28. Распространение тепла вглубь почвы, законы Фурье.

В почве тепло распространяется по вертикали путем молекулярной теплопроводности. Теплообмен атмосферы с почвой идет гораздо в меньшей степени, чем с водой. Суточные колебания распространяются в почву на глубину менее одного метра, годовые - на 10-20 м. Почва в течение теплого сезона отдает по ночам большую часть того тепла, которое получает днем, и мало накапливает его к зиме. В результате температура воздуха над сушей летом выше, а зимой ниже, чем над морем.

Температура на поверхности почвы имеет суточный ход. Минимум наблюдается через полчаса после восхода Солнца, максимум – в 13-14 часов дня. После этого начинается снижение температуры, т.к. несмотря на положительные значения радиационного баланса, увеличивается отдача тепла за счет теплопроводности и испарения. Суточный ход также зависит от экспозиции склонов, от почвенного покрова. Растительный покров уменьшает охлаждение почвы ночью, а днем препятствует ее нагреванию. В результате при наличии растительного покрова среднесуточные температуры и амплитуды температур понижаются. Снежный покров предохраняет почву зимой от потери тепла, резко уменьшает амплитуду.

Максимальные температуры на поверхности почвы обычно выше, чем в воздухе на высоте метеорологической будки. Это связано с тем, что днем солнечная радиация нагревает прежде всего почву, а потом уже от нее нагревается воздух. Ночные минимумы, наоборот, на поверхности почвы ниже, чем в воздухе, т.к. почва прежде всего выхолаживается эффективным излучением, а уже от нее охлаждается воздух.

Амплитуда температур на поверхности почвы в Московской области зимой (на снегу) 5-10С, летом – 10-20С. Годовая амплитуда температуры поверхности почвы растет с широтой. На 50 с.ш. она составляет в среднем 25С.

К распространению тепла в почве применима общая теория молекулярной теплопроводности Фурье. Законы Фурье:

1. Чем больше плотность и влажность почвы, тем лучше она проводит тепло, тем быстрее и глубже проникают колебания температуры.

2. Независимо от типа почвы период колебаний не меняется с глубиной. Однако амплитуды колебаний температуры с глубиной уменьшаются. Возрастание глубины в арифметической прогрессии приводит к уменьшению амплитуды в геометрической. Этот закон описывается уравнением:

,

где Т_k – период колебаний, k – коэффициент температуропроводности почвы.

На некоторой сравнительно небольшой глубине (0,7 – 1 м) суточная амплитуда температур становится равной нулю. Ниже начинается слой постоянной суточной температуры. Аналогично ему существует слой постоянной годовой температуры на глубине от 10 (тропики) до 30 м (полярные широты).

3. Сроки наступления максимальных и минимальных температур в суточном и годовом ходе запаздывают с глубиной пропорционально увеличению глубины. Суточные экстремумы запаздывают на каждые 10 см на 2,5-3,5 ч; годовые – на 20-30 дней на каждый м.

4. Глубины слоев постоянной суточной и годовой температуры относятся между собой как корни квадратные из периодов колебаний, т.е. как 1: .

С различиями в годовом ходе связано распределение температуры в почве по вертикали в разные сезоны: летом температура падает с глубиной; зимой - растет; весной – сначала убывает, потом растет; осенью – сначала растет, потом убывает.