Суточный и годовой ход температуры почвы. Суточный ход температуры поверхности почвы

В течение суток поверхность почвы непрерывно, разными способами теряет либо поглощает тепло. Через земную поверхность тепло передается вверх (в атмосферу) и вниз (в почву). На поверхность почвы поступает суммарная радиация и встречное излучение атмосферы, а так же тепло поступает путем турбулентной теплопроводности. Теми же способами земная поверхность излучает тепло в атмосферу. Приходящее тепло распределяется в тонком верхнем слое, который сильно нагревается. На поверхности почвы температура при отдаче тепла падает быстро: тепло, накопленное в тонком верхнем слое, быстро из него уходит без восполнения снизу.

Рис.№1 График суточного хода температуры поверхности почвы

Алгебраическая сумма всех приходов и расходов тепла на земной поверхности должна быть равно нулю, однако это не значит, что температура поверхности почвы не меняется. Если передача тепла направлена вниз, то тепло из атмосферы остается в деятельном слое почвы, что приводит к увеличению его температуры. При передаче в атмосферу, тепло уходит из деятельного слоя, понижая тем самым его температуру.

Температура поверхности в течение имеет свой максимум, который проявляется в 13-14ч, и минимум, наблюдающийся через полчаса после восхода солнца. В нашем случае (рис.№1) происходит именно так: наименьшая температура поверхности 19°С приходится на 6ч утра – время, примерно после восхода летний период. В это время отдача тепла из верхнего слоя почвы эффективным излучением уравновешивается возросшим притоком суммарной радиации, вследствие чего радиационный баланс поверхности почвы становится равным нулю; а нерадиационный баланс незначителен. Потом температура постепенно растет до своего наибольшего значения в местный полдень. Радиационный баланс остается положительным до вечера, однако можно заметить, что температура поверхности почвы падает. Это связано с увеличившимися теплопроводностью и испарением воды.

Максимальные температуры на поверхности почвы обычно выше, чем в воздухе, поскольку днем солнечная радиация нагревает почву, а уже от неё нагревается воздух. Это видно на исследуемом случае: максимум температуры поверхности почвы (49°С) выше, чем максимум температуры воздуха (32,8°С) в этот же день. Ночные минимумы, наоборот, на поверхности почвы ниже, чем в воздухе, так как прежде почва выхолаживается эффективным излучением, а от нее охлаждается воздух. 19 августа минимум температуры поверхности почвы составлял 19°С, а минимум температуры воздуха – 21,2°С.

Исследования проводились в августе, поэтому разница между суточным максимумом и суточным минимумом – суточная амплитуда температуры – в исследуемом случае достаточно высока (30оС). Солнечная радиация у земной поверхности велика днем, а ночью наблюдается эффективное излучение. Следовательно, судя по большой амплитуде, день был безоблачным.

Лучи Солнца, как уже говорилось, проходя через атмосферу, испытывают некоторые изменения и часть тепла отдают атмосфере. Но это тепло, распределенное по всей толще атмосферы, дает очень небольшой эффект в смысле нагревания. На температурные условия нижних слоев атмосферы основное влияние оказывает температура земной поверхности. От нагретой поверхности суши и воды нагреваются нижние слои атмосферы, от охлажденной поверхности охлаждаются. Таким образом, основным источником нагревания и охлаждения нижних слоев атмосферы является именно земная поверхность. Однако термин «земная поверхность» в данном случае (т. е. при рассмотрении процессов, совершающихся в атмосфере) иногда удобнее заменять термином подстилающая поверхность. С термином земная поверхность мы чаще всего связываем представление о форме поверхности с учетом суши и моря, тогда как термин подстилающая поверхность обозначает земную поверхность со всеми присущими ей свойствами, важными для атмосферы (формой, характером пород, цветом, температурой, влажностью, растительным покровом и т. д.).

Отмеченные нами обстоятельства заставляют нас в первую очередь остановить свое внимание на температурных условиях земной поверхности, или, точнее, подстилающей поверхности.

Баланс тепла на подстилающей поверхности. Температура подстилающей поверхности определяется соотношением прихода и расхода тепла. Приходо-расходный баланс тепла на земной поверхности в дневное время складывается из следующих величин: приход - тепло, поступающее от прямой и рассеянной солнечной радиации; расход - а) отражение от земной поверхности части солнечной радиации, б) на испарение, в) земное излучение, г) отдача тепла прилегающим слоям воздуха, д) передача тепла в глубь почвы.

В ночное время слагающие приходо-расходного баланса тепла на подстилающей поверхности меняются. Ночью отсутствует солнечная радиация; тепло может поступать от воздуха (если его температура окажется выше температуры земной поверхности) и от нижних слоев почвы. Вместо испарения на поверхности почвы может быть конденсация водяных паров; выделяемое при этом тепло поглощается земной поверхностью.

Если баланс тепла положительный (приход тепла больше расхода), то температура подстилающей поверхности повышается; если же баланс отрицательный (приход меньше расхода), то температура понижается.

Условия нагревания поверхности суши и поверхности воды весьма различны. Остановимся сначала на условиях нагревания суши.

Нагревание суши. Поверхность суши не однородна. В одних местах обширные просторы степей, лугов и пашен, в других - леса и болота, втретьих - почти лишенные растительного покрова пустыни. Понятно, что условия нагревания земной поверхности в каждом из приведенных нами случаев далеко не одинаковы. Проще всего они будут там, где земная поверхность не покрыта растительностью. На этих простейших случаях мы в первую очередь и остановимся.

