Paviršius, tiesiogiai šildomas 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 vidurdienio valandomis. Išimtis yra maksimalus šilumos perdavimas dirvoje ryto valandomis. Didžiausios šilumos balanso komponentų paros kitimo amplitudės stebimos vasarą, o minimalios – žiemą.
Dienos temperatūrai svyruojant sauso ir beaugalinio paviršiaus temperatūrai giedrą dieną, maksimumas būna po 13 val., o minimumas – apie saulėtekio momentą. Debesuotumas sutrikdo teisingą paviršiaus temperatūros eigą ir sukelia maksimumo ir minimumo momentų poslinkį. Paviršiaus temperatūrai didelę įtaką daro jo drėgnumas ir augalinė danga.
Dienos maksimalios paviršiaus temperatūros 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, taip pat nuo šlaitų atodangos.
Metinis aktyvaus sluoksnio temperatūros svyravimas skirtingose platumose yra skirtingas. Didžiausia paviršiaus temperatūra vidutinėse ir aukštosiose platumose dažniausiai stebima liepos mėnesį, minimali – sausio mėnesį. Metinių aktyvaus paviršiaus temperatūros svyravimų amplitudės žemose platumose yra labai mažos, vidutinėse platumose sausumoje jos siekia 30 °. Kasmetiniams paviršiaus temperatūros svyravimams vidutinio ir aukšto platumose didelę įtaką daro sniego danga.
Šilumos plitimas 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 temperatūra.Žemę sudarančių uolienų tūrinė šiluminė talpa yra maždaug du kartus mažesnė už vandens šiluminę talpą. Vandens šiluminė talpa - 1, kvarco - 0,517, molio - 0,676, oro - 0,0003.
Šilumos perdavimą iš sluoksnio į sluoksnį reguliuoja šilumos laidumas. Dauguma uolienų turi mažą šilumos laidumą (cal) cm * sek.:
Vandens šilumos laidumas - 0,00129 cal / cm * sek * deg., Oro - 0,000056.
Šilumos perdavimas iš sluoksnio į sluoksnį užtrunka, o maksimalios ir minimalios temperatūros pradžios laikas per dieną vėluoja kas 10 cm maždaug 3 valandomis. Jei aukščiausia temperatūra paviršiuje buvo apie 13 valandų, tai 10 cm gylyje maksimali temperatūra kils apie 16, o 20 cm gylyje – apie 19 valandų ir t.t.
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 su gyliu amplitudės sumažėja perpus kas 15 cm. Tai reiškia, kad jei paviršiuje amplitudė yra 16 °, tai 15 cm gylyje ji yra 8 °, o 30 cm gylyje - 4 °. Tuo pačiu metu temperatūros svyravimų periodai išlieka nepakitę visuose gyliuose. Vidutiniškai apie 1 m gylyje kasdieniniai dirvožemio temperatūros svyravimai išnyksta. Sluoksnis, kuriame šios vibracijos praktiškai sustoja, vadinamas sluoksniu pastovi paros temperatūra.
Kuo ilgesnis temperatūros svyravimų 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 atsiradimo momentai per metus vėluoja vidutiniškai 20-30 dienų vienam metrui. Taigi, jei žemiausia paviršiaus temperatūra buvo stebima sausio mėnesį, tai kovo pradžioje ji būna 2 m gylyje.
Stebėjimai rodo, kad pastovios metinės temperatūros sluoksnyje temperatūra artima vidutinei metinei oro temperatūrai virš paviršiaus. Vadinamas dirvožemio sluoksnis, esantis virš pastovios metinės temperatūros sluoksnio ir patiriantis metinius jo svyravimus aktyvus sluoksnis.
Vanduo, turintis didesnę šiluminę talpą ir mažesnį šilumos laidumą nei žemė, įšyla lėčiau ir lėčiau atiduoda 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 į vidų vyksta 1000-10 000 kartų greičiau nei šilumos laidumo būdu. Kai paviršiniai sluoksniai atvėsta, vyksta šiluminė konvekcija, kartu su vandens maišymu.
