Dirvožemio temperatūros pokytis per dieną vadinamas paros svyravimu. Dienos temperatūros svyravimai paprastai turi vieną maksimumą ir vieną minimumą. Minimali dirvos paviršiaus temperatūra giedru oru stebima prieš saulėtekį, kai radiacijos balansas dar neigiamas, o šilumos mainai tarp oro ir dirvožemio nežymūs. Kylant saulei pakyla dirvos paviršiaus temperatūra, ypač giedru oru. Aukščiausia temperatūra stebima apie 13 val., vėliau temperatūra pradeda kristi, o tai tęsiasi iki ryto minimumo. Kai kuriomis dienomis dėl debesų, kritulių ir kitų veiksnių sutrinka nurodyta paros dirvožemio temperatūros eiga. Tokiu atveju maksimumą ir minimumą galima perkelti į kitą laiką (4.2 pav.).
4.2 pav. Dienos oro ir dirvožemio temperatūros svyravimai paviršiuje ir skirtinguose gyliuose (Voronežas, rugpjūtis). (pasiekiama atsisiunčiant visą mokymo programos versiją)
Dirvožemio temperatūros pokytis per metus vadinamas metine eiga. Paprastai metinio kurso grafikas yra pagrįstas vidutine mėnesio dirvožemio temperatūra. Metinis dirvožemio paviršiaus temperatūros pokytis daugiausia lemia skirtingas saulės spinduliuotės atskleidimas per metus. Didžiausios vidutinės mėnesinės dirvožemio paviršiaus temperatūros šiaurinio pusrutulio vidutinio klimato platumose dažniausiai stebimos liepos mėnesį, kai šilumos antplūdis į dirvą didžiausias, o minimali – sausio – vasario mėnesiais.
Skirtumas tarp maksimalaus ir minimumo kasdieniame arba metiniame kurse vadinamas temperatūros eigos amplitudė.
Įtakojama dirvos temperatūros paros ciklo amplitudė; sezonas, platuma, reljefas, augalija ir sniego danga, dirvožemio šiluminė talpa ir šilumos laidumas, dirvožemio spalva, debesuotumas (4.3 pav.).
4.3 pav. Dirvožemio šiluminės izopletės, metinė kaita(pasiekiama atsisiunčiant visą mokymo programos versiją)
Metinio dirvožemio paviršiaus temperatūros kitimo amplitudę įtakoja tie patys veiksniai, kaip ir paros kitimo amplitudę, išskyrus metų laiką. Metinio kitimo amplitudė, priešingai nei paros kitimo, didėja didėjant platumai.
Kasdieniai ir metiniai dirvožemio temperatūros svyravimai dėl šilumos laidumo persiduoda į gilesnius jo sluoksnius. Dirvožemio sluoksnis, kuriame stebimi dienos ir metiniai temperatūros svyravimai, vadinamas aktyvus sluoksnis.
Furjė bendroji molekulinio šilumos laidumo teorija taikoma šilumos sklidimui dirvožemyje. Šilumos sklidimo dirvožemyje dėsniai yra vadinami Furjė dėsniai.
Atsisiųskite pilną vadovėlio versiją (su paveikslėliais, formulėmis, žemėlapiais, diagramomis ir lentelėmis) vienu failu MS Office Word formatu
4 paskaita
DIRVOŽIO TEMPERATŪRA
Spinduliavimo energija aktyviajame sluoksnyje paverčiama šiluma. Esant teigiamam radiacijos balansui (dieną, vasarą), dalis šios šilumos išleidžiama aktyviajam sluoksniui šildyti, dalis – paviršinio oro, augalų šildymui, dalis – vandens išgaravimui iš dirvožemio ir augalų. Kai radiacijos balansas yra neigiamas (naktį, žiemą), šilumos sąnaudas, susijusias su efektyvia aktyviojo paviršiaus spinduliuote, kompensuoja šilumos antplūdis iš aktyviojo sluoksnio, iš oro, dalis šilumos išsiskiria iš aktyvaus paviršiaus. vandens garų kondensacija (sublimacija) ant aktyvaus paviršiaus. Šis energijos įėjimas ir išėjimas ant aktyvaus paviršiaus išreiškiamas šilumos balanso lygtimi:
B=A+P+LE
čia B yra aktyvaus paviršiaus spinduliuotės balansas; A – šilumos srautas tarp aktyvaus paviršiaus ir apatinių sluoksnių; P – šilumos srautas tarp paviršiaus ir gruntinio oro sluoksnio; LE – šilumos srautas, susijęs su vandens fazinėmis transformacijomis (garinimas – kondensacija).
Kiti žemės paviršiaus šilumos balanso komponentai (šilumos srautai iš vėjo energijos, potvynių, atoslūgių, kritulių, energijos suvartojimas fotosintezei ir kt.) yra daug mažesni nei anksčiau minėti balansiniai nariai, todėl į juos galima nekreipti dėmesio.
Lygties prasmė – subalansuoti žemės paviršiaus spinduliuotės balansą su neradiaciniu šilumos perdavimu.
Kasdienis ir metinis dirvožemio paviršiaus temperatūros kitimas
Tai, kad žemės paviršiaus šilumos balansas lygus nuliui, nereiškia, kad paviršiaus temperatūra nekinta. Kai šilumos perdavimas nukreipiamas žemyn (+A), tada nemaža dalis iš viršaus į paviršių ateinančios šilumos lieka aktyviajame sluoksnyje. Šio sluoksnio ir atitinkamai aktyvaus paviršiaus temperatūra taip pat didėja. Priešingai, kai šiluma perduodama per žemės paviršių iš apačios į viršų (-A), šiluma į atmosferą pirmiausia išeina iš aktyvaus sluoksnio, dėl to paviršiaus temperatūra mažėja.
