Методика проведения микроклиматических наблюдений

По данным наблюдений многочисленных гидрометеорологических станций изучаются климатические условия территории. Но наряду с общими макроклиматическими особенностями местности, характерными для больших пространств, практическое значение имеют особенности климата, возникающие на небольших участках местности под влиянием рельефа, растительности, состояния почвы, наличия водоемов и т.д. Различия микроклимата характерны для самого нижнего, приземного, слоя воздуха. В более высоких слоях они быстро исчезают. Растения на полях испытывают микроклиматические изменения особенно сильно, так как самые большие колебания температуры и влажности воздуха, скорости ветра, интенсивности солнечного нагрева происходят в пределах нижних 50 … 100 см над поверхностью почвы.

Микроклиматические различия наиболее сильно проявляются в ясные, солнечные дни при слабом ветре или штиле и в тихие ясные ночи. При сильном ветре или пасмурной погоде с низкой облачностью они сглаживаются.

Наиболее благоприятные по условиям теплообеспеченности участки обычно располагаются склонах, на сухих песчаных почвах, т.е. на полях с пониженным плодородием почвы. Участки же с богатым плодородием почвы, расположенные, как правило, в пониженных местах, часто являются холодными, избыточно влажными, морозобойными, т.е. неблагоприятными по микроклиматически условиям. Чтобы правильно оценить пригодность отдельных полей или участков для посева определенных культур, должны учитываться одновременно оба фактора – микроклиматические условия и плодородие почвы.

Микроклиматические особенности сельскохозяйственных угодий проявляются главным образом вследствие неодинакового нагрева солнцем разных участков поверхности (склонов, ровных поверхностей, различно удаленных от водоемов, лесных массивов, покрытых растительностью полей или оголенных и т.д.). Для оценки микроклиматических особенностей сельскохозяйственных угодий применяются глазомерные и инструментальные методы. Из инструментальных методов наиболее простыми и широко применяемыми являются:

1) микроклиматические съемки минимальной температуры воздуха,

2) маршрутные термометрические съемки,

3) микроклиматические съемки температур почвы,

4) анемометрические съемки.

Глазомерная микроклиматическая съемка может применяться как самостоятельный метод изучения метеорологического режима сельскохозяйственных угодий (например, при определении морозоопасности территории) и как подготовительный этап при инструментальной съемке. Этот этап облегчает интерполяцию данных инструментальной микросъемки по сходным условиям местности, позволяет связать в одно целое результаты отдельных, территориально разобщенных инструментальных микросъемок наблюдений метеорологических станций.

Глазомерная микроклиматическая съемка позволяет лишь качественно оценить влияние подстилающей поверхности и форм рельефа на образование микроклиматических особенностей местности. Для приближенной количественной оценки этих особенностей необходимо иметь шкалу поправок, разработанную на основе инструментальных наблюдений на опорных станциях и на склонах разной ориентации (экспозиции) и крутизны, на местах, различно удаленных от кромки леса или водоема, и т.д.

При глазомерной съемке оцениваются: экспозиция и крутизна склонов, форма долин, степень их замкнутости и извилистости, степень облесенности склонов, открытость местности к холодным ветрам или защищенность от этих ветров лесными полосами, элементами рельефа и др.

При слабоизрезанном или равнинном рельефе основное внимание уделяется характеру распределения древесной растительности и степени заболоченности территории.

Ознакомление с местностью нужно начинать с наиболее возвышенной точки, откуда просматривается наибольшая площадь изучаемой территории. Съемка проводится по маршрутам, намеченным с расчетом охвата всех основных особенностей рельефа и распределения растительного покрова в исследуемом районе. Удобно проводить съемку по круговым маршрутам, продвигаясь по долинам рек и переходя по водоразделам из одной долины в другую.

Для определения морозоопасности территории особенно большое значение имеет учет выраженности рельефа, которая определяется относительной высотой выпуклых форм рельефа над дном долины (или другой формой понижения).

Для проведения микроклиматических съемок в первую очередь необходимо иметь крупномасштабную гипсометрическую карту (1:10 000 или 1: 25 000) и план хозяйства с указанием полей севооборота. Карты на гипсометрической основе на станциях, как правило, отсутствуют. Но некоторые элементы рельефа можно нанести на план-схему хозяйства, проведя простую топографическую съемку местности.

Схема ориентируется по направлению север-юг. Эта линия должна быть параллельна краю бумаги (схемы). Такую ориентировку схемы делают в нескольких точках. Для вычерчивания направлений пользуются трехгранной линейкой. Деления линейки используют для нанесения на план измеренных расстояний на местности с учетом масштаба карты.

Расстояния при глазомерной и простой инструментальной съемках можно измерять шагами, рассчитывать по времени проезда измеряемого расстояния с определенной скоростью, а также оценивать на глаз.

Экспозицию склона определяют при помощи компаса или на глаз, если съемщик умеет по другим признакам определять направление: днем по солнцу, ночью – по Полярной звезде, в лесу – по стволу спиленного дерева, по выходам из муравейников, которые всегда обращены на юг, и др.).

