Тема: температурный режим почвы. Суточный и годовой ход температуры почвы Суточный и годовой ход температуры почвы

Изменение температуры почвы в течение суток называется суточным ходом. Суточный ход температуры обычно имеет один максимум и один минимум. Минимум температуры поверхности почвы при ясной погоде наблюдается перед восходом Солнца, когда радиационный баланс еще отрицателен, а обмен теплом между воздухом и почвой незначителен. С восходом Солнца температура поверхности почвы возрастает, особенно при ясной погоде. Максимум температуры наблюдается около 13 часов, затем температура начинает понижаться, что продолжается до утреннего минимума. В отдельные дни указанный суточный ход температуры почвы нарушается под влиянием облачности, осадков и других факторов. При этом максимум и минимум могут смещаться на другое время (рис.4.2).

Рисунок 4.2. Суточный ход температуры воздуха и почвы на поверхности и на различных глубинах (Воронеж, август). (доступно при скачивании полной версии учебника)

Изменение температуры почвы в течение года называется годовым ходом. Обычно график годового хода строится по средним месячным температурам почвы. Годовой ход температуры поверхности почвы определяется в основном различным приходом солнечной радиации в течение года. Максимальные средние месячные температуры поверхности почвы в умеренных широтах северного полушария наблюдаются обычно в июле, когда приток тепла к почве наибольший, а минимальные – в январе – феврале.
Разность между максимумом и минимумом в суточном или годовом ходе называется амплитудой хода температуры .
На амплитуду суточного хода температуры почвы влияют; время года, географическая широта, рельеф местности, растительный и снежный покров, теплоемкость и теплопроводность почвы, цвет почвы, облачность (рис. 4.3).

Рисунок 4.3. Термоизоплеты почвы, годовой ход (доступно при скачивании полной версии учебника)

На амплитуду годового хода температуры поверхности почвы влияют те же факторы, что и на амплитуду суточного хода, за исключением времени года. Амплитуда годового хода, в отличие от суточного, возрастает с увеличением широты.
Суточные и годовые колебания температуры почвы вследствие теплопроводности передаются в более глубокие ее слои. Слой почвы, в котором наблюдается суточный и годовой ход температуры, называется активным слоем .

К распространению тепла в почве применима общая теория молекулярной теплопроводности, предложенная Фурье. Законы распространения тепла в почве носят название законов Фурье .

Скачать полную версию учебника (с рисунками, формулами, картами, схемами и таблицами) одним файлом в формате MS Office Word

Физико-географическое положение.

Физико-географическое положение - это пространственное расположение какой-либо местности (страны, района, населенного пункта или какого-либо другого объекта) по отношению к физико-географическим данностям (экватору, начальному меридиану, горным системам, морям и океанам и т.д.).

Соответственно физико-географическое положение определяется: географическими координатами (широта, долгота), абсолютной высотой по отношению к уровню моря, близостью (или отдаленностью) к морю, рекам, озерам, горам и т.п., положением в составе (расположением) природных (климатических, почвенно-растительных, зоогеографических) зон.

Самарская область расположена на юго-востоке Восточно-Европейской равнины, в центральной части России в 1000 км от Москвы в среднем течении реки Волги по обоим ее берегам, где она делает дугообразную излучину – Самарскую луку. Делится на правобережную и левобережную части.

Правобережье занято Приволжской возвышенностью, пересечённой оврагами и балками. В северной части Самарской Луки - горы Жигули (высота до 370 м). В левобережье, на северо-западе расположено Низкое Заволжье, на северо-востоке - Высокое Заволжье (Сокольи, Кинельские Яры). На юге - пологоволнистая равнина (Средний Сырт, Каменный Сырт), переходящая на юго-востоке в Общий Сырт.

Протяженность области с севера на юг - 335 км, с запада на восток - 315 км. Занимает площадь в 53,6 тыс. кв. км. Это 0,3% общей площади территории России. Граничит с Ульяновской, Саратовской, Оренбургской областями и Республикой Татарстан.

Самара расположена на излучине Самарской луки, на левом берегу реки Волги, между устьями рек Самара и Сок. Протяженность в меридианном направлении - 50 км, в широтном - 20 км. Географические координаты 53°12" северной широты и 50°06" восточной долготы. Площадь территории города - около 465,97 км² .

Город расположен на новых образованиях, которые лежат на пермских породах. Со стороны Волги преобладают песчаные почвы, со стороны реки Самара - глинистые.

На севере города расположены Сокольи горы. Максимальная вершина гора Тип-Тяв - 286 метров.

Температура на поверхности почвы имеет суточный ход. Минимум ее наблюдается в 3 часа, это связано с излучением почвы и наибольшим ее охлаждение перед восходом солнца. Затем температура поверхности почвы до 13-14 и достигает максимума в 15 часов, на это время приходится максимум солнечной радиации.

