6 лет назад
Нету коментариев

Мы рассмотрели в самых общих чертах различные климаты и те условия, под влиянием которых они образуются. Мы видели, насколько различия топографии, рельефа, даже ланд­шафта влияют на характер климата. Эти различия могут быть сравнительно крупного масштаба, но даже и мелкие особенности местности создают, в пределах общего типа климата, сравни­тельно мелкие климатические различия — местный климат. Кроме того, выделяют так называемый «микроклимат» от греческого «микро»—малый, т. е. климат припочвенных слоев воздуха (от 0 до 2 м). Изучение местного климата и микроклимата очень важно для человека, потому что эти особенности климата не­редко имеют большое значение для его жизни и хозяйственной деятельности.
Обычные метеорологические наблюдения над температурой и влажностью ведутся на высоте 2 м над поверхностью земли, а для ветра — и на больших высотах, и потому не могут дать представления о тех условиях, которые господствуют у самой земли. А между тем, именно в самых нижних слоях протекает развитие и вся жизнь большей части растений. Известно, что на почве бывают заморозки, тогда как температура в будке остается на несколько градусов выше 0°, и что в летние дни, на­оборот, температура на поверхности почвы бывает много выше, чем та, которую показывает термометр в будке; но как именно совершаются переходы от поверхности земли до различных высот над поверхностью, это долгое время выпадало из поля зрения метеорологов. Точно так же не исследовались и изме­нения ветра в ближайших к земле слоях и т. п.
В последние годы трудами советских метеорологов изу­чен целый ряд закономерностей, обусловливающих различия местного климата и микроклимата. Мы уже упоминали, напри­мер, о влиянии формы рельефа на суточный ход температуры и влажности, на изменения температуры с высотой, о которых дал общие положения А. И. Воейков. Эти положения приме­нимы и для крупных и для мелких особенностей рельефа. Ряд ученых исследовал специально местный климат городов, раз­личных курортных местностей, леса, полян. В связи с запро­сами народного хозяйства усиленно изучается микроклимат полей с различными посевами, болот и др.
При изучении микроклимата большое внимание должно быть уделено вопросам турбулентности, или неупорядоченного дви­жения воздуха. Путем этих движений вихревого характера, возникающих под влиянием неравномерного нагревания различных частей земной поверхности (термическая турбулентность), а также под влиянием препятствий и трения воздуха о земную поверхность (динамическая турбулентность) происходит верти­кальный перенос тепла, водяного пара и других свойств. Именно турбулентность обусловливает перемешивание различных слоев воздуха. Термическая турбулентность сильнее всего при значи­тельном нагревании земной поверхности и нижних слоев воз­духа и, наоборот, ослабевает или вовсе затухает при наличии инверсий. Если верхние слои теплее нижних, то нижний холодный воздух теряет импульс для дальнейшего подъема. Инверсия является таким образом преградой, «запирающим слоем» для теплового перемешивания. Если в воздухе имеется инвер­сия и притом нет ветра, то нет и перемешивания, и создаются благоприятные условия для застоя воздушных масс у поверх­ности земли. Вообще, у самой земли турбулентность очень мала, незначительно поэтому и перемешивание, и в приземном слое создается особый микроклимат.
В распределении температуры с высотой в приземном слое можно выделить два противоположные друг другу типа. Пер­вый тип, — так называемый инсоляции, т.е. притока солнеч­ного тепла, — наблюдается при сильном нагревании земной по­верхности; он в самом чистом виде встречается в дневные часы летом при ясной погоде. С удалением от земной поверхности температура быстро падает, притом быстрее всего у самой земли. Например, Воейков наблюдал летом 1894 г. в Одессе на поверхности почвы 50,4°, на высоте 2 см 32,2°, на высоте 54 см 30,0°, а на высоте 3 м над землей 28,9°. Указывая выше на изменения температуры с высотой в горах и в свободной атмо­сфере, мы считали, что падение температуры на 100 м высоты составляет 0,3-0,7°. Но, если рассчитать на 100 м те измене­ния температуры, которые получаются в этом примере, от поверхности земли до 2 см, то они оказались бы порядка десятка тысяч градусов; от 2 до 54 см падение температуры на 1 м получилось бы уже меньше, 32,2°-30,0°/52= 4,35° следовательно, градиент 435°; в слое от 54 см до 3 м падение температуры на 1 м составило бы 0,45°, т. е. градиент 45. В средних выводах из различных наблюдений последнего вре­мени получаются в летние месяцы в слоях 2,5— 30 см градиенты порядка 600—700°. Отсюда ясно, что при обычных наблюдениях в будке, на высоте 2 м, как раз самые резкие изменения у земли, имеющие особенное значение для растительности, остаются совершенно незамеченными.
В холодную половину года падение температуры с высотой совершается гораздо медленнее. При ясной тихой погоде ночью, а зимой в течение целых суток, наблюдается другой крайний тип распределения температуры с высотой — тип радиацион­ный, т. е. тип излучения, отдачи тепла; при этом типе вверху теплее, чем внизу — получается инверсия до известной высоты. В зависимости от различных условий, в частности от облачно­сти, распределение температуры с высотой может быть и про­межуточное между этими двумя типами. Например, летом в ясное утро нагревание начинается с приземных слоев и внизу
получается инсоляционный тип, в то время как вверху еще пре­обладает тип излучения; подоб­ный же ход температуры полу­чается и при выпадении обиль­ной росы: температура нижнего слоя также повышается от выде­ления скрытой теплоты (рис. 19). Турбулентные процессы пе­реносят от земли в верхние слои также и водяной пар; аб­солютная влажность у земли? всегда наибольшая, относитель­ная же изменяется как в зависимости от абсолютной влажности, так и от температуры, и потому ее распределение получается более сложное. Наблюдений над влажностью в приземных слоях пока еще очень мало, но ясно, что они представляют очень большой интерес для практики.

