气候资源解析课件

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,单击此处编辑母版标题样式,第,7,章 气候资源,意义：,气候资源是人类赖以生存和发展的条件，气候资源研究在农业管理、农作物产量和质量的确定、建筑业、能源开发、水利工程、城镇规划等方面有着广泛的应用。,在农业方面，气候资源对土地利用、作物布局、水利排灌以及品种改良等方面都有重要影响，倍受人们重视。,内容：,7.1,气候资源的特征与作用,7.2,农业气候资源综合评价,7.3,农业气候资源的改善与保护,7.4,气候资源的生产潜力,7,.1,气候,资源的特征,与作用,一,.,概念：,气候条件和气候资源是联系密切但又截然不同的两个概念。,气候条件,是指人类生产生活中依赖的气候系统，它作为人类社会生产过程中的外部条件而起作用。如,层对人类的保护作用，空气为人类提供氧气，降水为人类提供水源等。,气候资源,是指气候条件中进入生产过程而成为人类利用的那部分，以物质和能量进入生产过程，并产生经济效益。随着科学技术的发展，越来越多的气候条件变成了气候资源。如空气中的,N,等。,组成：,气候资源是由许多因素组成的复杂系统，一般说来，它包括太阳辐射,(,光,),、热量,(,热,),、降水,(,水,),和空气,(,气,),四大子系统，每个子系统又由不同的基本因素组成，这些子系统相互联系，相互制约，按照一定规律构成了气候资源系统。,二、气候资源的特征,1,、时段有限性和无限循环性,时段：一年、一天的太阳辐射总量是有限性,(,时段有限性,),。,比如,:,哈尔滨,10,积温低于,3500,，生长期只有,211,天，对亚热带植物和热带植物有着明显的限制作用。,超长系列：年复一年，取之不尽,，具有循环性，属于再生性资源。,比如：,3,枚铜钱的故事。,2,、周期性变化和随机波动性,昼夜变化和季节变化：,气候资源中的光热资源也随着昼夜、季节更替而发生周期性和季节性变化，即昼夜变化和季节变化。,短时间反常：,如果时间较短，气候资源数量变化是迅速的，偏离年平均值，出现气候异常或反常，对工农业生产和人民生产带来多方面的影响。,长时间随机波动：,气候的波动是随机的，因此，在气候利用中应加强短期的统计预报，防止因气候波动造成的灾害性事故。,3,、空间上的区域差异性和相互依存性,区域差异性：,因地理位置、海陆分布、地形起伏和下垫面性质的影响，气候资源在不同地区具有区域差异，这种差异可概括为地带性和非地带性规律。,相互依存性：,而对于具体的一个区域，光、热、水等气候资源相互联系，相互依存，并且与土地资源和生物资源一起发挥其农业潜力。没有质量较好的土地或优良品种，气候资源潜力就难以发挥其应有的水平。,4,、相互制约和不可替代性,气候资源系统内，光热水气等子系统之间，相互制约，各具其不同的功能，而且相互间不可替代。,如降水与太阳辐射，对植物来讲都不可缺少，它们之间相互制约却又不可替代。,5,、利弊两重性,气候资源同水资源一样具有利和弊两重特性。,如东部地区的季风气候对农业生产就有利弊二重性：雨热同季有利于农作物生长，但降水变率大，易发生洪涝灾害则对农业生产不利。,当然利弊二重性是相对的，我们可以通过兴修水利，营造防护林，形成各种有利于农业生产的小气候来改变其不利的一面，或者通过先进的科学技术，培育良种等，达到变弊为利的目的。,6,、具有一定的生产力,气候资源的与气候条件的显著区别之一，就在于它具有生产力，能够被人类转化为所需要的物质和能量。如农业的光合作用，工业上利用太阳能、风力发电、或者利用空气制,N,等。气候资源具有生产力的特征在农业生产上表现得尤为突出，这是通过植物的光合作用来实现：,光合作用过程，需要经过两个阶段完成：,第一阶段是光化反应阶段，,是携带着能量的光子流激活植物体叶绿素的过程，太阳能为植物吸收,和,进行光合作提供了动力，,CO,和,H,是原料；,第二阶段是生化反应阶段,，经过一系列酶的作用，植物将,与,转化为碳水化合物，热能使化学反应速度加快。