Dienos temperatūros svyravimai vandenyno paviršiuje didelėse platumose yra tik 0,1 °, vidutinėse platumose - 0,4 °, tropinėse - 0,5 °. Šių svyravimų prasiskverbimo gylis yra 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.
Vandens telkinių maksimalios temperatūros momentai atsilieka 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.
Dirvožemio paviršiaus temperatūra svyruoja per parą. Jo minimumas stebimas praėjus maždaug pusvalandžiui po saulėtekio. Iki to laiko dirvožemio paviršiaus spinduliuotės balansas tampa lygus nuliui - šilumos perdavimas iš viršutinio dirvožemio sluoksnio efektyvia spinduliuote subalansuojamas padidinus bendros spinduliuotės srautą. 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 vakare išlieka teigiamas. Tačiau dienos metu šiluma perduodama iš viršutinio dirvožemio sluoksnio į atmosferą ne tik dėl efektyvios spinduliuotės, bet ir dėl padidėjusio šilumos laidumo, taip pat dėl padidėjusio vandens išgaravimo. Taip pat tęsiasi šilumos perdavimas į dirvos gelmes. Šie šilumos nuostoliai pasirodo daug didesni už radiacijos pritekėjimą, todėl temperatūra dirvos paviršiuje nukrenta nuo 13-14 valandų iki ryto minimumo.
Dienos maksimalios ir minimalios temperatūros skirtumas vadinamas paros temperatūros amplitude.
Maskvos srityje, pasak S.P. Khromova ir M.A. Petrosyants (2004), žiemos mėnesiais ilgalaikė vidutinė paros temperatūros amplitudė dirvos (sniego) paviršiuje yra 5–10 ° С, vasaros mėnesiais - 10–20 ° С. Kai kuriomis dienomis paros amplitudės gali būti ir didesnės, ir mažesnės už ilgalaikes vidutines vertes, priklausomai nuo daugelio veiksnių, pirmiausia debesuotumo. Esant be debesų, saulės spinduliuotė yra puiki dieną, o efektyvi spinduliuotė taip pat yra puiki naktį. Todėl dienos (dienos) maksimumas yra ypač didelis, o dienos (naktinis) minimumas yra mažas, todėl paros amplitudė yra didelė. Esant debesuotam orui, dienos maksimumas sumažinamas, nakties minimumas padidinamas, o paros amplitudė mažesnė.
Dirvožemio paviršiaus temperatūra, žinoma, taip pat keičiasi kasmet. Atogrąžų platumose jo metinė amplitudė (šilčiausio ir šalčiausio metų mėnesių ilgalaikių vidutinių temperatūrų skirtumas) yra maža ir didėja didėjant platumai. Šiaurės pusrutulyje 10 ° platumos yra apie 3 ° C, 30 ° platumos apie 10 ° C, 50 ° platumos vidutiniškai apie 25 ° C.
Ekstratropinėse platumose neperiodiniai oro temperatūros pokyčiai yra tokie dažni ir reikšmingi, kad paros temperatūros kitimas aiškiai pasireiškia tik santykinai stabilaus mažo debesuoto anticikloninio oro laikotarpiais. Likusį laiką jį slepia neperiodiniai pokyčiai, kurie gali būti labai intensyvūs. Pavyzdžiui, vėsinimas žiemą, kai temperatūra bet kuriuo paros metu (žemyninėmis sąlygomis) per valandą gali nukristi 10–20 °C.
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 šalčio spūsčiai (kartais vadinami šalčio bangomis) įvyksta vidutinio klimato platumose dėl šalto oro masių invazijos iš Arkties ir Antarktidos. Europoje stiprūs žiemos šalčiai 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 net pasiekia Šiaurės Afriką bei Vakarų Aziją. Tačiau dažniau jie tvyro prieš Europos kalnų grandines, esančias platumos kryptimi, ypač priešais Alpes ir Kaukazą. Todėl Viduržemio jūros baseino ir Užkaukazės klimato sąlygos labai skiriasi nuo gretimų, bet labiau šiaurinių regionų sąlygų.