Типы распределения температуры в приземном шаре

Типы распределения температуры в приземном шаре

Практически также очень важна скорость ветра, которая, как и другие метеорологические элементы, резко изменяется с удалением от земной поверхности. У самой земли скорость ветра уменьшается под влиянием трения, а с некоторой высоты быстро растет. При этом у земли ветер имеет особенно бес­порядочный характер как по скорости, так и по направлению. Об этом дает представление рис. 20, изображающий распреде­ление скоростей ветра в определенный момент (промежуток, времени в 5 секунд) над свекловичным полем на высоте 25 см. Косой штриховкой отмечены области, где ветер имеет направление, противоположное общему ветровому потоку. Наблюде­ния показывают, что эти мелкие изменения скорости и направ­ления ветра зависят от характера поверхности, над которой проходит ветер, и даже от сорта посевов.

Распределение скорости ветра у земли

Распределение скорости ветра у земли

Для изучения микроклимата, как и для изучения климата. возможны два пути, — с одной стороны, выявление тех или иных особенностей данной местности на различной высоте и в различных условиях при помощи непосредственных наблюдений; с другой — изучение физических процессов, вызывающих определенные особенности в ходе метеорологических элементов. По существу, второй путь следует считать более правильным, так как для непосредственного обнаружения мелких особенно­стей в микроклимате каждого отдельного места нужно было бы сделать бесчисленное количество наблюдений. Но и для выявления закономерностей в изменении метеорологических элементов необходимо очень много специальных наблюдений, объединенных общим заданием.
Если для изучения микроклимата обычные наблюдения на высоте 2 м дают очень мало, то они вполне пригодны для исследования местных климатов, например разностей темпера­туры и влажности в лесу и на поляне, влияния леса на ветер и т. п. Такие станции и устанавливаются на сравнительно короткие сроки для специальных целей, но для них выбираются именно те места, которые характерны для тех или иных осо­бенностей изучаемого участка, в то время как обычные стан­ции сети устраиваются, как известно, так, чтобы по возмож­ности исключить местные влияния.
Для выявления основных различии местного климата приме­няют нередко термометрическую и анемометрическую съемку на определенных маршрутах при помощи походных приборов: психрометра Ассмана, термометра-праща, ручного анемометра и т. п. Для исключения различий от неодновременности наблю­дений в некоторых постоянных пунктах устанавливают само­писцы, или наблюдатель проходит тот же маршрут в обратном порядке. Для определения значений метеорологических эле­ментов берутся средние из двух отсчетов при прохождении в том и другом направлении.
Для изучения влияния на ветер различных препятствий. например холмов, лесных насаждений и т. п., прибегают нередко и к исследованиям лабораторного характера — в аэродинамиче­ской трубе. Методы исследования местного климата и микро­климата могут быть разнообразны в зависимости от тех вопро­сов, которые имеется в виду разрешить. Для исследований приземного слоя в последнее время устраиваются специальные гра­диентные станции с установкой приборов на мачтах высотою до 20 м.
Остановимся на том, как могут иногда меняться на небольших протяжениях метеорологические элементы в зависимости от различных условий рельефа и ландшафта.
