Тема 4. Факторы ветровой эрозии.

4.1. Климатические.

ВВОДНАЯ. В пределах тропосферы(10-15км от Земли) выделяют пограничный слой атмосферы. Это слой, в котором на характер движения ветра оказывает влияние трение воздушного потока о поверхность земли (явление поддерживается до высоты 1 км и зависит от интенсивности турбулентного обмена). Турбулентный обмен – это перенос субстанций в атмосфере (свойств воздуха или примесей к нему) турбулентными вихрями. В результате обмена происходит перенос субстанции в направлении ее градиента. Это явление зависит от скорости ветра и высоты препятствий на земной поверхности.

Приземной слой - примыкающий к земной поверхности слой атмосферы, где имеет место постоянство турбулентных потоков по высоте. Область потока возмущенная по сравнению с исходным состоянием называют внутренним пограничным слоем. Он начинается у линии разделяющей 2 поверхности: например, между кукурузным полем и паровым и постепенно распространяется в направлении потока над новой поверхностью.

В пределах внутреннего пограничного слоя скорость ветра возрастает с высотой более резко, чем в выше расположенной части приземного слоя. Причем зависимость скорости ветра от высоты описывается так называемой логарифмической зависимостью (рис.1).

В отличие от вышележащих слоев направление ветра в пределах внутреннего пограничного слоя не испытывает правого (в северном полушарии) или левого (в южном полушарии) поворота.

Скорость ветра и режим ветров.

Скорость ветра закономерно изменяется в течение суток, вместе с ней изменяется и интенсивность процессов ветровой эрозии почв. Чем продолжительнее ветер, имеющий скорость больше критической, тем больше будут потери почвы. Обычно скорость ветра в течение дня возрастает, достигая максимума к полудню, а к вечеру убывает. Однако нередки случаи, когда интенсивность ветровой эрозии слабо изменяется в течение суток.

Скорость ветра подвержена также закономерным сезонным изменениям. Наибольшие скорости ветра характерны для поздней зимы и ранней весны. Период сильных ветров совпадает с периодом отсутствия достаточного растительного покрова на полях (сюда относятся поля под яровыми культурами, а также поля под ослабленными или недостаточно раскустившимися озимыми). На Русской равнине это приводит к широкому распространению процессов ветровой эрозии именно в конце зимы или в начале весны. Так, в Краснодарском крае по данным П.С.Захарова (1965) 60-65% от общего числа пыльных бурь приходится на весну.

Основанием для анализа ветрового режима территории служат данные метеостанций. Скорость ветра измеряют на высоте флюгера метеостанции (10-15 м над поверхностью) с помощью чашечных анемометров, анемографов (самописцев для измерения скорости) и анеморумбографов (самописцев для измерения скорости и направления ветра).

Ветровой режим территории характеризуют величинами средних годовых и месячных скоростей ветра, а также показателями обеспеченности и направления ветров разной силы. Для качественной оценки силы ветра используют шкалу Бофорта. Для количественной оценки вредоносности ветра его надо сравнить с критической для данной почвы скоростью ветра.

Важнейшей характеристикой ветрового режима территории, необходимой для размещения противоэрозионных мероприятий, является направление опасных ветров. Чаще всего, его определяют с помощью розы ветров, которая представляет собой диаграмму распределения числа случаев ветра по основным румбам (направлениям).

К сведению: «Для построения розы ветров от начала полярных координат откладывают по направлениям основных румбов отрезки, пропорциональные повторяемости ветров данного направления, а концы отрезков соединяют ломаной линией. В центре диаграммы, в кружке, указывают повторяемость штилей (моментов наблюдения, во время которых ветер отсутствовал). Роза ветров позволяет выявить преобладающие направления ветра, которые не всегда совпадают с наиболее опасными в отношении ветровой эрозии почв.»

Более наглядно наиболее опасные направления выявляются на годографах ветров- строят векторную диаграмму, отражающую все случаи наблюдения на данной метеостанции ветра сильнее 5 м/с. Метод годографов не нашел широкого распространения применительно к почвам по причине отсутствия достаточного количества материалов по противодефляционной стойкости почв, которая отличается значительной сезонной изменчивостью.

Более обоснованное представление о наиболее опасном в отношении ветровой эрозии почв направлении ветра дает векторная диаграмма, в которой длина векторов каждого румба ri;-пропорциональна кубу скоростей ветра, превышающих критическую для почв:

где j - направление по 16 румбам; (в США, где разработана и применяется эта методика за нулевой принят восточный румб);

Ui - средняя скорость ветра для i-ой группы скоростей

fi - доля скоростей i-ой группы j-ro румба от общего числа случаев ветра всех направлений (со скоростями превышающими 5,4 м/с, которая в первом приближении признана критической для всех почв).

Наиболее опасным считается то направление j9 для которого вектор ri; будет наибольшим.

Атмосферные осадки, увлажняя почву, увеличивают межагрегатное сцепление и, следовательно, ее противодефляционную стойкость. Кроме того, атмосферные осадки и колебания температуры оказывают значительное механическое воздействие на структуру почв. Результаты этого воздействия зависят не только от его особенностей (размера капель, интенсивности и продолжительности дождя, количества циклов увлажнения-иссушения или замерзания-оттаивания), но и от свойств почвы.

Увлажнение почвы атмосферными осадками увеличивает ее противодефляционную стойкость и, как правило, снижает вероятность проявления ветровой эрозии.

Огромное влияние на противодефляционную стойкость почвы оказывает также температурный режим. Чередование положительных и отрицательных температур в течение суток сопровождается попеременным промерзанием и оттаиванием поверхностного слоя почвы. Если эти явления продолжаются достаточно долго, а почва при этом находится во влажном состоянии, то происходит существенное уменьшение ее противодефляционной стойкости.