big-archive.ru

Большой информационный архив

                       

Формула тепла и климата

В отличие от древних греков, связывавших климат только с наклоном солнечных лучей, в современной географии и геофизике понятие «климат» включает в себя большой комплекс элементов, которые характеризуют физическое состояние атмосферы в том или ином районе земного шара. Различия в температуре и влажности воздуха, давлении, ветре, осадках и т. д. являются отличительными чертами климатов Земли. Однако если разобраться поглубже в сущности каждого из этих элементов, то становится очевидным, что природа у них одна и та же — радиация Солнца. Рассмотрим для примера температурный режим какой-либо зоны или участка земной поверхности. Мы только что говорили о формировании; тепловых поясов Земли. Но даже в одном тепловом поясе может иметь место совершенно разный температурный режим. Поезжайте, например, в апреле из Москвы в Одессу. Вам на эту поездку понадобятся всего лишь сутки. Оба города находятся в пределах одного умеренного пояса. Суммарная радиация Солнца между ними в это время отличается всего на 1 ккал/см2 в месяц, а суточная радиация и того меньше. А какое различие в климате! Еще лежит кое-где снег в лесах Подмосковья. В Орловской области уже зеленеет трава. А стоит проехать Донбасс, как начинают появляться цветущие деревья. Сначала одно, стоящее где-либо на припеке, затем второе, третье. Еще 2 часа езды, и вы видите цветущие сады. Так без всякого термометра, только по виду и состоянию растений можно судить об изменении температурного режима и климата.

Еще большее различие в температурном режиме мы будем наблюдать, двигаясь из Москвы или Одессы не по меридиану, а по широте, вдоль которой остаточная радиация, обычно совсем мало меняется. Путешествуя в апреле из Москвы в Иркутск, например, мы легко можем встретить зимний пейзаж, а попав из Одессы в Среднюю Азию, наоборот, будем наблюдать температуры воздуха, достигающие 30 градусов тепла. В чем же причина этих изменений? В какой-то мере в различии широт. Одесса расположена южнее, и остаточная радиация в апреле, как указывалось, здесь несколько больше, чем в Москве. Но эта величина не настолько большая, чтобы создать столь резкие различия в климате. Некоторое значение имеет адвекция тепла с юга. Но главная причина заключается в том, что расходуется радиационное тепло где-нибудь в районе Одессы иначе, чем под Москвой. Под Москвой только что сошел снег, почва еще влажная. С нее в это время происходит испарение почти так же интенсивно, как с открытого водоема, и на этот процесс тратится основная доля остаточной радиации. На нагревание воздуха почти ничего не остается. Иное дело под Одессой. Там уже весна в полном разгаре. Почва успела просохнуть и даже прогреться. Полным ходом идут весенние полевые работы. Конечно, там значительная доля радиационного тепла идет на нагревание почвы и воздуха. На испарение его тратится гораздо меньше. Поэтому здесь и теплее.

Не менее резкие различия в температурном режиме можно заметить, наблюдая за микроклиматом отдельного участка или поля, занятого той или иной сельскохозяйственной культурой. Для этого нам и дальняя поездка не нужна, достаточно предпринять небольшую прогулку или выехать за город. Наверно, каждый из вас, читатель, не раз наблюдал, как на одном склоне холма лежит снег, а на другом уже зеленеет трава. На одном участке рожь уже зацвела, а неподалеку только вышла в трубку. На одном поле теплолюбивые помидоры растут прекрасно, а на другом их губит заморозок. Заметьте: остаточная радиация на всех полях при этом одинаковая, а вот расход тепла разный.

Повторим, что процесс нагревания почвы, воды или какой-либо другой подстилающей поверхности регулируется двумя основными условиями: количеством солнечной радиации, падающей на земную поверхность, и свойствами самой поверхности. Какова окажется разница в поглощении солнечной радиации, настолько велико будет и различие в нагревании земной поверхности, из-за разницы в альбедо. Представим себе даже, что и альбедо и остаточная радиация одинаковы на большом пространстве. Что же, земная поверхность здесь всюду будет нагреваться одинаково? Нет. Почва обладает теплоемкостью в три раза меньшей, чем вода, и в три тысячи раз большей, чем воздух, поэтому и нагреваться и остывать она будет втрое быстрее воды и в тысячи раз медленнее воздуха.