Рис.1. Температура поверхности почвы.

Анализируя график видно, что максимальная температура почвы в Самаре была 39 градусов в июле в 1984 году, минимальная температура -43 градуса наблюдалась в январе 1942 года.

В среднемесячных и среднегодовых значениях температуры максимум наступает в июле 20,4 ºС, а минимум в январе -13,5 ºС.
Температура воздуха.

Воздух, как и всякое тело, имеет температуру, отличную от абсолютного нуля. Температура воздуха в каждой точке атмосферы со временем непрерывно меняется. Кроме того, в разных местах Земли в одно и то же время она также может существенно различаться.

Рис.2. Температура воздуха.

Анализируя график видно, что максимальное значение температуры воздуха приходится на летние месяцы: июль – +64 ºС в 1954 году, июнь 1954 и 1975 годов +63 ºС. Следовательно, по высоким значениям температуры характерна засушливость. А минимальные значения температуры воздуха приходится на зимние месяцы: декабрь – -46 ºС в 1979 году, январь – -46 ºС в 1979 году,. Средняя месячная температура воздуха изменяется от +26 ºС в июле, до -14 ºС в январе. Следовательно, по низким значениям температуры зима в регионе холодная и продолжительная, а лето жаркое с частыми засухами, с большими колебаниями температуры и неустойчивостью погоды.

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. Затем начинается ее понижение, хотя радиационный баланс еще остается положительным. Объясняется это тем, что после 13 часов возрастает отдача тепла поверхностью почвы в воздух путем турбулентности и за счет 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 ее слои. Слой почвы или воды, температура которого испытывает суточные и годовые колебания, называется активным.

Распространение температурных колебаний в глубь почвы описывается тремя законами Фурье:

Первый из них гласит, что период колебаний с глубиной не изменяется;

Второй говорит о том, что амплитуда колебаний температуры почвы с глубиной уменьшается в геометрической прогрессии;

Третий закон Фурье устанавливает, что максимальные и минимальные температуры на глубинах наступают позднее, чем на поверхности почвы, причем запаздывание прямо пропорционально глубине.

Слой почвы, в котором температура остается неизменной в течение суток называется слоем постоянной суточной температуры (ниже 70 - 100 см). Слой почвы, в котором температура почвы остается неизменной в течение года, называется слоем постоянной годовой температуры . Этот слой начинается с глубины 15-30 м.

В высоких и умеренных широтах встречаются обширные области, где слои почвы остаются мерзлыми в течение многих лет, не оттаивая летом. Эти слои называются вечной мерзлотой.

Вечная мерзлота может залегать как непрерывным слоем, так и в виде отдельных слоев, перемежаясь талой почвой. Мощность слоя вечной мерзлоты колеблется от 1-2 м до нескольких сотен м. Например, в Якутии мощность вечной мерзлоты составляет 145 м, в Забайкалье – около 70 м.

Нагревание и охлаждение водоемов

Поверхностный слой воды, как и почвы, хорошо поглощает инфракрасную радиацию: условия ее поглощения и отражения водой и почвой отличаются мало. Другое дело – коротковолновая радиация.

Вода, в отличие от почвы, представляет для нее прозрачное тело. Поэтому радиационное нагревание воды происходит в ее толще.

Существенные различия теплового режима воды и почвы вызываются следующими причинами:

Теплоемкость воды в 3-4 раза больше теплопроводности почвы. При одинаковом приходе или расходе тепла температура воды изменяется меньше;

Частицы воды обладают большей подвижностью, поэтому в водоемах передача тепла внутрь происходит не путем молекулярной теплопроводности, а за счет турбулентности. Охлаждение воды ночью и в холодное время года происходит быстрее, чем нагревание ее днем и летом, и амплитуды суточных колебаний температуры воды, также как и годовые, малы.

Глубина проникновения годовых колебаний в водоемы составляет 200 - 400 м.

Лекция 4

ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ ПОЧВЫ

Лучистая энергия в деятельном слое преобразуется в тепло­вую. При положительном радиационном балансе (днем, летом) часть этого тепла затрачивается на нагревание деятельного слоя, часть - на нагревание приземного воздуха, растений, а часть - на испарение воды с почвы и растений. Когда радиационный баланс отрицательный (ночью, зимой), затраты тепла, связан­ные с эффективным излучением деятельной поверхности, ком­пенсируются приходом тепла из деятельного слоя, от воздуха, часть тепла выделяется при конденсации (сублимации) водяного пара на деятельной поверхности. Этот приход и расход энергии на деятельной поверхности выражаются уравнением теплового баланса:

В=А+Р+LЕ

где В - радиационный баланс деятельной поверхности; А - поток тепла между деятельной поверхностью и нижележащими слоями; Р - поток тепла между по­верхностью и приземным слоем воздуха; LЕ - поток тепла, связанный с фазовы­ми преобразованиями воды (испарение - конденсация).