,气候资源中的光、二氧化碳和水，形成了光合作用的原料，也就是说气候资源具有生产力。,三、气候资源的作用与意义,1,、气候与人类,气候资源在人类生态系统中具有两个主要功能：,其一，,气候资源是一种生态资源，在生态系统中起到重要作用。,其二，,气候资源具有旅游的功能，多种多样的气候丰富了人们的日常生活，并成为吸引人们旅游的重要因素。,2,、气候与工业,直接功能：,指工业直接利用气候资源，如工业耗氧，利用空气制,N,和,H,，太阳能和风能发电等；,间接功能：,指工业间接地利用气候资源，如工业用水主要来自江河湖井，而这些大部分又来自降水，还有酸雨对工业的影响，尘埃对机器的磨损等。,3,、气候与交通,气候资源在交通方面的作用，既有害、也有利。,如气候的周期变化影响到航运、灌溉、养殖等生产活动；洪水冲毁公路，台风影响海运，盛行风向有利顺风航运等。,4,、气候与农业,作用尤为深刻。,首先，,农作物生产受制于气候资源，光照强度的高低，光照时间的长短，热量的多少，风力的强弱，降水的多少与分布情况等，都对,农作物的种类与品种的分布、复种制度和农作物的产量与质量有重要影响。,其二，气候资源影响着农业生产的结构和用地结构：,水热关系在一定的土地配合下，影响大农业的结构；在大农业结构内部，农作物的种类、分布、质量、数量等都受水热组合特征的制约；同一种作物，也因不同的水热组合而要求有不同的用地和整地方式，以便有效地发挥气候资源生产潜力。,7.2,农业气候资源的综合评价,农业气候资源主要包括光、热、水、气四个方面。,农业气候资源的综合评价可分,两步走：,第一步,要弄清光热水气的数量、质量及时空分布和变化特征，即摸清“家底”；,第二步,是结合地域弄清它们之间的相互关系，进行综合分析评价，提出气候优势。,一、光,光，也就是太阳辐射，,它是来自太阳的能量，是地表生物圈、水圈、岩石圈的能量基础。,四个方面的指标。,1,、,太阳辐射总量,：,是植物物质形成的基本因素，太阳辐射总量的大小，,与光热利用率和植物的产量有关。,我国,太阳辐射总量在,80,230,千卡,/,厘米,2,.,年，,1210,18,千卡,/,年，西部高于东部，高原多于平原。总体能满足作物需求,.,青藏高原,160,以上，拉萨,188.1,，称日光城，雅鲁藏布江冈底斯山一带高达,220,；,川盆、贵州、湘西,100,，峨眉山,80,，成都平原,91.9,。原因：云雨较多：冬：准静止锋；春：西南低涡；夏：西南季风与东南季风。,光能利用率：,世界平均,0.3,；我国平均,0.4,，个别高产地不超过,2,。,我国太阳辐射资源丰富，完全可以满足农作物的生长,2,、日照（光照）强度与日照时数,日照强度,是指波长,400,700,毫微米的可见光的平均感觉,(,单位为勒克斯，即米烛光，简称照度,),，它与农作物生长发育及作物产量有关，一般用日照时数来间接表示。,光照越强，光合作用越强。,日照时数与云量相关，云量越多，日照越短。,我国,年日照时数在,1200,3400,小时之间，分布与太阳辐射总量相似。,青藏高原西北干旱区,3000,小时以上，冷湖最多,3600,小时，拉萨,3000,小时。,川滇地区较少：峨眉山,947,小时，贵州道真,1038,小时：“蜀犬吠日”，“天无三日晴”。,东部地区，由南向北逐渐增加，广州,1910,，哈尔滨,2650,。,3,、光照长度（日照长度、日长）,光照长度,是指一个地区日出至日落之间的可能日照时数，简称日长。,对农作物的影响主要表现在：,能否通过光照阶段，由营养期进入生殖期，从而开花结果；,另外它对落叶，休眠期的开始以及块根、块茎等营养器官的形成也有影响。,日长是引种工作中必须考虑的因素。,我国日长随季节、纬度而变化：,夏至日：南方,12,小时，北方,18,小时；,冬至日：南方,12,小时，北方,6,8,小时。,例如：北方秋季小麦不能成熟，与日长有关,。,4,、光质,光质,是指不同的太阳光谱。