第二章 第一次 温热环境

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第二章 温热环境,一、有关概念：,温热环境热环境是炎热、寒冷、温暖还是凉爽的空气环境，是指直接与家畜体热调节有关的外界环境因素的总和，是影响家畜健康和生产力的重要外界环境。,是由空气温度、空气湿度、气流、太阳辐射等温热环境因子综合而成的。,气象是指大气下层对流层所发生的各种物理状态和物理现象，如：冷、热、干、湿、风、云、雨、雪、霜、雾、雷、电等。幻灯片 7,气象因素指决定气象各种物理状态和物理现象的因素，包括：气温、气湿、气压、气流、云量、降水等。,气象学就是研究大气中各种物理过程和物理现象的科学。,天气是在某一地区具体空间短期内的大气物理过程和物理现象所构成的综合状态。,气候是指一个地方多年较长时间所特有的天气现象。,小气候是指由于地表性质不同，或人类和生物的活动所形成的小范围的特殊气候。,例如：农田气候，牧场气候，畜舍气候，住房气候等等。,二、大气结构及其特点,地球外表被一层厚厚的大气约11001400km所包围。,大气层对生命的意义：,防止昼夜温差的巨大变化；,与几乎所有活的有机体，不断进行气体物质的交换；,由于高空臭氧层的存在，使生命免受强烈紫外线和宇宙射线的伤害，从而保护了地球上的生物。,大气层从上到下的分层：,根据物理特性可以分为5层:,外大气层,热层,中间层,平流层,对流层,根据气流的运动状态，还可以分为3层：,电离层,平流层包括同温层,对流层,对流层厚717km在赤道上高1517km，两极上高79km是近地密度最大的一层,空气总量的95%集中在这一层，水汽那么全部在这一层内。,对流层的三个主要特点：,在对流层内，高度每上升,100m,，空气温度下降,0.65,；,在水平方向温度、湿度分布不均匀；,具有强烈的对流运动。,第一节 太阳辐射,一、根本概念,太阳辐射是指太阳向宇宙空间放射的巨大能量。指太阳发射的电磁波，是地球外表光和热的主要来源。,在自然界中的一切物体，只要温度在绝对零度273.16以上，都在不停地以电磁波的形式向外放射能量，这种以电磁波的形式传递能量的方式或过程，称为辐射。,所以“辐射有时是指以电磁波传递能量的方式或过程；,有时是指借此方式或过程传递的能量。,辐射：包括太阳辐射和动物机体与其周围环境之间通过辐射形式的热交换。,假设物体放出辐射吸收辐射，物体损失热量，降温；,假设物体放出辐射吸收辐射，物体获得热量，升温；,假设物体放出辐射吸收辐射，不得不失热量，温度不变，到达辐射平衡。,太阳辐射包括电磁辐射和粒子辐射。这两类辐射都能到达地球大气，其中有些还能到达地球外表。对于地球来讲，太阳粒子辐射的能量很小，只有太阳电磁辐射总能量的千分之一左右，而且，大局部太阳粒子都不能进入地球的主要大气层，所以可以忽略。,电磁辐射是以光速作波动运动的一种能量俗称电磁波。,太阳辐射既然是以电磁波的形式向外放射能量，就有一定的波长。,太阳发射电磁波的本领非常大，其波长范围极宽4300000nm。,根据人类的视觉，可将太阳的电磁波分为三个光谱区段。：,紫外线4400nm、,可见光400760nm,红外线760300000nm,人类肉眼能看到的可见光，通过三棱镜可以被分解为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色光。,波长,150,4000nm,的占全部辐射能的,99,其中：可见光占,50,，红外线占,43,，紫外线占,7,最强辐射的波长为,475nm,。,二、太阳辐射强度,表示太阳辐射能大小的物理量为：辐射能通量密度，单位是W/M2或J/cm2min。,天文单位A是日地平均距离为1.4960108km时，称为1A。,太阳常数I0是当太阳离地球的距离在1A时，与太阳光成直角的地球大气上界单位面积、单位时间内入射的太阳辐射能，叫做太阳常数，其测定值为13677W/m21.967cal/cm2min。,太阳常数随太阳活动有12的变化，一般是随太阳黑子数目的增多而增大。,1969年I01.94 cal/cm2min；,19781981年I01.967cal/cm2min。,太阳黑子其实是太阳外表上刮起来的风暴，是一个巨大的旋涡形状的气流。说它是黑子，是因为它比太阳外表的颜色相对来说稍暗一些，那儿的温度约4500。,太阳黑子有些年份多，有些年份少，具有周期性。大约每隔11年出现一次顶峰。,三、太阳辐射能通过大气层的量变：,太阳辐射通过大气层时，,一局部被大气中的臭氧、水汽、二氧化碳等吸收；,一局部被大气中各种气体分子、水滴和尘埃等悬浮的微粒所散射；,一局部被云层等反射到宇宙空间。,因此，只有大约47的太阳辐射能够到达地球外表直接入射约24，云层散射约17，天空散射6。,一影响地面太阳辐射强度的因素,1、大气射程太阳高度角,太阳高度角(solar altitude,h)太阳光线与地表水平面的夹角。,影响太阳高度角的因素：,纬度,季节,时辰,太阳高度角是如何影响太阳辐射到达地面的强度的？,影响太阳辐射穿过空气层的厚度大气射程,影响太阳辐射强度在地面上的分布,2、大气透明度即天气,大气透明度指大气对太阳辐射的透射程度。,大气透明系数是指当太阳高度角为90时，通过大气层后的太阳辐射强度与通过大气层前的太阳辐射强度之比。