Другие составляющие теплового баланса земной поверхности (потоки тепла от энергии ветра, приливов, от выпадающих осад­ков, расход энергии на фотосинтез и др.) значительно меньше указанных ранее членов баланса, поэтому их можно не прини­мать во внимание.

Смысл уравнения заключается в уравновешивании радиаци­онного баланса земной поверхности нерадиационной передачей тепла.

Суточный и годовой ход температуры поверхности почвы

Из того, что тепловой баланс земной поверхности равен нулю, не следует, что температура поверхности не меняется. Когда передача тепла направлена вниз (+А), то значительная часть тепла, приходящая к поверхности сверху, остается в дея­тельном слое. Температура этого слоя, а следовательно, и дея­тельной поверхности при этом возрастают. Напротив, при пере­даче тепла через земную поверхность снизу вверх (-А) тепло в атмосферу уходит прежде всего из деятельного слоя, вследствие чего температура поверхности понижается.

Дневное нагревание и ночное охлаждение поверхности по­чвы вызывают суточные колебания ее температуры. Суточный ход температуры имеет обычно по одному максимуму и миниму­му. Минимум температуры поверхности почвы при ясной пого­де наблюдается перед восходом Солнца, когда радиационный баланс еще отрицателен, а обмен теплом между воздухом и поч­вой незначителен. С восходом Солнца, по мере увеличения ра­диационного баланса, температура поверхности почвы возраста­ет. Максимум температуры наблюдается около 13 ч, затем тем­пература начинает понижаться.

В отдельные дни указанный суточный ход температуры по­чвы нарушается под влиянием облачности, осадков и других факторов. При этом максимум и минимум могут смещаться на другое время.

Разность между максимумом и минимумом в суточном или годовом ходе называется амплитудой хода температуры .

На амплитуду суточного хода температуры поверхности по­чвы влияют следующие факторы:

время года : летом амплитуда наибольшая, зимой - наимень­шая;

географическая широта : амплитуда связана с полуденной вы­сотой Солнца, которая возрастает в направлении от полюса к экватору, поэтому в полярных районах амплитуда незначитель­на, а в тропических пустынях, где к тому же велико эффектив­ное излучение, она достигает 50...60 0С;

рельеф местности : по сравнению с равниной южные склоны нагреваются сильнее, северные - слабее, а западные - несколько сильнее восточных, соответственно изменяется и амплитуда;

растительный и снежный покров : амплитуда суточного хода под этими покровами меньше, чем при их отсутствии, так как они уменьшают нагрев и охлаждение поверхности почвы;

цвет почвы : амплитуда суточного хода температуры поверх­ности темных почв больше, чем светлых, поскольку поглощение и излучение радиации у первых больше, чем у вторых;

состояние поверхности : рыхлые почвы имеют большую амп­литуду, чем плотные; в плотных почвах поглощенное тепло рас­пространяется вглубь, а в рыхлых остается в верхнем слое, по­этому последние больше нагреваются;

влажность почвы : на поверхности влажных почв амплитуда меньше, чем на поверхности сухих; во влажных почвах погло­щенное тепло, как и в плотных почвах, распространяется вглубь, а часть тепла затрачивается на испарение, вследствие этого они меньше нагреваются, чем сухие;

облачность : в пасмурную погоду амплитуда значительно меньше, чем в ясную, так как облачность уменьшает дневной прогрев и ночное охлаждение деятельной поверхности.

Годовой ход температуры поверхности почвы определяется различным приходом солнечной радиации в течение года.

Наименьшие температуры на поверхности почвы обычно на­блюдаются в январе - феврале, наибольшие - в июле или авгус­те.

На амплитуду годового хода температуры поверхности почвы влияют те же факторы, что и на амплитуду суточного хода, за ис­ключением широты места. Амплитуда годового хода в отличие от суточного возрастает с увеличением широты.

Теплофизические характеристики почвы

Между поверхностью почвы и ее нижележащими слоями про­исходит непрерывный обмен теплом. Передача тепла в почву осуществляется главным образом за счет молекулярной тепло­проводности.

Нагревание и охлаждение почвы в основном зависят от ее теплофизических характеристик: теплоемкости и теплопровод­ности.

Теплоемкость - количество тепла, необходимое для повышения температуры почвы на 1 °С. Различают удельную и объемную теплоемкость.

Удельной теплоемкостью (С уд ) называют количество тепла, не­обходимое для нагревания 1 кг почвы на 1 °С.

Объемной теплоемкостью (С об ) называют количество тепла, не­обходимое для нагревания 1 м3 почвы на 1° С.

Способность почвы передавать тепло от слоя к слою называ­ют теплопроводностью .