Для измерения температуры поверхностного слоя почвы применяется обычный ртутный термометр. Термометр кладется на незатененном месте, но так, чтобы нижняя половина резервуара с ртутью находилась в толще грунта. Если почва покрыта травой, то траву необходимо подстричь (иначе исследуемый участок почвы будет затененным). Однако нужно сказать, что этот способ нельзя считать совершенно точным. Для получения более точных данных употребляют электротермометры.

Измерение температуры почвы на глубине 20-40 см производят почвенными ртутными термометрами. Для измерения же более глубоких слоев (от 0,1 ж до 3, а иногда и более метров) употребляются так называемые вытяжные термометры. Это по сути дела те же ртутные термометры, но только вложенные в эбонитовую трубку, которая зарывается в землю на требуемую глубину (рис. 34).

В дневные часы, особенно летом, поверхность почвы сильно нагревается, а за ночь сильно охлаждается. Обычно максимум температуры бывает около 13 час, а минимум - перед восходом Солнца. Разность между наибольшей и наименьшей температурами называют амплитудой суточных колебаний. В летнее время амплитуда значительно больше, чем в зимнее. Так, например, для Тбилиси в июле она достигает 30°, а в январе 10°. В годовом ходе температуры на поверхности почвы максимум обычно наблюдается в июле, а минимум в январе. От верхнего нагретого слоя почвы тепло частью передается воздуху, частью слоям, расположенным глубже. Ночью - процесс обратный. Глубина, на которую проникает суточное колебание температуры, зависит от теплопроводности почвы. Но в общем она невелика и колеблется приблизительно от 70 до 100 см. При этом суточная амплитуда с глубиной очень быстро уменьшается. Так, если на поверхности почвы суточная амплитуда равна 16°, то на глубине 12 см она уже только 8°, на глубине 24 см - 4°, а на глубине 48 см -1°. Из сказанного ясно, что поглощаемое почвой тепло накапливается главным образом в ее верхнем слое, толщина которого измеряется сантиметрами. Но этот верхний слой почвы как раз и является тем главным источником тепла, от которого зависит температура

примыкающего к почве слоя воздуха.

Значительно глубже проникают годовые колебания. В умеренных широтах, где годовая амплитуда особенно велика, колебания температуры затухают на глубине 20-30 м.

Передача температур внутрь Земли происходит довольно медленно. В среднем на каждый метр глубины колебания температуры запаздывают на 20-30 суток. Таким образом, самые высокие температуры, которые на поверхности Земли наблюдаются в июле, на глубине 5 м окажутся в декабре или январе, а самые низкие в июле.

Влияние растительного и снежного покрова. Растительный покров затеняет земную поверхность и тем самым уменьшает приток тепла к почве. В ночное время, наоборот, растительный покров предохраняет почву от лучеиспускания. Кроме того, растительный покров испаряет воду, на что тоже расходуется часть лучистой энергии Солнца. В результате почвы, покрытые растительностью, днем нагреваются меньше. Особенно это заметно в лесу, где летом почва значительно холоднее, чем в поле.

Еще большее влияние оказывает снежный покров, который благодаря малой теплопроводности защищает почву от чрезмерного зимнего охлаждения. Из наблюдений, производимых в Лесном (близ Ленинграда), оказалось, что почва, лишенная снежного покрова, в феврале в среднем на 7° холоднее, чем почва, покрытая снегом (данные выведены на основании 15-летних наблюдений). В отдельные годы зимой разность температуры доходила до 20-30°. Из тех же наблюдений оказалось, что почвы, лишенные снежного покрова, промерзли до 1,35 м глубины, тогда как под снежным покровом промерзание не глубже 40 см.

Промерзание почв и вечная мерзлота . Вопрос о глубине промерзания почв имеет большое практическое значение. Достаточно вспомнить постройку водопроводов, водохранилищ и других подобных сооружений. В средней полосе Европейской части СССР глубина промерзания колеблется в пределах от 1 до 1,5 м, в южных районах - от 40 до 50 см. В Восточной Сибири, где зимы холоднее и снежный покров очень мал, глубина промерзания доходит до нескольких метров. При этих условиях за летний период грунт успевает оттаять только с поверхности, а глубже остается постоянно мерзлый горизонт, известный под названием вечной мерзлоты. Площадь, где встречается вечная мерзлота, огромна. В СССР (главным образом в Сибири) она занимает свыше 9 млн. км 2 . Нагревание водной поверхности. Теплоемкость воды в два раза больше теплоемкости пород, слагающих сушу. Это значит, что при одних и тех же условиях, за определенный период времени, поверхность суши успеет нагреться вдвое больше, нежели поверхность воды. Кроме того, вода при нагревании испаряется, на что затрачивается также немалое

количество тепловой энергии. И, наконец, необходимо отметить еще одну очень важную причину, замедляющую нагревание: это перемешивание верхних слоев воды благодаря волнению и конвекционным токам (до глубины 100 и даже 200 м).

Из всего сказанного ясно, что поверхность воды нагревается значительно медленнее, чем поверхность суши. В результате суточная и годовая амплитуды температуры поверхности моря во много раз меньше суточной и годовой амплитуды поверхности суши.