Рельеф. Одним из самых резких примеров застоя воздуха в котловинах может служить та разница температур, которая получена в феврале 1931 г. над Гаграми наблюдателем Гагринской метстанции А. Рудневым. В ясный день утром, когда на вершине Гагринского хребта температура была +4,l°, на дне впадины небольшого диаметра, всего на 20 м ниже, она ока­залась — 21,8°. Мы имеем, та­ким образом, повышение тем­пературы с высотой в 25,9° на 20 м. На 100 м это повы­шение составило бы 130°! Это, конечно, очень резкий скачок температуры, но в реально­сти его сомневаться не при­ходится.
Интересно также привести данные, полученные в Запад­ной Грузии в особенно холод­ную зиму 1924 25 г. Г. Т. Селяниновым. Станция Гашперди расположена на вершине холма на высоте 140 м., Самтреди — в низменности на вы­соте 29 м. В первые дни холодов, обусловленных холодным вторжением, когда небо было облачно и выпадали осадки, тем­пературные кривые обеих станций (рис. 21) почти совпадают (29—31/XII 1924 г.). При переходе к ясной и почти штилевой погоде к вечеру 1,1 1925 г. на станции Гашперди (кривая 1) тем­пература все время остается гораздо ниже, чем в Самтреди (кривая 2). Выстывание нижних слоев воздуха особенно сильно из-за наличия снежного покрова. Но влияние рельефа сказы­вается и в средних значениях температур, как видно из соста­вленной С. А. Сапожниковой карты района Сочи и Сухуми (рис. 22) для средних минимальных температур. В низинах, в до­линах рек средние минимумы падают значительно ниже, чем на возвышенных местах и на склонах. Это имеет громадное значение для выбора районов разведения плодовых деревьев, особенно мандаринов и апельсинов, для которых заморозки гу­бительны.

Инверсия в Западной Грузии

Инверсия в Западной Грузии

Иногда даже мелкие различия рельефа уже сказываются на температурах, особенно минимальных. Близ Куйбышева станции Полибино и Ключевский хутор расположены на расстоянии 10 км друг от друга. Полибино находится в низине на высоте 108 м, Ключевский хутор — на плато, на 77 м выше. Вечером и утром средняя температура в Ключевском хуторе примерно на 1° выше, чем в Полибине; днем, наоборот, в Ключевском хуторе несколько холоднее. Безморозный период в Полибине почти на целый месяц короче, чем в Ключевском хуторе. В отдельных случаях разница температурных условий высту­пает особенно резко. Так, 17 июля 1899 г. в Полибино был заморозок -0,4°. а в Ключевском хуторе в то же время было +4,3°. Есть и еще более удивительные разности температур при незначительных различиях рельефа. Писатель В. Серошевский в своей книге «Якуты» пишет, что осенью при тихой и ясной погоде ему приходилось наблюдать на полях «пятни­стый мороз»: «Не знаю, как иначе назвать эти полосы познобленных злаков рядов с совершенно нетронутыми, причем сте­пень зрелости хлебов играет второстепенную роль. Главную роль играет качество и положение почвы. Замечено, что мороз меньше бьет хлеб, посеянный на буграх, чем на низких или ровных полях … больше страдают растения в местах, закры­тых со всех сторон, чем на открытых, на небольших, окружен­ных лесом, пашнях, чем на просторных полях». Он приводит также случай, когда летом ранний заморозок повредил огороды богачей, окруженные каменными оградами, а неогороженные посадки бедняков остались нетронутыми.

