современные методы географических исследований

желых металлов значительно превышает предельно допустимые концентрации. Поэтому при биогеохимической оценке города так важно опробовать и анализировать содержание поллю- тантов в сельскохозяйственных продуктах.

З а г р я з н е н и е п о ч в е н н о г о покрова. Одним из основных методов оценки со- стояния городской среды является геохимическое картографирование почвенного покрова, когда фиксируются более статичные, чем в воздухе, снеге и растениях, очаги загрязнения. Использование почвенного покрова в качестве индикатора основано на свойствах почвы ак- кумулировать загрязнители в течение всего периода действия техногенного источника. Оцен-

ка городов по загрязненности почвенного покрова уже проведена во многих регионах нашей страны (5, 12) и за рубежом (26, 27, 28).

Почвенно-геохимический анализ городской среды включает четыре основных этапа. На

первом дается общая оценка загрязнения почв города различными поллютантами методом сплошного сетевого геохимического опробования поверхностных горизонтов почв. Густота сети зависит от масштаба исследований и обычно колеблется от 1 до 10 точек на 1 км2. Например, в Тольятти было отобрано около 1000 проб почв (сеть 500 x 500 м) и определено, что от 30 до 80% территории города занято техногенными аномалиями отдельных тяжелых металлов и не- которых других загрязнителей, в целом небольшой контрастности. Второй этап — анализ выяв- ленных аномальных полей с идентификацией техногенных источников (выбросов промышлен- ных предприятий, мест складирования твердых бытовых и промышленных отходов, влияние автотранспорта, энергетики и др.) с необходимой детализацией при установлении генезиса ано- малий. Третий этап — исследование механизмов миграции и концентрации поллютантов в го- родских ландшафтах, анализ степени их геохимической трансформации под влиянием тех- ногенеза. Например, в результате поставки в ландшафты карбонатной пыли от ТЭЦ и це- ментных заводов может происходить карбонатизация почв с повышением реакции среды на 2— 3 единицы, с трансформацией лесных кислых почв в щелочные, т. е. с резким изменением сре- ды миграции многих поллютантов (4, 12). Четвертый этап — почвенно-геохимическое зонирова- ние территории города с учетом природных факторов, влияющих на загрязнение и самоочи- щение почв (щелочно-кислотных и окислительно-восстановительных условий, механического состава, степени гумусированности и др.), уровней концентрации и парагенезиса загрязни- телей.

Техногенные вещества, поступающие в депонирующие среды, индицируются по содержа- нию и соотношению соединений и химических элементов. Так, в Тольятти с химическими пред- приятиями, кроме свойственных их профилю газов, связаны контрастные техногенные ореолы водорастворимых форм тяжелых металлов; с металлообрабатывающими — пыль, валовые и сорбированные формы металлов, ПАУ: с автотранспортом — свинец, нефтепродукты, ПАУ; с ТЭЦ — диоксид серы, ПАУ, тяжелые металлы. Сравнение форм нахождения тяжелых ме-

таллов в почвенном покрове городов и фоновых территорий показало лучшее индикационное значение подвижных, особенно непрочно сорбированных форм металлов, образующих более обширные и контрастные техногенные ореолы, чем их валовые формы, выявляемые обычно с помощью спектрального анализа (рис. 12). Контрастность и площадь техногенных ореолов подвижных форм в этом случае увеличиваются в 5—10 раз и более. Особенно контрастные аномалии подвижных форм металлов формируются в автономных позициях и почвах на- ветренных к техногенным источникам склонов, а также в суперквальных ландшафтах побе- режий рек, озер и водохранилищ, куда загрязняющие вещества транспортируются с грунтовым, внутрипочвенным и поверхностным стоком.

Т е х н о г е н н ы е п о т о к и в в о д а х и д о н н ы х о т л о ж е н и я х . Промышленная и муниципальная деятельность ведет к значительной техногенной трансформации водного балан- са. Наряду с изменениями гидрогеологических условий (подтопление, осушение, просадка и др.) одной из основных форм техногенной деформации городской среды является загрязне- ние поверхностных и подземных вод промышленными и коммунально-бытовыми стоками.

Поэтому гидрогеохимические исследования также представляют собой необходимый блок комплексного анализа городской среды.