Мерой теплопроводности почвы служит коэффициент тепло­проводности , который численно равен количеству теп­ла, Дж, проходящего за 1 с через основание столба почвы сече­нием 1 м² и высотой 1 м.

Коэффициент теплопроводности почвы зависит главным образом от соотношения содержания в ней воздуха и воды .

Теплофизические характеристики почвы также зависят от её плотности . С уменьшением плотности теплоемкость и тепло­проводность сухих почв снижаются. Поэтому разрыхленные по­чвы в пахотном слое днем теплее, чем плотные, а ночью холод­нее. Кроме того, разрыхленная почва имеет большую удельную поверхность, чем плотная, и поэтому днем поглощает больше радиации, а ночью интенсивнее излучает тепло.

Измерение температуры и глубины промерзания почвы

Для измерения температуры почвы применяют жидкостные (ртутные, спиртовые, толуоловые), термоэлектрические, элект­ротермометры сопротивления и деформационные термометры.

Срочный термометр ТМ-3, ртутный, используют для измере­ния температуры поверхности почвы в данный момент (срок).

Максимальный термометр ТМ-1, ртутный, служит для изме­рения наивысшей температуры поверхности за период между сроками наблюдений.

Максимальный термометр отличается от срочного тем, что в канал капилляра непосредственно около резервуара входит тон­кий штифтик, впаянный в дно резервуара. В ре­зультате этого в месте сужения происходит разрыв ртути, и та­ким образом фиксируется максимальное значение температуры за данный промежуток времени.

Минимальный термометр ТМ-2, спиртовой, применяют для измерения самой низкой температуры поверхности почвы за пе­риод между сроками наблюдений. Особенность устройства этого термометра заключается в том, что внутрь капилляра закладыва­ется маленький из темного стекла штифтик. При понижении температуры поверхностная пленка менис­ка движется в сторону резервуара и перемещает за собой штиф­тик. При повышении температуры спирт, расширяясь, свободно обтекает штифтик. Последний остается на месте, указывая уда­ленным от резервуара концом минимальную температуру между сроками наблюдений.

Коленчатые термометры (Савинова) ТМ-5, ртутные, предназ­начены для измерения температуры почвы в теплый период на глубинах 5, 10, 15 и 20 см.

Термометр-щуп АМ-6, толуоловый, используют для походных измерений температуры почвы на глубинах 3...40 см.

Транзисторный электротермометр ТЭТ-2 применяют для из­мерения температуры пахотного слоя в теплый период. Им можно измерять и температуру в буртах корнепло­дов, картофеля, в зерновой массе в засеках.

Трость агронома ПИТТ-1 предназначена для измерения тем­пературы пахотного слоя и замера глубины вспашки. Принцип его действия основан на измерении омического со­противления в зависимости от температуры.

Вытяжные термометры ТПВ-50, ртутные, предназначены для измерений температуры почвы на глубинах 20...320 см в течение года. Их можно также использовать в хозяйствах для измерения температуры в буртах, силосных ямах и т. п.

В последнее время получили развитие методы бесконтактно­го определения температуры поверхности почвы со спутников, самолетов и вертолетов, позволяющие получать осредненные значения температуры для значительных участков земной по­верхности.

Мерзлотомер АМ-21 применяют для измерения глубины промерзания почвы. Этот прибор состоит из эбонито­вой трубки, на верхней части которой нанесены деления в сан­тиметрах для определения высоты снежного покрова. В эту трубку помещают резиновую трубку с делениями через 1 см, за­полненную дистиллированной водой.

Температуру по Международной практической шкале изме­ряют в градусах Цельсия (°С). Градус по этой шкале составляет 1/100 интервала между точками таяния льда (0 °С) и кипения воды (100 °С).

Значение температуры почвы для растений

Одним из важнейших факторов жизни растения является температура почвы. Прорастание семян, развитие корневой системы, жизнедеятельность почвенной микрофлоры, усвое­ние корнями продуктов минерального питания и др. в боль­шой степени зависят от температуры почвы. С повышением температуры почвы все эти процессы активизируются. Значи­тельное понижение температуры почвы приводит к гибели по­севов озимых зерновых культур, многолетних трав и плодовых деревьев.

Семена большинства сельскохозяйственных культур в сред­ней полосе прорастают при температуре 3...5 °С, а такие, как рис, хлопчатник и др., требуют значительно более высоких тем­ператур - 13...15 °С.

С повышением температуры почвы до оптимальной скорость прорастания семян возрастает, что обусловливает сокращение продолжительности периода от посева до появления всходов.

Температурный режим почвы непосредственно влияет на скорость роста корневой системы. При пониженных и повышенных температурах показатели роста ухудшаются.

После появления всходов температура почвы не теряет свое­го значения для растений. Они лучше растут и развиваются, если их корни находятся в среде с несколько пониженной (на 5...10 °С) температурой по сравнению с надземными органами.