Dieninis kaitinimas ir naktinis dirvožemio paviršiaus vėsinimas sukelia kasdienius jo temperatūros svyravimus. Dienos temperatūros kursas paprastai turi vieną didžiausią ir vieną minimumą. Minimali dirvos paviršiaus temperatūra giedru oru stebima prieš saulėtekį, kai radiacijos balansas dar neigiamas, o šilumos mainai tarp oro ir dirvožemio nežymūs. Kylant Saulei, didėjant radiacijos balansui, didėja dirvožemio paviršiaus temperatūra. Maksimali temperatūra stebima apie 13:00, tada temperatūra pradeda mažėti.
Kai kuriomis dienomis dėl debesų, kritulių ir kitų veiksnių sutrinka nurodyta paros dirvožemio temperatūros eiga. Tokiu atveju maksimumą ir minimumą galima perkelti į kitą laiką.
Skirtumas tarp maksimalaus ir minimumo kasdieniame arba metiniame kurse vadinamas temperatūros eigos amplitudė.
Dėl dirvos paviršiaus temperatūros paros kitimo amplitudėsįtakos turi šie veiksniai:
sezonas : vasarą amplitudė didžiausia, žiemą - mažiausia;
geografinė platuma : amplitudė susijusi su Saulės vidurdienio aukščiu, kuris didėja kryptimi nuo ašigalio iki pusiaujo, todėl poliariniuose regionuose amplitudė yra nereikšminga, o atogrąžų dykumose, kur, be to, efektyvi spinduliuotė yra aukštas, jis siekia 50 ... 60 0С;
reljefas : lyginant su lyguma, pietiniai šlaitai įkaista stipriau, šiauriniai silpnesni, o vakariniai kiek stipresni nei rytiniai, atitinkamai kinta ir amplitudė;
augmenija ir sniego danga : paros ciklo amplitudė po šiais dangčiais yra mažesnė nei jų nesant, nes jie sumažina dirvožemio paviršiaus šildymą ir vėsinimą;
dirvožemio spalva : tamsių dirvožemių paviršiaus paros temperatūros kitimo amplitudė yra didesnė nei šviesių, nes pirmajame spinduliuotės sugertis ir emisija yra didesnė nei antrųjų;
paviršiaus būklė : purūs dirvožemiai turi didesnę amplitudę nei tankūs; tankiuose dirvožemiuose sugerta šiluma pasklinda giliau, o puriose lieka viršutiniame sluoksnyje, todėl pastarieji įkaista daugiau;
dirvožemio drėgmė : šlapių dirvų paviršiuje amplitudė mažesnė nei sausų; drėgnose dirvose sugerta šiluma, kaip ir tankiose dirvose, pasklinda giliau, o dalis šilumos eikvojama išgaruoti, dėl to jos įkaista mažiau nei sausos;
debesuotumas : debesuotame ore amplitudė yra daug mažesnė nei giedru oru, nes debesuotumas sumažina aktyvaus paviršiaus šildymą dieną ir vėsinimą naktį.
metinis kursas dirvožemio paviršiaus temperatūrą lemia nevienodas saulės spinduliuotės patekimas per metus.
Žemiausia temperatūra dirvos paviršiuje dažniausiai stebima sausio – vasario mėnesiais, aukščiausia – liepą arba rugpjūtį.
Dirvožemio paviršiaus temperatūros metinių svyravimų amplitudę įtakoja tie patys veiksniai kaip ir paros kitimo amplitudę, išskyrusvietos platumos. Metinio svyravimo amplitudė, priešingai nei dienos kitimas, didėja didėjant platumai.
Dirvožemio termofizinės savybės
Tarp dirvožemio paviršiaus ir apatinių sluoksnių vyksta nuolatiniai šilumos mainai. Šilumos perdavimas į dirvą daugiausia vyksta dėl molekulinio šilumos laidumo.
Dirvožemio šildymas ir vėsinimas daugiausia priklauso nuo jo termofizinių savybių: šiluminės talpos ir šilumos laidumo.
Šilumos talpa yra šilumos kiekis, reikalingas dirvožemio temperatūrai pakelti 1°C. Atskirkite specifinę ir tūrinę šilumos talpą.
Specifinė šiluma (SU oud ) – šilumos kiekis, reikalingas 1 kg dirvožemio temperatūrai pakelti 1 °C.
Tūrinė šiluminė talpa (SU apie ) yra šilumos kiekis, reikalingas 1 m3 dirvožemio pašildyti 1 ° C.
Vadinamas dirvožemio gebėjimas perduoti šilumą iš sluoksnio į sluoksnįšilumos laidumas .
Grunto šilumos laidumo matas yra šilumos laidumo koeficientas, kuris skaitine prasme yra lygus šilumos kiekiui J, per 1 s praeinančiam per 1 m² skerspjūvio ir 1 m aukščio grunto kolonos pagrindą.
Grunto šilumos laidumo koeficientas daugiausia priklauso nuo jame esančio kiekio santykiooras ir vanduo .
Nuo jo priklauso ir dirvožemio termofizinės savybėstankis . Mažėjant tankiui, mažėja sausų dirvožemių šiluminė talpa ir šilumos laidumas. Todėl supurentos dirvos ariamajame sluoksnyje dieną šiltesnės nei tankios, o naktį šaltesnės. Be to, purus dirvožemis turi didesnį specifinį paviršiaus plotą nei tankus, todėl dieną sugeria daugiau spinduliuotės, o naktį intensyviau spinduliuoja šilumą.
