。但3月中旬交点比9月中旬交点温度低,这全然受前期土层热量的影响。

  可见1,2,10,11,12冬天五个月地温笔直散布爲正的添加,即愈向下温度愈高,而以1月爲甚。4,5,6,7,8夏天五个月是反递加,即愈向下温度反而减低,而以5月较大。3,9两个月爲过渡月份,温度笔直散布挨近爲直綫。值得注意的是挨近表层温度的年内改变最大,如1月与7月较差达16.2℃,这因爲夏天浅层受热时刻长而烈,冬天辐射冷却又较凶猛的原因。随土层深度的添加,冬夏较差渐减,如100公分一层最小,只10.5℃。由此能够推想100公分以下的土层温度冬夏改变必愈趋减小。

  现将1956年爲例,推求土层传导热量的状况。试将全年最冷的五日和全年最热的五日均匀气温及它的呈现时刻和每层土温最冷最热的温度及它的呈现时刻相互比较,则得下列两个:从两表内能够看出这样一些现实:(1)离地上愈深,地温较气温的改变时刻愈迟,在10公分地温改变落后于气温改变不超越24小时(同一天呈现)。10公分以下冷日约每隔24公分迟一天,热日约每隔20公分迟一天。地上增热的影响比地上冷却的影响大,在最热日均匀呈现时刻100公分处比气温约迟4天,80公分处迟3天,60公分处迟2天,而最冷日均匀呈现时刻100公分处比气温迟6天,80公分处迟4天,60公分处迟3天,在40公分以内,最冷与最热日的呈现落后于气温的日数大致相同。(2)一年中最热五日地温与气温相差较小,最多爲2.2℃,而最冷五日较差最大可达9.8℃。至于各层间地温的较差,亦以冷日爲大,最大爲1.6℃,而热日最大较差只0.6。这説明晰地上增热影响深层比地上冷却深层快。这一方面当然因为广州夏天太阳辐射强,热量或许达地下深层,而冬日地上冷却较慢影响深层较弱;而最主要的方面仍是因为土壤湿度联系所造成的。(3)冷日土层温度随深度递加,但热日则40公分以内温度递加,至40公分以下反形递减。这彻底和上述太阳辐射及土壤湿
度有亲近联系。

  如以100公分深度地温年较差爲100%,则5和10公分较差爲100公分的1.42倍,30公分爲1.29倍,80公分爲1.02倍,各层年较差与100公分层比较,其相对百分率亦向深层递减。将较差及相对百分率数字画成曲綫,更可清楚地看出年较差向深层减小的趋势。

  可见各层地温全年简直悉数在10℃以上(只5公分有一天10℃以下),而以25-30℃这一温度天数最多,愈向基层,愈向此温度及20-25℃两者之间会集。至100公分深处,则温度会集在15-30℃之间,15 C以下及30℃以上未见呈现。在25-30℃的日数占全年1/2,按此能够推论,愈向深层,愈向此温度会集,构成了日均匀温度变幅极小的趋势。估量在3公尺以下,简直悉数日均匀地温应均在25-30℃之间。

  总归,广州安康地温年改变的状况,能够概括爲下列几点:

  (1)9月中旬往后,3月中旬曾经,地温月均匀温度随深层而增温,即温度梯度向下正值添加。4月往后,9月曾经,地温月均匀温度随深层而下降即温度梯度向下负值添加,在9月中旬及3月中旬邻近,则各层年温度曲綫先后相交,即各层笔直深度的地温改变甚微,简直成等温状况。

  (2)5-80公分深度以内的地温,最冷月在1月,最热月在7月及8月,100公分最冷月在2月,最热月在8月。土层在夏天地上传导热量到深层比冬天深层地温传热到地上较快。以60-100公分深度最显着。

  (3)地上层年较差最大,愈向基层则愈减,5公分与100公分两层相较,约1:1.5。5-30公分深度土层,受地上影响较大,温度随地上温度有较敏捷地改变,40公分以下土层温度,受地上影响较小,30公分邻近爲转折点。

  (4)最冷月及最热月月均匀温度与年月均匀温度较差愈向深层愈小,热月每20公尺递减1-2%,冷月每20公尺递减2-5%。按此核算,到3公尺以下,每月均匀温度无较差呈现。

  (5)全年逐日均匀地温每层都以25-30 C这一级内的日数最多,愈向基层,日数愈向这一级内会集。

  2.2 日改变

  依据每日观测三次(上午七时,下午一时,下午七时)记録剖析,知道1月(最冷日)及7月(最热日)的地温日改变是不同的。

  兹将1月中旬及7月中旬每日三次记録核算,表列并绘图于后:

  夏天日改变至80公分一层,仍有弱小改变,直到100公分,才无改变。改变层比冬天深化20公分。这因爲夏天太阳高度角比冬天大,太阳辐射强,且雨量较多,土壤湿润。因而热能传入土壤深层较爲简单。广州地处低纬,一年中太阳高度角也较大,最大爲90°,最小爲43°26′。5-8月正午太阳高度角都在75°以上,而11-1月则在53°以下。现将一年各月一日及十五日正午(12时)太阳高度角表列于后: 

  图上,能够显着地看出,冬天(一月中旬代表)日改变在60公分一层,已非常弱小,到80公分一层,已无改变。各时地温笔直改变是随土层深度而递加的,上午七时较差最大,下午一时的较差最小。这因爲冬天,早晨时地上辐射冷却强,上层冷却快,而基层因土壤乾燥,上昇弥补热量较慢,致浅层与基层有较大的温差。至正午往后,太阳辐射激烈,浅层敏捷增温,而基层则受影响不大,热量尤未传到基层,故除浅层有较大的温差外,10公分以下改变即较小。19∶00时,浅层已开端冷却,而较深层冷却得缓慢,故上基层间的温差又渐削减,往后经过一夜冷却,又回复到上午七时的状况。

