溫度梯度基本介紹

溫度梯度（temperature gradient）是描述溫度在特定的區(qū)域環(huán)境內(nèi)最迅速的變化會向何方向，以及是何種速率的物理量；在自然界中氣溫、水溫或土壤溫度隨陸地高度或水域及土壤深度變化而出現(xiàn)的階梯式遞增或遞減的現(xiàn)象。具有連續(xù)溫度場的物體內(nèi)，過任意一點(diǎn)P溫度變化率最大的方向位于等溫線的法線方向上，稱過點(diǎn)P的最大溫度變化率為溫度梯度，用gradt表示

GradT=

式中，n為法向方向單位矢量，為溫度在n方向的導(dǎo)數(shù)。

溫度梯度垂直溫度梯度

在陸地上，大約每升高100米，氣溫下降0.6℃，從而形成一個隨高度增加而溫度逐級下降的大氣溫度梯度。在接近地表的范圍內(nèi)，由于地形差異和覆蓋物的影響，也會出現(xiàn)較為明顯的溫度梯度。例如，在巴拿馬一個高40米的熱帶雨林中，森林頂部的日平均氣溫為30℃，中部為28℃，靠近地面處則為26.5℃。土壤中的溫度變化也呈明顯的階梯式。例如，當(dāng)土表下2厘米處的日最高溫度是62.1℃時，10厘米處為40℃，20厘米處為33.4℃，60厘米處為26.4℃，100厘米處則為24.5℃。湖泊的水溫也隨深度增加而遞減。例如，當(dāng)水面溫度為22℃時，在8.8米深處為21℃，13.8米處為11℃，39米處則降至5.5℃。海洋水溫的變化也如此。南大西洋的洋面水溫為25.7℃時，100米深處為14.6℃，1000米處則降至4.0℃。在某個水深處，水溫往往驟然下降，這稱為溫躍層。這種現(xiàn)象限制了生物的活動與分布。

溫度梯度因受太陽輻射、氣流、水流和地面覆蓋物的影響而出現(xiàn)經(jīng)常的變化。一般說來，在同一季節(jié)內(nèi)，水域的溫度梯度晝夜變動較小，山地的變動較大，溫度梯度的季節(jié)變化在高緯度地區(qū)比在低緯度地區(qū)要大些。山區(qū)氣溫垂直梯度是山區(qū)氣候考察和研究中最重要的間題之一。國內(nèi)在1958年10-1960年對武夷山區(qū)主峰黃崗山地區(qū)進(jìn)行垂直梯度的研究 ；同時對于冷空氣降溫垂直分布研究得出冷空氣降溫強(qiáng)度并不是地面最大，而是隨拔海高度升高而增強(qiáng)，在1000一1200米處達(dá)到最大，以上又開始減弱，即出現(xiàn)極大值型的分布。這種現(xiàn)象對冷空氣活動來說可能帶有普遍意義，看來至少在我國是普遍存在的。

溫度梯度水平溫度梯度

陸地上或洋面上的溫度分布隨緯度的增高而逐漸下降。例如，中國地跨幾十個緯度，溫度梯度的水平變化很明顯，從南向北，氣溫隨緯度增高而遞減。以7月平均氣溫為例，東北平原為20～24℃，華北平原和長江中下游為24～29℃，江南丘陵及南嶺一帶為26～30℃，東南沿海與海南島則為30℃。因水陸分布和海拔高度的差別，同一緯度上不同地方的氣溫也會有差異，但南北向溫度梯度卻是總的分布趨向，各月等溫線圖表示出這一趨向。

依據(jù)對流層到地面的位置來計算

對流層的位置約由地面至12公里的高度。在對流層里的氣溫隨著高度增加而降低，大約是每上升1公里下降6.5℃，由于溫度的變化大，使得空氣不穩(wěn)定而有對流產(chǎn)生，所有的氣象變化均發(fā)生在此層中。同溫層的位置約由地面12公里至50公里的高度。

同溫層里的溫度變化和對流層相反，是隨高度增加而略增，在這層里的空氣對流及渦流的情形非常微弱，大氣中的臭氧層便在此層的溫度隨高度的增加而銳減。游離層的位置在離地面80公里以上，空氣極為稀薄，并且游離化，此層的溫度隨高度的增加而上升。

離地面愈高，大氣壓力愈低，今以一絕熱箱形裝置來仿真不同高度下的氣壓狀態(tài)，并量取其溫度。發(fā)現(xiàn)每上升一千公尺高度時，氣溫大約降低攝氏一度，這種溫度隨高度直線遞減的關(guān)系，稱為大氣絕熱遞減率。當(dāng)大氣的溫度遞減率高于絕熱遞減率--即每升一千公尺，溫度下降1℃以上--時稱為超熱狀態(tài)，此時由于溫度變化過大造成不穩(wěn)定的氣流，溫度梯度差異大。反之，當(dāng)大氣的溫度遞減率低于絕熱遞減率時（即每升高一千公尺，溫度下降1℃以下），稱為次絕熱狀態(tài)，此時因溫度變化小，氣流穩(wěn)定，溫度梯度差異小。

陽光是決定溫度梯度的其中一個因素

由于陽光是地球最大的能量來源，所以地球表面或大氣的溫度受吸收陽光的多寡而定，進(jìn)而影響溫度梯度高低差異。

溫度梯度與生物的活動和生物分布密切關(guān)聯(lián)