Температура почвы оказывает большое влияние на жизнедея­тельность микроорганизмов и, следовательно, на обеспечен­ность растений элементами минерального питания, скорость разложения органического вещества, синтез гуминовых веществ и т. д.

Температурный режим определяет накопление подвижных питательных веществ в почве. Воздействуя на скорость движе­ния воды и растворимых солей, температура влияет на темпы поступления питательных веществ в растения из почвы и вне­сенных удобрений. При невысоких температурах (8...10 °С) сни­жается, например, поступление в корни и передвижение из кор­ней в надземные органы азота, ослабляется его расход на обра­зование органических азотных соединений. При более низких температурах (5...6 °С и ниже) поглощение корнями азота и фос­фора резко уменьшается. Снижается при этом и поглощение ка­лия.

Тесно связаны с температурным режимом почвы также рас­пространение и вредоносность болезней и вредителей сельско­хозяйственных растений. У ряда теплолюбивых культур (кукуру­за, хлопчатник) болезни проростков и повреждение семян пле­сенью проявляются при низких температурах (в холодные вёс­ны), когда термические условия неблагоприятны для растений.

Вредители растений, личинки которых находятся в почве, в зависимости от температуры могут принести больший или мень­ший вред.

1. Процессы нагревания и охлаждения почвы.

2. Теплофизические характеристики почвы

3. Суточный и годовой ход температуры почвы. Законы Фурье.

4. Зависимость температуры почвы от рельефа, снежного и растительного покрова.

6. Значение температуры почвы для растений. Оптимизация температурного режима почвы.

1. Процессы нагревания и охлаждения почвы

Солнечная радиация, поглощенная сушей, преобразуется в тепло, и часть этого тепла идет на нагревание почвы.

Температурный режим почвы зависит от радиационного баланса. Если он положительный, то поверхность почвы нагревается; а если он отрицательный, то она охлаждается.

Кроме того, на температурный режим почвы влияют процессы испарения и конденсации водяного пара на поверхности почвы:

При конденсации выделяется тепло, нагревающее почву.

При испарении тепло затрачивается и почва охлаждается.

Между поверхностью почвы и ее нижними слоями происходит непрерывный обмен теплом.

Если радиационный баланс положительный, поток тепла направлен от поверхности почвы вглубь.

Если радиационный баланс отрицательный и поверхность почвы холоднее нижележащих слоев, то поток тепла направлен вертикально вверх.

где d – плотность почвы в кг/м³.

Теплоемкость различных почв зависит не от их минерального состава, а от соотношения воды и воздуха в их порах. Так как теплоемкость воды, примерно, в 3,5 тысячи раз больше, чем воздуха, следовательно, сухие почвы имеют меньшую теплоемкость; то есть при одинаковом поступлении тепла они нагреваются, а при отдаче тепла, охлаждаются сильнее, чем влажные почвы.

4. Теплопроводность почвы –это способность почвы передавать тепло от слоя к слою.

λ - коэффициент теплопроводности [Дж· сек/м ·ºС].

Наиболее высокая теплопроводность у минеральной части почвы (то есть песка, глины), меньше – почвенной воды и минимальная – у почвенного воздуха.

Коэффициент температуропроводности – характеризует скорость распространения тепла в почве (чем он больше, тем скорость выше).

(≈0,1 – 0,2 м²/сек)

Измеряется в [м²/сек]

Теплофизические характеристики почвы зависят от ее влажности. С увеличением влажности почвы теплоемкость постоянно растет.

Теплопроводность почвы возрастает до тех пор, пока она не станет равной теплопроводности воды [≈ 5,5∙ 10 4 Дж/сек] и после этого не изменяется

В связи с этим коэффициент температуропроводности с увеличением влажности почвы сначала резко возрастает, а затем снижается.

Кроме того, температурный режим почвы зависит от:

1. Цвета почв (темные лучше нагреваются).

2. Плотности почв (плотные имеют большую теплоемкость и теплопроводность, чем рыхлые).

3. Полив и осадки увеличивают затраты тепла на испарение и, таким образом, охлаждают почву.

3. Суточный и годовой ход температуры почвы. Закон Фурье

«Изменение температуры почвы в течении суток, называют суточным ходом температуры почвы».

Максимальная температура почвы в течении суток наблюдается, примерно, в 13 часов местного времени; минимальная – перед восходом Солнца. Но, под влиянием осадков, облачности и других факторов максимум и минимум могут смещаться.

«Изменение температуры почвы в течении года – годовой ход температуры почвы».

максимум – в июле, минимум в январе, феврале.

«Разница между максимальным и минимальным значением в суточном или годовом ходе, называется амплитудой хода температуры почвы»

Амплитуда суточного и годового хода температуры почвы зависит от:

1. Рельефа (северные склоны нагреваются меньше южных, и, поэтому, имеют меньшую амплитуду).

