Промяната в температурата на почвата през деня се нарича дневна вариация. Дневни температурни колебанияобикновено има един максимум и един минимум. Минималната температура на почвената повърхност при ясно време се наблюдава преди изгрев слънце, когато радиационният баланс все още е отрицателен, а топлообменът между въздуха и почвата е незначителен. С изгряване на слънцето температурата на почвената повърхност се повишава, особено при ясно време. Максималната температура се наблюдава около 13:00 часа, след което температурата започва да пада, което продължава до сутрешния минимум. В някои дни посоченият дневен ход на температурата на почвата се нарушава под влияние на облачност, валежи и други фактори. В този случай максимумът и минимумът могат да бъдат изместени в друго време (фиг. 4.2).
Фигура 4.2. Ежедневно изменение на температурата на въздуха и почвата на повърхността и на различни дълбочини (Воронеж, август). (достъпно при изтегляне на пълната версия на урока)
Промяната в температурата на почвата през годината се нарича годишен цикъл. Обикновено графиката на годишния ход се основава на средните месечни температури на почвата. Годишно изменение на температурата на повърхността на почватасе определя основно от различното пристигане на слънчевата радиация през годината. Максималните средни месечни температури на почвената повърхност в умерените ширини на северното полукълбо обикновено се наблюдават през юли, когато притокът на топлина към почвата е най-голям, а минималните - през януари - февруари.
Разликата между максимума и минимума в дневен или годишен курс се нарича амплитуда на температурния ход.
Влияе се на амплитудата на дневния цикъл на температурата на почвата; сезон, географска ширина, терен, растителност и снежна покривка, топлинен капацитет и топлопроводимост на почвата, цвят на почвата, облачност (фиг. 4.3).
Фигура 4.3. Почвени топлинни изоплети, годишна вариация(достъпно при изтегляне на пълната версия на урока)
Амплитудата на годишното изменение на температурата на повърхността на почвата се влияе от същите фактори като амплитудата на дневната вариация, с изключение на времето на годината. Амплитудата на годишната вариация, за разлика от дневната, се увеличава с увеличаване на географската ширина.
Ежедневните и годишните колебания на температурата на почвата, дължащи се на топлопроводимостта, се предават на по-дълбоките й слоеве. Нарича се слоят почва, в който се наблюдават дневните и годишните колебания на температурата активен слой.
Общата теория на Фурие за молекулярната топлопроводимост е приложима за разпространението на топлината в почвата. Законите за разпространението на топлината в почватаса наречени Закони на Фурие.
Изтеглете пълната версия на учебника (с фигури, формули, карти, диаграми и таблици) в един файл във формат MS Office Word
Лекция 4
ТЕМПЕРАТУРА НА ПОЧВАТА
Лъчистата енергия в активния слой се превръща в топлина. При положителен радиационен баланс (ден, лято) част от тази топлина се изразходва за нагряване на активния слой, част - за нагряване на повърхностния въздух, растенията и част - за изпаряване на водата от почвата и растенията. Когато радиационният баланс е отрицателен (през нощта, през зимата), топлинните разходи, свързани с ефективното излъчване на активната повърхност, се компенсират от притока на топлина от активния слой, от въздуха, част от топлината се отделя по време на кондензация (сублимация) на водна пара върху активната повърхност. Този вход и изход на енергия на активната повърхност се изразява чрез уравнението на топлинния баланс:
B=A+P+LE
където B е радиационният баланс на активната повърхност; А е топлинният поток между активната повърхност и подлежащите слоеве; P е топлинният поток между повърхностния и приземния слой въздух; LE - топлинен поток, свързан с фазови трансформации на водата (изпарение - кондензация).
Други компоненти на топлинния баланс на земната повърхност (топлинни потоци от вятърна енергия, приливи, валежи, консумация на енергия за фотосинтеза и др.) са много по-малко от гореспоменатите балансови елементи, така че могат да бъдат пренебрегнати.
Смисълът на уравнението е да балансира радиационния баланс на земната повърхност с нерадиационен топлопренос.
Дневно и годишно изменение на температурата на повърхността на почвата
Фактът, че топлинният баланс на земната повърхност е нулев, не означава, че температурата на повърхността не се променя. Когато преносът на топлина е насочен надолу (+A), значителна част от топлината, идваща на повърхността отгоре, остава в активния слой. Температурата на този слой и следователно на активната повърхност също се повишава. Напротив, когато топлината се пренася през земната повърхност отдолу нагоре (-A), топлината към атмосферата излиза предимно от активния слой, в резултат на което температурата на повърхността намалява.
