Нагревание и охлаждение почвогрунтов и водоемов

Земная поверхность, непосредственно на­греваемая солнечными лучами и отдающая теп­ло нижележащим слоям и воздуху, называет­ся деятельной поверхностью. Ее состояние оказывает большое влияние на температуру, влажность, ветер и другие метеоэлементы как в приземном слое воздуха, так и на вышеле­жащие слои атмосферы, в том числе на об­разование облаков и осадков. Температура деятельной поверхности зависит главным об­разом от величины солнечной радиации, оп­ределяемой географической широтой и време­нем года. На отражение и поглощение сол­нечной радиации существенное влияние оказывают физические особенности поверхно­сти. Тепловые свойства почвогрунтов и водо­емов и условия их нагревания и охлаждения различны.

На нагревание почвогрунтов большое влияние оказывают цвет, определяющий отра­жательную способность поверхности, и влаж­ность, от которой зависит затрата тепла на испарение. Хорошо выраженный суточный ход температур почвы наблюдается в теп­лое время года при ясной погоде. Он имеет один минимум температуры перед восходом Солнца и один максимум в 13—14 ч. Разни­ца между ними называется суточной ампли­тудой температуры почвы. Она весьма раз­лична в зависимости от широты места, вре­мени года, облачности, экспозиции склонов,

характера растительности, наличия снежного покрова и пр. Разница между максимальными и минимальными среднемесячными температу­рами почвы называется годовой амплитудой температуры почвы. Она незначительна в экваториальных широтах (около 3°С), макси­мальна в центральных частях континентов в приполярных широтах (до 70 °С).

Нагревание и охлаждение почвогрунтов на глубине определяется их теплопроводностью (зависимость прямая) и теплоемкостью (зави­симость обратная). В среднем суточные коле­бания температур передаются на глубину око­ло 1 м, годовые — на 15 м. Эти слои назы­вают соответственно слоем постоянной суточной температуры и слоем постоян­ной годовой температуры. Поскольку на пе­редачу тепла вглубь от слоя к слою затрачи­вается время, сроки максимальной и мини­мальной температуры на глубине запаздывают по сравнению с аналогичными температурами на поверхности: суточные — на полсуток, го­довые — от нескольких месяцев до полугода. В слое постоянной годовой температуры она равна среднегодовой температуре на поверх­ности. Так, в Москве на глубине около 15 м она составляет +3,5 °С. Слой грунта, распо­лагающийся над слоем постоянной годовой температуры и испытывающий ее сезонные ко­лебания, называют деятельным слоем. В об­ласти многолетней мерзлоты под ним залега-

ет мерзлый грунт разной мощности, в осталь­ных районах — незамерзающий. Поскольку на суше деятельный слой тонок, летом он быстро прогревается, а зимой быстро теряет тепло, и теплообмен с воздухом совершается в короткий срок.

Нагревание и охлаждение водоемов про­текает иначе, чем почвогрунтов: вода медлен­нее нагревается и медленнее охлаждается. Это вызвано рядом причин. Удельная теплоемкость воды в два-три раза больше, чем пород, сла­гающих сушу. Кроме того, вода — подвижная среда, поэтому тепло в ней проникает на глу­бину до 200—300 м, на что затрачивается значительная энергия и время. Это соверша­ется главным образом в результате турбулент­ного перемешивания, частично за счет волне­ния, течений, плотностной конвекции. Неко­торую роль играет и тот факт, что вода прозрачна и солнечные лучи проникают в глу­бину на несколько метров, нагревая воду.

В суточном ходе максимум температуры на

поверхности водоемов наблюдается в 15— 16ч, минимум — спустя 2—3 ч после вос­хода Солнца, суточная амплитуда темпе­ратуры — около 1°С. Суточные колебания температуры проникают в глубь водоемов до 15—20 м.

В годовом ходе температуры на поверхно­сти водоемов максимум в северном полуша­рии наступает в августе, минимум — в фев­рале— марте, а в южном полушарии — на­оборот. Годовая амплитуда температуры составляет от 1—2°С в экваториальных ши­ротах до 5—10 °С в субтропических и уме­ренных. В целом и суточные, и годовые ко­лебания температуры воды гораздо меньше, чем суши. Годовые колебания температур за­тухают в океанах на глубинах в среднем 200— 300 м. Благодаря тому что в водоемах про­гревается гораздо большая толща воды, чем на суше, они, особенно океан, являются ре­зервуаром тепла на Земле, нагревая воздух в зимнее время.