Изменение температуры поверхности почвы в течение суток называется суточным ходом. Суточный ход поверхности почвы в среднем за много дней представляет собой периодические колебания с одним максимумом и одним минимумом.
Минимум наблюдается перед восходом солнца, когда радиационный баланс отрицателен, а нерадиационный обмен теплом между поверхностью и прилегающими к ней слоями почвы и воздуха незначителен.
С восходом солнца температура поверхности почвы растет и достигает максимума около 13 часов. Затем начинается ее понижение, хотя радиационный баланс еще остается положительным. Объясняется это тем, что после 13 часов возрастает отдача тепла поверхностью почвы в воздух путем турбулентности и за счет испарения.
Разность между максимальной и минимальной температурой почвы за сутки называется амплитудой суточного хода. На нее влияет ряд факторов:
1.Время года. Летом амплитуда наибольшая, а зимой наименьшая;
2.Широта места. Поскольку амплитуда связана с высотой солнца, то она уменьшается с увеличением широты места;
3. Облачность. В пасмурную погоду амплитуда меньше;
4. Теплоемкость и теплопроводность почвы. Амплитуда находится в обратной зависимости от теплоемкости почвы. Например, гранитная скала обладает хорошей теплопроводностью и в ней нагревание хорошо передается вглубь. В результате амплитуда суточных колебаний поверхности гранита невелика. Песчаная почва обладает меньшей теплопроводностью, чем гранит, поэтому амплитуда хода температуры песчаной поверхности примерно в 1,5 раза больше, чем гранитной;
5. Цвет почвы. Амплитуда темных почв значительно больше, чем светлых, так как способность поглощения и излучения у темных почв больше;
6. Растительный и снежный покров. Растительный покров уменьшает амплитуду, так как он препятствует нагреванию почвы солнечными лучами. Не очень большая амплитуда и при снежном покрове, так как из-за большого альбедо поверхность снега нагревается мало;
7. Экспозиция склонов. Южные склоны холмов нагреваются сильнее, чем северные, а западных больше, чем восточных, отсюда и амплитуда южных и западных поверхностей холмов значительнее.
Годовой ход температуры поверхности почвы
Годовой ход, как и суточный, связан с приходом и расходом тепла и определяется главным образом радиационными факторами. Удобнее всего проследить за данным ходом по среднемесячным значениям температуры почвы.
В северном полушарии максимальные среднемесячные температуры поверхности почвы наблюдаются в июле-августе, а минимальные – в январе-феврале.
Разность между наибольшей и наименьшей среднемесячными температурами за год называется амплитудой годового хода температуры почвы. Она в наибольшей степени зависит от широты места: в полярных широтах амплитуда наибольшая.
Суточные и годовые колебания температуры поверхности почвы постепенно распространяются в более глубокие ее слои. Слой почвы или воды, температура которого испытывает суточные и годовые колебания, называется активным.
Распространение температурных колебаний в глубь почвы описывается тремя законами Фурье:
Первый из них гласит, что период колебаний с глубиной не изменяется;
Второй говорит о том, что амплитуда колебаний температуры почвы с глубиной уменьшается в геометрической прогрессии;
Третий закон Фурье устанавливает, что максимальные и минимальные температуры на глубинах наступают позднее, чем на поверхности почвы, причем запаздывание прямо пропорционально глубине.
Слой почвы, в котором температура остается неизменной в течение суток называется слоем постоянной суточной температуры (ниже 70 - 100 см). Слой почвы, в котором температура почвы остается неизменной в течение года, называется слоем постоянной годовой температуры . Этот слой начинается с глубины 15-30 м.
В высоких и умеренных широтах встречаются обширные области, где слои почвы остаются мерзлыми в течение многих лет, не оттаивая летом. Эти слои называются вечной мерзлотой.
Вечная мерзлота может залегать как непрерывным слоем, так и в виде отдельных слоев, перемежаясь талой почвой. Мощность слоя вечной мерзлоты колеблется от 1-2 м до нескольких сотен м. Например, в Якутии мощность вечной мерзлоты составляет 145 м, в Забайкалье – около 70 м.