Однако благодаря большей теплоемкости и более глубокому прогреванию водная поверхность накапливает тепла гораздо больше, чем поверхность суши. В результате средняя температура поверхности океанов согласно вычислениям превосходит среднюю температуру воздуха всего земного шара на 3°. Из всего сказанного ясно, что условия нагревания воздуха над поверхностью моря в значительной степени отличаются от условий суши. Коротко эти различия можно охарактеризовать так:

1) в областях с большой суточной амплитудой (тропическая зона) ночью температура моря выше, чем температура суши, аднем явление обратное;

2) в областях с большой годовой амплитудой (умеренная и полярная зона) поверхность моря осенью и зимой теплее, а летом и весной холоднее, чем поверхность суши;

3) поверхность моря получает тепла меньше, чем поверхность суши, но удерживает его дольше и расходует равномернее. В результате поверхность моря в среднем теплее поверхности суши.

Методы и приборы для измерения температуры воздуха. Температура воздуха измеряется обычно при помощи ртутных термометров. В холодных странах, где температура воздуха опускается ниже точки замерзания ртути (ртуть замерзает при - 39°), применяются спиртовые термометры.

При измерении температуры воздуха необходимо термометры помещать в защите, чтобы оградить их от прямого действия солнечной радиации и от земного излучения. У нас в СССР для этих целей используется психрометрическая (жалюзная) деревянная будка (рис. 35), которая устанавливается на высоте 2 м от поверхности почвы. Все четыре стенки этой будки сделаны из двойного ряда наклонных планок в виде жалюзи, крыша двойная, дно состоит из трех досок, расположенных на разной высоте. Такое устройство психрометрической будки обеспечивает защиту термометров от попадания на них прямой солнечной радиации и вместе с тем позволяет воздуху свободно проникать в нее. Для уменьшения нагревания будки она окрашивается в белый цвет. Дверцы будки открываются на север, чтобы при отсчетах на термометры не падали солнечные лучи.

В метеорологии известны различные по устройству и назначению термометры. Из них наиболее распространенными являются: психрометрический термометр, термометр-пращ, максимальный и минимальный термометры.

является основным, принятым в настоящее время для определения температуры воздуха в срочные часы наблюдения. Это ртутный термометр (рис. 36) со вставной шкалой, цена деления которой 0°,2. При определении температуры воздуха психрометрическим термометром его устанавливают в вертикальном положении. В районах с низкими температурами воздуха, кроме ртутного психрометрического термометра, применяют при температурах ниже 20° аналогичный спиртовой термометр.

В экспедиционных условиях для определения температуры воздуха применяют термометр-пращ (рис. 37). Этот прибор представляет собой небольшой ртутный термометр со шкалой палочного типа; деления на шкале нанесены через 0°,5. ОК верхнему концу термометра привязывается шнурок, при помощи которого во время измерения температуры термометр быстро вращают над головой, чтобы ртутный резервуар его приходил в соприкосновение с большими массами воздуха и меньше сам нагревался от солнечной радиации. После вращения термометра-праща в течение 1-2 мин. производят отсчет температуры, при этом нужно прибор располагать в тени, чтобы на него не попадала прямая солнечная радиация.

служит для определения наивысшей температуры, наблюдавшейся за какой-либо истекший промежуток времени. В отличие от обычных ртутных термометров у максимального термометра (рис. 38) в дно ртутного резервуара впаян стеклянный штифтик, верхний конец которого немного входит в капиллярный сосуд, сильно сужая его отверстие. При поднятии температуры воздуха ртуть в резервуаре расширяется и устремляется в капиллярный сосуд. Его суженное отверстие при этом не является большим препятствием. Столбик ртути в капиллярном сосуде будет подниматься, пока повышается температура воздуха. Когда же температура начнет понижаться, ртуть в резервуаре станет сжиматься и оторвется от столбика ртути в капиллярном сосуде из-за наличия стеклянного штифтика. После каждого отсчета термометр встряхивают, как это делают и с медицинским термометром. При наблюдениях максимальный термометр кладется горизонтально, так как капилляр этого термометра сравнительно широк и ртуть в нем пои наклонном положении может перемещаться вне зависимости от температуры. Цена деления шкалы максимального термометра 0°,5.

Для определения наименьшей температуры за определенный период времени применяется минимальный термометр (рис. 39). Минимальный термометр - спиртовой. Шкала его разделена на 0°,5. При измерениях минимальный термометр, так же как и максимальный, устанавливается в горизонтальном положении. В капиллярном сосуде минимального термометра внутри спирта помещен маленький штифтик из темного стекла и с утолщенными концами. При понижении температуры столбик спирта укорачивается и поверхностная пленка спирта будет перемещать штифтик

тик к резервуару. Если затем начнется повышение температуры, то столбик спирта будет удлиняться, а штифтик останется на месте, фиксируя минимальную температуру.

Для непрерывной регистрации изменения температуры воздуха в течение суток пользуются самопишущими приборами - термографами.

В настоящее время в метеорологии применяют два вида термографов: биметаллические и манометрические. Наибольшим распространением пользуются термометры с биметаллическим приемником.

(рис. 40) имеет в качестве приемника температуры биметаллическую (двойную) пластинку. Эта пластинка состоит из двух тонких спаянных между собой разнородных металлических пластиночек, обладающих различным температурным коэффициентом расширения. Один конец биметаллической пластинки закреплен в приборе неподвижно, другой свободный. При изменении температуры воздуха металлические пластиночки будут по-разному деформироваться и в связи с этим свободный конец биметаллической пластинки будет изгибаться в ту или другую сторону. А эти движения биметаллической пластинки посредством системы рычагов передаются стрелке, к которой прикреплено перо. Перо, перемещаясь вверх и вниз, чертит кривую линию хода изменения температуры на бумажной ленте, навернутой на барабан, вращающийся вокруг оси при помощи часового механизма.