  太阳高度角的巨细,影响太阳辐射强度,广州没有太阳辐射强度记録材料,依据理论核算,广州当高度角45°时,辐射强度爲0.84卡/厘米2分,60°爲1.13,75°时爲1.42,90°时爲1.75。可见夏天太阳辐射比冬天强得多,地上受热大,土壤热量下传也较快较深。另一方面雨量夏多冬少,土壤夏天较湿润。咱们没有作土壤湿度的观测,但由雨量时节散布来看,也可了解一些状况。广州全年均匀雨量爲1661.8毫米,夏天占了13.9%,而冬天只占9%。因而,土壤夏湿冬干,也影响了土热下传深度。别的夏天各层地温改变随深度而有不同,在30公分以上,土层受地上影响较烈,改变比较杂乱,30公分以下,大致随深度而递减。这种趋势无论是在上午七时或下午一时,下午七时均系共同,仅在下午一时靠近地上层因太阳辐射最强的原因梯度很大。因夏天雨水多,土壤潮湿,夏夜短暂,冷却不甚烈,即便在30公分以下土层冷却所失的热是仍能得到深层的敏捷弥补,失热微少,故构成了这种两段土层不同的温度改变。下午一时,表层现已得到较多的热量,地温敏捷上昇,因土壤湿润,热量得以敏捷传达基层。至30公分邻近因早晨失热较少,总热量相对地説来反较多。夏天在下午一时往后,地上仍有激烈的太阳辐射,因而推想到下午二不时,曲綫应成爲由上逐步递减的曲綫,下午七时,地上开端冷却,但程度不大,30公分邻近因蒸腾较上层弱,失热不多,构成了温度的突出点,30公分以下,则影响甚微,仍坚持由上向下递减状况。值得注意的是,5公分以下80公分以上各层,最高温度呈现时刻都在下午一时往后,与冬天状况类似。

  从上可知:冬天白日上午七时至下午一时,相距8小时,5公分处增温4.4℃,10公分增温1.7℃,30公分处增温1.3℃,40公分处增温0.3℃,60公分以下爲零。这样算来5-10公分之间较差爲2.7,10-30公分之间爲0.4,30-40公分之间爲1.0,可见昼间表层增温大,深层小。

  反之,自下午七时至次日早晨七时,地上辐射冷却开端较大,12小时内,5公分处减温3.7℃,10公分减温2.7℃,30公分处减温2.5℃,40公分减温1.1℃,60公分以下遍地几无改变。

  夏天白日,上午七时至下午一时刻相距8小时,5公分处增温2.8℃,10公分增温1.6℃,30公分增温0.9℃,40公分处增温0.3℃,60公分以下爲0,即5-10公分之间较差爲1.3,10-30公分之间爲0.7,30-40公分之间爲0.6,也是表层大,深层小。

  到下午七时至次晨七时刻相距12小时,5公分处减温2.1℃,10公分处1.8℃,30公分处1.2℃,40公分0.6℃,60公分处以下几无改变。即5-10公分之间较差爲0.3。10-30公分之间爲0.6,30-40公分之间爲0.6。

  由此可见夏天不管白天或夜间辐射增热或辐射冷却,都是夏天比较均匀,冬天各层温差份额较大,这也是因为土壤湿度影响地热传导所造成的。

  别的,地上层温度(浅草上)与百叶箱内温度相差得较大,他们随时节改变及天气状况而不同,以冬天絶对最低温来説,能够相差达6°—7℃。例如1955年1月12日,百叶箱最低温度爲0.0℃,爲广州几十年来罕见的低温,而同日地上最低温度爲-6.5℃,小池水面边际已结成均匀约1/3公分的冰块,而百叶箱中的湿球没有结冰,可见二公尺的气温文地上草温是有很大差异的。

  现罗列1955年1月6日-20日最低地上草温及7月16-30日最低地上草温文最低气温相比较:

  可见气温愈低,草温愈更低,两者之温差愈大。冬天两者的温差最大,气温最低温度还在0℃以上,而草温早已达0℃以下,这因爲冬天夜间地上先辐射冷却,然后渐而影响气温所造成的。

  总上所述,可得出几点地温日改变的定论:

  (1)冬天地上状况影响及土壤基层的深度比夏天浅,冬天达60公分,夏天达80公分,在这以下几无日改变。

  (2)夏天不管昼间或夜间增热或辐射冷却,都是夏天比较均匀。

  (3)冬天除下午一时10公分以上成递加外,其他上午及下午七时和下午一时的10公分土层以下都是向下减温状况,30公分以内土层则改变较杂乱,随地上的影响而发作向下添加或向下减小的现象。

  3 后语

  (1)这篇文章中意图是想经过材料收拾得出一些广州安康中山大学地温的改变状况,因为所用材料时代比“广州的气候”(陈世训、沈灿燊合着)所用的地温材料较长而具体,因而,可作爲“广州的气候”地温部分开始的弥补材料。

  (2)研讨小气候之一的地温,最好能用各种不同土壤结构及不同掩盖状况的材料相互比对,但广州现在尚缺少这种材料。因而,只能用一般气候观测的材料来剖析,这是有待随往后农业气候观测材料的添加而弥补和批改。

  (原载:地理学材料,1958。)

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