Нагревание и охлаждение водоемов
Поверхностный слой воды, как и почвы, хорошо поглощает инфракрасную радиацию: условия ее поглощения и отражения водой и почвой отличаются мало. Другое дело – коротковолновая радиация.
Вода, в отличие от почвы, представляет для нее прозрачное тело. Поэтому радиационное нагревание воды происходит в ее толще.
Существенные различия теплового режима воды и почвы вызываются следующими причинами:
Теплоемкость воды в 3-4 раза больше теплопроводности почвы. При одинаковом приходе или расходе тепла температура воды изменяется меньше;
Частицы воды обладают большей подвижностью, поэтому в водоемах передача тепла внутрь происходит не путем молекулярной теплопроводности, а за счет турбулентности. Охлаждение воды ночью и в холодное время года происходит быстрее, чем нагревание ее днем и летом, и амплитуды суточных колебаний температуры воды, также как и годовые, малы.
Глубина проникновения годовых колебаний в водоемы составляет 200 - 400 м.
В течение суток поверхность почвы непрерывно, разными способами теряет либо поглощает тепло. Через земную поверхность тепло передается вверх (в атмосферу) и вниз (в почву). На поверхность почвы поступает суммарная радиация и встречное излучение атмосферы, а так же тепло поступает путем турбулентной теплопроводности. Теми же способами земная поверхность излучает тепло в атмосферу. Приходящее тепло распределяется в тонком верхнем слое, который сильно нагревается. На поверхности почвы температура при отдаче тепла падает быстро: тепло, накопленное в тонком верхнем слое, быстро из него уходит без восполнения снизу.
Рис.№1 График суточного хода температуры поверхности почвы
Алгебраическая сумма всех приходов и расходов тепла на земной поверхности должна быть равно нулю, однако это не значит, что температура поверхности почвы не меняется. Если передача тепла направлена вниз, то тепло из атмосферы остается в деятельном слое почвы, что приводит к увеличению его температуры. При передаче в атмосферу, тепло уходит из деятельного слоя, понижая тем самым его температуру.
Температура поверхности в течение имеет свой максимум, который проявляется в 13-14ч, и минимум, наблюдающийся через полчаса после восхода солнца. В нашем случае (рис.№1) происходит именно так: наименьшая температура поверхности 19°С приходится на 6ч утра – время, примерно после восхода летний период. В это время отдача тепла из верхнего слоя почвы эффективным излучением уравновешивается возросшим притоком суммарной радиации, вследствие чего радиационный баланс поверхности почвы становится равным нулю; а нерадиационный баланс незначителен. Потом температура постепенно растет до своего наибольшего значения в местный полдень. Радиационный баланс остается положительным до вечера, однако можно заметить, что температура поверхности почвы падает. Это связано с увеличившимися теплопроводностью и испарением воды.
Максимальные температуры на поверхности почвы обычно выше, чем в воздухе, поскольку днем солнечная радиация нагревает почву, а уже от неё нагревается воздух. Это видно на исследуемом случае: максимум температуры поверхности почвы (49°С) выше, чем максимум температуры воздуха (32,8°С) в этот же день. Ночные минимумы, наоборот, на поверхности почвы ниже, чем в воздухе, так как прежде почва выхолаживается эффективным излучением, а от нее охлаждается воздух. 19 августа минимум температуры поверхности почвы составлял 19°С, а минимум температуры воздуха – 21,2°С.
Исследования проводились в августе, поэтому разница между суточным максимумом и суточным минимумом – суточная амплитуда температуры – в исследуемом случае достаточно высока (30оС). Солнечная радиация у земной поверхности велика днем, а ночью наблюдается эффективное излучение. Следовательно, судя по большой амплитуде, день был безоблачным.
Поверхность, непосредственно нагреваемую солнечными лучами и отдающую тепло нижележащим слоям и воздуху, называют деятельной поверхностью
. Температура деятельной поверхности, ее величина и изменение (суточный и годовой ход) определяются тепловым балансом.