На территории города можно выделить следующие основные направления в оценке за- грязнения водных потоков, характеризующие водооборот города как сложную миграцион-

ную систему. Первое — определение состава канализационных промышленных и муниципаль- ных стоков как интегральных индикаторов отходов, поступающих в жидком виде в окру- жающую городскую среду и имеющих различную степень полноты очистки. Нередко даже так называемые условно чистые стоки содержат высокие концентрации загрязнителей, во много раз превышающие предельно допустимые, и являются в свою очередь дополнитель- ным источником загрязнения, особенно если они сбрасываются в открытые водоемы (озе- ра, реки, водохранилища).

Рис. 12. Контрастность аномалий цинка в почвах г, Улан-Батора (профиль юг — север через центр города.

Второе направление — изучение стоков с территории города, поступающих в канали- зационную сеть, коллекторные каналы, отстойники и т. д. Химический состав таких сто- ков отражает общую картину состояния городской территории. При неблагоприятном со- стоянии канализации они также могут служить вторичным источником загрязнения, главным образом подземных вод.

Третье направление — анализ состояния конечных звеньев водооборота сточных вод, самих поверхностных и подземных вод, качество которых в результате техногенеза все больше ухудшается.

М е д и к о - г е о х и м и ч е с к и е и с с л е д о в а н и я . Одним из заключительных эта- пов эколого-геохимической оценки городов является изучение влияния техногенных факто- ров на состояние здоровья населения. В этом цели, задачи и подходы эколого-

геохимического анализа тесно смыкаются с такими направлениями, как экология человека, экотоксикология, социальная экология и т. п.

Сведения о неблагоприятном воздействии загрязнения на организм человека весьма многочисленны. Выявлена связь отдельных видов заболевания с различными группами загрязнителей — тяжелыми металлами, пестицидами, оксидами серы и азота, полицик- лическими ароматическими углеводородами, полихлорбифенилами и т. д. В рамках эко- лого-геохимических оценок городов такие исследования выполнялись Ю. Е. Саетом, Б. А. Ревичем, Т. М. Беляковой и др. (3, 5).

Особенностью этих исследований явился поиск пространственной корреляции между конкретным распределением загрязняющих веществ в городской среде и заболеваемостью населения. Такие данные получены для Москвы, Ялты, Магнитогорска, Орска, Гурьева, Чимкента и др. Медико-геохимические исследования, с одной стороны, базируются на ре- зультатах ландшафтно-геохимического анализа городской среды, а с другой — используют две группы методов оценки техногенных факторов риска заболеваемости: 1) изучение стати- стической отчетности медицинских учреждений по отдельным половым, производственным, возрастным группам, районам проживания и анализ корреляции заболеваемости, в основ- ном детской, с техногенным загрязнением; 2) биоиндикационные методы, заключающие- ся в определении токсичных веществ в организме человека. Для этой цели широко исполь- зуются волосы, обычно детей как наиболее лабильной части населения, а также кровь, моча и некоторые другие биообъекты.

Оценивая значение и место геохимии ландшафтов в комплексе наук об окружающей сре- де, следует отметить, что она является одной из его теоретических и методологических основ. Весь ход развития геохимии ландшафтов в последние десятилетия показывает, что целостный подход к явлениям и процессам природы, свойственный этой науке, будет и в дальнейшем способствовать возрастанию ее роли при решении теоретических и практических проблем ло- кального, регионального и глобального рассеяния и концентрации веществ в географиче- ской оболочке.

Синтез геохимии с ее представлениями о химическом строении земной коры и других гео- сфер, геохимии ландшафтов и биогеохимии с их целостным системным подходом к явлениям и процессам в ландшафтной сфере и экологии с ее особым вниманием к воздействию окру- жающей среды на живые организмы — путь к созданию современной теории биосферы Земли,

способной стать научной основой существования и выживания человечества в условиях все более усиливающегося техногенного пресса на природную среду.

особенности городских ландшафтов в центрах металлургического производства // Гео- графическое прогнозирование и охрана природы.— М.: Изд-во Моск. ун-та, 1990.— С. 75—83.

5.Геохимия окружающей среды.— М.: Недра, 1990.

6.Г л а з о в с к а я М. А. Геохимические основы типологии и методики исследований природных ландшафтов.— М.: Изд-во Моск. ун-та, 1964.