Azijoje šaltas oras laisvai prasiskverbia į kalnų grandines, besiribojančias su Vidurinės Azijos respublikų teritorija 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 pastebimi dideli advekciniai šalčiai: Pendžabe vidutiniškai 8–9 ° C, o 1911 m. kovo mėn. temperatūra nukrito 20 ° C. Tuo pačiu metu aplink kalnų grandines iš vakarų teka šaltos masės. Lengviau ir dažniau šaltas oras prasiskverbia į Azijos pietryčius, pakeliui nesusidurdamas su reikšmingomis kliūtimis (S.P.Khromovas ir M.A.Petrosyants).
Šiaurės Amerikoje platumos keterų nėra. Todėl šaltos Arkties oro masės gali netrukdomai plisti į Floridą ir Meksikos įlanką.
Per vandenynus šalto oro masių invazijos gali prasiskverbti giliai į tropikus. Žinoma, šaltas oras palaipsniui įšyla virš šilto vandens, tačiau jis vis tiek gali sukelti pastebimus temperatūros kritimus.
Jūros oro invazijos 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 įtaka klimatui gali būti siejama su Vidurio Sibiro plynaukšte ir Centrine Azija.
Atogrąžų oras žiemą ir vasarą veržiasi į Europą 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. Azijinėje Rusijos teritorijoje vasarą stebimi atogrąžų oro įsiveržimai iš Mongolijos, Šiaurės Kinijos, iš pietinių Kazachstano regionų ir iš Centrinės Azijos dykumų.
Kai kuriais atvejais stiprus temperatūros kilimas (iki + 30 ° C) vasaros tropinio oro invazijos metu išplito 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 JAV pietų susidaro atogrąžų oro masės.
Net Šiaurės ašigalio regione žiemos temperatūra kartais pakyla iki nulio dėl advekcijos iš vidutinio klimato platumų, 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, saulės spinduliuotės atspindys, sugertoji spinduliuotė, PAR, Žemės albedas |
| Spinduliuotė iš žemės paviršiaus |
| Priešinga spinduliuotė arba priešinga spinduliuotė |
| Žemės paviršiaus radiacijos balansas |
| Geografinis radiacijos balanso pasiskirstymas |
| Atmosferos slėgis ir barinis laukas |
| Barinės sistemos |
| Slėgio svyravimai |
| Oro pagreitis esant slėgio gradientui |
| 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 |
| Kondensacija atmosferoje |
| Debesys |
| Tarptautinė debesų klasifikacija |
| Debesuotumas, jo dienos ir metinė kaita |
| Krituliai iš debesų (kritulių klasifikacija) |
| Kritulių režimo charakteristikos |
| Metinis kritulių kiekio pokytis |
| Sniego dangos klimato reikšmė |
| Atmosferos chemija |
| Žemės atmosferos cheminė sudėtis |
| Debesų cheminė sudėtis |
| Cheminė kritulių sudėtis |
| Kritulių rūgštingumas |
4 paskaita
DIRVOŽEMIO TEMPERATŪROS REŽIMAS
Spinduliavimo energija aktyviajame sluoksnyje paverčiama šilumine energija. Esant teigiamam radiacijos balansui (dieną, vasarą), dalis šios šilumos išleidžiama aktyviajam sluoksniui šildyti, dalis - paviršiniam orui, augalams šildyti, dalis - vandens išgaravimui iš dirvožemio ir augalų. Kai radiacijos balansas yra neigiamas (naktį, žiemą), šilumos sąnaudas, susijusias su efektyvia aktyviojo paviršiaus spinduliuote, kompensuoja šilumos atėjimas iš aktyvaus sluoksnio, iš oro, dalis šilumos išsiskiria per vandens garų kondensacija (sublimacija) ant aktyvaus paviršiaus. Ši įeinanti ir išeinanti energija ant aktyvaus paviršiaus išreiškiama šilumos balanso lygtimi:
B = A + P + LE
čia B yra aktyviojo paviršiaus spinduliuotės balansas; A - šilumos srautas tarp aktyvaus paviršiaus ir apatinių sluoksnių; P – šilumos srautas tarp paviršiaus ir paviršinio oro sluoksnio; LЕ - šilumos srautas, susijęs su vandens fazinėmis transformacijomis (garinimas - kondensacija).
