Тепловой режим почвы и атмосферы

Виды теплообмена между атмосферой и земной поверхностью. Отличия в тепловом режиме почвы и водоемов. Суточный и годовой ход температуры почвы и воздуха и его изменения с широтой. Законы Фурье. Адвективные изменения температуры воздуха.

Годовая амплитуда температуры воздуха и континентальность климата. Индексы континентальности. Типы годового хода температуры воздуха. Стратификация атмосферы как фактор возникновения конвекции и инверсии. Инверсии и их типы.

Виды теплообмена между атмосферой и земной поверхностью

Основной движущей силой природных процессов является солнечная радиация. В сельском хозяйстве используют такую ее производную как температура или сумма температур. Температура воздуха является интегральной характеристикой климата и природных условий, т.к. она отражает не только количество солнечной радиации, но и другие географические факторы: широту места, воздействие суши и моря, высоту над уровнем моря, циркуляцию атмосферы и др.

Изменения температуры во времени и пространстве, ее распределение на земной поверхности называется тепловым режимом атмосферы, который зависит от интенсивности теплообмена, который постоянно происходит между атмосферным воздухом и окружающей средой.

Способы теплообмена атмосферы с окружающей средой:

1. Радиационное излучение.

2. Молекулярная теплопроводность.

3. Турбулентная теплопроводность (перемешивание воздуха вследствие температурных градиентов между подстилающей поверхностью и атмосферой; атмосфера стремится установить термическое равновесие). Турбулентная теплопроводность играет основную роль в передаче тепла в атмосферу и ее нагревании.

4. Тепловая конвекция. При вертикальном градиенте температуры, превышающем сухоадиабатический, возникает неустойчивая стратификация атмосферы, способствующая конвекции.

5. Обмен скрытой теплотой при испарении и конденсации воды. На испарение расходуется 75% радиационного баланса.

6. Адвекция – горизонтальное перемещение воздушных масс. Приводит к непериодическим изменениям температуры воздуха (адвекция тепла или адвекция холода).

7. Адиабатические измерения температуры (вследствие изменения атмосферного давления при вертикальном перемещении воздуха).

Отличия в тепловом режиме почвы и водоемов

Отличия в тепловом режиме почв и водоемов обусловлены разными видами теплообмена, которые определяют перенос тепла от деятельной поверхности на глубину и наоборот. Тепло в почве распространяется в основном за счет молекулярной теплопроводности. Почва имеет небольшой коэффициент теплопроводности, который зависит от ее минералогического и механического состава, содержания газов, воды, гумуса. Незначительное количество тепла переносят атмосферные осадки при их фильтрации на глубину.

Днем и летом поверхность почвы сильно нагревается, а большая часть тепла передается в атмосферу. Зимой и ночью деятельная поверхность суши быстро и сильно охлаждается.

Водоемы являются подвижной средой, теплопередача в которой обеспечивается турбулентным перемешиванием водных масс. Кроме того при охлаждении верхних слоев происходит термическая конвекция (оседание холодной и плотной воды, поднятие теплой). При испарении увеличивается соленость поверхностных слоев, а вместе с ней и плотность (соленая вода опускается, а на поверхность выходит менее соленая и более холодная вода). Происходит и радиационное нагревание, которое имеет значение для глубин в несколько метров.

Теплоемкость воды в 2 – 3 раза больше теплоемкости почвы, вследствие чего вода медленнее нагревается.

Теплопроводность же выше у воды, чем у воздуха. Поэтому вода лучше проводит тепло, чем воздух. Следовательно, влажная почва (поры которой заполнены водой) имеет бóльшую теплоемкость и теплопроводность, чем сухая почва. У сухой почвы до высоких температур нагревается верхний тонкий слой, в то время как у влажных мощность прогреваемого слоя больше, а его температура ниже. Заморозки чаще случаются на сухих почвах, так как они и остывают быстрее.