陸地表層作業(yè)一參考答案

1、作業(yè)一參考答案1、假定，你的外表面溫度為28，求你向外發(fā)射的輻射能(輻射出射度)。如果你身處一房間內(nèi)，房間墻壁溫度為20，求你身體外表接受到的輻射能(輻照度)是多少(假設(shè)輻射在空氣中的傳播過程中沒有衰減)。求在這種環(huán)境中，你身體損失的輻射能。設(shè)身體表面發(fā)射率為0.97，墻壁發(fā)射率為1。解：求身體發(fā)射的輻射通量：求身體外表面接收的能量身體表面接收的能量等于輻射到身體表面的能量與身體的接收率的乘積。而輻射到身體的能量來自于墻壁發(fā)射處的能量，即：根據(jù)Kirchhoff定律，物體的吸收率與發(fā)射率相等，人體的吸收率等于發(fā)射率，為0.97。則，人體接收的輻射能為：求人體損失的能量即人體損失能量的速率為46

2、.1 W m-2。2、比較空氣溫度為0時，晴朗天氣和完全陰天下空氣發(fā)射的輻射能。計算陰天的夜晚地面相較晴天額外接收的能量是多少。解：計算晴天下空氣發(fā)射的輻射能晴天下的空氣發(fā)射率為則晴天下天空發(fā)射的輻射能為：計算全陰天下天空發(fā)生的輻射能全陰天下天空云量百分比為1，則陰天下天空的發(fā)射率為：則陰天下天空發(fā)射的輻射能為：在野外，地面在陰天接收到的來自天空的輻射比在晴天的輻射要多，額外接收的能量為兩者之差：3、計算在晴天情況下某一片裸露土壤的凈輻射通量，已知太陽高度角為15º，海拔高度1200m，空氣溫度18，土壤表面溫度22，土壤反照率設(shè)為0.15。解：根據(jù)定義，某片區(qū)域所獲得的凈輻射是向下

3、的太陽輻射，向上的太陽輻射，向下的地面長波輻射和向上的地面長波輻射的相互差值，即：分別估算輻射的這個分量，就能求得凈輻射。第一步：求向下的短波（太陽）輻射其中，Spo為太陽常數(shù)，為大氣透明度，設(shè)為0.7，為太陽天頂角，根據(jù)題目條件，為75°，m為大氣路徑長度，由下式計算：則總的向下太陽短波輻射為：第二步：求向上的太陽短波輻射第三步：求向下的長波輻射向下的長波輻射即為空氣對地面的輻射通量：其中，空氣發(fā)射率為：因此，向下的長波輻射應(yīng)該為：第四步：求向上的長波輻射第五步：求土壤表面獲得的凈輻射4、假定春小麥開花所需要的大于3以上積溫為900d。如果春小麥是正常在第119日（日序數(shù)）種植，請

4、根據(jù)下表中的天氣數(shù)據(jù)預(yù)報春小麥的開花日期。如果種植日期延誤到第150日，判斷開花期會推遲到哪一天？（下表中，Tx指最高溫，Tn指最低溫）解：（計算過程略）正常開花期為第201天。推遲播種后，開花期為第215天。作業(yè)二參考答案1、干濕表測得的空氣溫度為34，濕球溫度為22。求空氣的實際水汽壓、水汽摩爾比、露點溫度、相對濕度和飽和差。海拔高度為1200m。解：求大氣壓求溫度為34（Ta）時的飽和水汽壓求溫度為22（Tw）時的飽和水汽壓求空氣的實際水汽壓求水汽摩爾比濃度求露點溫度（）求相對濕度求飽和差2、單位換算：將空氣定壓比熱cp（29.3 J mol-1 K-1）換算為單位J kg-1-1表示的

