тепловой баланс почв
В самом общем виде тепловой баланс почв будет выглядеть следующим образом:
(Прямая солнечная радиация) + (Рассеянная солнечная радиация) + (Противоизлучение атмосферы) – (Отраженная солнечная радиация) – (Излучение почвой тепла) – (Конвективный нагрев приземного слоя атмосферы) – (Потери тепла на испарение и транспирацию) – (Поток тепла в почву) = 0.
РИСУНОК 1
Первые пять членов этого расписанного баланса, как мы уже
знаем, формируют радиационный баланс I n . А три последних расход-
ные: нагревание почвы и листовой поверхности растений - Q s , нагре-
вание приземного слоя воздуха - H a и испарение воды - LE как про-
изведение удельной теплоты испарения L (которая составляет
примерно 585 кал/г Н 2 О) на количество испарившейся воды из почвы
и из растений - эвапотранспирацию, Е (г Н 2 О/(см 2 ·сут)). Поэтому
размерности всех составляющих теплового баланса те же, что и ра-
диационного баланса - кал/(см 2 ·сут). Не забудем и еще одну состав-
ляющую - энергию, затраченную на фотосинтетические процессы,
Q ФАР , впрочем, как мы уже отмечали, весьма маленькую в сравнении
с остальными. Поэтому нередко ее даже не указывают (впослед-
ствии мы будем поступать так же) в уравнениях теплового баланса.
В этих уравнениях направление потоков тепла и соответственно
знак указываются в зависимости от направления к поверхности: по-
ложительными будут все составляющие, имеющие направление к по-
верхности, а отрицательными - от нее. Это учтено в вышеприведен-
ном уравнении теплового баланса. Оно характеризует дневные часы.
А вот в ночные часы, как это видно на рисунке 1, составляющие име-
ют другое направление. Из глубины почвы к поверхности направлен
внутрипочвенный поток. И величина - Q s положительна, так же, как
и - H a , так как турбулентный поток тепла может быть направлен в
ночное время к поверхности почвы. Эвапотранспирация в ночное вре-
мя близка к нулю, а почва выделяет тепло в атмосферу - радиацион-
ный баланс отрицателен. Таким образом, тепловой баланс в ночное
время составит
Это означает, что и радиационный баланс в ночное время отри-
цателен. Поэтому дважды в сутки основные составляющие теплово-
го баланса (I n , Q s , H a ) меняют свой знак и проходят через ноль. Теп-
ловой баланс имеет периодический (но не симметричный) вид, как
это и изображено на рисунке 2. Для летнего периода ( рисунок 2 )
суточный радиационный баланс положителен большую часть суток,
а вот зимой ( рисунок 2 ) - в основном отрицателен. Это хорошо
видно на рисунке 2: зимой значительно длительнее период отрица-
тельных значений I n , Q s . В результате почва остывает.
Что следует из представленной схемы и уравнений радиацион-
ного и теплового баланса? Прежде всего, что все эти процессы фор-
мируются на деятельной поверхности и от ее характеристик зависят
величины составляющих баланса.
РИСУНОК 2
Изменяя их (например, величину альбедо α ),
мы можем существенно изменить соотношение стрелок
поступающей и отраженной энергий и в результате - величину потока
тепла, поступающего в почву. А это значит, что, изменяя свойства
деятельной поверхности, можно весьма заметно изменить соотно-
шение составляющих теплового баланса. Это особенно важно: имен-
но почвенной поверхности принадлежит основная роль в прогреве при-
земного, жизненно важного слоя воздуха.
Кроме того, соотношение статей теплового баланса поверхности
будет существенным образом зависеть и от содержащейся влаги: боль-
ше влаги - больше составляющая LE, меньше тепла на нагрев почвы
и приземного слоя воздуха. Значит, регулируя влажность почвы, мы
регулируем и тепловой режим.
Иссушая почву (дренаж), мы «согрева-
ем» ее, а увлажняя, напротив, «охлаждаем». Эти два режима оказыва-
ются строго взаимосвязанными. Точнее - даже все три: ведь воздуш-
ный и газовый режимы также связаны с водным.
Какие широкие возможности открываются нам в управлении почвенными процессами!
Надо уметь изменять свойства деятельной поверхности (в нашем
случае поверхности почвы),
увлажнять и иссушать ее, и будут соот-
ветственно изменяться
водный, воздушный и тепловой режимы, кото-
рые формируют основы почвенного плодородия и функций почвы
в биосфере. А для того чтобы управлять, надо уметь рассчитывать
составляющие баланса, тепловые потоки.