农田显热交换nongtian xianre jiaohuansensible heat exchangein the fields

农田活动层和大气之间通过对流（包括乱流）作用交换热量的过程。不论暴露在辐射中的物体，还是由其他方式给它们提供能量的物体，都要通过对流过程交换其中一部分能量。例如， 当大气比农田活动层温度低时，热量向大气输送， 反之，则热量向活动层输送。这种交换称为显热交换， 又称感热交换。在农田边界层中， 显热交换既包括分子热传导（片流边界层），又包括乱流热交换（乱流边界层）。空气分子热扩散能力差(其热扩散率为10～20毫米²/秒)，因而传导热量很少。裸地中午显热通量密度可达400瓦/米²，在片流边界层中，需要温度梯度达到16×10³℃/米， 才能获得这么大的显热通量。实际上，这种温度梯度， 只可能出现在非常薄的气层中。例如，在5毫米厚的气层中， 要达到上述温度梯度，其温度差在8℃左右。在农田边界层中，涡动扩散率比分子扩散率可大10万倍。可见，在农田显热交换中， 占绝对优势的是乱流热交换。因此农田显热交换可视为农田乱流热交换。

气温脉动T、垂直速度ω和相应瞬时显热通量P的关系
(根据不稳定和稳定条件下草地之上23米处高灵敏度仪器测定的结果)

显热通量P决定于乱流交换系数Kh和温度梯度。热交换的方向， 由温度梯度决定。昼间温度梯度为负（温度随高度递减）, P为正（从地面指向大气）: 夜间温度梯度为正（逆温）, P为负（从大气指向地面）。这里以图所示来说明以涡旋进行显热垂直交换的情况。这个图表明120秒钟内气温脉动T、垂直风速ω和相应的瞬时显热通量的变化。这个资料是白昼大气不稳定时的垂直风速迹线（见农田小气候要素分布）。气温的同步记录显示出和垂直风速相同的型式。而且温度脉动的位相，和垂直风速脉动的位相接近。于是，其相关的平均值，在不稳定条件下，上升气流(正ω值)和温度T的增加同步，而下沉气流(负ω值)和温度T的降低同步。在稳定条件下， 许多类似的观测表明，垂直气流ω和气温T的迹线，同风脉动的偏差角一样，变化都比较平稳。ω和T的脉动互为反位相。在上述不稳定情况下，上升和下沉气流的结果，在测量高度上的净热通量是向下的。在中性条件下，ω迹线只是由微小的强迫对流脉动所构成，但实际上T迹线显示出随时间没有变化。这是因为涡旋通过测量高度上、下移动，它们在上升和下降时，调整其温度，使其经常和环境温度保持相同数值。因此， 净热通量为零。近地面每日温度波动， 主要是通过垂直乱流热交换传至大气中的。这种温度波动的向上移动，同土壤中的相似。当温波离地较大距离时，出现时间滞后和振幅减小。然而在空气和土壤中，温波移行距离和速率有相当大的差异。在土壤中受土壤热扩散率(米²/秒)控制， 而在大气中则受涡动扩散率Kh影响，后者的作用对空气中温波更直接有效些。这说明为什么气温波动到达100米高度时，才能显出时间滞后和一点振幅减小。
晴昼气温廓线（见农田小气候要素分布）的日变化是： 日出前接近地面最低温度出现的时候， 大气最低层为逆温。这是由于地面穿过大气“窗”放射长波辐射，使地面冷却而产生辐射逆温。地面低温促使大气低层向下输送显热通量，因此低层大气也随之冷却。如果风平静下来，这种显热损耗可以同辐射通量损耗叠加起来，甚至为辐射通量损耗所取代。日出后， 由于太阳辐射加热， 向上显热通量使最低层空气增暖，并逐渐发展。对流性增暖使邻近地面产生不稳定层，其厚度随时间增长。到中午时增暖使温度递减廓线伸展到整个边界层。在黄昏时地面冷却，重新建立一个地面辐射逆温层，空气仍保持微弱不稳定，随后逆温加强。稳定层增厚，直到日出后，逆温破坏，近地层气温升高， 又重新开始进入新的日温波动。