Kiti žemės paviršiaus šiluminio balanso komponentai (šilumos srautai iš vėjo energijos, potvynių, kritulių, energijos suvartojimas fotosintezei ir kt.) yra daug mažesni nei anksčiau nurodyti balanso nariai, todėl į juos galima neatsižvelgti.
Lygties prasmė yra subalansuoti žemės paviršiaus spinduliuotės balansą ne spinduliuotės šilumos perdavimo būdu.
Dirvožemio paviršiaus temperatūros paros ir metinės kaitos
Iš to, kad žemės paviršiaus šilumos balansas lygus nuliui, nereiškia, kad paviršiaus temperatūra nekinta. Kai šilumos perdavimas nukreipiamas žemyn (+ A), tada nemaža dalis šilumos, ateinančios į paviršių iš viršaus, lieka aktyviajame sluoksnyje. Šio sluoksnio, taigi ir aktyvaus paviršiaus, temperatūra šiuo atveju padidėja. Priešingai, šilumai perduodant 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 svyravimas 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, kyla dirvožemio paviršiaus temperatūra. Maksimali temperatūra stebima apie 13 valandų, vėliau temperatūra pradeda mažėti.
Kai kuriomis dienomis dėl debesuotumo, kritulių ir kitų veiksnių sutrinka nurodytas paros dirvožemio temperatūros svyravimas. Tokiu atveju maksimumas ir minimumas gali pereiti į kitą laiką.
Skirtumas tarp maksimumo 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 siejama 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 didelė , jis pasiekia 50 ... 60 0С;
reljefas : lyginant su lyguma, pietiniai šlaitai labiau įkaista, šiauriniai silpnesni, o vakariniai kiek stipresni nei rytiniai, atitinkamai kinta amplitudė;
augmenija ir sniego danga : kasdienių svyravimų amplitudė po šiais dangčiais yra mažesnė nei be jų, nes jie sumažina dirvožemio paviršiaus įkaitimą ir vėsinimą;
dirvožemio spalva : tamsių dirvožemių paviršiaus temperatūros paros 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 į vidų, o puriose lieka viršutiniame sluoksnyje, todėl pastarasis labiau įkaista;
dirvožemio drėgmė : šlapių dirvų paviršiuje amplitudė mažesnė nei sausų dirvų paviršiuje; drėgnose dirvose sugerta šiluma, kaip ir tankiose dirvose, pasklinda į vidų, o dalis šilumos eikvojama išgaruoti, dėl to jos įkaista mažiau nei sausos;
Debesuota : debesuotame ore amplitudė yra daug mažesnė nei giedru oru, nes debesuotumas sumažina aktyvaus paviršiaus dienos atšilimą ir nakties vėsinimą.
Kasmetinis judėjimas Dirvožemio paviršiaus temperatūrą lemia skirtingas saulės spinduliuotės kiekis per metus.
Žemiausia temperatūra dirvos paviršiuje dažniausiai stebima sausio – vasario mėnesiais, aukščiausia – liepą arba rugpjūtį.
Metinio dirvožemio paviršiaus temperatūros kitimo amplitudę įtakoja tie patys veiksniai kaip ir paros kitimo amplitudę, išskyrusvietos platumos. Metinio ciklo amplitudė, priešingai nei paros, 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 - šilumos kiekis, reikalingas dirvožemio temperatūrai pakelti 1 ° C. Atskirkite specifinę ir tūrinę šilumos talpą.
Specifinė šiluma (SU oud ) yra šilumos kiekis, reikalingas 1 kg dirvožemio pašildyti 1 ° C.
Tūrinė šiluminė talpa (SU apie ) yra šilumos kiekis, reikalingas 1 m3 dirvožemio pašildyti 1 ° C.
Vadinamasis dirvožemio gebėjimas perduoti šilumą iš sluoksnio į sluoksnįšilumos laidumas .