Карта средних минимальных температур

Карта средних минимальных температур

Серошевский правильно подметил своеобразие микроклимата закрытых мест, например лесных полян: на них происходит, особенно в ясные ночи, застой холодного воздуха, как и в гор­ных котловинах; такую же задерживающую роль играет и сплош­ная ограда вокруг посева.
Наблюдения, произведенные на лесных полянах, ясно обна­руживают разницу местного климата полян в сравнении с открытым полем. Например, наблюдения лесной и степной станций в Мариупольском лесничестве показывают, что летом в дневные часы во все месяца на поляне в среднем теплее, чем в степи, примерно на 1°. Средние суточные температуры на поляне в теплое летнее время года несколько ниже, чем в степи, причем в отдельные дни разность, наибольшая в лет­ние месяцы, доходит почти до 5°.
Если сравнить температуры в лесу и на поляне, то оказы­вается, что в теплое время в лесу холоднее, чем на поляне, примерно на 1°, в холодное же — несколько теплее. Летом почва в лесу прогревается на меньшую глубину, чем на поляне; зато зимой почва полян промерзает глубже. В лесу холоднее, чем на его опушке; поэтому, например, в Сибири кедровые орехи поспевают в лесу на 3-4 дня позднее, чем на опушке. Под пологом леса как суточные, так и годовые амплитуды темпера­туры меньше, чем на поляне и в поле. Численные величины этих влияний зависят и от характера леса (густой или редкий) и от древесных пород — лиственных или хвойных.
Самая высокая температура в лесу бывает среди крон, в силу поглощения листьями солнечной радиации. В холодное время кроны являются источником излучения, и тогда температура здесь оказывается наименьшей. Но, если лес недостаточно густой, то излучает тепло и почва, и тогда получаются днем два максимума, а ночью два минимума температуры: внизу и вверху.
Особенно велико влияние леса на ветер: в лесу ветер почти полностью затухает. По наблюдениям Сельскохозяйственной академии им. Тимирязева в Москве, в сосновом насаждении скорость ветра в 50 м от опушки леса составляет всего 55— 75% скорости на опушке, в 100 м — уже 7%, а в 200 м — 2—З%. Даже ветер большой силы, встречая на пути лес, в основ­ном переходит через него, причем вследствие поднятия и сбли­жения линий тока скорость ветра над лесом увеличивается; позади леса она опять уменьшается. У опушки обычно обра­зуется вихри, причем ветер начинает ослабевать уже в рас­стоянии 50 м от опушки; за лесом уменьшение скорости ветра простирается на несколько сот метров. Нужно заметить, что затухание ветра, хотя и не такое сильное, как в лесу, наблю­дается и в поле среди посевов. На метеорологические условия оказывают влияние не только целые лесные массивы, но и сравнительно узкие полосы порядка 10—20 м ширины; умень­шение скорости ветра среди таких полос уменьшает испарение, вдоль защитных полос происходит накопление снега, который на открытых пространствах легко выдувается ветром. Этой легло в основу великого плана переделки природы, намеченного в по­становлении Совета Министров и ЦК ВКП(б) «О плане поле­защитных лесонасаждений, внедрении травопольных севооборо­тов, строительства прудов и водоемов для обеспечения высо­ких и устойчивых урожаев в степных и лесостепных районах Европейской части СССР и опубликованного 29/Х 1948 г. Об этом грандиозном плане, не имеющем себе равных в истории, мы скажем позднее в разделе „Человек и климат».
