Составляющие радиационного баланса и теплоэнергетическая изменчивость природных комплексов.
Поверхность ландшафтов постоянно участвует в активном тепловом обмене с прилегающими слоями воздуха. Последний, будучи прозрачным для солнечных лучей, не поглощает их, а нагревается от поверхности ландшафта за счет энергии радиационного баланса. Поступление тепла в воздух путем упорядоченных конвективных токов происходит при безветренной погоде в застойном воздухе, что в условиях северо-запада Русской равнины, где в среднем каждый третий день в году отмечен циклонической деятельностью, бывает довольно редко. Воздушные массы преимущественно находятся в неупорядоченном турбулентном движении, когда нагретый воздух уносится, уступая место холодному. Турбулентный теплообмен играет ведущую роль в теплообмене поверхности ландшафтов с приземным слоем воздуха* Рельеф и растительный покров ландшафта, влияя на радиационный баланс, увлажнение, затраты тепла на испарение, на скорость ветра, шероховатость обусловливают и величину теплообмена поверхности с воздухом. Эта величина приурочена к конкретным природным комплексам, которые различаются по ней в несколько раз.
Теплообмен поверхности ландшафтов с их литогенной
основой происходит вследствие разницы в температурах. Тепло передается в основном молекулярным теплообменом. Днем от нагретой поверхности часть тепла уходит в почву и грунты, нагревая их. Ночью, в результате охлаждения поверхности в результате теплового излучения, часть отведенного вглубь тепла снова возвращается к поверхности. Если днем тепла поступает больше, чем расходуется ночью, то оставшееся тепло постепенно накапливается и распространяется глубже. Когда же приход тепла становится меньше расхода, накопленное в лит^огенной основе ландшафтов тепло поступает к поверхности и тратится на испарение и теплообмен с воздухом. Так создается годовой теплообмен поверхности и ли-тогенной основы ландшафтов. В нем участвует до 25% радиационного баланса.
Интенсивность этого теплообмена в каждом конкретном месте зависит от многих причин — количества тепла, поступающего к поверхности и идущего на ее нагрев, разницы температур между поверхностью и нижними слоями, свойств почвенного покрова (теплоемкости, теплопроводности, влагонасыщенности, пористости и т.д.). Для всех этих признаков характерна большая территориальная неоднородность, пестрота и частая сменяемость. Поэтому и доля радиационного баланса, идущего на теплообмен с литогенной основой ландшафтов, будет также изменчива и тесно связана с морфологическими частями ландшафтов. При этом различия между небольшими территориями часто уступают таковым между крупными регионами. Первопричинами, приводящими к различиям в морфологических частях ландшафтов, являются различия их литогенной основы.
Изменчивость величин радиационного баланса, являющегося основным источником тепла в природных комплексах, между морфологическими частями ландшафта способствует созданию в их пределах особых микро- и фитоклиматов. Последние отличаются, прежде всего, температурой, увлажнением, суточным и годовым ходом метеоэлементов. Обычно наиболее яркие различия температур наблюдаются между неодинаково ориентированными склонами, вершинами и днищами, влажными и сухими, лесными и безлесными участками и т. д. Причем максимального значения различия достигают на поверхности почвы или на верхней границе плотного растительного покрова.
Кроме разницы абсолютных показателей температур
между природными комплексами имеет место неравномерность распределения количества тепла во времени. Время начала и окончания фенологических явлений и продолжительности фенофаз, тепловых рубежей устойчивого перехода среднесуточной температуры воздуха через 0, 5, 10, 15° оказывается неодинаковым в зависимости от геофизических свойств литогенной основы, положения в рельефе, увлажнения, величины радиационного баланса и т. д. Известно, что сход снежного покрова происходит в разное время на неодинаково ориентированных склонах, на вершинах и понижениях, в лесу и на открытом месте.
Определенной продолжительности периода со среднесуточной температурой выше 15° (так называемого "термического лета") соответствует зональный тип растительности: южная тайга — 53-60 дней, подтайга — 62-70 дней и т. Д. Таким образом, зная зональный характер растительности, можно судить и о продолжительности периода со среднесуточной температурой выше 15°. Северные и южные склоны в тайге и подтайге отличаются по характеру растительности как соседние зоны или подзоны. Эти склоны отличаются и продолжительностью термического лета.