У манометрических термографов приемником температуры служит изогнутая латунная трубка, заполненная жидкостью или газом. В остальном они аналогичны биметаллическим термографам. При повышении температуры объем жидкости (газа) увеличивается, при понижении уменьшается. Изменение объема жидкости (газа) деформирует стенки трубки, а это в свою очередь через систему рычагов передается стрелке с пером.

Вертикальное распределение температур в атмосфере. Нагревание атмосферы, как мы уже говорили, совершается двумя основными путями. Первый - это непосредственное поглощение солнечного и земного излучения, второй - передача тепла от нагретой земной поверхности. Первый путь достаточно освещался в главе о солнечной радиации. Остановимся на втором пути.

Передача тепла от земной поверхности в верхние слои атмосферы осуществляется тремя путями: молекулярной теплопроводностью, тепловой конвекцией и при помощи турбулентного перемешивания воздуха. Молекулярная теплопроводность воздуха очень мала, поэтому этот способ нагревания атмосферы не играет большой роли. Наибольшее значение в этом отношении имеет тепловая конвекция и турбулентность в атмосфере.

Нижние слои воздуха, нагреваясь, расширяются, уменьшают свою плотность и поднимаются вверх. Возникающие вертикальные (конвекционные) токи переносят тепло в верхние слои атмосферы. Однако этот перенос (конвекция) совершается не просто. Поднимающийся теплый воздух, вступая в условия меньшего атмосферного давления, расширяется. Процесс расширения связан с затратой энергии, в результате чего воздух охлаждается. Из физики известно, что температура восходящей массы воздуха при подъеме на каждые 100 м понижается приблизительно на 1°.

Однако приведенный нами вывод относится только к сухому или влажному, но ненасыщенному воздуху. Насыщенный же воздух при охлаждении конденсирует водяные пары; при этом происходит выделение тепла (скрытой теплоты парообразования), и это тепло повышает температуру воздуха. В результате при поднятии насыщенного влагой воздуха на каждые 100 м температура понижается не на 1°, а приблизительно на 0°,6.

При опускании воздуха происходит процесс обратный. Здесь на каждые 100 м опускания температура воздуха повышается на 1°. Степень влажности воздуха в данном случае роли не играет, потому что при повышении температуры воздух удаляется от насыщения.

Если принять во внимание, что влажность воздуха подвержена сильным колебаниям, то вся сложность условий нагревания нижних слоев атмосферы становится очевидной. В общем же, как уже в своем месте говорилось, в тропосфере наблюдается постепенное понижение температуры воздуха с высотой. И у верхней границы тропосферы температура воздуха ниже на 60-65° по сравнению с температурой воздуха у поверхности Земли.

Суточный ход амплитуды температуры воздуха с высотой убывает довольно быстро. Суточная амплитуда на высоте 2000 м выражается лишь десятыми долями градуса. Что же касается годовых колебаний, то они гораздо больше. Наблюдения показали, что они убывают до высоты 3 км. Выше 3 км наблюдается нарастание, которое увеличивается до 7-8 км высоты, а потом снова убывает приблизительно до 15 км.

Температурная инверсия. Бывают случаи когда нижние приземные слои воздуха могут оказаться холоднее выше лежащих. Это явление носит название температурной инверсии ; резко температурная инверсия выражается там, где в холодные периоды стоит безветренная погода. В странах с продолжительной холодной зимой температурная инверсия составляет зимой обычное явление. Особенно ярко она выражена в Восточной Сибири, где благодаря господствующему высокому давлению и безветрию температура переохлажденного воздуха на дне долин бывает исключительно низка. В качестве примера можно указать на Верхоянскую или Оймяконскую впадины, где температура воздуха снижается до -60 и даже -70°, тогда как на склонах окружающих гор она значительно выше.

Происхождение температурных инверсий бывает различное. Они могут образовываться в результате стекания охлажденного воздуха со склонов гор в замкнутые котловины, вследствие сильного излучения земной поверхности (радиационная инверсия), при адвекции теплого воздуха, обычно ранней весной, над снежным покровом (снежная инверсия), при наступлении холодных масс воздуха на теплые (фронтовая инверсия), благодаря турбулентному перемешиванию воздуха (инверсия турбулентности), при адиабатическом опускании масс воздуха, имеющих устойчивую стратификацию (инверсия сжатия).

Заморозки. В переходные сезоны года весной и осенью, когда температура воздуха бывает выше 0°, нередко в утренние часы наблюдаются на поверхности почвы заморозки. По своему происхождению заморозки подразделяют на два типа: радиационные и адвективные.

Радиационные заморозки образуются в результате выхолаживания в ночное время подстилающей поверхности вследствие земного излучения или по причине стекания со склонов возвышенностей в понижения холодного воздуха с температурой ниже 0°. Возникновению радиационных заморозков способствует отсутствие облаков в ночное время, малая влажность воздуха и безветренная погода.

Адвективные заморозки возникают в результате вторжения на ту или иную территорию холодных воздушных масс (арктических или континентальных полярных масс). В этих случаях заморозки носят более устойчивый характер и охватывают значительные площади.