7.Г л а з о в с к а я М. А. Геохимия природных и техногенных ландшафтов СССР.— М.: Высшая школа, 1988.

8.Г л а з о в с к а я М. А., М а к у н и н а А. А., П а в л е н к о И. А. и др. Геохимия ландшафтов и поиски полезных ископаемых на Южном Урале.— М.: Изд-во Моск. ун-та, 1961.

9.Г л а з о в с к и й Н. Ф. Ландшафтно-геохимическое значение глубокого подземного

стока в аридных областях СССР: Автореф. дисс. на соискание уч. ст. докт. геогр. наук.—

19.Обзор состояния окружающей природной среды в СССР / Под ред. Ю. А. Изра- эля, Ф. Я. Ровинского.— Л.: Гидрометеоиздат, 1990.

20.П е р е л ь м а н А. И. Геохимия ландшафта.— М.: Высшая школа, 1975.

rungen bei der Erstellung von Karten zur Bewertung und Prognose der Luftverschmutzung einer Stadt mittels Naturindikatoren (am Beispiel der Stadt Tallin) // Landschaft -4- Stadt.—

tischen Bereichen.— Hambur'ge, 1983.— S. 1 —18.

28. R o m e r o F., E 1 e j a 1 d e C, A s p i a s u M. N. Metal plant and <oil pollution in- texes.—Water, Air and Soil Pollution, 1984.—Vol. 34.— P. 347—352.

Г л а в а VI

ГЕОФИЗИКА ЛАНДШАФТА

ИСТОРИЧЕСКИЙ ОЧЕРК. СТАНОВЛЕНИЕ НАПРАВЛЕНИЙ

Геофизические методы в ландшафтоведении — это совокупность приемов, при помощи ко- торых географы изучают физические свойства геосистем: процессы обмена веществом, энергией и информацией геосистем с окружающей средой и внутри себя (метаболизм). Геофизиче- ские направления пронизывают практически все отраслевые физико-географические дисцип- лины — геоморфологию, климатологию, метеорологию, гидрологию, гляциологию и т. д. Для научного объяснения гидрологических, метеорологических, геоморфологических процессов представители указанных выше географических наук широко обращаются к законам физики, таким, например, как Стефана — Больцмана об излучении абсолютно черного тела, поверх- ностного натяжения жидкостей, к уравнению Бернулли, связывающему потенциальную и ки- нетическую энергию потока, и т. д.

При всей важности физической интерпретации географических явлений и процессов нель- зя не отметить, что геофизика ландшафта – это направление, изучающее природно- территориальные комплексы как функционально целостные объекты.

Развитие аналитических ветвей географии не может устранить потребности в конструиро- вании обобщающих моделей строения и функционирования геосистем. Природа едина, и нельзя забывать, что, расчленяя ее на отдельные составляющие (рельеф, погоду, климат, почвы, растительный покров, животный мир и т. д.), мы это делаем ради углубленного позна- ния ее различных сторон и, в конечном счете, для синтеза физико-географических знаний.

Естественно, возникает вопрос: каким образом описать физическую сторону взаимодейст- вия компонентов геосистем, потоки вещества и энергии из внешней среды в геосистему, сезон- ные и годовые состояния геосистем? В настоящее время прослеживается две методологии или два относительно самостоятельных подхода к решению перечисленных задач.

Первый основан на сопряженном анализе-синтезе четырех основных балансов геосистем: радиационного, теплового, водного и баланса вещества. Итак, для геофизики ландшафта ба- лансовый метод — один из основных, но он обычно используется вместе со сравнительным географическим. Второй подход базируется на сопряженном описании средствами физики состояний аэро-, фито-, педо-, лито-, гидро- и массы органического опада ПТК, типизации состояний в разрезе сезонов года. Прежде чем осветить указанные подходы, остановимся кратко на истории формирования геофизического направления.

Геофизические методы и концепции в общей физической географии и в отраслевых физико-географических науках возникли практически с момента их зарождения. Например, становление гидрологии во многом связано с разработкой уравнения водного баланса и мето- дов определения его составляющих (частный случай закона сохранения вещества и энергии). Отметим огромный вклад в разработку этого направления А. И. Воейкова, В. Г. Глушкова, Э. Я. Брикнера, М. И. Львовича.

