在土壤浅地层（0～40厘米深）和贴地气层（0～200厘米高）中，因灌溉而引起的农田水热状况的变化。由于灌溉水的作用，使土壤和贴地气层的热学特性以及地表面的辐射平衡发生变化。灌溉使地表颜色变深，地面反射率减小，同时空气中水汽含量增加，使地面有效辐射减小，导致灌溉地的辐射平衡值增大，从而影响了地面热量平衡各项的比例，特别是潜热交换项显著增大。

灌溉地的辐射平衡，比未灌溉地大。从清晨到中午前后，灌溉地比未灌溉地土壤热交换小，但下午到傍晚，便逐渐转为负值，到了夜间，灌溉地就比未灌溉地大了。在午后高温时期，灌溉地上形成逆温，其乱流热交换反而由空气输向地面。而未灌溉地上则仍由地面输向空气，灌溉地上的蒸发耗热比未灌溉地大，灌溉地上的辐射平衡大部分用于蒸发耗热。灌溉地与未灌溉地的热量平衡各分量差异，在中午最大，傍晚后趋于和缓，夜间则最小。白天灌溉地的土壤温度较低，这是因为灌溉使土壤的容积热容量和导热率增大。灌溉地的容积热容量比未灌溉地约大0.4倍，导热率约大1.5倍。灌溉地白天吸收太阳辐射，虽比未灌地多，但由于容积热容量和导热率大，热量贮存和向下输送都较大，使表层土温较低。夜间，灌溉地有效辐射比未灌溉地略大，但因下层热量向上层输送较快。所以，灌溉地夜间降温也比未灌溉地缓和，温度较高，灌溉地的地表温度日较差要比未灌溉地的小。根据北京1956年4月20日的观测资料，灌溉地的地表温度日较差为14.0℃，未灌溉地则为23.7℃；在5厘米深度处，灌溉地日较差为8.0℃，而未灌溉地则为9.6℃。随着深度的增加，这种差异也随之减小，到40厘米深处差异就不明显了。灌溉地蒸发耗热大，使乱流热交换减小，削弱了空气的增温作用，因而在白昼高温阶段，灌溉地上的气温比未灌溉地的低；反之，在低温阶段，由于灌溉地辐射冷却缓和，并且贴地气层中水汽含量多，使灌溉地的气温要比未灌溉地的高。这种灌溉地的气温效应，在越紧贴地面的气层中越为明显。由于高温阶段的增温不多，低温阶段的降温也不多，所以灌溉地上的气温日较差减小。灌溉不仅改善了土壤水分状况，使土壤湿度增大，而且对贴地气层中水分状况，也产生较大的影响。在灌溉地上，由于蒸发加强和白天气温较低，使空气的绝对湿度与相对湿度都增大。并且，最大差别发生在最高温度出现前后的13～15时之间和100厘米以下的气层内。一般说来，灌溉的面积愈大、土壤颜色愈浅、土质愈松和天气愈干燥，灌溉所引起的小气候效应就愈大；离地面深度愈深、离地面高度愈高和离灌溉时间愈长，灌溉的小气候效应也就愈小。到某一深度和高度，往后延长到某一时期，这种效应也就消失了。

灌溉的小气候效应，在农业生产上有着重要的作用。早春时期，气温较低，白天在稻秧田里灌浅水，晚上灌深水，这样可提高水温、地温和气温，以防止秧苗遭受冷害。炎夏季节辐射强烈，气温很高，白天灌深水，可降低水温、地温和气温，以促进晚稻秋苗返青。北方小麦冬灌（又称灌冬水、封冻水、冻水），是防止冬麦受冻和春季受害常用的措施。冬灌的麦田比未冬灌的麦田的地温一般高1～2℃，有利于麦苗安全越冬。