Занятие 3 Характер перераспределения тепла и влаги

По элементам рельефа

Цель: дать представление о влиянии крутизны и экспозиции склона на перепаспределение тепла и влаги в зависимости от экспозиции и крутизны склона

Ключевые слова: коэффициент увлажнения, испаряемость, плакор, экспозиция склона.

 

Теоретический минимум

Основным источником энергии в агроландшафтах является Солнце. Солнечные лучи, падая на земную поверхность, не одинаково прогревают ее различные участки. Основным перераспределителем солнечного тепла является рельеф. Экспозиция склона, т.е. их ориентировка относительно стран света, влияет на микроклимат, растительность, содержание влаги в почве.

В зависимости от экспозиции и крутизны склона меняется угол падения солнечных лучей, что приводит к неравномерному прогреву земной поверхности.

На склонах северных и западных экспозиций мощность снежного покрова, запас воды в снеге перед снеготаянием, слой стока, коэффициент стока и накопление воды в почве после снеготаяния характеризуются более высокими значениями, чем на склонах южных и восточных экспозиций. Практически такая же тенденция наблюдается и в отношении урожайности сельскохозяйственных культур. А отношение испаряемости со склонов (крутизной 5°) к испаряемости на ровном месте, относительные показатели интенсивности весеннего смыва почв, наличие площадей смытых и размытых земель на южных экспозициях больше, чем на северных. Различия между склонами восточных и западных экспозиций выражены слабее.

На склонах южных экспозиций эрозия нередко бывает больше и от выпадения сильных дождей. Это обусловливается сравнительно худшими физико-химическими свойствами почв и меньшей почвозащитной ролью растительности.

Ориентация склонов и их крутизна оказывают существенное влияние на температуру почвы. Весной, летом и осенью южные склоны днем теплее, а северные заметно холоднее открытого ровного места, причем микроклиматические различия возрастают с увеличением крутизны скло­нов.

Наибольшие различия наблюдаются весной и осенью, а летом они меньше. Это обусловлено распределением прямой солнечной радиации и радиационного баланса на склонах различной ориентации и крутизны.

Западные склоны получают от Солнца такое же количество тепла, как и восточные. Однако при прочих равных условиях западные склоны несколько теплее, так как на восточных склонах часть тепла затрачивается утром на испарение росы с поверхности почвы и растений, тогда как на западных склонах, освещаемых Солнцем после полудня, росы уже нет.

Наличие растительного покрова на поверхности почвы оказывает заметное влияние на ее тепловой режим. Растительный покров затеняет земную поверхность, в результате чего почва в дневные часы под действием солнечной радиации нагревается меньше. В ночные часы растительный покров уменьшает охлаждение поверхности почвы, задерживая тепло, отдаваемое излучением. В целом почва под растительным покровом летом холоднее, чем оголенная. Кроме того, при наличии растительного покрова отмечают увеличение затрат поступающего тепла на испарение воды, а следовательно, уменьшение влажности почвы и, как следствие этого, уменьшение теплоемкости и теплопроводности почвы.

Кроме солярной (солнечной) экспозиции, зависящей от ориентации склона по сторонам горизонта, определяют и ветровую экспозицию склонов. Различают наветренные (повернутые к ветру) и подветренные склоны. В Нечерноземной зоне южные и западные склоны, как правило являются наветренными, а северные и восточные - подветренными. Хотя наветренные склоны получают больше влаги, чем подветренные, испарение с их поверхности также происходит интенсивнее.

И.И.Кармановым (1997) предложены эмпирические формулы расчета трансформации суммы эффективных температур за счет перераспределения рельефом потока солнечных лучей (инсоляции). Эта формула учитывает характер перераспределения тепла только в дневное время, в то время как после захода солнца, распределение тепла подчиняется механизму образования инверсий, который значительно сложнее рассчитать.

Расчет поправок к сумме температур >10° (Pt) на склонах различной крутизны и экспозиции проводится по формуле:

∑t_>10 - среднемноголетняя сумма температур больше 10° в плакорных условиях (условия ровных возвышенностей),

ά - крутизна склона в градусах,

Ш - широта местности в градусах;

k - коэффициент пропорциональности (определяется в соответствии с экспозицией склона).