Небольшие водные бассейны в теплое время года, особенно к осени, довольно сильно прогреваются и повышают минималь­ные температуры прилегающих территорий; но суточный ход температуры над небольшими водоемами все же менее сглажен, чем над большими водными поверхностями. Сравнительно боль­шие озера оказывают влияние также и на силу ветра, увели­чивая ее и уменьшая порывистость.
На болотах, вследствие малой теплопроводности мха, днем тепло мало проникает в глубину, а ночью более теплые внут­ренние слои не прогревают верхних; из-за этого минимумы тем­пературы на болотах ниже, чем на минеральных почвах, и там раньше наступают заморозки. В летнее время по вечерам, в силу большой влажности и более низкой температуры, на болотах часто образуются туманы.
Своеобразный климат создается в больших городах. Летом высокие каменные дома и мостовые сильно нагреваются и поэтому в городе бывает теплее, чем в пригородах, особенно при отсутствии в нем зеленых насаждений; вечером разность температур между городом и окрестностями возрастает, потому что в окрестностях наступает естественное охлаждение, а в го­роде нагретые стены, крыши, мостовые еще долго отдают воз­духу свое тепло. Зимой усиленная тонка жилых помещений также повышает температуру воздуха в городах по сравнению с окрестностями. Исследования в Москве показали, что в очень жаркое лето 1936 г. разность температур между городом и окрестностями доходила до 5° для неглубокой долины в при­городе и до 1,5° — для березовой рощи. Влажность за городом выше, чем в городе, из-за испарения с поверхности раститель­ности. По 35-летним наблюдениям разность температур окра­ины Ленинграда (Лесной) с городом составляла в среднем за год более 0.5°, а в летние месяцы 0,8°. На первый взгляд эта разница кажется не очень большой, но не надо забывать, что для указанной территории изменение средней годовой температуры на 0,5° соответствует расстоянию по меридиану в 150 км. Еще большими разностями отличаются минимальные температуры. В отдельных случаях разница абсолютных минимальных температур может доходить до 7°, например 25/ХН 1892 г., в г. Ленинграде абсолютный минимум был —34°, в Лесном —41°; средние минимумы летом в Лесном ниже, чем в Ленинграде, примерно на 1 — 1,5°, а зимой на 3—3,5°.
В городе высокие здания служат защитой от ветра, поэтому ветер в городе никогда не достигает той силы, как за городом. Кроме того, направление ветра в городе изменяется в зависи­мости от направления улиц; поэтому судить о направлении ветра можно лишь по флюгеру, установленному очень высоко. В связи с тем, что в городе наблюдается большая запыленность воздух» и уменьшение количества часов солнечного сияния, так как солнце раньше скрывается за высокими зданиями и позднее из-за них восходит, происходит уменьшение солнечной радиации (до 20%). А так как частички пыли служат ядрами конденсации, то в городе наблюдается значительно большее количество туманов, чем за городом. Особенно часты и сильны туманы там, где воздух влажен и засорен продуктами промыш­ленной деятельности — сажей и пр. Например, в Лондоне туманы составляют настоящее бедствие; иногда в городе в нескольких шагах не видно фонарей и огней уличного транспорта. Густые буро-желтые туманы так и носят у лондонцев название «горо­хового супа». Несмотря на принимаемые меры, Лондон зимой и до сих пор теряет от загрязнения воздуха продуктами горения до 50% солнечной радиации, а прежде потеря доходила до 80%. Некоторые наблюдения указывают на то, что в больших горо­дах, а также близ крупных заводов увеличивается даже коли­чество осадков малой интенсивности, зависящее от конденсации влаги на частичках пыли.