Temperatūros ir dirvožemio užšalimo gylio matavimas
Grunto temperatūrai matuoti naudojami skysčiai (gyvsidabris, alkoholis, toluenas), termoelektriniai, varžiniai elektrotermometrai ir deformaciniai termometrai.
skubus termometras TM-3, gyvsidabris, naudojamas dirvos paviršiaus temperatūrai matuoti tam tikru momentu (terminu).
Maksimalus termometras TM-1, gyvsidabris, skirtas matuoti aukščiausią paviršiaus temperatūrą tarp stebėjimų.
Maksimalus termometras nuo skubaus skiriasi tuo, kad į rezervuaro dugną įlituotas plonas kaištis patenka į kapiliarinį kanalą tiesiai prie bako. Dėl to gyvsidabris lūžta susiaurėjimo taške ir taip užfiksuojama maksimali tam tikro laikotarpio temperatūros reikšmė.
Minimalus termometras TM-2, alkoholis, naudojamas žemiausiai dirvožemio paviršiaus temperatūrai matuoti laikotarpiu tarp stebėjimo laikotarpių. Šio termometro prietaiso ypatybė yra ta, kad į kapiliarą įdedamas mažas tamsaus stiklo kaištis. Temperatūrai mažėjant, menisko paviršinė plėvelė juda bako link ir perkelia už jos esantį kaištį. Kylant temperatūrai, alkoholis, besiplečiantis, laisvai teka aplink kaištį. Pastaroji lieka vietoje, nurodant nuo rezervuaro nutolusį galą minimalią temperatūrą tarp stebėjimo laikotarpių.
Alkūniniai termometrai (Savinova) TM-5, gyvsidabris, skirtas matuoti dirvožemio temperatūrą šiltuoju periodu 5, 10, 15 ir 20 cm gylyje.
Zondinis termometras AM-6, toluenas, naudojamas lauko temperatūros matavimams 3...40 cm gylyje.
Tranzistorinis elektrotermometras TET-2 naudojamas ariamo sluoksnio temperatūrai matuoti šiltuoju periodu. Taip pat galima išmatuoti temperatūrą šakniavaisių, bulvių krūvose, grūdų masėje įdubose.
Agronomo lazda PITT-1 skirtas matuoti viršutinio dirvožemio sluoksnio temperatūrą ir arimo gylį. Jo veikimo principas pagrįstas ominės varžos, kaip temperatūros funkcijos, matavimu.
Ištraukimo termometrai TPV-50, gyvsidabris, yra skirti matuoti dirvožemio temperatūrą 20...320 cm gylyje ištisus metus. Jie taip pat gali būti naudojami ūkiuose temperatūrai matuoti krūvose, silosuose ir kt.
Neseniai buvo sukurti nekontaktinio dirvožemio paviršiaus temperatūros nustatymo iš palydovų, orlaivių ir sraigtasparnių metodai, leidžiantys gauti vidutines temperatūros vertes reikšmingose žemės paviršiaus srityse.
Amžinojo įšalo matuoklis AM-21 naudojamas dirvožemio užšalimo gyliui matuoti. Šis prietaisas susideda iš ebonito vamzdžio, kurio viršuje yra padalos centimetrais, kad būtų galima nustatyti sniego dangos aukštį. Į šį vamzdelį įdedamas guminis vamzdelis su padalomis per 1 cm, pripildytas distiliuoto vandens.
Temperatūra pagal tarptautinę praktinę skalę matuojama Celsijaus laipsniais (°C). Laipsnis šioje skalėje yra 1/100 intervalo tarp ledo lydymosi taškų (0 °C) ir vandens virimo taškų (100 °C).
Dirvožemio temperatūros reikšmė augalams
Dirvožemio temperatūra yra vienas iš svarbiausių augalų gyvenimo veiksnių. Sėklų dygimas, šaknų sistemos vystymasis, dirvožemio mikrofloros gyvybinė veikla, mineralinių maisto produktų įsisavinimas šaknimis ir kt. labai priklauso nuo dirvožemio temperatūros. Kylant dirvožemio temperatūrai, suaktyvėja visi šie procesai. Labai sumažėjus dirvožemio temperatūrai, miršta žiemkenčių, daugiamečių žolių ir vaismedžių.
Daugumos žemės ūkio kultūrų sėklos vidurinėje zonoje dygsta 3...5 °C temperatūroje, o sėkloms, tokioms kaip ryžiai, medvilnė ir kt., reikia daug aukštesnės – 13...15 °C temperatūros.
Padidėjus dirvožemio temperatūrai iki optimalios, sėklų dygimo greitis didėja, todėl sutrumpėja laikotarpis nuo sėjos iki daigumo.
Dirvožemio temperatūros režimas tiesiogiai veikia šaknų sistemos augimo greitį. Esant žemai ir aukštai temperatūrai, augimo greitis pablogėja.
Po sudygimo dirvožemio temperatūra nepraranda reikšmės augalams. Jie geriau auga ir vystosi, jei jų šaknys yra aplinkoje, kurios temperatūra yra šiek tiek žemesnė (5 ... 10 °C), palyginti su antžeminiais organais.
Dirvožemio temperatūra turi didelę įtaką gyvybinei mikroorganizmų veiklai, taigi ir augalų aprūpinimui mineraliniais mitybos elementais, organinių medžiagų skilimo greičiui, humusinių medžiagų sintezei ir kt.
