Закономерности распространения тепла в почве

Суточные и годовые колебания температуры поверхности почвы вследствие теплопроводности передаются в более глубокие ее слои. Распространение температурных колебаний вглубь почвы (при однородном составе почвы):

· Период колебаний с глубиной не изменяется, т.е. как на поверхности почвы, так и на всех глубинах интервал между двумя последовательными минимумами и максимумами температуры составляет в суточном ходе 24 ч, а в годовом 12 месяцев.

· Если глубина растет в арифметической прогрессии, то амплитуда уменьшается в геометрической прогрессии, т.е. с увеличением глубины амплитуда быстро уменьшается.

Слой почвы, температура в котором в течение суток не изменяется, называют слоем суточной температуры. В средних широтах этот слой начинается с глубины 70-100 см. Максимальные и минимальные температуры на глубинах наступают позднее, чем на поверхности почвы. Это запаздывание прямо пропорционально глубине. Суточные максимумы и минимумы запаздывают на каждые 10 см глубины в среднем на 2,5-3,5 ч, а годовые на каждый метр глубины запаздывают на 20-30 суток.

Согласно теоретическим расчетам Фурье, глубина, до которой проявляется годовой ход температуры почвы, должна примерно в 19 раз превышают глубину проявления суточных колебаний. В действительности наблюдаются значительные отклонения от теоретических расчетов, и во многих случаях глубина проникновения годовых колебаний оказывается больше расчетной. Это обусловлено различием во влажности почвы по глубинам и во времени, изменением температуропроводности почвы с глубиной и другими причинами. Слой постоянной годовой температуры в средних широтах залегает глубже 15-20 м. Однако следует учитывать, что глубже 5 м изменения температуры измеряется десятыми долями градуса. Изменение температуры по сезонам и с глубиной носит название режимные наблюдения, а сами колебания – температурный режим почв.

Теплоемкость почвы – количество тепла которое надо затратить, чтобы изменить 1 см3 почвы на 1 град. С. Она составляет2,0-2,5 Дж/см3. Вода обладает самой высокой теплоемкостью, поэтому чем её больше, тем выше теплоемкость. Теплопроводность – это скорость передачи тепла в почвах. Количество тепла прошедшее через единичную площадь на ед. расстояние за единицу времени при градиенте температур 1 град. С. Измеряется в Вт/(м на град. С). Температуропроводность – изменение температуры 1 см3 при поступлении пепла за 1 с через площадь 1 см2 при разности температур 1 гард.С на расстоянии 1 см.

К = λ(СV)^-2.

К –Температуропроводность; λ – Теплопроводность, СV – объемная теплоемкость.

Тепловой баланс. Поступление и расход энергии в почве носит название тепловой баланс: поступающая энергия (кал) на единицу поверхности почвы (см2) за время (мин), часть которой отражается поверхностью, излучается обратно, теряется при турбулентном обмене энергией с атмосферой, а часть поглощается почвой и аккумулируется. Поглощенная энергия расходуется на нагрев почвы, химические реакции и испарения воды.

Уравнение теплового баланса подстилающей поверхности имеет вид: R + L_r + Р +А+Ф = 0.

Где R – поступающая радиация, Lr – теплота испарения и конденсации, P – турбулентный обмени с атмосферой, А – адвекция, представляющая перенос тепла в горизонтальном направлении, Ф – внутрипочвенный вертикальный теплоперенос.