Дневното нагряване и нощното охлаждане на почвената повърхност причиняват ежедневни колебания в нейната температура. Дневният ход на температурата обикновено има един максимум и един минимум. Минималната температура на почвената повърхност при ясно време се наблюдава преди изгрев слънце, когато радиационният баланс все още е отрицателен, а топлообменът между въздуха и почвата е незначителен. С изгрева на Слънцето с увеличаване на радиационния баланс температурата на почвената повърхност се повишава. Максималната температура се наблюдава около 13:00 часа, след което температурата започва да намалява.
В някои дни посоченият дневен ход на температурата на почвата се нарушава под влияние на облачност, валежи и други фактори. В този случай максимумът и минимумът могат да бъдат изместени в друго време.
Разликата между максимума и минимума в дневен или годишен курс се нарича амплитуда на температурния ход.
Относно амплитудата на дневните колебания на температурата на повърхността на почватаповлияни от следните фактори:
сезон : през лятото амплитудата е най-голяма, през зимата - най-малка;
географска ширина : амплитудата е свързана с обедната височина на Слънцето, която се увеличава в посока от полюса към екватора, следователно в полярните райони амплитудата е незначителна, а в тропическите пустини, където освен това ефективната радиация е висока, достига 50 ... 60 0С;
терен : в сравнение с равнината, южните склонове се нагряват по-силно, северните са по-слаби, а западните са малко по-силни от източните, като съответно се променя и амплитудата;
растителност и снежна покривка : амплитудата на дневния цикъл под тези покривки е по-малка, отколкото при тяхното отсъствие, тъй като намаляват нагряването и охлаждането на почвената повърхност;
цвят на почвата : амплитудата на дневните температурни колебания на повърхността на тъмните почви е по-голяма от тази на светлите почви, тъй като поглъщането и излъчването на радиация в първите е по-голямо, отколкото във вторите;
състояние на повърхността : насипните почви имат по-голяма амплитуда от плътните; в плътни почви погълнатата топлина се разпространява по-дълбоко, а в рохкави почви остава в горния слой, така че последните се нагряват повече;
влажност на почвата : на повърхността на влажни почви амплитудата е по-малка, отколкото на повърхността на сухите; при влажни почви погълнатата топлина, както при гъсти почви, се разпространява по-дълбоко и част от топлината се изразходва за изпаряване, в резултат на което те се нагряват по-малко от сухите;
облачност : при облачно време амплитудата е много по-малка, отколкото при ясно време, тъй като облачността намалява дневното отопление и нощното охлаждане на активната повърхност.
годишен курс температурата на повърхността на почвата се определя от различното пристигане на слънчева радиация през годината.
Най-ниските температури на повърхността на почвата обикновено се наблюдават през януари - февруари, най-високите - през юли или август.
Амплитудата на годишното изменение на температурата на почвата се влияе от същите фактори като амплитудата на дневната вариация, с изключение нагеографска ширина на мястото. Амплитудата на годишната вариация, за разлика от дневната, нараства с географската ширина.
Топлофизични характеристики на почвата
Между повърхността на почвата и подлежащите й слоеве има непрекъснат топлообмен. Преносът на топлина към почвата се осъществява главно поради молекулярната топлопроводимост.
Отоплението и охлаждането на почвата зависят основно от нейните топлофизични характеристики: топлинен капацитет и топлопроводимост.
Топлинен капацитет е количеството топлина, необходимо за повишаване на температурата на почвата с 1°C. Разграничаване на специфичен и обемен топлинен капацитет.
Специфична топлина (СЪС уд ) е количеството топлина, необходимо за повишаване на температурата на 1 kg почва с 1 °C.
Обемен топлинен капацитет (СЪС относно ) е количеството топлина, необходимо за загряване на 1 m3 почва с 1 °C.
Нарича се способността на почвата да предава топлина от слой на слойтоплопроводимост .
Мярка за топлопроводимост на почвата е коефициентът на топлопроводимост, което е числено равно на количеството топлина J, преминаващо за 1 s през основата на почвен стълб с напречно сечение 1 m² и височина 1 m.
Коефициентът на топлопроводимост на почвата зависи главно от съотношението на съдържанието в неявъздух и вода .
От нея зависят и топлофизичните характеристики на почватаплътност . С намаляване на плътността топлинният капацитет и топлопроводимостта на сухите почви намаляват. Следователно, разрохканите почви в обработваемия слой са по-топли през деня от гъстите и по-студени през нощта. Освен това рохкавата почва има по-голяма специфична повърхност от плътната почва и следователно поглъща повече радиация през деня и излъчва топлина по-интензивно през нощта.