Геокриология (мерзлотоведение) — наука о мерзлых грунтах и горных породах, процес- сах их образования — еще в 30—40-х гг. использовала геофизические методы исследования (М. И. Сумгин, Н. А. Цитович), которые в 50—60-е гг. были творчески развиты Н. А. Шуйским, А. И. Поповым и др.

У истоков формирования геофизического подхода в комплексной физической географии стояли А. А. Григорьев, М. И. Будыко и Д. Л. Арманд. Еще в мае 1929 г. А. А. Григорьев писал: «...изучение механизма географической среды преследует две цели: с одной стороны, до-

вести до максимального углубления наши представления о качественной стороне протекающих в географической среде процессов и об их функциональных взаимных зависимостях, а с другой

— попытаться подойти и к количественному их выражению. Для этого наиболее целесо- образным, а может быть, и единственно возможным способом является установление приходо- расходного баланса тех категорий энергий и тех видов материи, приходо-расход которых иг- рает основную роль в механизме географической среды» ( 7) . А. А. Григорьев неоднократно

подчеркивал ведущую роль соотношения количеств солнечного тепла и атмосферной влаги в

формировании природных зон.

Исследования М. И. Будыко по тепловому балансу земной поверхности, осуществленные в 40—50-х гг., позволили привести к логическому завершению концепцию А. А. Григорьева о ведущей роли соотношения тепла и влаги в интенсивности ряда природных процес- сов, в первую очередь в интенсивности биологической продукции ландшафтов, и связать ее с геофизическим критерием — радиационным индексом сухости — R/LX, где R — годовой радиационный баланс, X — годовые атмосферные осадки, L — скрытая теплота испарения. Ито- гом совместных исследований М. И. Будыко и А. А. Григорьева было установление периоди- ческого закона географической зональности.

Экспериментальное развитие геофизики ландшафта связано с организацией Курской по- левой базы Института географии АН СССР (позже Курской биосферной станции), где по инициативе И. П. Герасимова под руководством Д. Л. Арманда, М. И. Львовича, Ю. Л. Рау- нера с 1961 г. поставлены актинометрические, теплобалансовые, гидрологические, биогеографи- ческие стационарные исследования.

Д. Л. Армандом обоснована оригинальность геофизического направления в ландшафтове- дении. Центральное место занимает у Д. Л. Арманда проблема обмена веществом и энер- гией между живой и неживой природой.

Исследования на стационарах, широко развернувшиеся в 60—70-х гг. в Институте гео- графии АН СССР, Институте географии Сибири СО АН СССР, Тбилисском государственном университете, Тихоокеанском институте географии ДВО АН СССР, Львовском государствен- ном университете и ряде других учреждений, были направлены на познание теплового баланса растительного покрова (Ю. Л. Раунер, Н. И. Руднев, Н. Н. Выгодская), гидрологического цик- ла геосистем (А. М. Грин, Н. Н. Воронков), энергетических аспектов биологической продукции ландшафтов, трофодинамической структуры биогеоценозов (Р. И. Злотин, Д. А. Криволуц- кий, П. П. Второв, Ю. Г. Пузаченко).

Биогеофизическая по своей сущности концепция трофических уровней, трансформации энергии по цепям питания была предложена Ч. Элтоном, Л. Линдеманом и развита Г. Г. Винбергом, П. П. Второвым, Ю. Одумом, Дж. Вудвеллом. Ее основные черты будут рас- смотрены ниже.

В геофизике ландшафта можно выделить несколько специальных разделов, развитие ко- торых происходит как в рамках ландшафтоведения, так и в рамках частных физико- географических наук, причем в рамках последних более интенсивно. Ограничимся крат- ким перечислением этих направлений.

О п т и к а л а н д ш а ф т а . В связи с развертыванием работ по дешифрированию аэро- фотоснимков еще в 30-х гг. возникла потребность изучения отражательных свойств ланд- шафтов. В работах Е. Л. Кринова, В. В. Шаронова, позже Ю. С. Точельникова были сфор- мулированы основные положения оптики ландшафта как учения о взаимодействии солнеч- ного излучения с геосистемами суши.

По отражательным характеристикам фотографических изображений земной поверхно- сти в разных спектрах длин волн можно судить о территориальном распределении различ- ных свойств ландшафтов — плотности и структуре древостоев, о запасах влаги в поверх- ностном слое почвы, о степени засоления почв и т. д.