5、值，將汽化潛熱（ 44 kJ mol-1 ）換算為單位J kg-1表示的值解：本題的單位換算，實際上是將量的單位mol換算為kg來表示，這類換算就是用原單位除以物質(zhì)的分子量（摩爾質(zhì)量）（單位是kg/mol）。另外，對于溫度單位K和，二者存在一個273的數(shù)量上的差值，但對于每1K或每1的變化，二者在度量上是一樣的，及1K-1 = 1-1則有：其中28.97×10-3為空氣的摩爾質(zhì)量。其中18.02×10-3為水的摩爾質(zhì)量3、你決定在一個0.1m3的容器內(nèi)標定一個相對濕度傳感器(相對濕度0.5)，假定沒有水汽被容器壁吸收，在容器內(nèi)空氣溫度分別為10和40情況下，你需要向容器中注

6、入多少的水汽才能滿足標定的要求解：當(dāng)容器內(nèi)空氣溫度為10時，為標定傳感器，容器內(nèi)的實際水汽壓必須是：可以計算10時的空氣飽和水汽壓約為1.23 kPa（此處省略計算過程）。則實際水汽壓應(yīng)該為：ea = 0.5 × 1.23 = 0.62 (kPa) 620 (Pa)根據(jù)普適氣體狀態(tài)方程，有：nv為容器中應(yīng)該有的水汽摩爾數(shù)量，換算為質(zhì)量單位，則為mv = nv × M = 0.026 × 18.02 = 0.47 (g)即，當(dāng)容器內(nèi)溫度為10，應(yīng)注入0.47g的水才能滿足儀器標定的要求當(dāng)容器內(nèi)空氣溫度為40時，為標定傳感器，容器內(nèi)的實際水汽壓必須是：可以計算40時的

7、空氣飽和水汽壓約為7.38 kPa（此處省略計算過程）。則容器內(nèi)的實際水汽壓應(yīng)該為ea = 0.5 × 7.38 = 3.69 (kPa) 3690 (Pa)根據(jù)普適氣體狀態(tài)方程，有：nv為容器中應(yīng)該有的水汽摩爾數(shù)量，換算為質(zhì)量單位，則為mv = nv × M = 0.142 × 18.02 = 2.56 (g)即，當(dāng)容器內(nèi)溫度為40，應(yīng)注入2.56g的水才能滿足儀器標定的要求4、你呼出的空氣在體溫37下為飽和空氣，如果你吸入的空氣溫度為20，相對濕度為0.2，你每分鐘呼吸15次，每次吸入空氣體積1升。假定你沒有其他的水分損失，計算每天你需要喝多少杯水(每杯250

8、ml)來補充人體的損失。解：求每次呼出的水汽量根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，有：其中es(37)為37下飽和水汽壓，V為呼出空氣體積（1升，即10-3 m3），n1為呼出的水汽摩爾數(shù)，T1為水汽溫度。則每次呼出的水汽摩爾數(shù)為：求每次吸入的水汽量根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，有：其中ea為空氣實際水汽壓，V為吸入空氣體積（1升，即10-3 m3），n2為吸入的水汽摩爾數(shù)，T2為空氣溫度。其中：則每次吸入的水汽摩爾數(shù)為：求每次損失的水汽量設(shè)每次呼吸損失的水汽摩爾數(shù)為n，則：求一天損失的總水量設(shè)一天總的水分損失摩爾數(shù)為n總求需要補充的杯數(shù)將水量換算為質(zhì)量來表達，則總損失水量為：已知水的密度為1g/mL則損失的水的總

9、體積為：V 874.22 / 1 = 874.22 (mL)所需要補充總的杯數(shù)為：5、如果葉片的總水勢為700J kg-1,溶質(zhì)勢為-1200J kg-1,求葉肉細胞的膨壓。解：一般地，葉片的總水勢有葉片溶質(zhì)勢和葉片壓力勢兩部分組成，因此葉片的壓力勢為：根據(jù)以下公式：可以求得葉肉細胞的膨壓：6、假定在一片冠層高度為80cm的麥田上方2m處觀測到風(fēng)速為3ms-1，試估算這片麥田的空氣動力學(xué)粗糙度、零平面位移，和麥田冠層表面的風(fēng)速。解：根據(jù)農(nóng)田空氣動力學(xué)粗糙度和零平面位移的經(jīng)驗計算公式，這片麥田的空氣動力學(xué)粗糙度和零平面位移分別是：根據(jù)風(fēng)廓線方程：將已知條件帶入方程：可得：則冠層表面的風(fēng)速為：作業(yè)

