3.Радиационный баланс
Радиационным балансом (РБ) подстилающей поверхности называют разность между суммарным потоком поглощенной ею солнечной (ПС) и тепловой радиации (ПОТА)и эффективным тепловым излучением.
РБ= ПС+ПОТА- R,
Если С- суммарная солнечная радиация, поступающая на некоторый участок земной поверхности, ОТА – облатное тепловое излучение атмосфеферы, а Ав Ат -его альбедо для видимого и теплового диапазона, то
ПС= С(1-Ав).
ПОТА=ОТА(1-Ат)
РБ= С(1-Ав) + ОТА(1-Ат)- R
От величины радиационного баланса зависят температуры подстилающей поверхности и приземного слоя атмосферы, а также их изменения. Поэтому РБ- важнейший фактор климата. Радиационный баланс подсчитывают за сутки, месяц или год.
Значение радиационного баланса каждого участка земной поверхности определяется процессами превращения на нем поглощенной солнечной радиации.
Если поверхность этого участка является водной, то часть поглощенной ею солнечной радиации расходуется на физическое испарение, а в эффективное тепловое излучение превращается ее остаток. На значения РБ существенное влияние оказывают ветры и течения.
Ветер, приносящий теплый воздух, увеличивает ОТА, вследствие чего возрастает ПОТА, а значение радиационного баланса земной поверхности увеличивается. Если воздух, приносимый ветром, холоднее подстилающей поверхности, это приводит к уменьшению ОТА, а значение радиационного баланса уменьшается.
Течение, приносящее теплую воду, приводит к увеличению эффективного теплового излучения и радиационный баланс уменьшает. Холодная вода, принесенная течением, уменьшает температуру подстилающей поверхности и поток создаваемого ею эффективного теплового излучения , что радиационный баланс увеличивает.
В результате этого для акваторий Мирового океана, расположенных у экватора, в которые приходят лишь холодные течения, и теплый воздух с суши, РБ>0, а для акваторий, расположенных вблизи Северного полюса и у берегов Антарктиды, куда приходят лишь теплые течения и холодный воздух с суши, РБ<0.
Если подстилающая поверхность представляет собой сушу, то поглощенная ею солнечная радиация расходуется не только на физическое испарение и формирование эффективного теплового излучения. Она расходуется, кроме того, на транспирацию и фотосинтез в фитоценозах, а также на почвообразование. В тоже время океанические течения влияют на тепловой режим лишь прибрежных участков суши. В результате этого доля поглощенной солнечной радиации и обратного теплового излучения атмосферы, которая расходуется на эффективное тепловое излучение с поверхности суши, может отличаться от доли, соответствующей поверхности Мирового океана, в обе стороны.
В пустынях основным фактором изменчивости значений радиационного баланса является ветер, либо приносящий, либо уносящий тепло и влияющий тем самым на потоки ОТА.
На участках суши, покрытых растительностью, существенными факторами динамики значений радиационного баланса являются процессы, изменяющие состояние фитоценозов. Это такие факторы, как смена времен года, вспышки развития паразитов, а также изменения увлажненности почвы, влияющие на интенсивность транспирации и фотосинтеза.
Существенно влияет на значение РБ лесных массивов деятельность человека, которая всюду приводит к уменьшению в них площади зеленого листа (даже там, где вместо вырубленных вековых деревьев, высаживают молодую поросль). Поэтому на территориях лесной и лесостепной ландшафтных зон антропогенные изменения ландшафтов являются значимым фактором потепления климата.
Деятельность человека приводит к уменьшению значений РБ и в степной зоне, территории которой практически полностью используются как пашни, сады или пастбища. На этих территориях, почвенный покров ежегодно искусственно разрыхляется (в период посевной компании), что существенно интенсифицирует водную эрозию.
Водная эрозия почв – процесс разрушения водой и сноса в водоемы и реки верхних, обладающих самым большим плодородием слоев почвы. Различают естественную и ускоренную (антропогенную) эрозии почв. Естественная эрозия протекает очень медленно, и в ходе ее плодородие почв не снижается.
Наибольшее влияние на изменения РБ территорий оказывает ускоренная эрозия почв, которая вызвана нерациональной хозяйственной деятельностью человека (неправильная обработка и орошение почвы, чрезмерное внесение в нее удобрений, бесконтрольный выпас скота, вырубка лесов, осушение болот и т.п.).