Šilumos laidumo koeficientas yra dirvožemio šilumos laidumo matas, kuris skaitine prasme 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, purenas dirvožemis turi didesnį savitąjį paviršiaus plotą nei tankus, todėl dieną sugeria daugiau radiacijos, 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, naudojamas matuoti aukščiausią paviršiaus temperatūrą laikotarpiu tarp stebėjimo laikotarpių.
Maksimalus termometras nuo skubaus skiriasi tuo, kad į rezervuaro dugną įlituotas plonas kaištis patenka į kapiliarinį kanalą tiesiai prie bako. Dėl to gyvsidabris plyšta susiaurėjimo taške ir taip fiksuojama maksimali tam tikro laikotarpio temperatūros vertė.
Minimalus termometras TM-2, alkoholis, naudojamas žemiausiai dirvožemio paviršiaus temperatūrai matuoti laikotarpiu tarp stebėjimo laikotarpių. Šio termometro prietaiso ypatumas yra tas, kad į kapiliaro vidų įdedamas nedidelis tamsaus stiklo kaištis. Kai temperatūra nukrenta, menisko paviršinė plėvelė juda link rezervuaro ir perkelia už jo esantį kaištį. Kylant temperatūrai, alkoholis laisvai plečiasi aplink kaištį. Pastaroji lieka vietoje, nurodant nuo rezervuaro nutolusį galą, minimalią temperatūrą tarp stebėjimo datų.
Alkūniniai termometrai (Savinova) TM-5, gyvsidabris, skirti matuoti dirvožemio temperatūrą šiltuoju periodu 5, 10, 15 ir 20 cm gylyje.
Zondinis termometras AM-6, toluenas, naudojamas lauko temperatūrai matuoti 3 ... 40 cm gylyje.
Tranzistorinis elektrotermometras TET-2 naudojamas ariamo sluoksnio temperatūrai matuoti šiltuoju metų laiku. Temperatūrą jie gali išmatuoti ir šakniavaisių, bulvių krūvose, grūdų masėje įdubose.
Agronomo lazda PITT-1 skirtas ariamo sluoksnio temperatūrai matuoti ir arimo gyliui matuoti. Jo veikimo principas pagrįstas ominės varžos, kaip temperatūros funkcijos, matavimu.
Išmetimo termometrai TPV-50, gyvsidabris, yra skirti dirvožemio temperatūrai matuoti 20 ... 320 cm gylyje ištisus metus. Jie taip pat gali būti naudojami ūkiuose matuojant temperatūrą krūvose, silosuose ir kt.
Neseniai buvo sukurti nekontaktinio dirvožemio paviršiaus temperatūros nustatymo iš palydovų, lėktuvų ir sraigtasparnių metodai, kurie leidžia gauti vidutines temperatūros vertes dideliems žemės paviršiaus plotams.
Amžinojo įšalo matuoklis AM-21 naudojamas dirvožemio užšalimo gyliui matuoti. Šis prietaisas susideda iš juodmedžio vamzdžio, kurio viršuje yra padalos centimetrais, siekiant nustatyti sniego dangos aukštį. Į šį vamzdelį dedamas guminis vamzdelis su 1 cm padalomis, užpildytas distiliuotu vandeniu.
Temperatūra pagal tarptautinę praktinę skalę matuojama Celsijaus laipsniais (° C). Laipsnis šioje skalėje yra 1/100 intervalo tarp ledo tirpimo taškų (0 ° C) ir vandens virimo temperatūros (100 ° C).
Dirvos temperatūros reikšmė augalams
Vienas iš svarbiausių augalų gyvenimo veiksnių yra dirvožemio temperatūra. Sėklų daigumas, šaknų sistemos vystymasis, dirvožemio mikrofloros gyvybinė veikla, mineralinių mitybos produktų įsisavinimas šaknimis ir kt., labai priklauso nuo dirvožemio temperatūros. Didėjant dirvožemio temperatūrai, suaktyvėja visi šie procesai. Žymus dirvožemio temperatūros kritimas lemia žieminių javų, daugiamečių žolių ir vaismedžių žūtį.