,包括,紫外线,(10,390m,，毫微米,=,纳米,=10,-9,米,),可见光,(390,770m),农作物生长的意义最重要。,红外线,(770,10,6,m),。,紫外线多，有利于：,果品（苹果）含糖量高。比如青藏高原、陕北、北山、洛川。,油菜籽、核桃仁出油量高。如青藏高原。,牧草茎部短，叶面小而营养丰富。如高原、高山牧场。,热量是农业生产中的关键因素，,对农作物的种类和品种、分布、复种制度,以及,作物产量,起着重要作用。,热量是指太阳辐射中红外线所释放的热能。,热量到达地面后，可以增热土壤和空气，加速光合作用过程。,热量和气温是有差别的。,从百叶箱测到的气温，只能反映热量的一部分，因此，热量不仅包括气温的多少与高低，而且包括其持续的天数和无霜期，温度对植物的影响，主要是对酶的活性施加的影响，进而影响到光合作用，其实准确的应以植物体温来表达。,通常用积温与持续时间来表示，具体有,4,方面因子：,二、热量,日均温,0,的积温,可以反映一个地区农业季节的总热量，或喜凉作物农事季节的总热量。,0,积温的持续日数,可代表农事季节的长短。,无霜期,日最低气温,0,的持续日数，反映喜温作物生长期的长短。,据研究，春季日平均气温稳定通过,0,时，北方土壤开始解冻，早春作物,(,如春小麦,),开始播种，越冬作物,(,如冬小麦,),开始返青，冬季,0,气温终止期大致与冬小麦停止生长期相当。由于大多数春播喜温作物遇到,0,温度时，就要受到霜冻危害，重者甚至导致死亡。因此用日最低气温,0,的持续日数,(,无霜期,),反映喜温作物生长期的长短是比较科学的。,1,、日均温,0,积温、,持续时间,与无霜期,2、,10,的积温,与持续日数,日均温,10,是一般喜温作物生长的起始温度，也是喜凉作物积极是生长的温度，故称活动积温。日平均气温出现,10,与绝大多数树种的发叶和枯萎大体相吻合，禾本科作物在,10,时不能结实，因此，,用,10,持续期的积温来反映喜温作物生长期的热量状况。,气候资源评价的一个最重要的指标。,存在不等效问题，需用其他指标补充。,日均温,10,的持续日数,反映喜温作物农事季节的长短。,但没有无霜期更有效。,地区 日均温,10,的持续日数,无霜期,东北、内蒙,160210,天,100150,天,华北、陕西,270300 160180,华中,300365 230240(,川盆,300,；贵,260270),华南 全年 全年,10,的积温的不等效性,10,的积温在一个较大区域内,(,如中国,),具有在不等效性，,即两地具有相同的积温，但效果不同，,不一定种植同类农作物，不一定划入同一个热量带。,例如：,相同积温的不等效问题,表现：,昆明 石家庄,积温,4479 4433,作物 可种柑橘、四季花卉 可种棉花,气候特征 四季如春 冬冷夏热,气候带 中亚热带 暖温带,原因：,海拔,1892 50M,降水,10001500 570,季风 东南、西南季风 东南季风,最热月均温,19.8 26.7,最冷月均温,710 -3.3,极端最高温,32 42.7,极端最低温,-5 -26.5,无霜期,300330 197,天,因此，在使用,10,积温及其持续日数时，必须同时参考最热月均温，最冷月均温和极端最高,(,低,),气温。,相同持续日数的不等效问题,地点 桂林 成都 昆明,海拔,162M 506M 1892M,10 5890 5102 4479,持续日数,260 256 258,气候 南亚热带 中亚热带（热） 中亚热带,(,凉,),地点 北京 察隅,持续日数,199,天,199,天,最冷月,-4.7,0,气候 暖温带 亚热带,3,、最热月、最冷月均温,对有些喜温作物生长必须有一定高的温度，最热月均温不足，往往起限制作用,(,如棉花,),。,最冷月均温说明作物在冬季的生长状况，过低时会出现抑制作物生长的现象，称之为抑制性低温。,影响积温的有效性。