Измерване на температурата и дълбочината на замръзване на почвата
За измерване на температурата на почвата се използват течни (живак, алкохол, толуен), термоелектрически, съпротивителни електротермометри и деформационни термометри.
спешен термометър ТМ-3, живак, се използва за измерване на температурата на повърхността на почвата в даден момент (термин).
Максимален термометър TM-1, живак, служи за измерване на най-високата повърхностна температура между наблюденията.
Максималният термометър се различава от спешния по това, че тънък щифт, запоен в дъното на резервоара, влиза в капилярния канал непосредствено близо до резервоара. В резултат на това живакът се счупва в точката на стесняване и по този начин се записва максималната стойност на температурата за даден период от време.
Минимален термометър TM-2, алкохол, се използва за измерване на най-ниската температура на повърхността на почвата за периода между периодите на наблюдение. Характеристика на устройството на този термометър е, че вътре в капиляра е поставен малък щифт, изработен от тъмно стъкло. С понижаване на температурата повърхностният филм на менискуса се придвижва към резервоара и премества щифта зад него. С повишаване на температурата алкохолът, разширявайки се, свободно тече около щифта. Последният остава на мястото си, което показва края, отдалечен от резервоара, минималната температура между периодите на наблюдения.
Термометри за лакти (Савинова) ТМ-5, живак, предназначен за измерване на температурата на почвата през топлия период на дълбочина 5, 10, 15 и 20 cm.
Сонда термометър АМ-6, толуен, се използва за полеви измервания на температурата на почвата на дълбочина 3...40 cm.
Транзисторен електротермометър TET-2 се използва за измерване на температурата на обработваемия слой през топлия период. Могат да измерват и температурата в купчините кореноплодни култури, картофи, в зърнената маса в прорезите.
Бастун на агронома PITT-1 е предназначен за измерване на температурата на горния почвен слой и измерване на дълбочината на оран. Принципът му на действие се основава на измерване на омичното съпротивление като функция на температурата.
Екстракционни термометри TPV-50, живак, са предназначени за измерване на температурата на почвата на дълбочини от 20...320 cm през цялата година. Могат да се използват и във ферми за измерване на температурата в купчини, силози и др.
Напоследък бяха разработени методи за безконтактно определяне на температурата на почвената повърхност от спътници, самолети и хеликоптери, които позволяват да се получат осреднени температурни стойности за значителни площи от земната повърхност.
Измервател на вечна замръзване AM-21 се използва за измерване на дълбочината на замръзване на почвата. Това устройство се състои от ебонитова тръба, на върха на която са нанесени деления в сантиметри за определяне на височината на снежната покривка. В тази тръба се поставя гумена тръба с деления през 1 см, пълна с дестилирана вода.
Температурата според международната практическа скала се измерва в градуси по Целзий (°C). Градус в тази скала е 1/100 от интервала между точките на топене на леда (0°C) и точките на кипене на водата (100°C).
Значение на температурата на почвата за растенията
Температурата на почвата е един от най-важните фактори в живота на растенията. Покълването на семената, развитието на кореновата система, жизнената активност на почвената микрофлора, усвояването на минералните хранителни продукти от корените и др. зависят до голяма степен от температурата на почвата. С повишаване на температурата на почвата всички тези процеси се активират. Значителното понижение на температурата на почвата води до загиване на зимни култури, многогодишни треви и овощни дървета.
Семената на повечето земеделски култури в средната зона покълват при температура 3...5 °C, докато семената като ориз, памук и др. изискват много по-високи температури - 13...15 °C.
С повишаване на температурата на почвата до оптималната скорост на покълване на семената се увеличава, което води до намаляване на продължителността на периода от сеитба до поникване.
Температурният режим на почвата пряко влияе върху скоростта на растеж на кореновата система. При ниски и високи температури темповете на растеж се влошават.
След поникване температурата на почвата не губи своето значение за растенията. Те растат и се развиват по-добре, ако корените им са в среда с малко по-ниска (с 5 ... 10 ° C) температура в сравнение с надземните органи.
Температурата на почвата оказва голямо влияние върху жизнената активност на микроорганизмите и следователно върху осигуряването на растенията с минерални хранителни елементи, скоростта на разлагане на органичната материя, синтеза на хумусни вещества и др.
