土壤的热力学特性

2016-11-10 作者: xuzhiping 浏览: 415 次

摘要: 土壤温度的升高和降低不但受地面热量收入多少的支配,还受到土壤本身的热力学特性的影响。土壤的热力学特性包括:热容量、导热率、导温率等。 一、热容量(Cv) 热容量表示土壤容纳热量的能力。 研究土壤温度变化时经常使用土壤容积热容量,即单位体积的土壤,温度变化1℃时....

土壤温度的升高和降低不但受地面热量收入多少的支配,还受到土壤本身的热力学特性的影响。土壤的热力学特性包括:热容量、导热率、导温率等。

一、热容量(Cv)

热容量表示土壤容纳热量的能力。

研究土壤温度变化时经常使用土壤容积热容量,即单位体积的土壤,温度变化1℃时所吸收或放出的热量,单位是J • m-3 • ℃-1

\(Cv=C \cdot ρ \)

Cv为热容量,C为土壤的比热,即单位质量的土壤,温度变化1℃所吸收或放出的热量,ρ 为土壤密度,即单位体积土壤的质量。

一般来说,改变土壤热容量的主要因素是土壤水分与土壤孔隙度的大小。土壤的热容量随着土壤湿度的增加而增大,随着土壤孔隙度增加而减少。同等容积干燥疏松的土壤和紧密黏重的土壤相比,前者具有较多的孔隙,孔隙中充满着空气,而空气的热容量很小,因而疏松土壤的热容量必小于紧密黏重的热容量,所以疏松干燥的土壤得热或失热后,升、降温都迅速而显著,后者则相反,潮湿的土壤,由于孔隙度内充满了水,加大了容积热容量,温度升降趋于缓和。春季时,干燥的沙质土壤,由于迅速升温,农事活动可以相应提早九天至十几天,但在秋季,因降温迅速,初霜冻日出现较早,而且霜冻比较频繁。

在自然情况下,单位体积土壤孔隙的变化并不很大,所以热容量的改变,主要决定于土壤孔隙中水分的改变,也就是说主要决定于土壤湿度。

二、导热率

导热率表示土壤传递热量的能力。

土壤的导热率也称热导率或导热系数,是指单位厚度(1 m)内温度相差1℃时,在单位截面上的土壤,每秒钟所通过的热量。

导热率的大小,也决定于土壤的组成成分和组成比例,土壤空气的导热率最小,土壤固体成分导热率最大。土壤水分的导热率居中,但比空气的导热率大20余倍。土壤的固体成分一般是不变的。因此,土壤湿度增加时,土壤导热率变大;土壤空气多孔隙度大,土壤导热率变小。显然,土壤导热率随土壤的湿度和孔隙度的不同而变化。

三、导温率(K)

导温率表示土壤传递温度和消除层次间温度差异的能力。

导温率是土壤的导热率λ 与其热容量Cv的比值。其定义为:单位体积的土壤,由于流入(或流出)数量为λ 的热量后,温度升高(或降低)的数值,单位为m21

\(K= \frac {λ }{Cv} \)

在其他条件相同时,物体导温率愈大,温度波由物体表面向里或由里向物体表面传播愈快,温度变化所及深度愈深,各深度温度差异能较快消除。

土壤导温率直接决定着土壤温度的垂直分布及最高、最低温度出现的时间。在其他条件相同时,导温率越大,其表面温度变化越小,土壤内温度变化则越大。同时,土壤温度变化所及的深度也越深,各深度和地表面在最高和最低温度出现的时间相比较,就落后得也越少。

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