10、三參考答案1、有一層濕潤土壤被一層5cm厚的干土覆蓋著，觀測已知濕土壤表層溫度為30，空氣溫度為30，空氣實際水汽壓為1.0kPa，求土壤的水分損失。已知每1cm干土壤的水汽擴散導(dǎo)度為0.03molm-2s-1 ，空氣邊界層導(dǎo)度為0.5molm-2s-1解：水汽的擴散方程可以表述為：其中，F(xiàn)v為水汽擴散速率（水汽通量），gv為水汽擴散的導(dǎo)度，Cvs為水汽擴散表面的水汽濃度（摩爾比），Cva為空氣水汽濃度（摩爾比）。水汽擴散表面在濕土壤表面，假設(shè)濕土壤為飽和土壤，水分蒸發(fā)受土壤水勢的約束較小，從而可以近似認為水汽蒸發(fā)表面的水汽濃度為表面溫度下的水汽飽和濃度，根據(jù)空氣飽和水汽壓經(jīng)驗公式，可得30時

11、空氣飽和水汽壓：則水汽擴散表面的水汽摩爾比為：空氣水汽摩爾比為：已知每1cm干土壤的水汽擴散導(dǎo)度為0.03molm-2s-1，則5cm厚干土導(dǎo)度可以視為5個1cm厚的土壤導(dǎo)度的串連，因此總的土壤水汽擴散導(dǎo)度可以由下式計算：考慮空氣邊界層導(dǎo)度ga與土壤導(dǎo)度為串聯(lián)關(guān)系，總的水汽導(dǎo)度為：從而，水汽通量（水汽擴散速率）為：2、通過野外實驗觀測獲得冬小麥冠層溫度為27，空氣溫度為30，空氣相對濕度為0.2，冠層氣孔導(dǎo)度為250mmolm-2s-1，2m高處風(fēng)速為3ms-1，求葉片的水分損失速率。已知冬小麥冠層高度為80cm。解：葉片水分從氣孔中向空氣中擴散共有三道阻力（導(dǎo)度），分別是氣孔導(dǎo)度，葉片邊界層

12、導(dǎo)度（剩余導(dǎo)度），空氣湍流運動導(dǎo)致的空氣動力學(xué)導(dǎo)度。其中葉片邊界層導(dǎo)度因為非常大（或者說阻力非常?。?，實際上對水汽擴散的阻力所做的貢獻很小，因此一般可以忽略不計。根據(jù)水汽擴散方程：其中，總的水汽擴散導(dǎo)度應(yīng)該為氣孔導(dǎo)度與空氣動力學(xué)導(dǎo)度的串聯(lián)，因此有：其中，gc為氣孔導(dǎo)度，根據(jù)題目條件，為0.25 molm-2s-1，ga為空氣動力學(xué)導(dǎo)度，由下式計算：根據(jù)題目條件，冠層粗糙度z0可以按如下公式近似計算：零平面位移d可以按如下公式進行計算因此，從參考平面（湍流交換開始的平面）到2m高處的空氣動力學(xué)導(dǎo)度為：則總的水汽擴散導(dǎo)度為：再求水汽擴散處的水汽摩爾比。一般的水汽擴散處的水汽濃度被視為在冠層溫度條件下的飽和水汽壓，則有：則水汽擴散處的水汽摩爾比為：在求空氣的水汽摩爾比。已知空氣中水汽的相對濕度為0.2，空氣溫度為30，則空氣中實際水汽壓為：則空氣中的水汽摩爾比為：所以葉片水分損失速率為：3、接上題，假定熱量傳輸?shù)目諝鈩恿W(xué)導(dǎo)度與水汽傳輸?shù)目諝鈩恿W(xué)導(dǎo)度一樣，求葉片與大氣之間的熱量交換（熱通量）。解：熱量交換方程可表述為：其中g(shù)H為冠層表