Температурният режим определя натрупването на подвижни хранителни вещества в почвата. Влияяйки върху скоростта на движение на водата и разтворимите соли, температурата влияе върху скоростта на навлизане на хранителни вещества в растенията от почвата и внесените торове. При ниски температури (8 ... 10 ° C), например, влизането в корените и придвижването от корените към надземните органи на азот намалява и консумацията му за образуване на органични азотни съединения е отслабена. При по-ниски температури (5 ... 6 ° C и по-ниски) усвояването на азот и фосфор от корените рязко намалява. В същото време усвояването на калий също намалява.
Разпространението и вредоносността на болестите и неприятелите по земеделските растения също са тясно свързани с температурния режим на почвата. При редица топлолюбиви култури (царевица, памук) при ниски температури (през студени извори), когато термичните условия са неблагоприятни за растенията, се появяват болести на разсада и плесени по семената.
Вредителите по растенията, чиито ларви са в почвата, в зависимост от температурата, могат да причинят повече или по-малко вреда.
Повърхността, директно нагрявана от слънчевите лъчи и отдаваща топлина на подлежащите слоеве и въздуха, се нарича активна повърхност. Температурата на активната повърхност, нейната стойност и промяна (дневна и годишна вариация) се определят от топлинния баланс.
Максималната стойност на почти всички компоненти на топлинния баланс се наблюдава в близките обедни часове. Изключение прави максималният топлообмен в почвата, който пада в сутрешните часове. Максималните амплитуди на денонощното изменение на компонентите на топлинния баланс се наблюдават през лятото, минималните - през зимата.
При дневния ход на температурата на суха и лишена от растителност повърхност в ясен ден максимумът настъпва след 13:00 часа, а минимумът настъпва около изгрева. Облачността нарушава нормалния ход на температурата на повърхността и причинява изместване на времената на максимум и минимум. Влажността и растителната покривка оказват голямо влияние върху повърхностната температура.
Максимумите на температурата на повърхността през деня могат да бъдат +80° и повече (в южната част на Русия +75°). Дневните колебания достигат 40°. Стойността им зависи от сезона, облачността, топлинните свойства на повърхността, нейния цвят, грапавост, растителна покривка и изложение на склона.
Годишният ход на температурата на активния слой е различен на различните географски ширини. Максималната температура на повърхността в средните и високите ширини обикновено се наблюдава през юли, минималната - през януари. Амплитудите на годишните колебания на температурата на активната повърхност на ниските ширини са много малки, на средните ширини на сушата достигат 30°. Годишните колебания в температурата на повърхността в умерените и високите географски ширини са силно повлияни от снежната покривка.
Разпределението на топлината в почвата зависи от редица нейни свойства и преди всичко от топлинния капацитет и топлопроводимостта. Получавайки същото количество слънчева топлина, почвата се нагрява толкова по-бавно, колкото повече обемен топлинен капацитет.Обемният топлинен капацитет на скалите, които изграждат земята, е приблизително два пъти по-малък от топлинния капацитет на водата. Топлинният капацитет на водата е 1, кварц - 0,517, глина - 0,676, въздух - 0,0003.
Преносът на топлина от слой към слой се контролира от топлопроводимостта. Повечето от скалите имат ниска топлопроводимост в (кал)см * сек град.):
Топлопроводимостта на водата е 0,00129 кал / см * сек * градус, на въздуха - 0,000056.
Времето се изразходва за пренос на топлина от слой на слой, а времето за настъпване на максимални и минимални температури през деня се забавя на всеки 10 см с около 3 часа. Ако най-високата температура на повърхността е била около 13:00 часа, на дълбочина 10 cm максималната температура ще дойде около 16:00 часа, а на дълбочина 20 cm - около 19:00 часа и т.н.
При последователно нагряване на подлежащите слоеве от горните, всеки слой поглъща определено количество топлина. Колкото по-дълбок е слоят, толкова по-малко топлина получава и толкова по-слаби са температурните колебания в него. Амплитудите на дневните температурни колебания намаляват с дълбочината с коефициент 2 на всеки 15 cm. Това означава, че ако на повърхността амплитудата е 16°, то на дълбочина 15 cm тя е 8°, а на дълбочина 30 cm е 4°. В същото време периодите на температурни колебания остават непроменени на всички дълбочини. Средно на дълбочина около 1 m дневните колебания в температурата на почвата се отслабват. Слоят, в който тези трептения практически спират, се нарича слой постоянна дневна температура.