Заморозки, в особенности поздневесенние, часто приносят огромный вред сельскому хозяйству, так как нередко низкие температуры, наблюдаемые во время заморозков, губят сельскохозяйственные растения. Поскольку основной причиной заморозков является охлаждение подстилающей поверхности земным излучением, то борьба с ними идет по линии искусственного уменьшения излучения земной поверхности. Уменьшить величину такого излучения можно путем задымления (при сжигании соломы, навоза, хвои и другого горючего материала), искусственного увлажнения воздуха и создания тумана. Для защиты ценных сельскохозяйственных культур от заморозков иногда применяют непосредственный обогрев растений различными способами или строят навесы из полотна, соломенных и камышовых матов и других материалов; подобные навесы уменьшают охлаждение земной поверхности и препятствуют возникновению заморозков.

Суточный ход температуры воздуха. Ночью поверхность Земли все время излучает тепло и постепенно охлаждается. Вместе с земной поверхностью охлаждается и нижний слой воздуха. Зимой момент наибольшего охлаждения обыкновенно бывает незадолго до восхода Солнца. При восходе Солнца лучи падают на земную поверхность под очень острыми углами и почти ее не нагревают, тем более что Земля продолжает излучать тепло в мировое пространство. По мере того как Солнце поднимается все выше и выше, угол падения лучей увеличивается, и приход солнечного тепла становится больше расхода тепла, излучаемого Землей. С этого момента температура поверхности Земли, а потом и температура воздуха начинает повышаться. И чем выше поднимается Солнце, тем круче падают лучи и выше поднимается температура земной поверхности и воздуха.

После полудня приток тепла от Солнца начинает уменьшаться, но температура воздуха продолжает подниматься, потому что убыль солнечной радиации восполняется излучением тепла с земной поверхности. Однако долго так продолжаться не может, и наступает момент, когда земное излучение уже не может покрывать убыли солнечного излучения. Этот момент в наших широтах зимой наступает около двух, а летом около трех часов пополудни. После этого момента начинается постепенное падение температуры, вплоть до восхода Солнца в следующее утро. Этот суточный ход температуры очень хорошо виден на схеме (рис. 41).

В различных поясах земного шара суточный ход температур воздуха весьма различен. На море, как уже говорилось, суточная амплитуда очень небольшая. В пустынных странах, где почвы не покрыты растительностью, днем поверхность Земли нагревается до 60-80°, а ночью охлаждается до 0°, суточные амплитуды достигают 60 и более градусов.

Годовой ход температур воздуха. Наибольшее количество солнечного тепла земная поверхность в северном полушарии получает в конце июня. В июле солнечная радиация уменьшается, но эта убыль восполняется все еще достаточно сильной солнечной радиацией и излучением сильно нагретой земной поверхности. В результате температура воздуха в июле оказывается выше, чем в июне. На морском берегу и на островах наибольшие температуры воздуха наблюдаются не в июле, а в августе. Это объясняется

тем, что водная поверхность дольше нагревается и медленнее расходует свое тепло. Приблизительно то же происходит и в зимние месяцы. Наименьшее количество солнечного тепла земная поверхность получает в конце декабря, а самые низкие температуры воздуха наблюдаются в январе, когда увеличивающийся приход солнечного тепла еще не может покрыть расхода тепла, являющегося результатом земного излучения. Таким образом, самым теплым месяцем для суши является июль, а самым холодным январь.

Годовой ход температуры воздуха для различных частей земного шара весьма различен (рис. 42). Прежде всего он, конечно, определяется широтой места. В зависимости от широты выделяют четыре основных типа годового хода температуры.

1. Экваториальный тип. Он отличается очень малой амплитудой. Для внутренних частей материков она около 7°, для побережий около 3°, на океанах 1°. Наиболее теплые периоды совпадают с зенитным положением Солнца на экваторе (во время весеннего и осеннего равноденствия), а холодные сезоны - в периоды летнего и зимнего солнцестояния. Таким образом, в течение года здесь сменяются два теплых и два холодных периода, разница между которыми очень небольшая.

2. Тропический тип. Наивысшее положение Солнца наблюдается в период летнего солнцестояния, наинизшее в период зимнего солнцестояния. В результате в течение года - один период максимальных температур и один период минимальных. Амплитуда также невелика: на побережье - около 5-6°, а внутри материка - около 20°.

3. Тип умеренного пояса. Здесь наивысшие температуры в июле и минимальные в январе (в южном полушарии обратно). Кроме этих двух крайних периодов лета и зимы, выделяются еще два переходных периода: весна и осень. Годовые амплитуды очень большие: в прибрежных странах 8°, внутри континентов до 40°.

4. Полярный тип. Он характеризуется очень продолжительной зимой и коротким летом. Внутри континентов в зимнее время устанавливаются большие холода. Амплитуда у побережья около 20-25°, внутри же континента более 60°. В качестве примера исключительно больших зимних холодов и годовых амплитуд можно привести Верхоянск, где зафиксирован абсолютный минимум температур воздуха -69°,8 и где средняя температура января -51°, а июля -+-.15°; абсолютный максимум доходит до +33°,7.

Приглядываясь к температурным условиям каждого из приведенных здесь типов годового хода температуры, мы прежде всего должны отметить бросающееся в глаза различие между температурами морских побережий и внутренних частей континентов. Это различие уже давно заставило выделить два типа климатов: морской и континентальный. В пределах одной и той же широты суша летом теплее, а зимой холоднее, чем море. Так, например, у берегов Бретани температура января 8°, в южной Германии на той же широте 0°, а в Нижнем Поволжье -8°. Еще больше различия в тех случаях, когда мы сравниваем температуры океанических станций со станциями материков. Так, на Фарерских островах (ст. Грохавы) самый холодный месяц (март) имеет среднюю температуру +3°, а самый теплый (июль) +11°. В Якутске, расположенном на тех же широтах, средняя температура января - 43°, а средняя температура июля +19°.