Наибольшее количество дополнительной солнечной радиации получают южные склоны ранней весной и поздней осенью, когда солнце стоит невысоко. В это время северные склоны получают накменьшее количество тепла непосредственно от солнца. Ма широте 58-60° в середине апреля южные склоны крутизной 20° получают на 30% солнечной радиации больше, чем горизонтальная поверхность. Наименьшие различия в прямой радиации между северными и южными склонами и горизонтальной поверхностью наблюдаются в середине июня. Даже северные склоны крутизной <20" получают в это время около 80% радиации, поступающей на горизонтальную поверхность. В середине лета различия между северными и южными склонами крутизной до 10° не превышают 10%, а весной и осенью достигают 30-50% и более (Голубова, 1979).
На приход солнечной радиации к восточным и западным склонам существенное влияние оказывает суточный ход облачности. В теплую часть года над Псковской областью наблюдается преобладание нижней облачности в послеполуденное время. В это же время уменьшается и прозрачность атмосферы. В холодное полугодие облачность
преобладает в первую половину дня. Поэтому в теплую часть года влияние облачности сказывается в некотором уменьшении притока солнечной энергии к западным склонам. Восточные склоны подвержены влиянию облачности меньше. Возможное изменение длины вегетационного периода на южных склонах крутизной 10е составляет 5 дней, а на северных склонах — 7 дней . Слишком крутые южные склоны (например, 64е) летом получают столько же радиации, как и ровные места.
Наибольшей инсоляции подвержены пологие склоны. В середине июня в условиях пересеченного рельефа наибольшее количество солнечной радиации получают склоны крутизной около 35°. Наиболее оптимальными по тепло-обеспеченности считаются склоны с крутизной порядка 30-40е. По сравнению с ними более пологие и более крутые склоны получают убывающее количество инсоляции. Крутые склоны, как известно, лучше освещены лишь весной, когда солнце стоит ниже. И все же пологие склоны имеют значительное преимущество перед ровной поверхностью в течение всего вегетационного периода, что оказывает большое влияние на распределение мест обитания различных южнотаежных И подтаежных фитоценозов. Наиболее благоприятные по теплообеспеченности пологие склоны представляют собой идеальные условия (при наличии определенных почв и нормального увлажнения) для естественной или искусственной интродукции широколиственных пород деревьев и экзотов.
В порядке ординации по признаку прогревания приземного слоя воздуха в теплый период года охваченные нашими наблюдениями (Слинчак, 1983) южнотаежные природные комплексы на песчаной арене располагаются следующим образом (по мере убывания степени теплообеспеченности, в % от пойменного луга):
1) осушаемое верховое пушицево-сфагновое болото 115%
2) сосняк лишайниково-зеленомошный 106-112%
3) сосняк чернично-сфагновый 98-101%
4) пойменный разнотравно-злаковый луг 100%
5) ельник чернично-зеленомошный 97% Антропогенные нарушения почвенно-растительного покрова, литогенной основы природных комплексов приводят к существенным изменениям структуры их теплового баланса. Например, в случае сведения лиственного леса/ теплоэнергетические условия геосистем в летнее время могут улуч-
шаться. По наблюдениям автора в Печорском районе (Из-борск), интенсивность радиационного баланса суходольного луга на месте сведенного ольшаника оказалась в несколько раз больше, чем в аналоге первичной геосистемы (таблица 4).
Там же, где хозяйственная деятельность человека зашла дальше (за сведением леса последовало искусственное разрушение почвенного покрова до фундамента литогенной основы) — на месте заброшенного карьера с обнажением известкового туфа (светлого тона) альбедо поверхности увеличилось до 43% (на лугу 25%). Это привело к снижению радиационного баланса на 32% по сравнению с лугом. Таким образом, в южнотаежных и подтаежных ландшафтах высокопродуктивные луговые геосистемы в энергетическом аспекте являются прогрессивными (относительно подкронового деятельного слоя многоярусных лесных геосистем).