Максимальное значение почти всех составляющих теплового баланса наблюдается в околополуденные часы. Исключением является максимум теплообмена в почве, приходящийся на утренние часы. Максимальные амплитуды суточного хода составляющих теплового баланса отмечаются в летнее время, минимальные - зимой.
В суточном ходе температуры сухой и лишенной растительности поверхности в ясный день максимум наступает после 13 часов, а минимум - около момента восхода Солнца. Облачность нарушает правильный ход температуры поверхности и вызывает смещение моментов максимума и минимума. Большое влияние на температуру поверхности оказывают ее влажность и растительный покров.
Дневные максимумы температуры поверхности могут составлять +80° и более (на юге России +75°). Суточные колебания достигают 40°. Их величина зависит от времени года, облачности, тепловых свойств поверхности, ее цвета, шероховатости, от растительного покрова, а также от экспозиции склонов.
Годовой ход температуры деятельного слоя различен на разных широтах. Максимум температуры поверхности в средних и высоких широтах обычно наблюдается в июле, минимум - в январе. Амплитуды годовых колебаний температуры деятельной поверхности в низких широтах очень малы, в средних широтах на суше они достигают 30°. На годовые колебания температуры поверхности в умеренных и высоких широтах сильно влияет снежный покров.
Распространение тепла в почвогрунте зависит от ряда его свойств, и прежде всего от теплоемкости и теплопроводности. Получая одинаковое количество солнечного тепла, почвогрунт нагревается тем медленнее, чем больше его объемная темплоемкость.
Объемная теплоемкость пород, слагающих сушу, примерно в два раза меньше теплоемкости воды. Теплоемкость воды - 1, кварца - 0,517, глины - 0,676, воздуха - 0,0003.
Передача тепла от слоя к слою регулируется теплопроводностью. Большинство пород имеет малую теплопроводность в (кал)см*сек град.):
Теплопроводность воды - 0,00129 кал/см*сек*град., воздуха - 0,000056.
На передачу тепла от слоя к слою затрачивается время, и сроки наступления максимальных и минимальных в течение суток температур запаздывают на каждые 10 см примерно на 3 часа. Если на поверхности наивысшая температура была около 13 часов, на глубине 10 см максимум температуры наступит около 16, а на глубине 20 см - около 19 часов и т. д.
При последовательном нагревании нижележащих слоев от вышележащих каждый слой поглощает некоторое количество тепла. Чем глубже слой, тем меньше тепла он получает и тем слабее в нем колебания температуры. Амплитуды суточных колебаний температуры с глубиной уменьшаются на каждые 15 см в два раза. Это значит, что если на поверхности амплитуда равна 16°, то на глубине 15 см она составляет 8°, а на глубине 30 см - 4°. При этом периоды колебания температуры остаются неизменными на всех глубинах. В среднем на глубине около 1 м суточные колебания температуры почвы затухают. Слой, в котором эти колебания практически прекращаются, называется слоем постоянной суточной температуры.
Чем больше период колебания температуры, тем глубже распространяются эти колебания. В средних широтах слой постоянной годовой температуры находится на глубине 19-20 м, в высоких широтах - на глубине 25 м. В тропических широтах годовые амплитуды температуры невелики и слой постоянной годовой амплитуды расположен на глубине всего 5-10 м.
Моменты наступления максимальных и минимальных в течение года температур запаздывают в среднем на 20-30 суток на каждый метр. Таким образом, если наименьшая температура на поверхности наблюдалась в январе, на глубине 2 м она наступает в начале марта.
Наблюдения показывают, что температура в слое постоянной годовой температуры близка к средней годовой температуре воздуха над поверхностью. Слой почвогрунта, расположенный над слоем постоянной годовой температуры и испытывающий ее годовые колебания, называется деятельным слоем.
