Солнечная радиации, приходящая на Землю, нагревает главным образом ее поверхность. Термическое состояние земной поверхности является поэтому основным источником нагревания и охлаждения нижних слоев атмосферы.

Условия нагревания земной поверхности зависят от ее физических свойств. Прежде всего существуют резкие различия в нагревании поверхности суши и воды. На суше тепло распространяется в глубину преимущественно путем мало эффективной молекулярной теплопроводности. Суточные колебания температуры на поверхности суши распространяются, в связи с этим, только на глубину до 1 м, а годовые — до 10—20 м. В водной поверхности температура распространяется в глубину главным образом путем перемешивания водных масс; молекулярная теплопроводность имеет ничтожное значение. Кроме того, здесь играет роль более глубокое проникновение радиации в воду, а также более высокая теплоемкость воды по сравнению с сушей. Поэтому суточные и годовые колебания температуры распространяются в воде на большую глубину, чем на суше: суточные — на десятки метров, годовые — на сотни метров. Так как от земной поверхности нагревается воздух, то при одинаковом значении солнечной радиации летом и днем температура воздуха над сушей будет выше, чем над морем, а зимой и ночью наоборот.

Неоднородность поверхности суши также сказывается на условиях ее нагревания. Растительный покров днем препятствует сильному нагреванию почвы, а ночью уменьшает ее охлаждение. Снежный покров предохраняет зимой почву от чрезмерной потери тепла. Суточные амплитуды температуры под растительным покровом будут, таким образом, уменьшены. Совместное действие растительного покрова летом и снежного зимой уменьшает годовую амплитуду температуры по сравнению с обнаженной поверхностью.

Крайние пределы колебания температуры поверхности суши следующие. В пустынях субтропиков температура может подняться до +80°, на снежной поверхности Антарктиды может опуститься до -90°.

Теплообмен в почве. Процесс обмена теплом между поверхностью почвы и её глубинными слоями тесно связан с теплопроводностью, обусловленной разностью температур различных почвенных слоев, и теплоёмкостью почвы. Поток тепла направлен от более нагретых слоев к менее нагретым: летом — в глубь почвы, зимой — к её поверхности. На теплообмен в почве существенно влияют снежный покров, растительность, рельеф (например, глубокий снежный покров из-за своей малой теплопроводности значительно уменьшает потери тепла почвой). Скорость теплообмена существенно зависит от влажности почвы. В сухой почве поры заполнены воздухом (обладает низкой теплопроводностью) и тепло передаётся через точки соприкосновения почвенных частиц между собой: процессы теплообмена протекают медленно. С увеличением влажности теплопроводность почвы увеличивается и скорость теплообмена повышается. Изменения теплообмена наблюдаются и в течение суток: днём поток тепла направлен в глубь почвы, ночью — к поверхности.

Теплообмен в слое травянистых растений

При полном покрытии почвы растениями часть солнечных лучей задерживается стеблями, листьями и подстилкой. Поэтому до поверхности почвы доходит лишь примерно 20% инсоляции. Поглощение инсоляции происходит не в тонком слое у поверхности почвы, а в слое воздуха, занятом растениями. Кроме того, здесь идут затраты тепла на испарение, что также сильно снижает температуру.

По мере роста растений, прогревается слой растений, увеличиваются и максимальные значения температур, т. е. листья все больше прикрывают почву, допуская к ней все меньше лучей. На поле ржи, где листья расположены почти вертикально и пропускают к почве больше лучей, до конца мая сохраняется типичный ход температур типа инсоляции. И только при достижении растениями достаточной высоты прогревается слой растений.

При ночных температурах в ясную ночь излучение происходит и с поверхности почвы, и с поверхности травостоя, и из его глубины. При малой высоте растений (весной) почва остается более холодной, а малая плотность растений не препятствует опусканию холодного воздуха. По мере подрастания растений ржи минимум перемещается вверх, в слой растений, и, как следствие, колебания температур в слое почвы под растениями значительно меньше, чем под почвой, лишенной растительности. После скашивания растений температурные градиенты почти исчезают.

Еще сложнее температурные условия в том случае, если поверхность сообщества неравномерна, когда образуются просветы, окна, через которые инсоляция может проникнуть до почвы. В лесу, например, в таких окнах наблюдаются наибольшие колебания температур, особенно если их диаметр не превышает удвоенной высоты окружающих деревьев; здесь почти нет движения воздуха, а инсоляция используется полностью. Довольно высокие напочвенные температуры, часто превышающие температуры воздуха, могут наблюдаться внутри плотных насаждений или внутри подушковидных растений, распространенных в холодных высокогорных пустынях.

Таким образом, травяные фитоценозы имеют свой специфический тепловой режим, связанный с типом распределения температур. Невысокий травяной покров может понизить дневную температуру воздуха у поверхности почвы и повысить ночную. При одинаковой высоте культурных растений более низкая температура наблюдается под клевером, а более высокая над картофелем.

© 2015-2019 vseobiology.ru | При использовании материалов сайта - прямая ссылка на vseobiology.ru обязательна.

^ Наверх