Колкото по-дълъг е периодът на температурни колебания, толкова по-дълбоко се разпространяват тези колебания. В средните ширини слоят с постоянна годишна температура се намира на дълбочина 19-20 м, във високите - на дълбочина 25 м. В тропическите годишните температурни амплитуди са малки, а слоят с постоянна годишна амплитуда се намира на дълбочина само 5-10 m.
Моментите на настъпване на максимални и минимални температури през годината се забавят средно с 20-30 дни на метър. По този начин, ако най-ниската температура на повърхността се наблюдава през януари, то на дълбочина 2 m тя се наблюдава в началото на март.
Наблюденията показват, че температурата в слоя с постоянна годишна температура е близка до средната годишна температура на въздуха над повърхността. Нарича се слоят почва, разположен над слоя с постоянна годишна температура и изпитващ годишните си колебания активен слой.
Водата, която има по-висок топлинен капацитет и по-ниска топлопроводимост от земята, се нагрява по-бавно и отделя топлина по-бавно. Слънчевите лъчи, падащи върху водната повърхност, частично се поглъщат от най-горния слой на водата, а частично проникват на значителна дълбочина, директно нагрявайки част от нейния слой. Подвижността на водата го прави възможно. пренос на топлина. Поради турбулентното смесване на водата, преносът на топлина в дълбочина се извършва 1000-10 000 пъти по-бързо, отколкото чрез топлопроводимост. Когато повърхностните слоеве се охладят, възниква термична конвекция, придружена от смесване на водата.
Дневните температурни колебания на повърхността на океана във високите ширини са само 0,1°, в умерените - 0,4°, в тропическите - 0,5°. Дълбочината на проникване на тези колебания е 15-20 м. Годишните температурни амплитуди на повърхността на океана са от 2° в тропическите ширини до 0,8° в умерените ширини. Годишните температурни колебания проникват до дълбочина 200-300 m.
Моментите на температурни максимуми във водните обекти са забавени в сравнение със сушата. Максимумът настъпва около 15-16 часа, минимумът - 2-3 часа след изгрев слънце. Годишната максимална температура на повърхността на океана в северното полукълбо пада през август, минималната - през февруари.
Температурата на повърхността на почвата има денонощни колебания. Неговият минимум се наблюдава около половин час след изгрев слънце. По това време радиационният баланс на повърхността на почвата става равен на нула - топлопреминаването от горния почвен слой чрез ефективна радиация се балансира от увеличения приток на обща радиация. Нерадиационният топлообмен в този момент е незначителен.
След това температурата на почвената повърхност се повишава до 13–14 часа и достига максимум в дневния цикъл. След това температурата започва да пада. Радиационният баланс в следобедните часове и до вечерта остава положителен. През деня обаче топлината се отделя от горния почвен слой в атмосферата не само чрез ефективно излъчване, но и чрез повишена топлопроводимост, както и повишено изпаряване на водата. Преносът на топлина в дълбочината на почвата също продължава. Тези топлинни загуби се оказват много по-големи от радиационния приток, поради което температурата на повърхността на почвата пада от 13–14 часа до сутрешния минимум.
Разликата между дневната максимална и дневната минимална температура се нарича дневна температурна амплитуда.
В Московска област, според S.P. Хромов и М.А. Петросянц (2004), през зимните месеци дългогодишният среднодневен температурен диапазон на повърхността на почвата (снега) е 5–10°C, а през летните месеци е 10–20°C. В някои дни дневните амплитуди могат да бъдат както по-високи, така и по-ниски от дългосрочните средни стойности, в зависимост от редица фактори, предимно облачността. При безоблачно време слънчевата радиация е висока през деня и ефективната радиация през нощта също е висока. Следователно дневният (дневният) максимум е особено висок, а дневният (нощният) минимум е нисък и следователно дневната амплитуда е голяма. При облачно време дневният максимум се понижава, нощният минимум се увеличава, а дневната амплитуда е по-малка.
Температурата на почвената повърхност, разбира се, също се променя през годината. В тропическите ширини годишната му амплитуда (разликата между дългосрочните средни температури на най-топлите и най-студените месеци на годината) е малка и се увеличава с ширината. В северното полукълбо на ширина 10° е около 3°C, на ширина 30° около 10°C, а на географска ширина 50° е средно около 25°C.
В извънтропичните ширини непериодичните промени в температурата на въздуха са толкова чести и значителни, че дневните температурни колебания се проявяват ясно само през периоди на относително стабилно, леко облачно антициклонично време. През останалото време тя е затъмнена от непериодични промени, които могат да бъдат много интензивни. Например охлаждане през зимата, когато температурата по всяко време на денонощието може да падне (при континентални условия) с 10–20°С в рамките на един час.