Изотермы. Различные условия нагревания в связи с широтой места и влиянием моря создают весьма сложную картину распределения температур по земной поверхности. Чтобы представить себе это расположение на географической карте, места с одинаковыми температурами соединяют линиями, известными под названием изотерм. Ввиду того что высота станций над уровнем моря различна, а высота оказывает значительное влияние на температуры, принято величины температур, полученных на метеостанциях, приводить к уровню моря. На карты наносят обычно изотермы средних месячных и средних годовых температур.

Январские и июльские изотермы. Наиболее яркую и наиболее характерную картину распределения температур дают карты январских и июльских изотерм (рис. 43, 44).

Рассмотрим сначала карту январских изотерм. Здесь прежде всего бросается в глаза согревающее влияние Атлантического океана, и, в частности, теплого течения Гольфстрим на Европу, а также охлаждающее влияние широких площадей суши в умеренных и полярных странах северного полушария. Особенно велико это влияние в Азии, где замкнутые изотермы в - 40,- 44 и - 48° окружают полюс холода. Бросается в глаза сравнительно малое отклонение изотерм от направления параллелей в умеренно-холодной зоне южного полушария, что является следствием преобладания там обширных водных площадей. На карте июльских изотерм резко выявляется более высокая температура материков по сравнению с океанами на тех же широтах.

Годовые изотермы и тепловые пояса Земли. Чтобы получить представление о распределении тепла по земной поверхности в среднем за целый год, пользуются картами годовых изотерм (рис. 45). По этим картам видно, что самые теплые места не совпадают с экватором.

Математической границей между жарким и умеренным поясом являются тропики. Действительная же граница, которую обычно проводят по годовой изотерме в 20°, заметно не совпадает с тропиками. На суше она чаше всего перемещается в сторону полюсов, а в океанах, особенно под влиянием холодных течений, в сторону экватора.

Гораздо труднее провести границу между холодными и умеренными поясами. Для этого лучше всего подходит не годовая, а июльская изотерма в 10°. Севернее этой границы лесная растительность не заходит. На суше всюду господствует тундра. Эта граница с полярным кругом не совпадает. По-видимому, также не совпадают с математическими полюсами самые холодные пункты земного шара. Те же карты годовых изотерм дают нам возможность заметить, что северное полушарие во всех широтах несколько теплее южного и что западные берега материков в средних и высоких широтах значительно теплее восточных.

Изаномалы. Прослеживая по карте ход январских и июльских изотерм, легко можно заметить, что температурные условия на одних и тех же широтах земного шара различны. При этом одни пункты имеют меньшую температуру, чем средняя температура для данной параллели, а другие, наоборот, большую. Отклонение температуры воздуха какого-либо пункта от средней температуры параллели, на которой этот пункт расположен, носит название температурной аномалии.

Аномалии могут быть положительными и отрицательными в зависимости от того, больше или меньше температура данного пункта по сравнению с средней температурой параллели. Если температура пункта выше средней температуры для данной параллели, то аномалия считается положительной,

при обратном соотношении температур аномалия отрицательная.

Линии на карте, соединяющие места земной поверхности с одинаковыми величинами температурных аномалий, называются изаномалами температуры (рис. 46 и 47). Из карты изаномал января видно, что в этот месяц материки Азия и Северная Америка имеют температуру воздуха ниже средней январской температуры для этих широт. Атлантический и

Тихий океаны, а также Европа, наоборот, имеют положительную температурную аномалию. Такое распределение температурных аномалий объясняется тем, что зимой суша охлаждается быстрее, чем водные пространства.

В июле положительная аномалия наблюдается на материках. Над океанами же северного полушария в это время отрицательная температурная аномалия.

— Источник—

Половинкин, А.А. Основы общего землеведения/ А.А. Половинкин.- М.: Государственное учебно-педагогическое издательство министерства просвещения РСФСР, 1958.- 482 с.

Post Views: 144

Вам также может быть интересно

Суточный и годовой ход температуры поверхности почвы

Наименование параметра	Значение
Тема статьи:	Суточный и годовой ход температуры поверхности почвы
Рубрика (тематическая категория)	География

Изменение температуры поверхности почвы в течение суток называется суточным ходом. Суточный ход поверхности почвы в среднем за много дней представляет собой периодические колебания с одним максимумом и одним минимумом.

Минимум наблюдается перед восходом солнца, когда радиационный баланс отрицателен, а нерадиационный обмен теплом между поверхностью и прилегающими к ней слоями почвы и воздуха незначителен.

С восходом солнца температура поверхности почвы растет и достигает максимума около 13 часов. Далее начинается её понижение, хотя радиационный баланс ещё остается положительным. Объясняется это тем, что после 13 часов возрастает отдача тепла поверхностью почвы в воздух путем турбулентности и за счёт испарения.

