WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 13 | 14 || 16 | 17 |   ...   | 45 |

Для ЛГС «Аибга» нами приняты наблюдаемые на АМС Сочи, величины эффективного излучения (Еэф), поскольку точность их гораздо выше, чем рассчитанная по эмпирическим формулам. При этом имеется в виду, что увеличение Еэф с поднятием над уровнем моря компенсируется уменьшением Еэф за счет большей облачности и уклона местности.

Радиационный баланс за характерные пять лет и среднемноголетние нормы его, определенные по полученным данным о суммарной и отраженной радиации и эффективному излучению, приведены на рис. 2.

Анализ полученных составляющих радиационного баланса позволяет определить следующие характерные черты радиационного режима над пологом букового леса района.

Суммарная радиация, поступающая на верхнюю кромку лесного полога, постепенно возрастает от января к июню-июлю более, чем в 5 раз, а во вторую половину года — постепенно уменьшается. Разумеется, внутрисезонный ход суммарной радиации такой плавности не имеет, вследствие влияния режима облачности.

Рис. 2. Годовой ход отраженной радиации и радиационного баланса в буковых насаждениях по многолетним данным ЛГС «Аибга».

Основная доля годовой суммы всей солнечной радиации (около 75%) приходится на вегетационный период. Соотношение прямой и рассеянной радиации различно в разные сезоны года: летом прямая радиация почти в 2 раза превышает рассеянную, в холодное время года они примерно равны. В отдельные годы из-за облачности соотношение прямой и рассеянной радиации значительно отличается от среднемноголетних величин.

Радиационный баланс составляет немногим более половины всей приходящей радиации и колеблется в пределах 65,4…72,3 ккал/см2 за вегетационный период. На холодную часть года остается всего лишь 14,0% от годовой суммы радиационного баланса. Баланс имеет положительный знак в течение всего года. Максимум баланса совпадает во времени с наступлением максимума суммарной радиации, а по величине достигает 13,4…16,5 ккал/см2 за месяц.

Таким образом, суточный ход солнечной радиации и радиационного баланса определяется прежде всего изменением высоты солнца в течение дня, вследствие чего максимум радиации наблюдается в полдень как при ясном небе, так и при наличии облачности.

При ясном небе на радиационный баланс приходится 40…70% суммарной радиации, при этом годовая максимальная интенсивность баланса приходится чаще всего на полуденные часы в июне.

Радиационный режим под пологом леса Как отмечалось выше, деятельный слой в условиях леса включает в себя весь слой воздуха от поверхности почвы до верхней границы древостоя. Наибольшая часть солнечной энергии поглощается самой кроной леса и значительно меньшая часть — лесной подстилкой и почвой. Поэтому существенное влияние на радиационный режим под пологом леса оказывает состояние полога. Н. Ф. Созыкин и С. А. Кожевникова (1965) [317] выделяют три периода различного состояния полога, определяющего его проницаемость: 1) период облиствения; 2) период максимального развития полога; 3) период увядания листвы и листопад. К указанным трем периодам следует прибавить также 4-ый период - безлиственное состояние полога в холодное время года.

Имеющиеся в литературе данные свидетельствуют о том, что радиационный режим, формирующийся в лесных насаждениях, очень изменчив и зависит от состава пород, возраста, ярусности и сомкнутости древостоев. Так, по данным А. А. Молчанова (1964), под полог 20-летних дубовых древостоев проникает 1,7% от радиации открытого места.

Радиация под пологом 230-летних древостоев не превышает 5,8%. Молчанов приводит данные М. И.. Сахарова (1948) о том, что под полог сосновых древостоев в борубрусничнике в 15 лет проникает 36,2%,в возрасте 30 лет— 16,6%, в 70 - 22,7% и в 100 - 30,7% радиации открытого места. Исследованиями Н. Ф. Созыкина и С. А. Кожевниковой (1965) показано, что в связи с постепенным облиствением насаждений в весенний период и увеличением плотности полога, количество проникающей радиации уменьшается от до 4…8% в лиственном насаждении, и от 26 до 4 % - в двухярусном насаждении.