В тропическите ширини непериодичните температурни промени са по-малко значителни и не нарушават толкова много дневните температурни колебания.
Непериодичните температурни промени са свързани главно с адвекцията на въздушни маси от други региони на Земята. Особено значителни периоди на охлаждане (понякога наричани студени вълни) настъпват в умерените ширини поради навлизането на студени въздушни маси от Арктика и Антарктида. В Европа тежко зимно захлаждане настъпва и при проникване на студени въздушни маси от изток, а в Западна Европа - от европейската територия на Русия. Студените въздушни маси понякога проникват в средиземноморския басейн и дори достигат до Северна Африка и Мала Азия. Но по-често те се задържат пред планинските вериги на Европа, разположени в ширина, особено пред Алпите и Кавказ. Следователно климатичните условия на Средиземноморския басейн и Закавказието се различават значително от условията на близки, но по-северни райони.
В Азия студеният въздух свободно прониква до планинските вериги, които ограничават територията на централноазиатските републики от юг и изток, така че зимите в Туранската низина са доста студени. Но такива планински вериги като Памир, Тиен Шан, Алтай, Тибетското плато, да не говорим за Хималаите, са пречки за по-нататъшното проникване на студени въздушни маси на юг. В редки случаи обаче в Индия се наблюдава значително адвективно охлаждане: в Пенджаб средно с 8–9 ° C, а през март 1911 г. температурата падна с 20 ° C. От запад около планинските вериги се стичат студени маси. По-лесно и по-често студеният въздух прониква в Югоизточна Азия, без да среща значителни препятствия по пътя (S.P. Khromov и M.A. Petrosyants).
В Северна Америка няма планински вериги с ширина. Следователно студените маси на арктическия въздух могат да се разпространят безпрепятствено до Флорида и Мексиканския залив.
Над океаните проникването на студени въздушни маси може да проникне дълбоко в тропиците. Разбира се, студеният въздух постепенно се затопля над топла вода, но все пак може да причини забележими температурни спадове.
Нахлуването на морски въздух от средните ширини на Атлантическия океан в Европа създава затопляне през зимата и охлаждане през лятото. Колкото по-навътре в дълбините на Евразия, толкова по-малко става честотата на атлантическите въздушни маси и толкова повече се променят първоначалните им свойства над континента. Въпреки това влиянието на нашествията от Атлантическия океан върху климата може да се проследи чак до Централносибирското плато и Централна Азия.
Тропическият въздух нахлува в Европа както през зимата, така и през лятото от Северна Африка и от ниските географски ширини на Атлантическия океан. През лятото въздушните маси, близки по температура до въздушните маси на тропиците, и затова се наричат още тропически въздух, се образуват в южната част на Европа или идват в Европа от Казахстан и Централна Азия. През лятото в азиатската територия на Русия се наблюдават прониквания на тропически въздух от Монголия, Северен Китай, от южните райони на Казахстан и от пустините на Централна Азия.
В някои случаи силните покачвания на температурата (до +30°C) по време на летните прониквания на тропически въздух се простират до Далечния север на Русия.
Тропическият въздух нахлува в Северна Америка както от Тихия, така и от Атлантическия океан, особено от Мексиканския залив. На самата континентална част тропическите въздушни маси се образуват над Мексико и южните щати.
Дори в района на Северния полюс температурата на въздуха понякога се повишава до нула през зимата в резултат на адвекция от умерените ширини и затоплянето може да се проследи в цялата тропосфера.