Daugumos žemės ūkio kultūrų sėklos vidurinėje juostoje dygsta 3 ... 5 ° C temperatūroje, o tokių kaip ryžiai, medvilnė ir kt., reikia daug aukštesnės temperatūros - 13 ... 15 ° C.
Padidėjus dirvožemio temperatūrai iki optimalios, didėja sėklų dygimo greitis, todėl sutrumpėja laikotarpis nuo sėjos iki sodinukų atsiradimo.
Dirvožemio temperatūros režimas tiesiogiai veikia šaknų sistemos augimo greitį. Esant žemai ir aukštai temperatūrai, augimo našumas pablogėja.
Po daigų atsiradimo dirvožemio temperatūra nepraranda savo vertės 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 mineralinėmis maistinėmis medžiagomis, organinių medžiagų skilimo greičiui, humusinių medžiagų sintezei ir kt.
Temperatūros režimas lemia judrių maisto medžiagų kaupimąsi dirvožemyje. Temperatūra, darydama įtaką vandens ir tirpių druskų judėjimo greičiui, įtakoja maisto medžiagų tiekimo augalams greitį iš dirvožemio ir panaudotų trąšų. Pavyzdžiui, esant žemai temperatūrai (8 ... 10 ° C), sumažėja azoto patekimas į šaknis ir judėjimas iš šaknų į antžeminius azoto organus, sumažėja 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 termofilinių kultūrų (kukurūzų, medvilnės) sėjinukų ligos ir sėklų pelėsiniai pažeidimai atsiranda esant žemai temperatūrai (šaltais pavasariais), kai šiluminės sąlygos augalams nepalankios.
Augalų kenkėjai su lervomis dirvoje, priklausomai nuo temperatūros, gali padaryti daugiau ar mažiau žalos.
Per dieną dirvos paviršius nuolat, įvairiais būdais praranda arba sugeria šilumą. Per žemės paviršių šiluma perduodama aukštyn (į atmosferą) ir žemyn (į dirvožemį). Bendra atmosferos spinduliuotė ir priešingoji spinduliuotė patenka į dirvožemio paviršių, o šiluma tiekiama turbulencinio šilumos laidumo būdu. Lygiai taip pat žemės paviršius skleidžia šilumą į atmosferą. Įeinanti šiluma paskirstoma plonu viršutiniu sluoksniu, kuris labai įkaista. Dirvos paviršiuje, išsiskiriant šilumai, temperatūra greitai krenta: ploname viršutiniame sluoksnyje susikaupusi šiluma greitai iš jo išeina, nepasipildydama iš apačios.
Pav. Nr. 1 Kasdienio dirvožemio paviršiaus temperatūros kitimo diagrama
Visų žemės paviršiaus šilumos įplaukų ir išlaidų algebrinė suma turėtų būti lygi nuliui, tačiau tai nereiškia, kad dirvožemio paviršiaus temperatūra nesikeičia. Jei šilumos perdavimas nukreipiamas žemyn, tada šiluma iš atmosferos lieka aktyviame dirvožemio sluoksnyje, todėl jo temperatūra pakyla. Pernešama į atmosferą, šiluma palieka aktyvųjį sluoksnį ir taip sumažina jo temperatūrą.
Paviršiaus temperatūra per dieną turi savo maksimumą, kuris pasireiškia 13-14 val., o minimumą, kuris stebimas praėjus pusvalandžiui po saulėtekio. Mūsų atveju (pav. Nr. 1) viskas vyksta būtent taip: žemiausia paviršiaus temperatūra 19 °C nukrenta 6 val. ryto – vasaros laikotarpiu, maždaug po saulėtekio. Šiuo metu šilumos išsiskyrimas iš viršutinio dirvožemio sluoksnio efektyvia spinduliuote yra subalansuotas dėl padidėjusio bendros spinduliuotės srauto, dėl kurio dirvožemio paviršiaus radiacijos balansas tampa lygus nuliui; o ne spinduliuotės balansas yra nereikšmingas. Tada temperatūra pamažu pakyla iki aukščiausios reikšmės vietos vidurdienį. Radiacijos balansas išlieka teigiamas iki vakaro, tačiau matyti, kad dirvos paviršiaus temperatūra krenta. Taip yra dėl padidėjusio šilumos laidumo ir vandens išgaravimo.