Temperatūros režimas lemia judrių maisto medžiagų kaupimąsi dirvožemyje. Temperatūra, turėdama įtakos vandens ir tirpių druskų judėjimo greičiui, įtakoja maistinių medžiagų patekimo į augalus greitį iš dirvožemio ir panaudotų trąšų. Pavyzdžiui, esant žemai temperatūrai (8 ... 10 ° C), sumažėja azoto patekimas į šaknis ir judėjimas iš šaknų į antžeminius organus, susilpnėja jo suvartojimas organinių azoto junginių susidarymui. Esant žemesnei temperatūrai (5 ... 6 ° C ir žemiau), azoto ir fosforo absorbcija šaknyse smarkiai sumažėja. Tuo pačiu metu mažėja ir kalio pasisavinimas.
Žemės ūkio augalų ligų ir kenkėjų plitimas ir kenksmingumas taip pat glaudžiai susijęs su dirvožemio temperatūros režimu. Daugelyje šilumą mėgstančių kultūrų (kukurūzų, medvilnės) sėjinukų ligos ir sėklų pelėsiniai pažeidimai atsiranda esant žemai temperatūrai (šalto pavasario metu), kai šiluminės sąlygos augalams nepalankios.
Augalų kenkėjai, kurių lervos yra dirvoje, priklausomai nuo temperatūros, gali padaryti daugiau ar mažiau žalos.
Paviršius, tiesiogiai įkaitintas saulės spindulių ir atiduodantis šilumą apatiniams sluoksniams bei orui, vadinamas aktyvus paviršius. Aktyvaus paviršiaus temperatūrą, jos reikšmę ir pokytį (kasdienį ir metinį svyravimą) lemia šilumos balansas.
Beveik visų šilumos balanso komponentų didžiausia vertė stebima beveik vidurdienį. Išimtis yra maksimalus šilumos mainas dirvožemyje, kuris patenka į ryto valandas. Didžiausios šilumos balanso komponentų paros kitimo amplitudės stebimos vasarą, minimalios – žiemą.
Sauso ir be augmenijos paviršiaus paros temperatūra giedrą dieną aukščiausia būna po 13 val., o mažiausia – apie saulėtekį. Debesuotumas sutrikdo taisyklingą paviršiaus temperatūros eigą ir sukelia maksimumo ir minimumo laiko poslinkį. Drėgmė ir augalinė danga labai įtakoja paviršiaus temperatūrą.
Dienos paviršiaus temperatūros maksimumai gali būti +80° ir daugiau (Rusijos pietuose +75°). Dienos svyravimai siekia 40°. Jų vertė priklauso nuo sezono, debesuotumo, paviršiaus šiluminių savybių, jo spalvos, šiurkštumo, augalijos dangos, šlaitų atodangos.
Aktyvaus sluoksnio temperatūros metinė eiga įvairiose platumose skiriasi. Maksimali paviršiaus temperatūra vidutinėse ir aukštosiose platumose dažniausiai stebima liepos mėnesį, minimali – sausio mėnesį. Kasmetinių aktyviojo paviršiaus temperatūros svyravimų amplitudės žemose platumose yra labai mažos, sausumoje vidutinėse platumose siekia 30°. Kasmetiniams paviršiaus temperatūros svyravimams vidutinio ir aukšto platumose didelę įtaką daro sniego danga.
Šilumos pasiskirstymas dirvožemyje priklauso nuo daugelio jo savybių, o visų pirma nuo šilumos talpos ir šilumos laidumo. Gaudama tiek pat saulės šilumos, dirva kuo lėčiau įšyla, tuo jos daugiau tūrinė šiluminė talpa.Žemę sudarančių uolienų tūrinė šiluminė talpa yra maždaug du kartus mažesnė už vandens šiluminę talpą. Vandens šiluminė talpa yra 1, kvarco - 0,517, molio - 0,676, oro - 0,0003.
Šilumos perdavimą iš sluoksnio į sluoksnį kontroliuoja šilumos laidumas. Dauguma uolienų turi mažą šilumos laidumą (kal) cm * sek.:
Vandens šilumos laidumas yra 0,00129 cal / cm * sek * deg., oro - 0,000056.
Laikas praleidžiamas šilumos perdavimui iš sluoksnio į sluoksnį, o maksimalios ir minimalios temperatūros atsiradimo laikas per dieną vėluoja kas 10 cm maždaug 3 valandomis. Jei aukščiausia temperatūra paviršiuje buvo apie 13 val., tai 10 cm gylyje maksimali temperatūra ateis apie 16 val., o 20 cm gylyje – apie 19 val.
Paeiliui kaitinant apatinius sluoksnius nuo viršutinių, kiekvienas sluoksnis sugeria tam tikrą šilumos kiekį. Kuo gilesnis sluoksnis, tuo mažiau šilumos jis gauna ir tuo silpnesni temperatūros svyravimai jame. Dienos temperatūros svyravimų amplitudės mažėja didėjant gyliui 2 kartus kas 15 cm. Tai reiškia, kad jei paviršiuje amplitudė yra 16°, tai 15 cm gylyje – 8°, o 30 cm – 4°. Tuo pačiu metu temperatūros svyravimų periodai išlieka nepakitę visuose gyliuose. Vidutiniškai apie 1 m gylyje kasdieniniai dirvožemio temperatūros svyravimai susilpnėja. Sluoksnis, kuriame šie svyravimai praktiškai sustoja, vadinamas sluoksniu pastovi paros temperatūra.