各種生物的生長發(fā)育和繁殖都有一定的適溫范圍，適溫范圍以外的溫度影響生物正常的生命活動甚至造成死亡。自然界中的溫度梯度限制了生物的活動和分布。例如，湖泊水面溫度升高時，某些浮游生物即移向下層水域，以其為食的其他生物也隨之移向該區(qū)域。又如，中國峨眉山植被的垂直分布便由該山地垂直溫度梯度所決定：600米以下的丘陵地帶的植被主要是常綠闊葉林，600～1100米的低山帶是常綠闊葉林、落葉闊葉林和針葉混交林，1100～1900米的中山帶是落葉闊葉林和針葉混交林，1900～2800米的高山帶是針葉林，2800米以上地區(qū)則為高山草甸。那里的鳥類分布也隨植被而變動；在中山帶以畫眉為主，高山帶主要有鷦鷯等，中山帶以上的繁殖鳥以鹛類為主。溫度梯度不僅隨季節(jié)變化，而且隨地形具體情況也有很大差異，例如，在中國，秦嶺北坡就小于南坡，北坡年平均溫度梯度-0.45℃/100米，南坡卻有- 0.54℃/100米。主要原因是在冬季，北坡有冷空氣經(jīng)常聚集，減少了盆地與高山的溫度差值。北坡冬季月溫度梯度只有-0.34℃/100米，而南坡處在冷氣流的北風(fēng)位置，1月仍有-0.54℃/100米，但在夏季這種情況并不存在，南北坡溫度梯度都是-0.55℃/100米。

在中國，因緯度差異造成的水平溫度梯度對植被分布的影響也較為明顯，大體是：東北平原是森林草原地帶，華北是夏綠林地帶，長江中下游是落葉闊葉林和常綠闊葉混交林帶，江南丘陵及南嶺是常綠林，東南沿海和海南島則是熱帶雨林和季風(fēng)林。農(nóng)作物的分布也有很大差異：華北平原以麥、棉、雜糧為主，江南丘陵、四川盆地和東南沿海則以水稻為主。另外，由于自由大氣的調(diào)節(jié)作用，高山上的溫度年變化和日變化也是隨高度的增加而減少的，用最熱月溫度減去最冷月的溫度的差值表示年變化，稱為年較差。九江的年較差為25.2℃，到廬山就降到22.7℃，年較差不僅隨高度減少也可因坡向不同而有差別。秦嶺以北的西安年較差達(dá)27.6℃，到華山降到24.2℃，可是在秦嶺以南的安康年較差只有24.2℃，與華山幾乎沒有差別。

動物的分布與遷徙由溫度梯度所決定

例如：在中國，三化螟主要分布在北緯36°以南地區(qū)，粘蟲因不能在東北或華北越冬而在秋季南遷，候鳥向南遷徙也是尋找適溫地區(qū)過冬。此外，多化性昆蟲在不同緯度地區(qū)的世代數(shù)也不相同，一般是隨緯度增高而遞減，如蝗蟲在北緯35°地區(qū)發(fā)生二代，在北緯23°地區(qū)則發(fā)生三代。

冷暖氣團(tuán)矛盾斗爭的產(chǎn)物鋒產(chǎn)生的條件之一

鋒兩側(cè)的冷、暖氣團(tuán)同下墊面間時刻進(jìn)行著熱量交換，影響著鋒兩側(cè)溫度水平梯度的變化。如果冷、暖氣團(tuán)各停留在更冷和更暖的下墊面上，熱量交換的結(jié)果，可能使冷氣團(tuán)變得更冷，暖氣團(tuán)變得更暖，冷、暖氣團(tuán)間的溫度梯度比原來增大，鋒得到加強(qiáng)，但是這種情況在自然界是很少有的。而大多數(shù)情況是鋒兩側(cè)的氣團(tuán)都移行到性質(zhì)大致相似的地表面上，不論地表溫度是低于冷氣團(tuán)或暖于暖氣團(tuán)，或者介于兩者之間，氣團(tuán)同下墊面間熱量交換的結(jié)果，不是暖氣團(tuán)失熱更多，就是冷氣團(tuán)得熱更多，都會使冷、暖氣團(tuán)間的溫度梯度減小，利于鋒消。所以氣團(tuán)的非絕熱變化，一般總是利于鋒消的。大氣中水汽的分布很不均勻，在一般情況下，暖氣團(tuán)中含水汽較多，冷氣團(tuán)中含水汽較少，因而成云致雨主要發(fā)生在暖氣團(tuán)中，所釋放的凝結(jié)潛熱也主要集中在鋒區(qū)暖氣團(tuán)一側(cè)，這樣也會使冷暖氣團(tuán)間溫度梯度增大，成為鋒的產(chǎn)生條件之一。2100433B

土壤溫度梯度是指土壤溫度隨土壤深度變化而出現(xiàn)的階梯式遞增或遞減的現(xiàn)象。溫度梯度對土壤水、汽保持和運(yùn)動有明顯影響。土壤中的水、汽在溫度影響下，可以從溫度高處流向溫度低處，無論在土壤水飽和還是非飽和的土壤中都會出現(xiàn)這種現(xiàn)象。

中文名稱

土壤溫度梯度

英文名稱

soil temperature gradient

定　　義

土體中兩點(diǎn)溫度之差與兩點(diǎn)間距之比。

應(yīng)用學(xué)科

土壤學(xué)（一級學(xué)科），土壤物理（二級學(xué)科）