Использование пилотируемых космических кораблей и искусственных спутников Земли позволило существенно расширить возможности геофизических дистанционных методов. В 70-х гг. сформировалось космическое землеведение (К. Я. Кондратьев, Б. В. Виноградов, А. А. Григорьев), а несколько позже — космическое ландшафтоведение (В. А. Николаев).

Используя фотографии земной поверхности из космоса, можно с высокой долей досто- верности прогнозировать еще в начале июня будущий урожай сельскохозяйственных куль- тур, оценивать масштаб весеннего половодья на огромных по площади территориях, осуще- ствлять экологический мониторинг, в частности именно советские космонавты в феврале 1991 г. дали точную оценку экологическому кризису в Персидском заливе во время ирак- ско-кувейтских событий, когда сотни тысяч тонн сырой нефти поступили в акваторию и нефтяное пятно дрейфовало вдоль северо-западного побережья залива.

Достаточно большой геофизический потенциал у направления, изучающего э н е р г е -

т и к у п о ч в о о б р а з о в а н и я . В. Р. Волобуевым (6) записан энергетический баланс почвообразования, построены номограммы распределения основных типов и подтипов

почв на земной поверхности в зависимости от радиационного баланса и атмосферных осадков. Теплоперенос, движение воды и солей в почве изучены с физических пози- ций Э. Г. Палагиным, С. В. Нерпиным, А. Ф. Чудновским.

Другое новое направление в геофизике ландшафта – р а д и о ф и з и ч е с к о е . Его становление связано с развитием радиолокационного зондирования ПТК (15). Первые итоги развития этого направления подведены В. Е. Некосом (11), который ввел понятие «радиогео- системы». РГС — локальная территориальная геосистема с идентичной на всей своей протя- женности радиоформирующей структурой. Любой элемент ландшафта является источником радиотеплового излучения, в том числе в СВЧ-диапазоне. Поэтому радиогеосистему следует понимать как одну из моделей ПТК, которая строится на основании радиотеплового излуче- ния конкретных участков земной поверхности.

Вероятно, с тем же основанием можно говорить об «электрофизической геосистеме», «маг- нитогеосистеме» и т. д. Все это различные модели, необходимые для изучения законов и зако- номерностей строения геосистем.

МЕТОД БАЛАНСОВ — ВАЖНЕЙШЕЕ НАПРАВЛЕНИЕ В ГЕОФИЗИКЕ ЛАНДШАФТА

Балансовые уравнения геосистем – средство их физического описания. Этот метод позво- ляет рассматривать потоки энергии и вещества, говоря языком кибернетики, на «входе» и «выходе» геосистемы, внутренние преобразования и взаимосвязь процессов в ландшафте. Не- достаток балансовых уравнений – неполное описание физической сущности природных процес- сов. Возникает сразу вопрос: для какой территории составлять баланс, и за какой времен- ной интервал? Для фации, для речного бассейна? Ответ на вопрос не так уж прост, и он обязы- вает хотя бы кратко рассмотреть основные черты пространственно-временной организации гео- систем.

РАДИАЦИОННЫЙ И ТЕПЛОВОЙ БАЛАНСЫ

Основным источником энергии для многих природных процессов является лучистая и теп- ловая энергия Солнца. На верхнюю границу атмосферы на высоте 82 км поступает 136,1 мВт/см2, или 1,952 кал/см2 в минуту. Это солнечная постоянная. На верхнюю границу атмосфе- ры Земли поступает 250 ккал/см2 год, из них 170 ккал/см2 год поглощается планетой. Ра- диационный б а л а н с деятельной поверхности, на которой происходит преобразование по- тока солнечной энергии, или радиационный баланс элементарного ПТК, записывается так:

где Ез – тепловое излучение земной поверхности, Еа — тепловое длинноволновое излу- чение атмосферы к деятельной поверхности.

Важнейшей геофизической характеристикой деятельной поверхности, отличающей одно ПТК от другого, выступает ее отражательная способность — альбедо:

А = D/Q,

где D — отраженная коротковолновая радиация.