Kuo ilgesnis temperatūros svyravimo laikotarpis, tuo šie svyravimai sklinda giliau. Vidutinėse platumose pastovios metinės temperatūros sluoksnis yra 19-20 m gylyje, didelėse platumose - 25 m gylyje Tropinėse platumose metinės temperatūros amplitudės nedidelės, o pastovios metinės amplitudės sluoksnis yra tik 5-10 m gylyje.
Aukščiausios ir minimalios temperatūros pradžios momentai per metus vėluoja vidutiniškai 20-30 dienų vienam metrui. Taigi, jei žemiausia temperatūra paviršiuje buvo stebima sausio mėnesį, tai 2 m gylyje ji būna kovo pradžioje.
Stebėjimai rodo, kad pastovios metinės temperatūros sluoksnyje temperatūra artima vidutinei metinei oro temperatūrai virš paviršiaus. Dirvožemio sluoksnis, esantis virš pastovios metinės temperatūros sluoksnio ir patiriantis metinius jo svyravimus, vadinamas aktyvus sluoksnis.
Vanduo, turintis didesnę šiluminę talpą ir mažesnį šilumos laidumą nei žemė, lėčiau įšyla ir lėčiau išskiria šilumą. Ant vandens paviršiaus krintantys saulės spinduliai iš dalies sugeriami į viršutinį vandens sluoksnį, o iš dalies prasiskverbia į nemažą gylį, tiesiogiai įkaitindami dalį jo sluoksnio. Vandens mobilumas leidžia tai padaryti. šilumos perdavimas. Dėl audringo vandens maišymosi šilumos perdavimas gilumoje vyksta 1000–10 000 kartų greičiau nei per šilumos laidumą. Kai paviršiniai sluoksniai atvėsta, vyksta šiluminė konvekcija, kartu su vandens maišymu.
Dienos temperatūros svyravimai Vandenyno paviršiuje didelėse platumose siekia tik 0,1°, vidutinio klimato platumose - 0,4°, tropinėse platumose - 0,5°. Šių svyravimų prasiskverbimo gylis siekia 15-20 m.Metinės temperatūros amplitudės vandenyno paviršiuje yra nuo 2° tropinėse platumose iki 0,8° vidutinio klimato platumose. Metiniai temperatūros svyravimai prasiskverbia į 200-300 m gylį.
Temperatūros maksimumų momentai vandens telkiniuose vėluoja, lyginant su žeme. Maksimalus būna apie 15-16 val., minimumas – 2-3 valandoms po saulėtekio. Aukščiausia metinė temperatūra vandenyno paviršiuje šiauriniame pusrutulyje nukrenta rugpjūtį, minimali – vasario mėnesį.
Temperatūra dirvos paviršiuje svyruoja per parą. Jo minimumas stebimas praėjus maždaug pusvalandžiui po saulėtekio. Iki to laiko dirvožemio paviršiaus radiacijos balansas tampa lygus nuliui - šilumos perdavimas iš viršutinio dirvožemio sluoksnio efektyvia spinduliuote subalansuojamas dėl padidėjusio bendros spinduliuotės antplūdžio. Ne spinduliuotės šilumos mainai šiuo metu yra nereikšmingi.
Tada temperatūra dirvos paviršiuje pakyla iki 13–14 val. ir pasiekia maksimumą paros cikle. Po to temperatūra pradeda kristi. Radiacijos balansas po pietų ir iki vakaro išlieka teigiamas. Tačiau dienos metu šiluma iš viršutinio dirvožemio sluoksnio į atmosferą išsiskiria ne tik dėl efektyvios spinduliuotės, bet ir dėl padidėjusio šilumos laidumo bei padidėjusio vandens garavimo. Taip pat tęsiasi šilumos perdavimas į dirvos gylį. Šie šilumos nuostoliai pasirodo daug didesni nei radiacinis antplūdis, todėl temperatūra dirvos paviršiuje nukrenta nuo 13–14 val. iki ryto minimumo.
Dienos maksimalios ir minimalios temperatūros skirtumas vadinamas paros temperatūros amplitude.
Maskvos srityje, pasak S.P. Khromovas ir M.A. Petrosyants (2004), žiemos mėnesiais ilgalaikė vidutinė paros temperatūra dirvos (sniego) paviršiuje yra 5–10°C, o vasaros mėnesiais – 10–20°C. Kai kuriomis dienomis paros amplitudės gali būti ir didesnės, ir mažesnės už ilgalaikius vidurkius, priklausomai nuo daugelio veiksnių, pirmiausia debesuotumo. Esant be debesų, saulės spinduliuotė dieną yra didelė, o efektyvioji spinduliuotė naktį taip pat yra didelė. Todėl paros (dienos) maksimumas yra ypač didelis, o paros (nakties) minimumas yra mažas ir dėl to paros amplitudė yra didelė. Esant debesuotam orui, dienos maksimumas mažinamas, nakties minimumas didinamas, o paros amplitudė mažesnė.
Be abejo, metų bėgyje keičiasi ir dirvožemio paviršiaus temperatūra. Atogrąžų platumose jo metinė amplitudė (skirtumas tarp ilgalaikių vidutinių šilčiausių ir šalčiausių metų mėnesių temperatūrų) yra maža ir didėja didėjant platumai. Šiaurės pusrutulyje 10° platumos yra apie 3°C, 30° platumos apie 10°C, o 50° platumos vidutinė apie 25°C.
Ekstratropinėse platumose neperiodiniai oro temperatūros pokyčiai yra tokie dažni ir reikšmingi, kad paros temperatūros svyravimai aiškiai pasireiškia tik santykinai stabilių, šiek tiek debesuotų anticikloninių orų laikotarpiais. Likusį laiką jį užstoja neperiodiniai pokyčiai, kurie gali būti labai intensyvūs. Pavyzdžiui, vėsinimas žiemą, kai temperatūra bet kuriuo paros metu (žemyninėmis sąlygomis) per vieną valandą gali nukristi 10–20°С.