В результате измерений суммарной и отраженной радиации под пологом леса установлено, что проницаемость полога до облиствения древостоя довольно велика— 33…38% (при среднем значении 36%).

Альбедо в лесу зависит от состояния подстилки (взрыхленность, влажность) и от преобладания прямой и рассеянной радиации (от облачности.). При преобладающей рассеянной радиации (в пасмурные дни) альбедо равно 45…47%, а в ясные дни— 37%.

Радиационное поле под пологом леса характеризуется большой изменчивостью по площади. Вариация альбедо по площади оказывается большей, чем изменение суммарной радиации, хотя во времени альбедо меняется медленнее—от 28% в 10 часов (50%-ная обеспеченность) до 45% в 17 часов. Суточные величины радиации открытого места составляют при открытом солнечном диске 581 кал/см2. Под кронами - суммарная радиация в 2,6 раза меньше, чем на открытом месте, а внутрисуточный ход ее отличается смещением максимума на 1,5 часа позже, что обусловлено временем наступления наибольшей проницаемости полога. Отраженная радиация составила в этих условиях всего 37% от проникшей под полог суммарной радиации.

При полном облиствении (середина вегетационного периода) условия проникновения солнечной радиации под полог букового леса еще более ухудшаются, чем ранней весной. Так, в ясный солнечный день под кроны деревьев проникает 13,0 кал/см2 в сутки, при суммарной радиации на открытом месте - 637 кал/см2. Существующие в древостое «окна», образованные при отпаде перестойных экземпляров деревьев, получают солнечной энергии в 4,3 раза больше. Альбедо в таких окнах в среднем за день равно 42%.



Средняя проницаемость в солнечный день при облиственном состоянии крон составляет всего 2,1%, а в окне древостоя … 8,8%. В облачные дни проницаемость полога повышается до 7,0…7,6%, а альбедо под пологом — до 33…39%.

Значения проницаемости и альбедо, позволяют рассчитать коротковолновый баланс под пологом древостоя, используя данные о суммарной радиации. На рис.3 даны результаты расчета суммарной, отраженной и поглощенной радиации под кронами букового древостоя. Разумеется, приведенные данные имеют до некоторой степени приближенный характер вследствие схематизации суточного и сезонного хода проницаемости полога и альбедо, хотя для сравнительно больших промежутков времени ошибки расчета будут взаимно компенсироваться.

Рис. 3. Суммарная солнечная радиация и баланс коротковолновой радиации под пологом букняков (многолетняя внутригодовая динамика).

При сравнения коротковолнового баланса солнечной радиации под пологом девственного леса с балансом над кронами видно, что основная часть поступающей солнечной энергии поглощается лесным пологом. В среднем радиационный баланс над кронами за вегетацию в 13 раз превышает баланс под пологом леса.

Максимум солнечной энергии (до 4,5 ккал/см2 за месяц) почва под пологом леса получает в марте—апреле, когда суммарная радиация уже достаточно велика, а притенение кронами еще мало. Наименьшая месячная сумма радиации под пологом приходится на сентябрь (0,73…0,98 ккал/см2).

Исследования элементов радиационного баланса над пологом букового древостоя и условий поступления солнечной энергии под полог леса позволяет отметить следующие особенности. Географическое положение региона определяет довольно значительную суммарную радиацию, приходящую к верхней кромке полога леса (в среднем ккал/см2 в год), причем основная часть годовой суммарной радиации (113,3 ккал/см2) приходится на период вегетации (апрель—октябрь). Величина радиационного баланса верхней кромки полога составляет в среднем 83,2 ккал/см2 за год (или 55,0% суммарной радиации), а за вегетационный период — 71,6 ккал/см2 (63,2% суммарной радиации за это же время).

Несмотря на довольно значительный приток солнечной радиации на открытом месте, под полог леса попадает в среднем около 21 ккал/см2 за год, из них 8,9 ккал/см2 — за вегетацию. Средняя проницаемость лесного полога в холодное время года составляет 34%, а вегетацию 8,6%. Из этого следует, что радиационный баланс крон деревьев намного больше радиационного баланса поверхности почвы в лесу — в 7,2 раза за год, и в 13,раза — за вегетацию. Радиационный баланс крон почти одинаков за год и за вегетацию (соответственно 71,7 и 66,2 ккал/см2), т.е. баланс кроны в холодное время года очень мал.