Относительная высота возвышенности над ближайшим понижением рельефа определяется барометром-высотомером (анероидом). Определение высоты проводится тройным отсчетом: первый – на исследуемой возвышенности, второй – у подножия, третий – снова на возвышенности. Значения первого и третьего отсчетов не должны сильно расходиться между собой (для повышения точности следует проводить измерения при устойчивом атмосферном давлении). Все три отсчета по времени не должны отличаться больше чем на полчаса.

Отсчет высотомера следует делать после легкого постукивания по стеклу прибора. При разности между показаниями до и после постукивания, превышающей 2мм (20м), необходимо проводить повторные отсчеты через 5…10 минут после прихода на место для преодоления инерции прибора. Относительная высота между понижениями рельефа и возвышенностями вычисляется по разности отсчетов высотомера наверху и внизу.

Повышение и понижение рельефа, а также крутизну склонов можно определить при помощи эклиметра и вехи. При некотором навыке крутизна склонов и разность высот с приемлемой точностью оценивается на глаз.

Наибольшие микроклиматические различия наблюдаются при радиационных и адвективно-радиационных заморозках, так как такие заморозки связаны с местным выхолаживанием при ясном небе и слабых ветрах.

Особенно внимательно следует относится к определению конфигурации так называемых морзобойных ям, зависящих от форм рельефа. Охлажденный воздух ведет себя как вязкая жидкость, и уже небольшие препятствия на пути его стока могут явиться причиной образования «озера холода».

Наряду с отметками на карте следует дать описание особенностей местности (характеристику ее изрезанности, преобладающую ориентировку склонов, наличие осушенных болот и т.д.).

Для того чтобы составить карту морозоопасности территории, нужно провести 3…4 съемки весной и 3…4 съемки осенью при соответствующих условиях. Использование для этой цели ранних весенних и поздних осенних заморозков большой длительности (7…8 ч и больше) не рекомендуется, так как в этих условиях микроклиматические особенности рельефа значительно сглаживаются.

При проведении глазомерных съемок по определению морозоопасности территории применяют два вида съемок: по распределению инея и по повреждениям растений после заморозка (по фитомерам).

Отмечая на плане землепользования места, на которых лежит иней, можно получить представление о морозобойности отдельных участков. При этом надо следить, чтобы состояние подстилающей поверхности было более или менее однородным. Лучше всего отмечать иней на луговых травах, посевах зерновых культур, картофеле. На черном пару вследствие хорошей теплопроводности почвы инея не будет даже в том случае, если поле расположено низко и по существу является морозобойным. Больше всего инея будет на густом травостое вследствие его значительного охлаждения под влиянием ночного излучения и затрудненного теплообмена между воздухом и почвой.

Съемки следует повторять несколько раз поздней весной и ранней осенью, так как в каждом отдельном случае в зависимости от условий погоды и интенсивности заморозка степень морозобойности отдельного поля будет несколько иной. После 5…6 съемок, проведенных при заморозках в начале и в конце вегетационного периода, получается уже достаточно надежное представление о сравнительной морозобойности отдельных частей территории.

Глазомерная микроклиматическая съемка по фитомерам. Об относительной морозоопасности территории можно также судить по повреждениям растений после заморозка. Этот способ несколько сложнее предыдущего, так как следует отмечать лишь повреждения культур, одинаковых по морозостойкости. Хорошим весенним фитоиндикатором заморозков служат картофель и кукуруза, критическая температура повреждения которых -2… -3ºС. Этот вид съемки может быть проведен через один-два дня после заморозка, требует наличия посевов одинаковых по морозостойкости культур в разных частях рельефа и несколько лучшей подготовки наблюдателей.

Оба вида бесприборных съемок по определению морозобойности территории позволяют разделить ее (территорию) на три части:

- наиболее морозобойную, на которой наблюдаются любые заморозки (даже легкие);

- среднюю, захватывающуюся лишь более сильными заморозками;

- теплую, на которой заморозки либо не отмечаются совсем, либо отмечаются редко и отличаются небольшой интенсивностью.

Обработка материала бесприборных термометрических съемок заключается в критическом просмотре и сопоставлении данных отдельных съемок между собой и составлении карты по осредненным данным наиболее типичных случаев.

Для получения более точных количественных характеристик всех особенностей микроклимата сельскохозяйственного угодья следует проводить микроклиматические съемки с помощью метеорологических приборов.

ИНСТРУМЕНТАЛЬНАЯ СЪЕМКА

На основе предварительных глазомерных съемок выбирается ряд характерных точек, на которых устанавливаются приборы. Количество точек (не менее 3…4) зависит от разнообразия микроклиматических условий и лимитируется наличием приборов и наблюдателей.

Точки выбираются на различных формах и элементах рельефа и наносят на план хозяйства и описывают ее местоположение.

При обработке результаты наблюдений всех точек сравниваются с данными наблюдений на одной (опорной), по местоположению приближающейся к условиям метеорологической станции. При холмистой местности за опорную точку принимается точка на открытом ровном месте, в заболоченной – на суходоле, в лесной – на открытом месте, на расстоянии от леса не менее 0,5 км.