Atogrąžų platumose neperiodiniai temperatūros pokyčiai yra mažiau reikšmingi ir taip netrukdo paros temperatūros svyravimui.
Neperiodiniai temperatūros pokyčiai daugiausia susiję su oro masių advekcija iš kitų Žemės regionų. Ypač reikšmingi atšalimo periodai (kartais vadinami šaltomis bangomis) vyksta vidutinio klimato platumose dėl šalto oro masių įsiskverbimo iš Arkties ir Antarktidos. Europoje stiprus žiemos atšalimas taip pat būna, kai šaltos oro masės skverbiasi iš rytų, o Vakarų Europoje – iš europinės Rusijos teritorijos. Šaltos oro masės kartais prasiskverbia į Viduržemio jūros baseiną ir pasiekia net Šiaurės Afriką bei Mažąją Aziją. Tačiau dažniau jie tvyro prieš Europos kalnų grandines, išsidėsčiusias platumos kryptimi, ypač priešais Alpes ir Kaukazą. Todėl Viduržemio jūros baseino ir Užkaukazės klimato sąlygos labai skiriasi nuo artimų, bet labiau šiaurinių regionų sąlygų.
Azijoje šaltas oras laisvai prasiskverbia į kalnų grandines, kurios riboja Centrinės Azijos respublikų teritoriją iš pietų ir rytų, todėl žiemos Turano žemumoje yra gana šaltos. Tačiau tokios kalnų grandinės kaip Pamyras, Tien Šanis, Altajaus, Tibeto plynaukštė, jau nekalbant apie Himalajus, yra kliūtis toliau skverbtis šalto oro masėms į pietus. Tačiau retais atvejais Indijoje pastebimas didelis advekcinis atšalimas: Pendžabe vidutiniškai 8–9 ° C, o 1911 m. kovo mėn. temperatūra nukrito 20 ° C. Šaltos masės teka aplink kalnų grandines iš vakarų. Lengviau ir dažniau šaltas oras prasiskverbia į pietryčių Aziją, nesutikdamas didelių kliūčių pakeliui (S.P. Khromovas ir M. A. Petrosyants).
Šiaurės Amerikoje platumos kalnų grandinės nėra. Todėl šaltos Arkties oro masės gali netrukdomai plisti į Floridą ir Meksikos įlanką.
Per vandenynus šalto oro masių įsiskverbimas gali prasiskverbti giliai į tropikus. Žinoma, šaltas oras palaipsniui įšyla virš šilto vandens, tačiau jis vis tiek gali sukelti pastebimus temperatūros kritimus.
Jūros oro prasiskverbimas iš Atlanto vandenyno vidutinių platumų į Europą sukelia atšilimą žiemą ir vėsinimą vasarą. Kuo toliau į Eurazijos gelmes, tuo mažesnis Atlanto oro masių dažnis ir tuo labiau keičiasi jų pradinės savybės žemyne. Nepaisant to, invazijų iš Atlanto poveikį klimatui galima atsekti iki pat Centrinio Sibiro plokščiakalnio ir Centrinės Azijos.
Atogrąžų oras įsiveržia į Europą tiek žiemą, tiek vasarą iš Šiaurės Afrikos ir žemųjų Atlanto platumų. Vasarą oro masės artimos tropikų oro masėms, todėl dar vadinamos tropiniu oru, susidaro Europos pietuose arba į Europą atkeliauja iš Kazachstano ir Centrinės Azijos. Vasarą Rusijos Azijos teritorijoje stebimi atogrąžų oro įsiveržimai iš Mongolijos, Šiaurės Kinijos, iš pietinių Kazachstano regionų ir iš Vidurinės Azijos dykumų.
Kai kuriais atvejais stiprus temperatūros kilimas (iki +30°C) vasarą prasiskverbiantis atogrąžų orui nusidriekia į Tolimąją Rusijos šiaurę.
Atogrąžų oras įsiveržia į Šiaurės Ameriką tiek iš Ramiojo, tiek iš Atlanto vandenynų, ypač iš Meksikos įlankos. Pačioje žemyninėje dalyje virš Meksikos ir pietų JAV susidaro tropinės oro masės.
Net Šiaurės ašigalio regione dėl advekcijos iš vidutinio klimato platumų žiemą oro temperatūra kartais pakyla iki nulio, o atšilimą galima atsekti visoje troposferoje.