2. Растительность с снежный покров уменьшают амплитуду, так как снижают нагрев и охлаждение почвы под ними.

3. Чем больше теплоемкость и теплопроводность почвы, тем меньше ее амплитуда.

4. Облачность – уменьшает амплитуду температуры почвы.

5. Темные почвы имеют большую амплитуду, чем светлые, так как лучше поглощают и излучают радиацию

6. Кроме того, амплитуда суточного хода температуры почвы зависит от времени года (летом она максимальна, зимой минимальна).

Закон Фурье

Распространение тепла вглубь почвы происходит в соответствии с законами Фурье:

1).Период колебания температуры почвы с глубиной не изменяется (то есть интервал между двумя последовательными максимумом и минимумом, 24 часа, 12 месяцев)

2). Амплитуда колебания с глубиной уменьшается.

« Слой почвы, в котором температура в течение суток не изменяется, называется

слоем постоянной суточной температуры почвы».

(в наших широтах он начинается с глубины 70 – 100 см)

«Слой земной коры, в котором температура в течении года не изменяется – слой постоянной годовой температуры».(у нас он начинается с глубины 15 – 20 метров)

«Слой почвы, в котором наблюдается, как суточный, так и годовой ход температуры, называется активный слой, или

деятельный слой.

3).Максимумы и минимумы температуры на глубинах запаздывают по сравнению с поверхностью почвы.

Суточные максимумы и минимумы запаздывают, примерно, на 2,5 – 3,5 часа на каждые 10 сантиметров глубины. Годовые максимумы и минимумы, примерно,

на 20-30 суток на 1 метр глубины.

4. Зависимость температуры почвы от рельефа, снежного и растительного покрова

1. По сравнению с горизонтальными участками, южные склоны нагреваются сильнее, а северные слабее. Западные склоны немного теплее восточных (хотя они освещаются Солнцем одинаково, но на восточных часть тепла затрачивается на испарение росы, так как они освещаются в первую половину дня, а западные во вторую, когда росы уже нет).

2. Оголенная почва днем нагревается сильнее, чем покрытая растениями, которые поглощают часть солнечной радиации. Но в тоже время, растения уменьшают ночное охлаждение почвы, вызванное тепловым излучением Земли. Поэтому ночью почва под растительным покровом теплее, чем оголенная.

3. Снежный покров имеет очень низкую теплопроводность. Это снижает обмен теплом между почвой и атмосферой, и предохраняет почву от глубокого промерзания. (Чем больше высота снежного покрова, тем меньше глубина промерзания почвы. При высоте снега более 30 сантиметров, озимые не вымерзают в самые сильные морозы).

5. Замерзание и оттаивание почвы

Почва содержит различные соли, поэтому замерзает не при 0ºС, а при –0,5; -1,5ºС.

Промерзание начинается с верхних слоев, и в течение зимы продвигается вглубь почвы.

Глубина промерзания зависит от:

1. Суровости и продолжительности зимы.

2. Высоты снежного покрова

3. Наличия или отсутствия растительного покрова.

4. Влажности почвы (сухие промерзают глубже)

В Северном полушарии есть районы, где почва не оттаивает полностью даже летом. Это районы вечной (многолетней) мерзлоты. Мощность мерзлого слоя почвы от 1 – 2 метров на юге, до 500 и более метров на севере. Летом верхний слой мерзлоты оттаивает на несколько десятков сантиметров глубины, и здесь можно возделывать некоторые овощные и зерновые культуры. Но так как мерзлый грунт не пропускает влагу, то оттаявшая почва обычно избыточно влажная. Поэтому на Севере нашей области много болот (формируются гидроморфные почвы).

6. Значение температуры почвы для растений

Прорастание семян происходит только при определенной температуре.

Поглощение минеральных веществ увеличивается с увеличением температуры почвы.

Охлаждение почвы ниже оптимальной, задерживает рост подземных органов и снижает урожай.

Но слишком высокая температура (выше оптимальной) действует отрицательно (например: замедляется развитие семян).

Оптимизация температурного режима почвы.

1. Использование теплоизоляционных и укрывных материалов (полиэтилен, стеклянные рамы и т. д.)

2. Изменение альбедо почвы путем мульчирования (покрывают торфом, каменноугольной пылью, известью)

3. Увлажнение или осушение почвы (при этом изменяется расход тепла на испарение).

ТЕМА: ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ ВОЗДУХА

1. Процессы нагревания и охлаждения воздуха.

2. Изменение температуры воздуха с высотой.

3. Устойчивость атмосферы.

4. Температурные инверсии.

5. Суточный и годовой ход воздуха.

6. Характеристики температурного режима воздуха.

1.Процессы нагревания и охлаждения воздуха

Нижние слои атмосферы плохо поглощают солнечную радиацию, поэтому воздух нагревается, главным образом, за счет тепла земной поверхности.