,4,、极端最低温,低温平均值,极端最低气温多年平均值,(,简称低温平均值,),，说明作物在冬季的冻害状况，过低时会破坏作物组织，导致死亡，可称为,杀伤性低温；,有些地方,(,如广东梅县、广西来宾,),，最冷月均温在,10,以上，最低温却在,0,以下，冬季作物一般生长良好，但有冻死的可能,冻害。,有些地方,(,如云南的泸水，四川的泸洲,),，低温在,0,以上，最冷月均温在,10,以下，冬季作物虽冻不死，但却生长缓慢,抑制性低温。,三、水,1,、农业水的作用：,一定持水量：,60%80%,。,生命活动的必要条件：,营养物质吸收、运输、呼吸；,细胞内生化过程；,光合作用的原料。,2,、评价指标,1,）降水量：,影响生长状况：,喜湿作物,800mm,以上,耐旱作物,200,（,400,）,mm,以上,2,）降水时间分配：,季节变化：影响降水的有效程度，光热的有效程度,年变化：影响降水变率，降水保证率,3,）降水强度：,影响降水的有效程度，洪涝灾害,降水变率：,旱涝灾害，降水保证率,降水保证率：,降水的有效程度。,四、气,O,2,呼吸作用,CO,2,光合作用,CO,2,的浓度大小不但影响到气候的变化，而且影响光合作用的强弱,。,现实生产中，,CO,2,的量是充足的，不会造成限制。因此，忽略此项指标。,五、光热水区域组合状况,湿润度,=,降水量,/,蒸发力,干燥度,=,蒸发力,/,降水量,目前我国主要采用伊万诺夫湿润度指数,(K,伊,),和张宝堃干燥度指数,(K,堃,),。,K,伊,=r/E,，,E=0,.,0018(25+t),2,(100-,),其中,r,降水量，,E,同期蒸发量，,t,月均温，,a,月平均相对湿度。,K,堃,=E/r=(0,.,16t(t10)/r,其中，,E,蒸发量，,r10,积温期间的降水量，,t,日均温。,7.3,农业气候资源的改善与保护一、生物措施,生物措施之一,植树造林,：作用有：,1,、防风，减少风沙灾害。,林内风速,=,空旷和草原区的,2167%,。,2,、调温。,延长无霜期。黑龙江推迟,58,天，内蒙推迟,1,个月。,减轻寒、冻害,3,、增湿。,减少蒸散，增加降水，积雪加厚，减少蒸发,1040%,。,4,、其他：,减少地表径流、增加地下水、防止土壤侵蚀。,生物措施之二,营造草坡,营造草坡的作用,1,、防风：,减弱贴地气流风速，防止土地沙化。,2,、涵养水源：,减少地表径流，防止水土流失。,3,、保温：,增加积雪，减轻土层冻结，加速解冻。,4,、固土增肥：,地下部分固结土壤，增加腐殖质，促进团粒形成，提高渗透性、防水性。,二、工程措施,兴建水库,冬天增温,夏天降温,延长无霜期,减少库区结冰日数,减少积雪时间,减轻冻害,2,、增湿,减小降水强度，尤其是雷阵雨。,增加库区周围降水（库区为少雨中心，比周围少,100200mm,）,3,、其他作用,湖陆风,雾日增加（库上雾）,提高蒸发量，年提高,500700mm,1,、调温,，使气候趋向海洋性,三、化学措施：,3,个措施,1,、,塑料大棚,塑料大棚的建造具有明显的增温保湿作用，这种作用在北方冬季尤为显著。,塑料大棚的增温保湿作用，可减少作物冻害，提早下种，蔬菜提前二个月上市。,2,、地膜覆盖,对农业气候起到以下,三个作用,：,其一是提高地温、延长作物生长季，提前播种，提前成熟,(,提前,10,20,天,),。,其二，保湿，防止地面分水蒸发，保持土壤水分，在干旱区和水稻早种方面作用明显。,其三，对作物幼芽有防风作用。,历史,20,世纪,70,年代，日本米可多化工株式会社社长,石本正一,将地膜覆盖栽培技术介绍到中国，到,1988,年从南方到北方全国已使用地膜覆盖面积达,3400,万亩，作物有棉花、水稻、花生、西瓜、甜菜、麻类、辣椒等,180,余种。,3,、土面增温剂,塑料大棚和地膜覆盖对农业气候作用明显，但投资较大，而且操作繁索，于是有人提出利用土面增温剂来代替前面两者。,覆在水面上的油膜能有效地抑制水分蒸发，并能保持水的温度，根据这一现象，,1917,年，诺贝尔奖获得者兰米尔,发明了,单分子膜制剂,，用以抑制水面蒸发，后来逐步演化为,多分子膜。