Dirvožemio paviršiuje maksimalios temperatūros dažniausiai būna aukštesnės nei ore, nes dieną saulės spinduliuotė šildo dirvožemį, o jau nuo jos šildo orą. Tai matyti ir nagrinėjamu atveju: maksimali dirvožemio paviršiaus temperatūra (49 °C) yra aukštesnė už maksimalią oro temperatūrą (32,8 °C) tą pačią dieną. Kita vertus, nakties minimumai dirvos paviršiuje yra žemesni nei ore, nes dirva pirmiausia atšaldoma efektyvia radiacija, o nuo jos atšaldomas oras. Rugpjūčio 19 d. minimali dirvos paviršiaus temperatūra buvo 19 °C, o minimali oro temperatūra – 21,2 °C.
Tyrimai atlikti rugpjūčio mėnesį, todėl skirtumas tarp paros maksimumo ir paros minimumo – paros temperatūros amplitudės – nagrinėjamu atveju yra gana didelis (30оС). Saulės spinduliuotė šalia žemės paviršiaus yra didelė dieną, o efektyvi spinduliuotė stebima naktį. Todėl, sprendžiant iš didelės amplitudės, diena buvo be debesų.
Dirvos paviršiaus temperatūros pokytis per dieną vadinamas paros norma. Kasdienis dirvožemio paviršiaus pokytis vidutiniškai per daugelį dienų reiškia periodinius svyravimus su vienu didžiausiu ir vienu minimumu.
Minimalus laikomasi prieš saulėtekį, kai radiacijos balansas yra neigiamas, o ne spinduliuotės šilumos mainai tarp paviršiaus ir gretimų dirvožemio bei oro sluoksnių yra nežymūs.
Saulei tekant, dirvos paviršiaus temperatūra pakyla ir pasiekia aukščiausią maždaug 13 valandų. Tada jis pradeda mažėti, nors radiacijos balansas vis dar yra teigiamas. Tai paaiškinama tuo, kad po 13 valandų šilumos perdavimas iš dirvožemio paviršiaus į orą padidėja dėl turbulencijos ir dėl garavimo.
Skirtumas tarp didžiausios ir minimalios dirvožemio temperatūros per dieną vadinamas amplitude dienos norma. Tam įtakos turi keletas veiksnių:
1.Sezonas. Amplitudė didžiausia vasarą ir mažiausia žiemą;
2.Svetainės platuma. Kadangi amplitudė yra susijusi su saulės aukščiu, ji mažėja didėjant vietos platumai;
3. Debesuota. Debesuotame ore amplitudė mažesnė;
4. Grunto šiluminė talpa ir šilumos laidumas. Amplitudė yra atvirkščiai susijusi su dirvožemio šilumos talpa. Pavyzdžiui, granitinė uoliena turi gerą šilumos laidumą ir į ją gerai perduodama šiluma. Dėl to granito paviršiaus kasdienių svyravimų amplitudė nedidelė. Smėlingo grunto šilumos laidumas yra mažesnis nei granito, todėl smėlio paviršiaus temperatūros kitimo amplitudė yra apie 1,5 karto didesnė nei granito;
5. Dirvožemio spalva. Tamsių dirvožemių amplitudė yra daug didesnė nei šviesių, nes tamsiuose dirvožemiuose yra didesnė absorbcijos ir spinduliuotės geba;
6. Augalija ir sniego danga. Augalinė danga sumažina amplitudę, nes neleidžia įkaisti dirvožemio saulės spindulių. Amplitudė nėra labai didelė net esant sniego dangai, nes dėl didelio albedo sniego paviršius šiek tiek įkaista;
7. Šlaitų ekspozicija. Pietiniai kalvų šlaitai yra šiltesni nei šiauriniai, o vakariniai - daugiau nei rytiniai, todėl pietinių ir vakarinių kalvų paviršių amplitudė yra reikšmingesnė.