Таблица 3. - Коэффициент пропорцйиональности в зависимости от экспозиции склона

Экспозиция склона	Коэффициент пропорциональности k
южная	+ 0,40
северная	-0,35
западная	+ 0,08
восточная	-0,07

 

Таблица 3.2 - Широта городов, вокруг которых расположены сельскохозяйственные угодья по склонам

Город	Широта
Калуга	54о 32'00"
Мосальск	54 о 29'00"
Сухиничи	54 о 06'00"
Спас-Деменск	54 о 25'00"
Жиздра	53 о 45'00"
Малоярославец	55 о 00'00"
Киров	58 о 36'00"

Расчет поправок к коэффициенту увлажнения (P_s) производится по формулам:

- для южных склонов    Ps ⁼ [ К_у х (0,5 ά +2 ά)]/100;

- для северных склонов Р s = [ K_y х (l,3ά + 3,6 ά^0.7)]/ l00;

- для западных и восточных склонов P_s = [ К_у х (0,3 ά + ά)] /100; где

К_у  - коэффициент увлажнения для плакорных условий; ά - крутизна склона в градусах.

Совокупное влияние солярной и ветровой экспозиций приводит к тому, что для склонов южной, восточной и западной экспозиции поправки всегда имеют отрицательное значение, а для северных склонов - положительное.

Коэффициент увлажнения (Ку) равен отношению годовой суммы осадков r (в мм) к годовой испаряемости Ем (в мм) для данного пункта, т. е. он рассчитывается по формуле:

Ку = r / Ем                                                                    

Годовой показатель испаряемости получается при суммировании месячных значений Ем, которые можно вычислить по формуле (Иванов, 1948):

Ем = 0, 0018 (25+Т)² х (100–а),

где Т – средняя месячная температура воздуха, в ^оС, а – средняя месячная относительная влажность воздуха, в %.

Задание для работы на занятии:

1. Рассчитайте поправки к сумме температур > 10 ^o C на склонах разной крутизны и экспозиции по вариантам. Сделайте вывод: как зависит сумма температур > 10^oC от экспозиции и крутизны склона. Для каких культур и сортов это имеет значение?

2. Рассчитайте месячные и годовой показатель испаряемости для полей соответствующего района. Сделайте вывод: в какие месяцы показатель испаряемости самый высокий и самый низкий

3. Рассчитайте коэффициент увлажнения для тех же полей. Сделайте вывод: как зависит коэффициент увлажнения от экспозиции и крутизны склона.

4. Сформируйте итоговую таблицу

5. Какой склон Вы выберете для выращивания сельскохозяйственных культур (табл.3.3)

 

 

Таблица 3.3 – Суммы активных температур для сельскохозяйственных культур

 

Культура	Сумма температур выше 10° C
Пшеница яровая	1200—1700
Ячмень	960—1450
Овёс	1000—1600
Просо	1410—1950
Гречиха	1200—1400
Кукуруза	1100—2900
Подсолнечник	2000—2300
Картофель	1200—1800

 

6. Сделайте общий вывод

Таблица 3.4 – Варианты заданий

 

Вариант	1	2	3	4	5	6	7
Экспозиция	ю,с	з,в	в,з	с,ю	з,в	с,з	ю,с
Крутизна склона, град	1,5 о; 5,5 о	2 о; 7 о	3 о; 8 о	1о; 5 о	2 о, 6,5 о	0,5 о; 9 о	2,5 о; 10 о
Местопо-ложение	Сухиничи	Мосальск	Сухиничи	Спас-Деменск	Жиздра	Малояро-славец	Киров

 

Таблица 3.5 – Вспомогательная таблица к заданию 1 (образец заполнения)

 

Местопо-ложение	Сумма темпе-ратур >10	Экспо-зиция склона, град	Кру-тизна, град.	ά0.7	k	Ши- рота, град		75-Ш	Рt	Сумма температур >10 с поправкой
Калуга	2227	южная	1	1	+0,40	54		21	42	2269
			5	3,1					132	2359
		северная	1	1	-0,35				-37	2190
			5	3,1					-115	2112

Таблица 3.6 – Вспомогательная таблица к заданию 2 (образец заполнения)

Калуга