Вода, обладая большей теплоемкостью и меньшей теплопроводностью, чем суша, медленнее нагревается и медленнее отдает тепло. Солнечные лучи, падающие на водную поверхность, частью поглощаются самым верхним слоем воды, а частью проникают на значительную глубину, нагревая непосредственно некоторый ее слой. Подвижность воды делает возможным. перенос тепла. Вследствие турбулентного перемешивания воды передача тепла вглубь происходит в 1000-10 000 раз быстрее, чем путем теплопроводности. При остывании поверхностных слоев возникает тепловая конвекция, сопровождающаяся перемешиванием воды.
Суточные колебания температуры на поверхности Океана в высоких широтах всего 0,1°, в умеренных - 0,4°, в тропических - 0,5°. Глубина проникновения этих колебаний - 15-20 м. Годовые амплитуды температуры на поверхности Океана - от 2° в тропических широтах до 0,8° - в умеренных. Годовые колебания температуры проникают на глубину 200-300 м.
Моменты максимумов температуры водоемов запаздывают по сравнению с сушей. Максимум наступает около 15-16 часов, минимум - через 2-3 часа после восхода Солнца. Годовой максимум температуры на поверхности Океана в северном полушарии приходится на август, минимум - на февраль.
Суточный и годовой ход температуры поверхности почвы
| Наименование параметра | Значение |
| Тема статьи: | Суточный и годовой ход температуры поверхности почвы |
| Рубрика (тематическая категория) | География |
Изменение температуры поверхности почвы в течение суток называется суточным ходом. Суточный ход поверхности почвы в среднем за много дней представляет собой периодические колебания с одним максимумом и одним минимумом.
Минимум наблюдается перед восходом солнца, когда радиационный баланс отрицателен, а нерадиационный обмен теплом между поверхностью и прилегающими к ней слоями почвы и воздуха незначителен.
С восходом солнца температура поверхности почвы растет и достигает максимума около 13 часов. Далее начинается её понижение, хотя радиационный баланс ещё остается положительным. Объясняется это тем, что после 13 часов возрастает отдача тепла поверхностью почвы в воздух путем турбулентности и за счёт испарения.
Разность между максимальной и минимальной температурой почвы за сутки называется амплитудой суточного хода. На нее влияет ряд факторов˸
1.Время года. Летом амплитуда наибольшая, а зимой наименьшая;
2.Широта места. Поскольку амплитуда связана с высотой солнца, то она уменьшается с увеличением широты места;
3. Облачность. В пасмурную погоду амплитуда меньше;
4. Теплоемкость и теплопроводность почвы. Амплитуда находится в обратной зависимости от теплоемкости почвы. Например, гранитная скала обладает хорошей теплопроводностью и в ней нагревание хорошо передается вглубь. В результате амплитуда суточных колебаний поверхности гранита невелика. Песчаная почва обладает меньшей теплопроводностью, чем гранит, поэтому амплитуда хода температуры песчаной поверхности примерно в 1,5 раза больше, чем гранитной;
5. Цвет почвы. Амплитуда темных почв значительно больше, чем светлых, так как способность поглощения и излучения у темных почв больше;
6. Растительный и снежный покров. Растительный покров уменьшает амплитуду, так как он препятствует нагреванию почвы солнечными лучами. Не очень большая амплитуда и при снежном покрове, так как из-за большого альбедо поверхность снега нагревается мало;
7. Экспозиция склонов. Южные склоны холмов нагреваются сильнее, чем северные, а западных больше, чем восточных, отсюда и амплитуда южных и западных поверхностей холмов значительнее.
Годовой ход температуры поверхности почвы
Годовой ход, как и суточный, связан с приходом и расходом тепла и определяется главным образом радиационными факторами. Удобнее всего проследить за данным ходом по среднемесячным значениям температуры почвы.
В северном полушарии максимальные среднемесячные температуры поверхности почвы наблюдаются в июле-августе, а минимальные – в январе-феврале.
Разность между наибольшей и наименьшей среднемесячными температурами за год называется амплитудой годового хода температуры почвы. Она в наибольшей степени зависит от широты места˸ в полярных широтах амплитуда наибольшая.