,影响大气透明度的因素：,空气中的水汽含量,气溶胶粒子 “阳伞效应,气中二氧化碳的含量随时间、空间的变化 “温室效应,二地面所得到的太阳光谱组成：,1.影响地面太阳光谱组成的因素：,在医学，红外线分为,长波红外线1500-15000nm,短波红外线760-1500nm,紫外线：长波紫外线400-290nm,短波紫外线290180nm,1光线的穿透力 由强到弱依次是：,短波红外线红、橙、黄光,绿、青、蓝、紫光线长波紫外线,长波红外线短波紫外线,2太阳高度角,太阳高度角减小，大气质量增加，最大能量的波长往长波方向移动，红色光的比例增加，蓝紫光比例减少。,理想大气枯燥、纯洁的不同波长透过率,波长,（m）,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,1.0,1.2,透过率,0.295,0.696,0.865,0.933,0.964,0.979,0.991,0.996,3大气对太阳辐射的反射、散射,散射,分子散射 散射质点如空气分子直径比入射辐射波长小时发生的散射。,Rayleigh(瑞利)分子散射定律：分子散射的强度与其入射辐射波长的四次方成反比，与其频率的四次方成正比。,粗粒散射 散射质点如云滴的直径比入射辐射波长大时即发生与入射波长无关的漫射。,反射,云的反射作用最显著，随云状、云厚而有很大的不同。,平均而言，高云的反射率为,25,；,中云反射率为,50,；低云的反射率为,65,；稀薄的云层也可反射,10,20,；厚的云层可反射,90,。云的平均反射率约为,50,55,。,在吸收、散射、反射作用中，以反射作用最重要，散射次之，吸收作用最小。,四、地面空气层的热量来源,地面空气层指地面以上50米以内的空气层。,干洁大气指不包含水汽、液体和固体杂质的大气氮、氧、氩占99.97。,干洁的空气本身并不吸收太阳辐射。,维恩位移定律辐射体发出最强辐射的波长，随辐射体温度的升高而变短。,最强辐射波长maxm=2897/T,其中T为绝对温度,当太阳温度为6000K时，其最强辐射波长为2897/60000.48m，在m之间。,太阳辐射相对于其它温度低的物体放射的辐射，波长较短，属于短波辐射。,地面均温为300K，对流大气层均温为250K，其辐射能主要集中在300012000nm，都是肉眼不可见的红外线。,地面辐射、大气辐射相对于太阳辐射而言，波长较长，属于长波辐射。,地面辐射指地面放射的指向大气的长波辐射，大局部能量被大气吸收，少量透过大气直达宇宙空间。,地面辐射能力的强弱主要取决于地面本身的温度。辐射能力随地面温度的增高而增强。遵循,斯蒂芬玻尔兹曼定律：黑体辐射的总能量比例于其绝对温度的4次方。,HR=T4,HR为辐射能量；T为绝对温度；,为斯蒂芬玻尔兹曼常数,=5.6710-8W/m2k4,白天地面温度较高，地面辐射较强，大气吸收地面辐射能较多，气温就升高，夜间那么相反。,大气辐射大气吸收地面辐射的同时，又以辐射的方式向四周放射辐射，大气这种向外放射的辐射能，称为大气辐射。,大气中对长波辐射的吸收和放射起重要作用的物质为水汽、液态水、二氧化碳和臭氧，其中水汽的吸收为最强，范围最广。,大气窗：波长范围840012000nm的辐射，是地面辐射很强的区域，约占地面辐射总能的20；,水汽对这个波长范围的辐射根本不吸收，臭氧的吸收带也很窄。“卫星遥感,地面辐射7595的能量在近地4050m厚的空气中水汽集中层几乎全部被吸收掉。,大气上界和地面的太阳辐射光,大气放射辐射量的大小，一方面取决于大气温度；另一方面取决于空气中水汽的含量和云量。,大气逆辐射是大气辐射向下的那局部辐射。使大气对地面起到了保温的作用。,大气效应大气很少吸收太阳的短波辐射，而强烈吸收地面放射出来的长波辐射，从而对地面保温的效应，称为大气效应，也叫大气的温室效应。,五、,太阳辐射与畜体热调节,畜体暴露在太阳光下，可直接接受太阳辐射能获得能量，减少畜体的辐射散热量；,在寒冷季节有利于家畜的体热调节，使家畜感到温暖；,在炎热环境条件下，强烈的太阳辐射对家畜的体热调节不利，尤其是对那些被毛稀疏，体被隔热作用不良的家畜危害较大。,影响太阳辐射热对家畜体热调节的因素：,1.家畜接受直接辐射的体外表积；,取决于：太阳高度角、家畜的姿势,2.家畜被毛的隔热作用；,取决于：被毛的厚度、密度、颜色、光泽度、是否平整等；,黑色被毛较白色，更易吸收热量，其吸热量约为21。参P25表23。,骆驼毛厚51cm，经测定，在强烈太阳辐射情况下，其背部外表温度高达7080，但其毛下皮肤温度只有40，有利于保存水分，免于蒸发。,参见P25图24；,北极麝牛秋季毛内长出细而长的毛丝，使毛密度进一步增大，冬天躺卧雪地下的雪不会融化，能在20 30 的酷寒中平静的吃东西。,北极熊能在80 严寒下生活自如，均得益于其被毛良好的保温隔热性能。,3.品种,在牧地直晒阳光下，气温30，体温、呼吸率升高幅度依次为：,广西本地水牛杂种牛摩拉水牛,在阴凉地恢复速度那么是：,摩拉水牛杂种牛广西本地水牛,属于热带品种的摩拉水牛在日晒下的热调节能力优于本地水牛。,4.家畜对辐射热的敏感程度,年龄：成年幼龄,畜种：猪最敏感 李P25表24,除此以外，空气温度、空气湿度、畜体外表温度、湿度、气流等也有一定的影响。,