Днем, когда радиационный баланс положительный, наибольшую температуру имеет суша, более низкая температура у воздуха, а еще холоднее вода; которая обладает очень высокой теплоемкостью.

Ночью суша охлаждается быстро и имеет наиболее низкую температуру, более теплым оказывается воздух, а самую высокую температуру имеет вода, которая охлаждается медленно.

Перенос тепла в атмосфере, а также между атмосферой и подстилающей поверхностью происходит благодаря следующим процессам:

1. Тепловая конвекция – перенос отдельных объемов воздуха по вертикали. Над более прогретыми участками, воздух становится теплее и, следовательно, легче окружающего. Поэтому он поднимается вверх. А его место занимает более холодный соседний воздух, который также нагревается и поднимается.

Над сушей тепловая конвекция возникает днем в теплое время года, а над морями ночью и в холодное время года; когда водная поверхность теплее, чем прилегающие к ней слои воздуха.

2. Турбулентность – вихревые хаотические движения, небольших объемов воздуха в общем потоке ветра. Возникает потому, что отдельные объемы воздуха имеют неодинаковую скорость движения в общем потоке ветра. Следствием турбулентности является интенсивное перемешивание воздуха.

3. Молекулярный теплообмен – обмен теплом между земной поверхностью и прилегающим слоем атмосферы, за счет молекулярной теплопроводности неподвижного воздуха. Это очень медленный процесс.

4. Радиационная теплопроводность – перенос тепла потоками длинноволновой радиации от земной поверхности в атмосферу (Е 3) или в обратном направлении (Е а).

5. Конденсация водяного пара – при этом выделяется тепло, нагревающее воздух. Особенно это характерно для тех слоев атмосферы, где образуются облака.

2. Изменение температуры воздуха с высотой

«Изменение температуры воздуха на сто метров высоты, называется вертикальным градиентом температуры (ВГТ)»

	ВГТ = t н - t в. . 100 Z в -Z н

t н - t в –разность температуры воздуха на нижнем и верхнем уровнях (в градусах Цельсия).

Z в - Z н – разность высот двух уровней (в метрах).

1. Если температура на верхнем уровне меньше, температуры на нижнем уровне, то температура с высотой уменьшается и ВГТ положительный. Это нормальное состояние тропосферы. (тропосфера – это самый нижний слой атмосферы до высоты равной 10 –12 километров от земной поверхности).

2. Если температура на верхнем уровне равна температуре на нижнем уровне, то ВГТ равно 0ºС/100м, то есть температура с высотой не изменяется. Такое состояние называется изотермия.

3. Если температура на верхнем уровне больше, чем температура на нижнем уровне, то температура с высотой повышается. Такое состояние называется температурная инверсия. ВГТ при этом отрицательный.

Максимальное значение ВГТ достигается над сушей в ясные, летние дни, когда температура воздуха у поверхности почвы может на 10 и более градусов превышать температуру на высоте 2 метра; то есть в данном, двухметровом слое воздуха, в пересчете на 100 метров, составляет более 500ºС/100м .

Выше этого слоя ВГТ значительно уменьшается. Кроме того, в любом слое воздуха облачность, осадки, а также, ветер, перемешивающий массы воздуха, способствует заметному снижению ВГТ.

3. Устойчивость атмосферы

Устойчивость атмосферы - способность атмосферы вызывать перемещение объемов воздуха в вертикальном направлении.

Если большой объем воздуха поднимается вверх, он попадает в слои с меньшим атмосферным давлением. В результате данный воздух расширяется, и его давление и температура уменьшаются. При опускании воздуха происходит обратный процесс.

1. Если ВГТ окружающего воздуха будет меньше 1ºС/100м , то поднимающийся воздух на всех высотах будет холоднее окружающего и, следовательно – тяжелее. Поэтому, он вскоре начнет опускаться. Такое состояние называется устойчивое равновесие атмосферы.

2. Если ВГТ окружающего воздуха

равен 1ºС/100м, то поднимающийся

воздух будет всегда иметь такую же

температуру, как и окружающий его

воздух. Поэтому вскоре он прекратит

подъем, но и опускаться, также, не

Будет. Такое состояние атмосферы

называется безразличное. Устойчивое равновесия атмосфер.

3. Если ВГТ окружающего воздуха больше 1ºС/100м, что часто случается летом, при

сильном нагревании земной поверхности, то поднимающийся воздух на всех высотах окажется теплее окружающего и он будет постоянно подниматься, вплоть до верхних границ тропосферы; где в нем, обычно, образуются облака, главным образом, кучево-дождевые, из которых выпадают ливневые дожди, град.

Такое состояние атмосферы называется неустойчивое равновесие. Оно чаще наблюдается в жаркую, солнечную погоду.