Уравнение т е п л о в о г о б а л а н с а деятельного слоя — внутреннего пространства геосистемы, в пределах которого осуществляется расход радиационного тепла, например для леса, можно записать следующим образом:

R = L (Е + Т) + РА + Р + F ± А + Bz — LC, (3)

в котором R — радиационный баланс, Е — физическое испарение, Т — транспирация, РА — затраты тепла на турбулентный обмен с атмосферой, Р — теплообмен в деятельный слой (рас-

тительный покров), А — поток тепла в почву или из почвы, F — ассимиляция солнечной энергии в результате процесса фотосинтеза в фитомассе, Bz — вынос тепла со стоком, LC — тепло, выделяющееся при конденсации водяных паров, L — скрытая теплота парообра- зования, равная примерно 0,6 ккал/см3.

Схема потоков тепла, включенных в уравнение (3), представлена на рисунке 13. Физи- ческая размерность уравнения (3) кДж/м, или ккал/см2 год, или кал/см2 мин.

Принципиальных сложностей определения составляющих радиационного баланса нет. Используется обычно следующая аппаратура: актинометр (позволяет измерить поток сол- нечной прямой радиации на перпендикулярную к лучам поверхность, а поток на горизон- тальную поверхность легко найти по формуле I =I0 sin HQ, где hQ — высота Солнца); альбедометр (регистрирует суммарную, рассеянную и отраженную радиацию); балансомер (предназначен для измерения радиационного баланса деятельной поверхности). Все термо- электрические приборы работают в паре с гальванометром ГСА-1.

Рис. 13. Схема потоков солнечной энергии в лесной геосистеме.

Обозначение составляющих радиационного и теплового балансов дано в тексте

Эффективное излучение определяется двумя способами: непосредственно при помощи пиргеометра и расчетным путем по метеорологическим наблюдениям. Эффективное излучение при безоблачном небе зависит от температуры и влажности воздуха. Одна из формул, пред- ложенная К. Я. Кондратьевым и М. Е, Берляндом, выглядит так:

где Е0 — эффективное излучение при безоблачном небе; δ — коэффициент, характеризующий отличие свойств излучающих поверхностей от свойств черного тела (по М. И. Будыко (3), коэффициент δ мало меняется в разных естественных условиях и может быть принят за 0,95); σ — постоянная Стефана — Больцмана; Т — абсолютная температура воздуха (в °K), е — абсолютная влажность воздуха в мм рт. ст. Учет влияния обилия и высоты облачности осуществляется по формуле:

в которой h — облачность в долях от 1; с' — коэффициент на высоту (ярусность) облаков. М. И. Будыко, основываясь на работе Н. Г. Ефимова, рекомендует следующие примерные значения с': с'C = 0,5—0,6; с'B = 0,15—0,20; с'H = 0,7—0,8. Здесь с'C, с'B, с'H — значения ко-

эффициентов для облачности среднего, верхнего и нижнего ярусов.

Локальные (в пределах одного ландшафта) и региональные особенности радиационно- го баланса ПТК определяются следующими основными факторами: географическим поло- жением (широтой местности, от которой зависит угол падения солнечных лучей); режи- мом облачности, запыленностью атмосферы (региональные факторы); экспозицией и кру- тизной склона, отражательной способностью деятельной поверхности, теплоемкостью ли-

тогенной основы ПТК. Роль локальных факторов может быть настолько велика, что из-за различий в экспозиции, крутизне склонов и альбедо при одинаковых суммах поступающей

на верхнюю границу ПТК солнечной радиации различия в радиационном балансе могут достигать 50% и более.

На рисунке 15 в качестве примера приводим схему распределения возможных сумм суммарной солнечной радиации в зависимости от экспозиции и крутизны склона (по градациям крутизны 10°, 20°, 30° и 40°). Эти расчеты выполнены Ж. Н. Дунцовой, Н. В. Красниковой и др. (8) для условий юга Дальнего Востока. Мы видим, что за вегетаци-

онный период максимальное поступление суммарной радиации при ясном небе наблюдается на среднекрутых склонах (81,8 ккал/см2 период), минимальное — на северных крутых склонах (45,3 ккал/см2 период). В условиях юга Дальнего Востока при равной крутизне южные склоны получают на 22—72 ккал/см2 период больше, чем северные; южные склоны по радиационным условиям соответствуют 29—40° с. ш., а северные — 50—60°.

Локальные контрасты еще более усиливаются при рассмотрении значений альбедо ос- новных деятельных поверхностей (таблица 4 ) .