,60,年代初期，多分子膜蒸发抑制剂从水面移到土面上来， 变成土面化学覆盖物，显示出较大的经济效益。预计今后，会出现一些更经济的土面增温剂来替代地膜覆盖。,土面增温剂一种农田化学覆盖物。大连油脂化学厂、中科院地理研究所于,1979,年研究成功并通过中科院鉴定。主要性能是增加太阳辐射热的吸收，阻碍土壤水分蒸发，减少潜热消耗，起到增温保墒作用。施用该增温剂，地表层日平均增温,2-5,，抑蒸率达,50,70,;,用于棉花、水稻、甘薯、玉米以及林木、蔬菜等方面的育苗，可提前,10-15,天播种，提早,5-10,天出苗，增产,10-15,。,1979,年获国家发明奖。,四、农业措施,1,、灌溉措施：,调温、保湿,（冬季或夜间增温，夏季或午间减温；白昼蒸发加强，夜间凝结增多，使空气湿度增加）；,减轻冻害；,防止灼伤。,2,、耕作措施（深耕）：,切断毛细管，减少蒸发，保持墒情；,疏松表土，加大空隙，减少导热性,加大表土昼夜温差。,3,、风障措施：,防风，减弱乱流交换,增加障内辐射，增加温热。,风障,阳光,地面,风,7.4,气候资源的生产潜力,苏联学者科洛斯洛夫在,1963,年发表一篇关于“生物气候潜力”的论文，他认为，把与生物与气候相联系，来计算生物气候产量。并指出，生物气候潜力是涉及到生物化学有效合成的综合数值。,按照最低量律的思想，气候生产力的限制因素和限制程度，从大到小，依次为：,光能,光温（温度） 光热水（水） 土壤水,光能潜力,光温潜力,降水潜力,土壤水分潜力,气候生产潜力,经济因素：,肥料因子限制潜力,品种因子,微量元素,土壤结构,耕作制度,技术水平,自然灾害,经济管理水平,政策,其他,气候生产力,图 气候生产力的影响因素,一、光能生产潜力,Gr=,QZA(1-P)(1-W)(1-X),-1,H,-1,=Q0.490.83Li/ Lp(1-0.1)(1-0.3)0.224(1-0.14),-1,4250,-1,克,/,厘米,2,=0.252Q0.83Li /Lp,斤,/,亩,其中：,Q,太阳总辐射,Z,生理辐射系数,=,光合作用辐射,/,总辐射，通常取,0.49,A,吸收率,=1-(+)=0.83Li/Lp, ,、,为反射率、吸收率；,Li,某一时段的叶面系数，,Lp,最大叶面系数,P,无效吸收率，通常取,P=0.1,W,呼吸损耗率，通常,W=0.3,光合作用机制效率，通常,=0.224,X,含水率，通常取,X=0.14,H,形成每克干物质所需热量，取,H=5250,卡,/,克,二、光温生产潜力,光温生产潜力,Gy=Grf(T)=0.252Q0.83Li /Lpf(T),斤,/,亩,f(T)=,0 T0,T/30 0,O,T,30,1 T30,f(T)=,0,.,027T,0,.,162 6T,21,0,.,086T,1,.,14 21T,28,1,.,00 28T,32,0,.,083T+3,.,67 32T,44,0 44T,60,f(T)=e,( )2,TT0 =,1,；,T,T0 =,2,式中,T0,为最适温度,(,对喜凉作物采用,20),，,T,为实际温度，,a,为参数。,对喜凉作物（冬小麦）：,对喜温作物：,通用模式：,三、气候生产潜力,气候生产潜力公式：,Gm=Grf(T) f(W)=Gyf(W),f(W)= R /E=R/( 0.0018(25+t),2,(100-,),式中，,t,为月平均温度，,a,为月平均相对湿度。,显然，水分订正函数同伊万诺夫湿润度相类同。,在使用水分订正函数计算时，,若,f(W),值小于,1,，可直接作为订正系数。若,f(W),值大于,1,，仍当作,1,处理,，因为降水量大于蒸散量，水的多余部分不能为植物利用。,四、气候生产力,气候生产力,Gc,Gc=Gm K,K,经济系数，一般介于,0.3,0.7,之间。,影响经济系数的限制因子有：管理水平、作物品种、化肥因子、土壤结构、微量元素、政策等等。,谢谢！,