| Turinys |
|---|
| Klimatologija ir meteorologija |
| DIDAKTINIS PLANAS |
| Meteorologija ir klimatologija |
| Atmosfera, oras, klimatas |
| Meteorologiniai stebėjimai |
| Kortelių taikymas |
| Meteorologijos tarnyba ir Pasaulio meteorologijos organizacija (WMO) |
| Klimato formavimo procesai |
| Astronominiai veiksniai |
| Geofiziniai veiksniai |
| Meteorologiniai veiksniai |
| Apie saulės spinduliuotę |
| Žemės šiluminė ir spinduliavimo pusiausvyra |
| tiesioginė saulės spinduliuotė |
| Saulės spinduliuotės pokyčiai atmosferoje ir žemės paviršiuje |
| Radiacijos sklaidos reiškiniai |
| Bendra spinduliuotė, atspindėta saulės spinduliuotė, sugertoji spinduliuotė, PAR, Žemės albedas |
| Žemės paviršiaus spinduliavimas |
| Priešinga spinduliuotė arba priešinga spinduliuotė |
| Žemės paviršiaus radiacijos balansas |
| Geografinis radiacijos balanso pasiskirstymas |
| Atmosferos slėgis ir barinis laukas |
| slėgio sistemos |
| slėgio svyravimai |
| Oro pagreitis dėl barinio gradiento |
| Žemės sukimosi nukreipimo jėga |
| Geostrofinis ir gradientinis vėjas |
| barinis vėjo įstatymas |
| Frontai atmosferoje |
| Atmosferos terminis režimas |
| Žemės paviršiaus šiluminis balansas |
| Kasdienis ir metinis temperatūros pokytis dirvos paviršiuje |
| Oro masės temperatūros |
| Metinė oro temperatūros amplitudė |
| Žemyninis klimatas |
| Debesuotumas ir krituliai |
| Garavimas ir prisotinimas |
| Drėgmė |
| Geografinis oro drėgmės pasiskirstymas |
| atmosferos kondensacija |
| Debesys |
| Tarptautinė debesų klasifikacija |
| Debesuotumas, jo dienos ir metinė kaita |
| Krituliai iš debesų (kritulių klasifikacija) |
| Kritulių režimo charakteristikos |
| Metinis kritulių kiekis |
| Sniego dangos klimato reikšmė |
| Atmosferos chemija |
| Žemės atmosferos cheminė sudėtis |
| Debesų cheminė sudėtis |
| Kritulių cheminė sudėtis |
| Kritulių rūgštingumas |
Kasdienis ir metinis dirvožemio temperatūros pokytis
Dirvos paviršiaus temperatūros ir temperatūros įvairiuose gyliuose stebėjimai kai kuriose meteorologijos stotyse vykdomi daugiau nei 70-80 metų. Šių duomenų apdorojimas leido nustatyti dirvožemio temperatūros pokyčių modelius per dieną ir metus.
Dirvožemio temperatūros pokytis per dieną vadinamas paros svyravimu. Temperatūros pokytis per parą paprastai turi vieną didžiausią ir vieną minimumą. Minimali dirvos paviršiaus temperatūra giedru oru stebima prieš saulėtekį, kai radiacijos balansas dar neigiamas, o šilumos mainai tarp oro ir dirvožemio nežymūs. Tekant saulei, keičiantis radiacijos balanso ženklui ir dydžiui, pakyla dirvos paviršiaus temperatūra, ypač giedru oru. Maksimali temperatūra stebima apie 13 val., vėliau temperatūra pradeda mažėti, o tai tęsiasi iki ryto minimumo.
Kai kuriomis dienomis dėl debesų, kritulių ir kitų veiksnių sutrinka nurodyta paros dirvožemio temperatūros eiga. Tokiu atveju maksimumą ir minimumą galima perkelti į kitą laiką. Gerai apibrėžtas ir reguliarus paros svyravimas pastebimas šiltuoju periodu esant giedram orui.
Dirvožemio temperatūros pokytis per metus vadinamas metine eiga. Paprastai metinio kurso grafikas yra pagrįstas vidutine mėnesio dirvožemio temperatūra. Metinę dirvožemio paviršiaus temperatūros eigą daugiausia lemia nevienodas saulės spinduliuotės atskleidimas per metus. Didžiausios vidutinės mėnesinės dirvožemio paviršiaus temperatūros šiaurinio pusrutulio vidutinio klimato platumose dažniausiai stebimos liepos mėnesį, kai šilumos antplūdis į dirvą didžiausias, o minimali – sausio – vasario mėnesiais.
Skirtumas tarp maksimalaus ir minimumo kasdieniame arba metiniame kurse vadinamas amplitudė temperatūros kursas.
Veiksniai, turintys įtakos kasdienių ir metinių dirvožemio temperatūros svyravimų amplitudei
Kasdienio dirvožemio temperatūros svyravimo amplitudę įtakoja:
1) metų laikas; vasarą amplitudė didžiausia, žiemą – mažiausia;
2) geografinė platuma; amplitudė siejama su Saulės vidurdienio aukščiu, kuris tą pačią dieną didėja kryptimi nuo ašigalio iki pusiaujo; todėl poliariniuose regionuose amplitudė yra nereikšminga, o atogrąžų dykumose, kur efektyvi radiacija yra didelė, ji siekia 50–60 ° C;
3) reljefas; lyginant su lyguma, pietiniai šlaitai įkaista stipriau, šiauriniai – silpnesni, o vakariniai – kiek stipresni nei rytiniai; atitinkamai kinta ir amplitudė;
4) augmenija ir sniego danga; paros ciklo amplitudė po šiais dangčiais yra mažesnė nei jų nesant;
5) grunto šiluminė talpa ir šilumos laidumas; amplitudė yra atvirkščiai susijusi su šilumos talpa ir šilumos laidumu;
6) dirvožemio spalva; tamsių dirvožemių paviršiaus paros temperatūros kitimo amplitudė yra didesnė nei šviesių, nes spinduliuotės sugertis ir jos emisija nuo tamsių paviršių yra didesnė nei šviesių; sausų ir purių dirvožemių paviršiai turi didesnę amplitudę nei drėgnų ir tankių dirvožemių paviršiai;
7) debesuotumas: debesuotu oru amplitudė daug mažesnė nei giedru oru.
Metinio dirvožemio paviršiaus temperatūros kitimo amplitudę įtakoja tie patys veiksniai, kaip ir paros kitimo amplitudę, išskyrus metų laiką. Metinio kitimo amplitudė, priešingai nei paros kitimo, didėja didėjant platumai. Pusiaujo zonoje jis vidutiniškai siekia 2–3 ° C, o žemynų poliariniuose regionuose viršija 70 ° C (Jakutija).