Т а б л и ц а 4

Альбедо основных деятельных поверхностей ПТК

Все деятельные поверхности можно подразделить на очень энергоемкие, средне- и ма- ло энергоемкие. У первых, куда относим поверхности озер и водохранилищ (и, конечно, поверхности морей и океанов), свежевспаханные черноземные, перегнойные и серые лесные почвы, темно-хвойную высокосомкнутую тайгу (еловую, елово-пихтовую), торфяники, ли- шенные растительного покрова, альбедо при высоте Солнца более 30° равно 5—12%, вследствие чего радиационный баланс этих типов ПТК на 20—30% больше, чем ра-

диационный баланс луга (стандартной метеоплощадки). К малоэнергоемким типам де- ятельной поверхности относим солончаки, заснеженную поверхность, леса и кустарники, покрытые свежевыпавшим снегом. Большинство типов деятельных естественных поверхно- стей в период вегетации имеют альбедо от 15 до 25%.,

Преднамеренные и непреднамеренные изменения климата часто связаны с изменением альбедо деятельной поверхности. Так, один из способов увеличения водности рек связан с зачернением ледников, например угольной пылью, в связи с чем альбедо снижается с 60—80% до 6—10%. Такое снижение альбедо увеличивает поглощенную радиацию, а это, в свою очередь, вызывает таяние ледников, увеличение расхода воды в горных ре- ках.

Экспериментальные работы в этом отношении были осуществлены в горах Средней Азии Институтом географии Академии наук СССР под руководством академика Г. А. Ав- сюка и дали положительные результаты.

Пример непреднамеренного преобразования микроклимата — осушительные мелиорации. Осушение низинных и переходных болот и появление гидрофильно-злаковых лугов на площа-

ди нескольких десятков тысяч гектаров в условиях Мещерской низменности привели к увеличению альбедо летом в среднем на 3—5%. Эффективное излучение в июне, по нашим на- блюдениям, на лугу больше на 21%, чем на болоте. С прогревом болота его эффективное излу- чение возрастает, и во вторую половину теплого периода оно на 11% уже выше на болоте. Противоположная тенденция в изменении альбедо и эффективного излучения в целом обу- словливают изменения в радиационном балансе после осушения в пределах 8—10% от перво- начальной величины. Поэтому этот вид хозяйственной деятельности человека вызывает изме- нения в микроклимате.

СПОСОБЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТАВЛЯЮЩИХ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА

Важнейшими его расходными частями являются затраты тепла на испарение и турбу- лентный обмен с атмосферой. Поток тепла в почву за годовой цикл в среднем многолет- нем равен 0; в противном случае если бы он был положительным, то происходило бы разо- гревание земной поверхности; если бы был отрицательным, то мы были бы свидетелями фор- мирования многолетней мерзлоты. Вынос тепла со стоком, затраты на процесс фотосинтеза со- ставляют не более 2—4% радиационного баланса.

Пожалуй, наибольшую сложность представляет определение затрат тепла на испаре- ние. Вообще к испарению (к транспирации влаги растениями и физическому) внимание повы- шенное, и это объясняется рядом причин. Во-первых, именно испарение регулирует во многом энергетический баланс приземного слоя воздуха; во-вторых, испарение выступает важнейшей частью водного баланса и водохозяйственного баланса.

В настоящее время существует несколько методов определения испарения: весовой, водо- балансовый, градиентный теплобалансовый, расчетный (по данным метеорологических наблю- дений). Испарители предназначены для определения величины испарения за разные проме- жутки времени весовым методом путем взвешивания монолитов почв. При этом почвен- ными дождемерами, осадкомером Третьякова или другими приборами регистрируется коли- чество осадков, выпавшее за период наблюдений. Уникальные испарители сооружены на Валдайской экспериментальной станции имени В. А. Урываева Государственного гидроло- гического института. Они позволяют определить суммарное испарение весовым методом в естественном лесном ПТК.

Для измерения испарения с поверхности снега используют сосуды из органического стекла — плексигласа. Его теплопроводность — 0,721 Вт/м °С – близка к теплопроводности снега — 0,465 Вт/м °С. Обычно используют сосуд цилиндрической формы площадью 200 см2 и высотой 5 см.

Довольно точным методом определения суммарного испарения за многолетний период (год или гидрологический год) выступает метод водного баланса. Испарение рас-