Теплообмен в почве - Температурный режим бурых лесных почв.

Температурный режим почвы представляет собой один из основных элементов климата почвы. Впервые вопрос о климате почвы был поднят П.А.Костычевым в 1886 г. и получил дальнейшее развитие в работах С. С. Неуструева (1930), С.В. Кравкова (1937), К.

П. Горшенина (1939), М. И. Филатова (1945), П. И. Колоскова (1946) и др. Наиболее полное определение понятия климата почвы дано А.М. Шульгиным (1967), рассматривающим его как многолетний режим температуры и влажности почвы и их географическое распределение, зависящее от комплекса природных факторов и производственной деятельности человека.

Литература по теплообмену в почве чрезвычайно обширна. Большей частью она посвящена изучению температурного режима почв, находящихся в культурном обороте (С.А. Сапожникова, 1950; В.Н. Димо 19бЗ, 1967; В.С. Рубинштейн, 1960; И.Д. Копанев, I965; В.В. Головин, 1962; А.М. Шульгин, 1948 и др.). Обзор этих работ приводится в монографиях А.М. Шульгина (1957, 1967). Влияние лесных насаждений на температуру почв рассмотрено Н.С.Нестеровым (1909); М.И.Сахаровым (1948), А.П. Травлеевым (I960); Н.Д. Пустовойтовым (1964), Н.Д. Взнуздаевым (1967), И.Н. Елагиным и В.Ф. Изотовым (1968) и др.

Многочисленные данные свидетельствуют о решающей роли растительного покрова, и значительно меньшее влияние на температурный режим имеют экспозиции склонов.

Так, лес охлаждает почву летом и yвеличивает ее температуру зимой, уменьшая годовые амплитуды температуры. Причём, температура верхних слоев почва изменяется в связи с возрастом и сомкнутостью древостоя. Особо отмечается влияние на температуру почвы в лесу лесной подстилки, состоящей из отмерших органических остатков, между которыми находится воздух, и теплопроводность которой меньше теплопроводности почвы (Молчанов, 1952; Травлеев, 1960 и др.).

Суточные колебания температуры почвы под пологом леса имеют наибольшие значения ранней весной, когда почва мало защищена от воздействия прямых солнечных лучей. В это время амплитуда колебаний температуры поверхности почвы (в безоблачный день) превышает 10°. Изучение температуры почвы в течение дня в ясную погоду показывает, что в этих условиях температура поверхности почвы изменяется от 5,1° (в 7…час) до 15,4° (в 15 час.). Кривая суточного хода температуры почвы имеет два пика - аналогично суточному ходу солнечной радиации под пологом. На глубине 5 см температура изменялась от 6,3° утром до 9,5° в 16…18 час, а на 15 см - от 6,2° до 8,0°.





Амплитуды суточных изменений температуры составили на поверхности 10,3°, на 5 см - 3,2°, на 10 см - 2,4°, на 20 см – 0,8°, на 40 см -0,3°. Следовательно, суточные колебания температуры почвы в лесу распространяются до глубины 40 см при наиболее благоприятных условиях - отсутствии затенения весной лесным пологом и солнечной погоде.

При полном облиствении суточная амплитуда температуры даже на поверхности почвы резко уменьшается (до 1,0…2,2°), а глубина распространения суточных колебаний не превышает 20 см. Лишь осенью, с опадением листвы, суточные колебания температуры увеличиваются до 4…50.

Температура почвы на открытом месте (у стены леса и на вырубке) имеет более резкий годовой ход по сравнению с температурным режимом под кронами, Так, зимой охлаждение по всему метровому слою приводит к тому, что температура на вырубке (на глубине 0,9 м) на 0,9 … 1,30 ниже, чем в лесу. Из-за отсутствия лесной подстилки на вырубке минимальная температура в поверхностной слое под снегом достигла -0,1°. Минимум теплозапасов отмечен в первой декаде марта; при этом температура на 0,9 м опустилась до 2,9°. Весеннее прогревание в поверхностных горизонтах на вырубке опережало на 3…6° аналогичный процесс под подогом. Максимум температуры на поверхности почвы на вырубке смещен на первую декаду мая (34,10), поскольку развитие травяного покрова в дальнейшем предохраняло почву от перегревания. Максимум теплозапасов приходится на 3-ю декаду августа при температурах от 20,3° на поверхности до 17,0° - на 0,9 м. Во второй половине вегетационного периода тепловые запасы постепенно убывают, а в конце вегетации наблюдается наложение друг на друга волн холода, распространяющихся по профилю.