Разность между максимальной и минимальной температурой почвы за сутки называется амплитудой суточного хода. На нее влияет ряд факторов˸

1.Время года. Летом амплитуда наибольшая, а зимой наименьшая;

2.Широта места. Поскольку амплитуда связана с высотой солнца, то она уменьшается с увеличением широты места;

3. Облачность. В пасмурную погоду амплитуда меньше;

4. Теплоемкость и теплопроводность почвы. Амплитуда находится в обратной зависимости от теплоемкости почвы. Например, гранитная скала обладает хорошей теплопроводностью и в ней нагревание хорошо передается вглубь. В результате амплитуда суточных колебаний поверхности гранита невелика. Песчаная почва обладает меньшей теплопроводностью, чем гранит, поэтому амплитуда хода температуры песчаной поверхности примерно в 1,5 раза больше, чем гранитной;

5. Цвет почвы. Амплитуда темных почв значительно больше, чем светлых, так как способность поглощения и излучения у темных почв больше;

6. Растительный и снежный покров. Растительный покров уменьшает амплитуду, так как он препятствует нагреванию почвы солнечными лучами. Не очень большая амплитуда и при снежном покрове, так как из-за большого альбедо поверхность снега нагревается мало;

7. Экспозиция склонов. Южные склоны холмов нагреваются сильнее, чем северные, а западных больше, чем восточных, отсюда и амплитуда южных и западных поверхностей холмов значительнее.

Годовой ход температуры поверхности почвы

Годовой ход, как и суточный, связан с приходом и расходом тепла и определяется главным образом радиационными факторами. Удобнее всего проследить за данным ходом по среднемесячным значениям температуры почвы.

В северном полушарии максимальные среднемесячные температуры поверхности почвы наблюдаются в июле-августе, а минимальные – в январе-феврале.

Разность между наибольшей и наименьшей среднемесячными температурами за год называется амплитудой годового хода температуры почвы. Она в наибольшей степени зависит от широты места˸ в полярных широтах амплитуда наибольшая.

Суточные и годовые колебания температуры поверхности почвы постепенно распространяются в более глубокие её слои. Слой почвы или воды, температура которого испытывает суточные и годовые колебания, называется активным.

Распространение температурных колебаний в глубь почвы описывается тремя законами Фурье˸

Суточный и годовой ход температуры поверхности почвы - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Суточный и годовой ход температуры поверхности почвы" 2015, 2017-2018.

Суточный и годовой ход температуры почвы - это измерение температуры в течение суток или года: днем почва нагревается, ночью охлаждается, минимальную температуру имеет при ясной погоде перед восходом солнца, а максимальную около 13 ч, затем температура начинает снижаться. На амплитуду (разность между. максимумом и минимумом температуры) влияют:

время года (летом амплитуда наибольшая);

географическая широта (амплитуда уменьшается от тропиков к полюсам);

рельеф (южные склоны нагреваются сильнее северных);

растительный и снежный покров снижают амплитуду;

рыхлые почвы имеют большую амплитуду, чем плотные;

темные почвы нагреваются сильнее светлых, поэтому амплиту­да температуры темных почв выше, чем светлых;

сухие почвы нагреваются сильнее влажных;

при облачной погоде амплитуда снижается.

Годовой ход температуры поверхности почвы определяется в основном приходом солнечного тепла в течение года. В умеренных широтах северного полушария максимум среднемесячной темпе­ратуры наблюдается в июле, минимум - в январе-феврале. На амплитуду годового хода температуры в основном влияют те же факторы, что и на амплитуду суточного хода температур, но амп­литуда годового хода температур возрастает с увеличением широ­ты. Слой почвы, в котором наблюдается суточный и годовой ход температур, называют активным слоем.

Закономерности распространения тепла в почве подчиняются законам Фурье.

1. Независимо от типа почвы период колебаний не изменяется с глубиной, то есть интервал на всех глубинах между максимума­ми и минимумами в суточном ходе температуры 24 ч, в годо­вом - 12 мес.

2. Возрастание глубины в арифметической прогрессии приво­дит к уменьшению амплитуды температуры в геометрической прогрессии. Так, на поверхности суточная амплитуда равна 30 °С, на глубине 20 см - 5, на глубине 40 см - 1 °С, с глубины 70 см на­чинается слой постоянной суточной температуры. Амплитуда го­довых колебаний температуры уменьшается с глубиной по тому же закону. Постоянную температуру в средних широтах наблюда­ют на глубине 15...20см.

3. Сроки наступления максимальных и минимальных темпе­ратур как в суточном, так и в годовом ходе запаздывают с глуби­ной пропорционально ее увеличению; суточные - на 2,5...3,5 ч на каждые 10 см глубины, годовые - на 20...30сут на каждый метр глубины.

Рис. 4.3. Изоплеты годового хода температуры почвы в Москве на оголенном участке (а) и под травяным покровом (б)

Изменения температуры в почве с глубиной в течение суток или года можно представить в виде графика изоплет (рис. 4.3). На­неся средние значения температуры на разных глубинах для конк­ретного пункта наблюдений в различные месяцы (часы), плавно проводят изолинии (изоплеты), соединяющие точки с равными температурами.

Контрольные вопросы и задания

1. Перечислите процессы нагревания и охлаждения почвы. 2. При каких усло­виях тепло идет в глубь почвы (тип инсоляции), а при каких поток тепла направ­лен из глубины к поверхности (тип излучения)? 3. Опишите приборы и методы измерения температуры почвы и грунта. 4. Что влияет на амплитуду суточного хода температуры почвы? 5. Что такое график изоплет?

Суточный ход температуры воздуха у земной поверхности

1. Температура воздуха изменяется в суточном ходе вслед за температурой земной поверхности. Поскольку воздух нагревается и охлаждается от земной поверхности, амплитуда суточного хода температуры в метеорологической будке меньше, чем на поверхности почвы, в среднем примерно на одну треть. Над поверхностью моря условия сложнее, о чем будет сказано дальше.