Metinis dirvožemio paviršiaus temperatūros pokytis
Metinė norma, kaip ir paros norma, yra susijusi su šilumos atgabenimu ir suvartojimu ir daugiausiai lemia radiacijos veiksniai. Patogiausia sekti šį kursą pagal vidutines mėnesines dirvožemio temperatūros vertes.
Šiauriniame pusrutulyje maksimali vidutinė mėnesio dirvožemio paviršiaus temperatūra stebima liepos–rugpjūčio mėnesiais, o minimali – sausio–vasario mėnesiais.
Skirtumas tarp aukščiausios ir žemiausios vidutinės mėnesio temperatūros per metus vadinamas metinės dirvožemio temperatūros eigos amplitude. Tai labiausiai priklauso nuo vietos platumos: poliarinėse platumose amplitudė yra didžiausia.
Kasdieniai ir metiniai dirvožemio paviršiaus temperatūros svyravimai palaipsniui plinta į gilesnius jo sluoksnius. Vadinamas dirvožemio arba vandens sluoksnis, kurio temperatūra kasdien ir kasmet svyruoja aktyvus.
Temperatūros svyravimų plitimas gilyn į dirvą apibūdinamas trimis Furjė dėsniais:
Pirmasis iš jų sako, kad svyravimų periodas nesikeičia su gyliu;
Antrasis rodo, kad dirvožemio temperatūros svyravimų amplitudė mažėja eksponentiškai didėjant gyliui;
Trečiasis Furjė dėsnis nustato, kad maksimali ir minimali temperatūra gylyje atsiranda vėliau nei dirvos paviršiuje, o vėlavimas yra tiesiogiai proporcingas gyliui.
Vadinamas dirvožemio sluoksnis, kuriame temperatūra nesikeičia visą dieną pastovios paros temperatūros sluoksnis(žemiau 70 - 100 cm). Dirvos sluoksnis, kuriame dirvožemio temperatūra išlieka pastovi ištisus metus, vadinamas pastoviuoju sluoksniu. metinė temperatūra... Šis sluoksnis prasideda 15-30 m gylyje.
Aukštose ir vidutinio klimato platumose yra didžiulių plotų, kuriuose dirvožemio sluoksniai daugelį metų išlieka įšalę, vasarą neatšildant. Šie sluoksniai vadinami amžinas amžinasis įšalas.
Amžinasis įšalas gali susidaryti kaip vientisas sluoksnis arba atskirais sluoksniais, įsiterpus į atšildytą dirvą. Amžinojo įšalo sluoksnio storis svyruoja nuo 1-2 m iki kelių šimtų m.Pavyzdžiui, Jakutijoje amžinojo įšalo storis siekia 145 m, Užbaikalėje – apie 70 m.
Rezervuarų šildymas ir vėsinimas
Paviršinis vandens sluoksnis, kaip ir dirvožemis, gerai sugeria infraraudonąją spinduliuotę: jos absorbcijos ir atspindėjimo sąlygos nuo vandens ir dirvožemio mažai skiriasi. Trumpųjų bangų spinduliavimas yra kitas dalykas.
Vanduo, skirtingai nei dirvožemis, yra skaidrus kūnas. Todėl radiacinis vandens šildymas vyksta jo storyje.
Reikšmingus vandens ir dirvožemio šiluminio režimo skirtumus lemia šios priežastys:
Vandens šiluminė talpa yra 3-4 kartus didesnė už dirvožemio šilumos laidumą. Esant tokiam pačiam šilumos kiekiui ar suvartojimui, vandens temperatūra kinta mažiau;
Vandens dalelės yra judresnės, todėl vandens telkiniuose šilumos perdavimas į vidų vyksta ne per molekulinį šilumos laidumą, o dėl turbulencijos. Vandens aušinimas naktį ir šaltuoju metų laiku vyksta greičiau nei kaitinant dieną ir vasarą, o paros, kaip ir metinių, vandens temperatūros svyravimų amplitudės yra nedidelės.
Metinių svyravimų įsiskverbimo į vandens telkinius gylis yra 200 - 400 m.