Таким образом, под пологом леса температурный режим характеризуется положительными температурами и довольно плавным их изменением в течение года по наблюдаемому профилю почвы. Наибольшим температурным воздействием подвергается верхний 10-сантиметровый слой, где отмечаются максимальные вертикальные градиенты.

Большое влияние на температурный режим оказывают выпадающие летом и осенью ливневые осадки; они выравнивают температуру по глубине за счет увеличения коэффициента теплопроводности и переноса тепла гравитационной влагой.

На вырубках температурный режим отличается гораздо большей интенсивностью процессов прогревания и охлаждения почвенных горизонтов. При этом наиболее резкие колебания температуры распространяются глубже, чем в лесу - до 30 см. Во многом температурный режим здесь зависит от развития напочвенного травяного покрова, защищающего поверхность почвы от воздействия прямых солнечных лучей.

Описанный выше режим температуры почвы под подогом леса в основных чертах повторяется ежегодно. Как показали наблюдения, особенности каждого года состоят, прежде всего, в различной степени зимнего охлаждения. При устойчивом снежном покрове охлаждение метрового слоя происходит равномерно, и к началу вегетационного периода температура на глубине 1,0 м опускается до 3…4°С.

При отсутствии устойчивого снежного покрова и в теплые зимы почва не получает значительного охлаждения, и к началу вегетационного периода температура на глубине 1,0 м снижается до 6…7°.

Средние за вегетационный период температуры воздуха и почвы разнятся в пределах 0,3° … 1,1° в ту или другую сторону. На вырубке температура на поверхности почвы выше температуры воздуха в среднем на 3,4 … 6,0°.

Зависимость между среднесуточными температурами воздуха и поверхности почва под пологом древостоя прослеживается достаточно четко. Разумеется, зависимость эта коррелятивная (вследствие неодинаковых погодных условий для каждого дня) и характеризуется показателем точности 17,3 % при коэффициенте корреляции r±mr = 0,919 ± 0,0I3. Аналитическое выражение связи между температурой воздуха и поверхности почвы под кронами имеет вид:

Тп = 0,93 t в + 1,6 (25) Интересно проследить, как глубоко распространяются годовые колебания температуры почвы в условиях стационара "Аибга". Экстраполирование среднемесячных таутохрон метрового слоя дает точку пересечения на глубине 2,7 … 3,0 м при температуре 9,5…10,00. Полученные экстраполяцией данные хорошо увязываются с наблюдениями за температурой воды в 4-ом ручье в 15 м ниже по течению от места его выклинивания.

Наблюдения, проводившиеся в зимний период, и включавшие наиболее морозные годы, дали колебания температуры воды в пределах от 9,1 до 10,3°. Среднее значение температуры воды получено равным 9,7°, т.е. ручей имеет довольно стабильную температуру воды, характеризующую температуру глубоких слоев почвы, откуда выклиниваются в ручей родники.

С другой стороны, определение среднегодовых температур почвы дает для леса величину 9,5 … 9,7° (кроме поверхности почвы). Величина среднегодовой температуры метрового слоя почвы в лесу совпадает со среднегодовой температурой воздуха под пологом - 9,6°С. Следовательно, можно считать, что в лесу слой почвoгрунта, гдe затухают годовые температурные колебания, имеет постоянную температуру 9,6° и располагается на глубине около 3 м На вырубках среднегодовая температура глубоких слоев горизонтов почвы на 0,5…1,0° выше, чем в лесу, а на поверхности эта разница достигает 3,4°.

Pages:     | 1 |   ...   | 13 | 14 || 16 | 17 |   ...   | 45 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.