Рост температуры воздуха начинается вместе с ростом температуры почвы (минут на 15 позже) утром, после восхода солнца. В 13-14 ч температура почвы, как мы знаем, начинает понижаться. В 14-15 ч начинает падать и температура воздуха. Таким образом, минимум в суточном ходе температуры воздуха у земной поверхности приходится на время вскоре после восхода солнца, а максимум - на 14-15 ч.

Суточный ход температуры воздуха достаточно правильно проявляется лишь в условиях устойчивой ясной погоды. Еще более закономерным представляется он в среднем из большого числа наблюдений: многолетние кривые суточного хода температуры- плавные кривые, похожие на синусоиды.

Но в отдельные дни суточный ход температуры воздуха может быть очень неправильным. Это зависит от изменений облачности, меняющих радиационные условия на земной поверхности, а также от адвекции, т. е. от притока воздушных масс с другой температурой. В результате этих причин минимум температуры может сместиться даже на дневные часы, а максимум - на ночь. Суточный ход температуры может вообще исчезнуть или кривая суточного изменения примет сложную форму. Иначе говоря, регулярный суточный ход перекрывается или маскируется непериодическими изменениями температуры. Например, в Хельсинки в январе с вероятностью 24 % суточный максимум температуры приходится на время между полуночью и часом ночи, и только в 13% он приходится на промежуток времени от 12 до 14 ч.

Даже в тропиках, где непериодические изменения температуры слабее, чем в умеренных широтах, максимум температуры приходится на послеполуденные часы только в 50 % всех случаев.

В климатологии обычно рассматривается суточный ход температуры воздуха, осредненный за многолетний период. В таком осредненном суточном ходе непериодические изменения температуры, приходящиеся более или менее равномерно на все часы суток, взаимно погашаются. Вследствие этого многолетняя кривая суточного хода имеет простой характер, близкий: к синусоидальному.
Для примера приводим на рис. 22 суточный ход температуры воздуха в Москве в январе и июле, вычисленный по многолетним данным. Вычислялась многолетняя средняя температура для каждого часа январских или июльских суток, а затем по полученным средним часовым значениям были построены многолетние кривые суточного хода для января и июля.

Рис. 22. Суточный ход температуры воздуха в январе (1) и июле (2). Москва. Средняя месячная температура 18.5 °С для июля, -10 "С для января.

2. Суточная амплитуда температуры воздуха зависит от многих влияний. Прежде всего она определяется суточной амплитудой температуры на поверхности почвы: чем больше амплитуда на поверхности почвы, тем больше она в воздухе. Но суточная амплитуда температуры на поверхности почвы зависит в основном от облачности. Следовательно, и суточная амплитуда температуры воздуха тесно связана с облачностью: в ясную погоду она значительно больше, чем в пасмурную. Это хорошо видно из рис. 23, на котором представлен суточный ход температуры воздуха в Павловске (под Ленинградом), средний для всех дней летнего сезона и отдельно для ясных и пасмурных дней.

Суточная амплитуда температуры воздуха изменяется еще по сезонам, по широте, а также в зависимости от характера почвы и рельефа местности. Зимой она меньше, чем летом, так же как и амплитуда температуры подстилающей поверхности.

С увеличением широты суточная амплитуда температуры воздуха убывает, так как убывает полуденная высота солнца над горизонтом. Под широтами 20-30° на суше средняя за год суточная амплитуда температуры около 12 °С, под широтой 60° около 6 °С, под широтой 70° только 3 °С. В самых высоких широтах, где солнце не восходит или не заходит много дней подряд, регулярного суточного хода температуры нет вовсе.

Имеет значение и характер почвы и почвенного покрова. Чем больше суточная амплитуда температуры самой поверхности почвы, тем больше и суточная амплитуда температуры воздуха над ней. В степях и пустынях средняя суточная ампли-

Туда достигает 15-20 °С, иногда 30 °С. Над густым растительным покровом -она меньше. На суточной амплитуде сказывается и близость водных бассейнов: в приморских местностях она меньше.

Рис. 23. Суточный ход температуры воздуха в Павловске в зависимости от облачности. 1 - ясные дни, 2 - пасмурные дни, 3 - все дни.

На выпуклых формах рельефа местности (на вершинах и склонах гор и холмов) суточная амплитуда температуры воздуха уменьшена в сравнении с равнинной местностью, а на вогнутых формах рельефа (в долинах, оврагах и лощинах) увеличена (закон Воейкова). Причина заключается в том, что на выпуклых формах рельефа воздух имеет уменьшенную площадь соприкосновения с подстилающей поверхностью и быстро сносится с нее, заменяясь новыми массами воздуха. В вогнутых же формах рельефа воздух сильнее нагревается от поверхности и больше застаивается в дневные часы, а ночью сильнее охлаждается и стекает по склонам вниз. Но в узких ущельях, где и приток радиации, и эффективное излучение уменьшены, суточные амплитуды меньше, чем в широких долинах.

3. Понятно, что малые суточные амплитуды температуры на поверхности моря имеют следствием и малые суточные амплитуды температуры воздуха над морем. Однако эти последние все же выше, чем суточные амплитуды на самой поверхности моря. Суточные амплитуды на поверхности открытого океана измеряются лишь десятыми долями градуса, но в нижнем слое воздуха над океаном они доходят до 1 - 1,5 °С (см. рис. 21), а над внутренними морями и того больше. Амплитуды температуры воздуха повышены потому, что на них сказывается влияние адвекции воздушных масс. Также играет роль и непосредственное поглощение солнечной радиации нижними слоями воздуха днем и излучение ими ночью.