Экологический ущерб от водной эрозии огромен. Вода, стекая, образует промоины и овраги, вымывает из земли органические и минеральные вещества. Это приводит к потере плодородия почвы, образованию оврагов. В оврагах невозможна никакая сельскохозяйственная деятельность. Подсчитано, что площадь оврагов на территории стран СНГ составляет 9 млн. га и продолжает увеличиваться. Поле, подверженное водной эрозии, теряет за год 7-13 т/га наиболее плодородной почвы.
Образование оврагов не только затрудняет обработку пашен и уменьшает плодородие их почв, но и снижает уровень грунтовых вод, в результате чего многие сельскохозяйственные растения не могут дотянуться до них своими корнями. Это снижает их урожайность и вынуждает применять искусственный полив, еще более ускоряющий эрозионные процессы. Так развиваются антропогенные процессы опустынивания.
Примером последствий развития этих процессов является рост величайшей на земле пустыни Сахара. Наскальные рисунки и фрески, имеющие возраст более 6-8 тыс. лет, найденные в Сахаре, свидетельствуют о том, что в период, когда они создавались, здесь была саванна (тропическая лесостепь). Благодаря богатой и разнообразной растительности с земной поверхности испарялось много влаги, вследствие чего количество осадков, выпадающих в центральных районах Сахары, было достаточным для того, чтобы в них существовали полноводные реки и озера, в которых водились крокодилы, бегемоты и другие представители фауны. Многие из этих рек впадали в Нил.
Почвами, преобладавшими в Сахаре в тот период, были черноземы, подобные существующим ныне в Украине. Отдельные островки пустыни на территории Сахары начали формироваться еще 500 000 лет назад, но наиболее стремительно процесс ее опустынивания начал развиваться только с 3 тысяч лет до н. э.
Именно в этот период леса в Сахаре начали вырубаться и выжигаться кочевниками, которым они казались ненужным излишеством и прибежищем разбойников и хищных зверей. Борьба с лесами велась широким фронтом. Развивался и неконтролируемый выпас скота, ускоряющий разрушение верхнего слоя почв и его ветровую эрозию.
Способствовала ускорению эрозионных процессов в Сахаре и деятельность примитивных земледельцев, использовавших подсечно-огневое земледелие. Нелегкий труд многих поколений населения Сахары, вызывавших ее опустынивание, был довершен в период Пунических войн римлянами, которые для подрыва экономической мощи своего главного врага – Карфагена, начали вести с ним, по сути, первую экологическую войну – уничтожая его пашни и степи огнем.
В итоге начали мелеть и пересыхать реки и озера, а от населявших их представителей фауны остались лишь скелеты. Эти процессы привели к окончательному опустыниванию Сахары, уничтожению всех ее оазисов и превращению полосы плодородных земель на ее севере, в пустыни. Сейчас, продвижение Сахары на юг также обусловлено хозяйственной деятельностью местных народов, кочевой образ жизни которых и их отношение к лесам практически не изменились.
Сахара сегодня. Так может выглядеть Украина завтра.
Сильней всего снижает значение РБ территории ее застройка. Город, по своему воздействию на интенсивность испарения влаги ,подобен пустыне (растительности почти нет, кругом бетон и асфальт, почва не образуется, вся поглощенная радиация превращается в тепло).
В результате совместного действия различных факторов изменчивости радиационного баланса его значения в различных регионах планеты существенно различаются. В одних регионах РБ ОТРИЦАТЕЛЬНЫЙ, в других ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЙ.
Знак радиационного баланса свидетельствует о том, что солнечная энергия на данном участке аккумулируется или высвобождается.
Если радиационный баланс пложителен - поглощение С и ОТА больше теплового излучения. В районах нашей планеты, расположенных у экватора, РБ>0, а в приполярных районах РБ<0.
РБ>0 , если подстилающая поверхность покрыта лесом (часть поглощаемой эненргии расходуется на транспирацию, почвообразование и фотосинтез).
РБ>0, если подстилающая поверхность переувлажнена (часть поглощенной солнечной радиации расходуется на физическое испарение влаги).
РБ<0 , если подстилающая поверхность - район активного вулканизма (поток собственного тепла из недр земли значителен).
РБ <0, если подстилающая поверхность - город или крупный промышленный объект , где имеются мощные техногенные источники тепла.
В течение суток РБ испытывает суточный ход. Днем он повсеместно положительный, ночью отрицательный. Летом он чаще положительный, зимой отрицательный.