Законы Фурье
Распространение тепла в почве подчиняется законам Фурье.
Первый закон Фурье.
Независимо от типа почвы и ее свойств периоды колебаний температуры не меняются с глубиной. (24 часа, 12 месяцев)
Второй закон Фурье.
Амплитуды колебаний температуры почвы с глубиной уменьшаются согласно закономерности:
где А0 – амплитуда колебаний температуры на поверхности почвы;
Аz – амплитуда колебаний температуры на глубине z;
Т – период колебаний;
k – коэффициент температуропроводности почвы;
е – основание натурального логарифма.
При увеличении глубины в арифметической прогрессии уменьшение амплитуды температуры происходит в геометрической прогрессии.
Третий закон Фурье.
Сроки наступления максимальных и минимальных температур, как в суточном, так и в годовом ходе запаздывают пропорционально увеличению глубины:
где z – глубина;
Т – период колебаний температуры;
k – коэффициент температуропроводности почвы.
Суточные экстремумы на каждые 10 см глубины опаздывают на 2,5 – 3,5 часа, а годовые экстремумы – на каждый метр глубины – на 20 – 30 дней.
Четвертый закон Фурье.
Глубины слоев постоянной суточной и годовой температуры соотносятся между собой как корни квадратные периодов колебаний:
где Z1 и Z2 – глубины проникновения соответственно суточных и годовых колебаний температуры;
Т1 и Т2 – периоды соответствующих суточных и годовых колебаний. Т. е. это соотношение примерно равно 1/19. Глубина, на которой затухают годовые колебания температуры, в 19 раз больше глубины, на которой затухают суточные колебания.
Адвективные изменения температуры воздуха
Адвекция приводит к непериодическим изменениям температуры, которые наиболее характерны для умеренного пояса. В тропических широтах непериодические изменения температуры малозначительны и ее суточный и годовой ход устойчивы.
Характеристикой непериодических изменений температуры является междусуточная изменчивость температуры (среднее изменение средней суточной температуры воздуха от одних суток к другим).
В умеренных широтах над континентами температура может быстро изменяться в любое время суток и года на 10 – 20 ºС.
В разное время года различные воздушные массы приносят тепло или холод.
Адвективные изменения приводят к межсуточной и межгодовой изменчивости, которая возрастает с увеличением широты.
Адвекция является одной из причин заморозков.
Заморозки – понижение температуры ниже 0ºС при положительной среднесуточной температуре. Чаще случаются на поверхности почвы.
По причинам возникновения заморозки делятся на:
- адвективные;
- радиационные;
- адвективно-радиационные.
Меры борьбы с заморозками: дымление, укрывание растений, турбулентное перемешивание воздуха.
Междусуточная изменчивость температуры небольшая в тропиках и возрастает с широтой. В морском климате она меньше, чем в континентальном. Междусуточная изменчивость температуры воздуха в среднем за год на севере Западной Сибири и во внутренних частях Северной Америки достигает 3,5 ºС. На Европейской территории России составляет около 2,5 ºС, в Западной Европе – 2, Южной Европе – менее 1,5 ºС. Зимой она всюду больше, чем летом (сильнее циклоническая деятельность, которая приводит к адвекции).
С высотой междусуточная изменчивость температуры растет до 10 – 12 км.
Годовая амплитуда температуры воздуха и континентальность климата
Степень континентальности климата характеризуется величиной годовой амплитуды.
Годовая амплитуда температуры воздуха – это разность средних месячных температур самого теплого и самого холодного месяцев.
Над поверхностью морей и океанов в сравнении с материками температура воздуха на протяжении воздуха изменяется незначительно.
Годовая амплитуда температуры воздуха увеличивается с ростом географической широты (связано с изменением высоты Солнца).
С увеличением широты суточные амплитуды уменьшаются.
Суточные и годовые амплитуды температур увеличиваются при перемещении от побережий вглубь континентов. Это происходит за счет повышения летних и понижения зимних температур.
На континентах Северного полушария максимальная среднемесячная температура воздуха наблюдаются в июле, минимальная – в январе, на океанах и побережьях материков – позже примерно на месяц (максимальная – в августе, а минимальная – в феврале).
Для континентального климата характерны большие суточные и годовые амплитуды, а также пониженная влажность воздуха и малая облачность, поэтому и небольшое количество осадков. Континентальный климат в среднем годовом холоднее морского (умеренный пояс). В тропическом поясе континентальный климат теплее, чем морской. Отличительными чертами морского климата кроме малых суточных и годовых амплитуд являются высокие влажность воздуха, облачность и количество осадков.
В местностях с морским климатом весна холоднее (расход тепла на таяние снега, долгое нагревание океана), чем осень (океан охлаждается медленнее, чем суша), а с континентальным – весна теплее осени.