Безразличные состояние атмосферы. Неустойчивое равновесие атмосферы

4. Температурные инверсии

Инверсия - возрастание температуры воздуха с высотой.

В зависимости от условий образования бывают:

1. Радиационные инверсии – возникают при радиационном выхолаживании земной поверхности.

Выделяют два вида радиационных инверсий:

А). Ночные -образуются в теплое время года при ясной, безветренной погоде. Усиливаются в течение ночи и достигают максимума на рассвете. После восхода Солнца, инверсия начинает разрушаться. Высота слоя инверсии – несколько десятков метров, в замкнутых горных долинах – до 200 метров.

Б). Зимние – образуются, как ночью, так и днем; но только в холодное время года, когда в антициклональную погоду происходит длительное (часто – несколько недель подряд) выхолаживание земной поверхности. Высота слоя инверсии – до 2-3 километров. Особенно сильные инверсии наблюдаются в замкнутых котловинах, где застаивается холодный воздух. Это характерно для Восточной Сибири (например: Оймякон и Верхоянский –до -71ºС – полюс холода Северного полушария).

2. Адвективные инверсии – образуются при адвекции, (то есть горизонтальном надвижении) теплого воздуха на холодную поверхность, которая и охлаждает нижние слои этого воздуха.

Если происходит движение теплого воздуха над поверхностью снега, то такие адвективные инверсии, называются снежные.

5. Суточный и годовой ход температуры воздуха

В суточном ходе температуры воздуха (на высоте 2 метра) – максимум в 14 – 15 часов, местного времени; минимум перед восходом Солнца.

Амплитуда суточного хода температуры воздуха зависит от времени года и облачности так же, как и амплитуда температуры почвы.

Кроме того, на амплитуду суточного хода температуры воздуха, влияет характер подстилающей поверхности; во-первых, сюда относят рельеф поверхности:

А). В вогнутых формах рельефа (котловины, горные долины, овраги) днем воздух застаивается и прогревается; а ночью, охлажденный воздух стекает со склонов на дно. В результате, амплитуда увеличивается, максимум и минимум выражены более резко.

Б). Выпуклые формы рельефа (холмы, возвышенности) свободно обдуваются ветром, воздух над ними не застаивается. Днем воздух прогревается меньше, чем в котловине, а ночью, охлажденный, он стекает вниз.

То максимум и минимум выражены здесь слабее, амплитуда, следовательно, меньше.

Кроме того, на амплитуду суточного хода температуры воздуха влияет снежный и растительный покров – он уменьшает амплитуду, по сравнению с оголенной почвой; потому что такая почва лучше нагревается и больше охлаждается, а от нее – и нижний слой воздуха.

В годовом ходе температуры воздуха в наших широтах максимум наблюдается в июле, минимум в январе .

Амплитуда годового хода температуры воздуха зависит, главным образом, от географической широты места (от экватора к полюсам она увеличивается), а так же от расстояния местности до моря (чем ближе к морю, тем меньше амплитуда даже на одинаковой широте).

Чем больше амплитуда годового хода температуры воздуха, тем континентальнее климат.

6. Характеристики температурного режима воздуха

1.Средние температуры:

а). Средняя суточная температура – среднее арифметическое из температур, измеренных во все сроки наблюдения в течение суток (это 8 измерений).

б). Средняя месячная температура - среднее арифметическое из средних суточных температур за весь месяц.

в). Средняя годовая температура –среднее арифметическое из средних месячных температур за весь год.

(но, средняя годовая температура не может полностью охарактеризовать климат; например: в Ирландии и Калмыкии она +10ºС, но в Ирландии средняя температура января +7ºС, а в Калмыкии -6ºС. Средняя температура июля +15ºС, а в Калмыкии +24ºС. Поэтому в географии чаще всего используют средние температуры января и июля, как самого холодного и теплого месяцев).

2. Существенно дополняют сведения о средних температурах, максимальные и минимальные температуры.

а). Есть просто максимальные и минимальные температуры.

(например: максимальная и минимальная суточная температура, декадная температура и т. д.)то есть это максимальная или минимальная температура за весь период измерения (сутки, месяц, год и т. д.

б). И существуют абсолютные максимальные и минимальные температуры –это самая низкая или высокая температура, наблюдаемая за многолетний период в данный день, месяц, или в целом за год (например: 24 июля, или в феврале, или за год в целом).

3. Суммы температур – показатель, условно характеризующий количество тепла в данной местности за определенный период.

а). Сумма активных температур - сумма средних суточных температур выше +10ºС

б). Сумма эффективных температур – сумма средних суточных температур, отсчитанных от биологического минимума данной культуры.

Биологический минимум – минимальная среднесуточная температура, при которой способны развиваться растения данной культуры. (например: у яровой пшеницы +5ºС; кукурузы, огурцов +10ºС).