Kasmetinio pliko dirvožemio paviršiaus temperatūros kitimo amplitudė yra daug didesnė nei augalija ar sniegu padengto paviršiaus.
Šilumos sklidimo dirvožemyje dėsniai
Kasdieniai ir metiniai dirvožemio paviršiaus temperatūros svyravimai dėl šilumos laidumo persiduoda į gilesnius jo sluoksnius. Dirvožemio sluoksnis, kuriame stebimi paros ir metinės temperatūros svyravimai, vadinamas aktyviuoju sluoksniu. Temperatūros svyravimų plitimas giliai į dirvą (su homogenine dirvožemio sudėtimi) vyksta pagal šiuos Furjė dėsnius.
1. Virpesių periodas su gylis nesikeičia, t. y. tiek dirvos paviršiuje, tiek visuose gyliuose intervalas tarp dviejų vienas po kito einančių temperatūros minimumų ar maksimumų yra 24 val., o metiniame – 12 mėnesių.
2. Jei gylis didėja aritmetine progresija, tai amplitudė mažėja eksponentiškai, t.y., didėjant gyliui, amplitudė greitai mažėja.
Dirvožemio sluoksnis, kuriame temperatūra per dieną nekinta, vadinamas pastovios paros temperatūros sluoksniu.
Dirvožemio temperatūros režimas __67
Vidutinėse platumose šis sluoksnis prasideda 70-100 cm gylyje. Pastovios metinės temperatūros sluoksnis vidutinėse platumose guli giliau nei 15-20 m.
3. Maksimali ir minimali temperatūra gylyje atsiranda vėliau nei dirvos paviršiuje (15 lentelė). Šis delsimas yra tiesiogiai proporcingas gyliui. Kas 10 cm gylio paros maksimumai ir minimumai vėluoja vidutiniškai 2,5-3,5 val., o metiniai kiekvienam gylio metrui vėluoja 20-30 dienų.
15 lentelė
Vidutinis maksimumų ir minimumų atsiradimo laikas kasdienėje dirvožemio temperatūros eigoje (birželio mėn.)
| Gylis, cm | Minimalus, h min | Maksimalus, h min | Amplitudė "temperatūros svyravimai, ° С |
| Nukus (prie Aralo jūros, dykuma) |
|||
| Leningradas |
|||
Minėti Furjė dėsniai iliustruojami kasdienių (12 pav.) ir metinių (13 pav.) dirvožemio paviršiaus temperatūros ir temperatūros skirtumų įvairiuose gyliuose grafikais. Šie skaičiai aiškiai parodo amplitudės mažėjimą didėjant gyliui, maksimumų ir minimumų atsiradimo laiko vėlavimą didėjant gyliui ir svyravimų laikotarpio nepriklausomybę nuo gylio.
Remiantis Furjė teoriniais skaičiavimais, gylis, iki kurio pasireiškia metinis dirvožemio temperatūros kitimas, turėtų būti maždaug 19 kartų didesnis nei kasdienių svyravimų pasireiškimo gylis. Realiai pastebimi dideli nukrypimai nuo teorinių skaičiavimų, o daugeliu atvejų metinių svyravimų įsiskverbimo gylis pasirodo didesnis nei apskaičiuotasis. Taip yra dėl dirvožemio drėgmės skirtumo pagal gylį ir laiką, dirvožemio šiluminės difuzijos pokyčių gylyje ir kitų priežasčių. 68
Šiaurinėse platumose metinės dirvožemio temperatūros svyravimų įsiskverbimo gylis yra vidutiniškai 25 m, vidutinėse platumose - 15-20 m, pietinėse - apie 10 m.
Dirvožemio temperatūros režimas
Ryžiai. 12. Kasdienis dirvožemio temperatūros pokytis birželio mėnesį Tbilisyje.
Skaičiai šalia kreivių yra gylis metrais.
// /// IV - V VIUGVIIIKAM-"X XI XII
Ryžiai. 13. Natūralaus paviršiaus dirvožemio vidutinės mėnesio temperatūros metinis kursas Tbilisyje. Skaičiai šalia kreivių yra gylis metrais.
Šiluminės izopletės
Ilgalaikių dirvožemio temperatūros stebėjimų įvairiuose gyliuose medžiagas galima pateikti grafiškai (14 pav.). Ši diagrama susieja dirvožemio temperatūrą, gylį ir laiką. Norint sudaryti grafiką, vertikalioje ašyje brėžiami gyliai, o horizontalioje – laikas (dažniausiai mėnesiai). Grafike pavaizduota vidutinė mėnesio dirvožemio temperatūra skirtinguose gyliuose. Tada taškai su vienoda temperatūra sujungiami lygiomis linijomis, kurios vadinamos šiluminės izopletės. Termoizopletai vizualiai atvaizduoja aktyvaus dirvožemio sluoksnio temperatūrą bet kuriame gylyje kiekvieną mėnesį. Tokie grafikai naudojami, pavyzdžiui, norint nustatyti pro-
atsiranda kritinės temperatūros, pažeidžiančios vaismedžių šaknų sistemą.
"/ III V"JTIX XI -1
Ryžiai. 14. Dirvožemio temperatūros izopletės (Tbilisis).
Šie grafikai taip pat naudojami komunalinėse, pramonės ir kelių tiesimo bei melioracijos srityse.
Klojant kanalizaciją rekultivuotose vietose, reikia atsižvelgti į užšalusio sluoksnio storį.