| Съдържание |
|---|
| Климатология и метеорология |
| ДИДАКТИЧЕСКИ ПЛАН |
| Метеорология и климатология |
| Атмосфера, време, климат |
| Метеорологични наблюдения |
| Приложение на карти |
| Метеорологична служба и Световната метеорологична организация (СМО) |
| Климообразуващи процеси |
| Астрономически фактори |
| Геофизични фактори |
| Метеорологични фактори |
| Относно слънчевата радиация |
| Топлинно и радиационно равновесие на Земята |
| директна слънчева радиация |
| Промени в слънчевата радиация в атмосферата и на земната повърхност |
| Явления на разсейване на радиация |
| Обща радиация, отразена слънчева радиация, абсорбирана радиация, PAR, земно албедо |
| Излъчване на земната повърхност |
| Противорадиация или противорадиация |
| Радиационен баланс на земната повърхност |
| Географско разпределение на радиационния баланс |
| Атмосферно налягане и барично поле |
| системи под налягане |
| колебания на налягането |
| Ускорение на въздуха поради баричен градиент |
| Отклоняващата сила на въртенето на Земята |
| Геострофичен и градиентен вятър |
| закон на баричния вятър |
| Фронти в атмосферата |
| Топлинен режим на атмосферата |
| Топлинен баланс на земната повърхност |
| Дневно и годишно изменение на температурата на повърхността на почвата |
| Температури на въздушната маса |
| Годишна амплитуда на температурата на въздуха |
| Континентален климат |
| Облачност и валежи |
| Изпаряване и насищане |
| влажност |
| Географско разпределение на влажността на въздуха |
| атмосферна кондензация |
| Облаци |
| Международна класификация на облаците |
| Облачност, нейната дневна и годишна вариация |
| Валежи от облаци (класификация на валежите) |
| Характеристика на валежния режим |
| Годишният ход на валежите |
| Климатическо значение на снежната покривка |
| Атмосферна химия |
| Химичният състав на земната атмосфера |
| Химичен състав на облаците |
| Химичен състав на валежите |
| Киселинност на валежите |
Дневно и годишно изменение на температурата на почвата
Наблюденията на температурата и температурата на почвата на различни дълбочини се извършват на някои метеорологични станции повече от 70-80 години. Обработката на тези данни позволи да се установят модели на промени в температурата на почвата през деня и годината.
Промяната в температурата на почвата през деня се нарича дневна вариация.Денонощното изменение на температурата обикновено има един максимум и един минимум. Минималната температура на почвената повърхност при ясно време се наблюдава преди изгрев слънце, когато радиационният баланс все още е отрицателен, а топлообменът между въздуха и почвата е незначителен. С изгрев, с промяна на знака и величината на радиационния баланс, температурата на почвената повърхност се повишава, особено при ясно време. Максималната температура се наблюдава около 13:00 часа, след което температурата започва да намалява, което продължава до сутрешния минимум.
В някои дни посоченият дневен ход на температурата на почвата се нарушава под влияние на облачност, валежи и други фактори. В този случай максимумът и минимумът могат да бъдат изместени в друго време. През топлия период при ясно време се наблюдава ясно изразена и редовна денонощна вариация.
Промяната в температурата на почвата през годината се нарича годишен цикъл.Обикновено графиката на годишния ход се основава на средните месечни температури на почвата. Годишният ход на температурата на повърхността на почвата се определя главно от различното пристигане на слънчевата радиация през годината. Максималните средни месечни температури на почвената повърхност в умерените ширини на северното полукълбо обикновено се наблюдават през юли, когато топлинният приток към почвата е най-голям, а минималните - през януари - февруари.
Разликата между максимума и минимума в дневен или годишен курс се нарича амплитудатемпературен курс.
Фактори, влияещи върху амплитудата на дневните и годишните колебания в температурата на почвата
Амплитудата на дневните колебания на температурата на почвата се влияе от:
1) време на годината; през лятото амплитудата е най-голяма, през зимата - най-малка;
2) географска ширина; амплитудата е свързана с обедната височина на Слънцето, която в същия ден нараства в посока от полюса към екватора; следователно в полярните райони амплитудата е незначителна, а в тропическите пустини, където освен това ефективната радиация е висока, тя достига 50-60 ° C;
3) терен; в сравнение с равнината, южните склонове се нагряват по-силно, северните са по-слаби, а западните са малко по-силни от източните; амплитудата също се променя съответно;
4) растителност и снежна покривка; амплитудата на дневния цикъл под тези покривки е по-малка, отколкото при тяхното отсъствие;
5) топлинен капацитет и топлопроводимост на почвата; амплитудата е обратно пропорционална на топлинния капацитет и топлопроводимостта;
6) цвят на почвата; амплитудата на дневните температурни колебания на повърхността на тъмните почви е по-голяма от тази на светлите почви, тъй като поглъщането на радиация и нейното излъчване от тъмните повърхности е по-голямо, отколкото от светлите; повърхностите на сухи и рохкави почви имат по-голяма амплитуда от повърхностите на влажни и плътни почви;
7) облачност: при облачно време амплитудата е много по-малка, отколкото при ясно време.
Амплитудата на годишното изменение на температурата на повърхността на почвата се влияе от същите фактори като амплитудата на дневната вариация, с изключение на времето на годината. Амплитудата на годишната вариация, за разлика от дневната, се увеличава с увеличаване на географската ширина. В екваториалната зона тя е средно 2-3 ° C, а в полярните райони на континентите надвишава 70 ° C (Якутия).