Суточные и годовые колебания температуры поверхности почвы постепенно распространяются в более глубокие её слои. Слой почвы или воды, температура которого испытывает суточные и годовые колебания, называется активным.
Распространение температурных колебаний в глубь почвы описывается тремя законами Фурье˸
Суточный и годовой ход температуры поверхности почвы - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Суточный и годовой ход температуры поверхности почвы" 2015, 2017-2018.
Физико-географическое положение.
Физико-географическое положение - это пространственное расположение какой-либо местности (страны, района, населенного пункта или какого-либо другого объекта) по отношению к физико-географическим данностям (экватору, начальному меридиану, горным системам, морям и океанам и т.д.).
Соответственно физико-географическое положение определяется: географическими координатами (широта, долгота), абсолютной высотой по отношению к уровню моря, близостью (или отдаленностью) к морю, рекам, озерам, горам и т.п., положением в составе (расположением) природных (климатических, почвенно-растительных, зоогеографических) зон.
Самарская область расположена на юго-востоке Восточно-Европейской равнины, в центральной части России в 1000 км от Москвы в среднем течении реки Волги по обоим ее берегам, где она делает дугообразную излучину – Самарскую луку. Делится на правобережную и левобережную части.
Правобережье занято Приволжской возвышенностью, пересечённой оврагами и балками. В северной части Самарской Луки - горы Жигули (высота до 370 м). В левобережье, на северо-западе расположено Низкое Заволжье, на северо-востоке - Высокое Заволжье (Сокольи, Кинельские Яры). На юге - пологоволнистая равнина (Средний Сырт, Каменный Сырт), переходящая на юго-востоке в Общий Сырт.
Протяженность области с севера на юг - 335 км, с запада на восток - 315 км. Занимает площадь в 53,6 тыс. кв. км. Это 0,3% общей площади территории России. Граничит с Ульяновской, Саратовской, Оренбургской областями и Республикой Татарстан.
Самара расположена на излучине Самарской луки, на левом берегу реки Волги, между устьями рек Самара и Сок. Протяженность в меридианном направлении - 50 км, в широтном - 20 км. Географические координаты 53°12" северной широты и 50°06" восточной долготы. Площадь территории города - около 465,97 км² .
Город расположен на новых образованиях, которые лежат на пермских породах. Со стороны Волги преобладают песчаные почвы, со стороны реки Самара - глинистые.
На севере города расположены Сокольи горы. Максимальная вершина гора Тип-Тяв - 286 метров.
Температура на поверхности почвы имеет суточный ход. Минимум ее наблюдается в 3 часа, это связано с излучением почвы и наибольшим ее охлаждение перед восходом солнца. Затем температура поверхности почвы до 13-14 и достигает максимума в 15 часов, на это время приходится максимум солнечной радиации.
Рис.1. Температура поверхности почвы.
Анализируя график видно, что максимальная температура почвы в Самаре была 39 градусов в июле в 1984 году, минимальная температура -43 градуса наблюдалась в январе 1942 года.
В среднемесячных и среднегодовых значениях температуры максимум наступает в июле 20,4 ºС, а минимум в январе -13,5 ºС.
Температура воздуха.
Воздух, как и всякое тело, имеет температуру, отличную от абсолютного нуля. Температура воздуха в каждой точке атмосферы со временем непрерывно меняется. Кроме того, в разных местах Земли в одно и то же время она также может существенно различаться.
Рис.2. Температура воздуха.
Анализируя график видно, что максимальное значение температуры воздуха приходится на летние месяцы: июль – +64 ºС в 1954 году, июнь 1954 и 1975 годов +63 ºС. Следовательно, по высоким значениям температуры характерна засушливость. А минимальные значения температуры воздуха приходится на зимние месяцы: декабрь – -46 ºС в 1979 году, январь – -46 ºС в 1979 году,. Средняя месячная температура воздуха изменяется от +26 ºС в июле, до -14 ºС в январе. Следовательно, по низким значениям температуры зима в регионе холодная и продолжительная, а лето жаркое с частыми засухами, с большими колебаниями температуры и неустойчивостью погоды.