Почвы сухие и влажные, пористые и плотные, покрытые растительностью или оголенные при одной и той же остаточной радиации будут по-разному нагреваться и остывать. Совершенно очевидно, что и прилегающий к ним слой воздуха также будет нагрет по-разному. Над теплыми участками больше, а над холодными — меньше. Ведь нагревание воздуха происходит не за счет поглощения прямых солнечных лучей, а главным образом благодаря турбулентному обмену более холодного воздуха с нагретой подстилающей поверхностью, а также поглощению им теплового излучения земной поверхности.

Bсё, о чем мы говорили выше, относилось к одной климатической характеристике — к температуре почвы или воздуха. Ну, а возьмите другую характеристику, например влажность воздуха. Ведь она тоже определяется солнечной радиацией и характером подстилающей поверхности. Чем влажнее подстилающая поверхность, тем сильнее происходит с нее испарение, тем больше затраты тепла на этот процесс и выше абсолютная влажность воздуха. Даже такой климатический элемент, как ветер, и тот начинает свою родословную от солнечной радиации. Правда, не прямо от нее, а через температуру воздуха. Горизонтальное различие или горизонтальный градиент температуры вызывает движение воздуха вдоль земной поверхности, но порождается он опять-таки обычно неравномерностью нагрева этой поверхности и прилегающего к ней слоя воздуха или, как говорят, особенностями циркуляции атмосферы. Нет нужды останавливаться на всех остальных элементах климата. Они так же, как и только что перечисленные, формируются под воздействием теплового баланса подстилающей поверхности или атмосферы. Из большого числа элементов климата нам достаточно более подробно разобрать только два: температуру воздуха и осадки, так как ими обычно характеризуется климат того или иного места. Недаром говорят: теплый и влажный климат или сырой и холодный и т. д. И этих двух элементов обычно хватает, чтобы составить представление о климате. Посмотрим, что же собой представляет температура воздуха и как она количественно связана с тепловым балансом и географической зональностью.

Поскольку в природе остаточная радиация распределяется между испарением и нагреванием воздуха и почвы, то совершенно очевидно, что температура воздуха должна быть тесно связана со всеми составляющими теплового баланса или остаточной радиацией в целом. Чем большая часть остаточной радиации будет тратиться на нагревание почвы и воздуха, как это имеет место, например, в пустынях и сухих степях, тем выше будет их температура и наоборот, чем больше ее будет расходоваться на испарение, тем температура воздуха и почвы будет ниже. Поэтому для того, чтобы судить о тепловом режиме той или иной области или зоны земного шара, достаточно знать величину остаточной радиации' или же иметь сведения о температурах воздуха или почвы. Обе эти характеристики оказались теснейшим образом связаны между собой. Остаточная радиация за год и за вегетационный период связана с суммами среднесуточных температур выше 10 градусов примерно таким соотношением:

Эта хотя и приближенная, но зато простая формула позволила метеорологам определять величину остаточной радиации за месяц или сезон по данным наблюдений только за температурой воздуха. Выяснилась любопытная картина: каждой сумме остаточной радиации соответствует определенный тепловой режим, своя климатическая зона. Посмотрите, как это выглядит (табл. 9).

Для холодного периода года, когда тепловой режим земной поверхности формируется главным образом за счет поступления тепла из воздуха (остаточная радиация имеет отрицательный знак, так как земля в это время больше теряет тепла, чем получает его от солнца и неба), показателем суровости климата могут служить не суммы, а средние месячные температуры воздуха или сочетание их с высотой снежного покрова на поверхности почвы (табл. 10).

Сочетание индексов, приведенное в этих двух таблицах, позволяет судить не только о тепловых условиях, но и о суровости климата в каждой зоне. Соединив, например, индексы 2 и В, получим такую тепловую характеристику климата: в холодной климатической зоне остаточная радиация за год составляет 13—23 ккал/см2, а сумма эффективных температур едва достигает 1000 градусов. Зима в этой зоне суровая и снежная.

Совершенно очевидно, что каждой климатической зоне будут соответствовать и свои природные географические

условия. Забегая несколько вперед, скажем, что районы, где среднесуточные температуры воздуха весь год бывают ниже 10 градусов и за год их сумма близка к нулю, соответствуют зоне арктических пустынь. Изолиния сумм эффективных температур, равная 1000 градусам, совпадает с южной границей тундры. В зоне с суммой температур от 1000 до 2200° растут хвойные леса; а от 2200 до 4400° — смешанные и широколиственные леса и т. д.

 

Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава

 

                       

  Рейтинг@Mail.ru    

Внимание! При копировании материалов ссылка на авторов книги обязательна.