Амплитудата на годишното изменение на температурата на голата почвена повърхност е много по-голяма от тази на повърхността, покрита с растителност или сняг.
Модели на разпространение на топлината в почвата
Ежедневните и годишните колебания в температурата на повърхността на почвата, дължащи се на топлопроводимостта, се предават на по-дълбоките й слоеве. Почвеният слой, в който се наблюдават дневните и годишните температурни колебания, се нарича активен слой.Разпространението на температурните колебания дълбоко в почвата (при хомогенен състав на почвата) става в съответствие със следните закони на Фурие.
1. Период на трептене Сдълбочината не се променя, т.е. както на повърхността на почвата, така и на всички дълбочини, интервалът между два последователни температурни минимума или максимума е 24 часа в дневния курс и 12 месеца в годишния.
2. Ако дълбочината се увеличава в аритметична прогресия, тогава амплитудата намалява експоненциално, т.е. с увеличаване на дълбочината амплитудата бързо намалява.
Слоят на почвата, в който температурата не се променя през деня, се нарича слой с постоянна дневна температура.
Температурен режим на почвата __67
В средните ширини този слой започва на дълбочина 70-100 cm. Слой с постоянна годишна температурав средните ширини лежи по-дълбоко от 15-20 m.
3. Максималните и минималните температури на дълбочина настъпват по-късно, отколкото на повърхността на почвата (Таблица 15). Това забавяне е право пропорционално на дълбочината. Дневните максимуми и минимуми закъсняват за всеки 10 см дълбочина средно с 2,5-3,5 часа, а годишните за всеки метър дълбочина закъсняват с 20-30 дни.
Таблица 15
Средно време на настъпване на максимуми и минимуми в дневния ход на температурата на почвата (юни)
| Дълбочина, см | Минимум, ч мин | Максимум, ч мин | Амплитуда "температурни колебания, ° С |
| Нукус (близо до Аралско море, пустиня) |
|||
| Ленинград |
|||
Горните закони на Фурие са илюстрирани с графики на дневните (фиг. 12) и годишните (фиг. 13) вариации на температурата на почвената повърхност и температурата на различни дълбочини. Тези цифри ясно показват намаляване на амплитудата с дълбочина, забавяне във времето на настъпване на максимуми и минимуми с увеличаване на дълбочината и независимост на периода на трептения от дълбочината.
Според теоретичните изчисления на Фурие дълбочината, на която се проявява годишното изменение на температурата на почвата, трябва да бъде приблизително 19 пъти по-голяма от дълбочината на проявление на дневните колебания. В действителност се наблюдават значителни отклонения от теоретичните изчисления и в много случаи дълбочината на проникване на годишните колебания се оказва по-голяма от изчислената. Това се дължи на разликата във влагата на почвата по дълбочина и време, промените в топлопроводимостта на почвата с дълбочината и други причини. 68
В северните ширини дълбочината на проникване на годишното изменение на температурата на почвата е средно 25 m, в средните ширини - 15-20 m, в южните - около 10 m.
Температурен режим на почвата
Ориз. 12. Дневно изменение на температурата на почвата през юни в Тбилиси.
Числата в близост до кривите са дълбочината в метри.
// /// IV - V VIUGVIIIДА СЕ-"х XI XII
Ориз. 13. Годишен ход на средната месечна температура на почвата с естествена повърхност в Тбилиси. Числата в близост до кривите са дълбочината в метри.
Топлинни изоплети
Материалите от дългосрочни наблюдения на температурата на почвата на различни дълбочини могат да бъдат представени графично (фиг. 14). Тази графика свързва температурата на почвата, дълбочината и времето. За да се изгради графика, дълбочините се нанасят по вертикалната ос, а времето (обикновено месеци) се нанася върху хоризонталната. На графиката е нанесена средната месечна температура на почвата на различни дълбочини. Тогава точки със същата температура се свързват с плавни линии, които се наричат топлинни изоплети.Топлинните изоплети осигуряват визуално представяне на температурата на активния почвен слой на всяка дълбочина през всеки месец. Такива графики се използват например за определяне на дълбочината на про-
появата на критични температури, които увреждат кореновата система на овощните дървета.
"/ III V„ООНIX XI -1
Ориз. 14. Изоплети на температурата на почвата (Тбилиси).
Тези графики се използват и в комуналните услуги, в промишленото и пътното строителство и в мелиорацията.
Дебелината на замръзналия слой трябва да се вземе предвид при полагане на дренажи в рекултивирани зони.