Излучение

СОЛНЕЧНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

Поступающее глобальное излучение имеет две составляющие:

ПРЯМОЕ СОЛНЕЧНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ, пронизывающее атмосферу от самого Солнца, и РАССЕЯННОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ НЕБА. Последнее имеет значение в высоких широтах (38° и выше), где может достигать до 30% от всего поступающего тепла. Возле полюсов такое рассеянное излучение достигает 100% всей энергии. Мы располагаем надёжными средствами измерения только прямого солнечного излучения, так как лишь немногие метеостанции замеряют рассеянное излучение, которое появляется только при наличии тумана, облаков или пасмурного неба.

Свет и тепло измеряются в ДЛИНАХ ВОЛН, каждый набор измерений которых имеет свои особенные характеристики. Необходимо понимать основы этого излучения, чтобы проектировать дома, обогреватели, посадки растений, выбирать места для закладки поселений и виды растений для выращивания в них. Таблица 5.2 помогает понять воздействия волн различной длины.

Меньшим составляющим земного излучения на поверхности Земли является тепло, получаемое при охлаждении самой Земли. Большая часть той силы, влияющей на нас каждый день, поступает от Солнца.

Из поступающего или коротковолнового излучения (за 100% принимается излучение у внешней границы атмосферы):

• 50% никогда не достигает Земли напрямую, но рассеивается в газах, пыли и облаках самой атмосферы.

Из этих 50% :

- половина отражается от верхних слоёв облаков и пыли обратно в космос,

- половина преобразуется (поглощается) в длинноволновое излучение или тепловые волны в среде пыли и облаков, которые действуют в качестве изолирующее покрывала Земли.

• 50% достигает Земли в виде прямого излучения, попадающего в основном на поверхность океанов. Из этих 50%:

- 6%, теряется небольшое количество в виде обратного отражения в космос, а

- 94% поглощаются морем, сушей и нижними слоями атмосферы и излучаются обратно в виде тепла или преобразуются на своё дальнейшее увеличение.

Таблица 5.2 Некоторые длины волн и их воздействия.

Длина волны (миллимикроны)	Описание	Примечание
0-400	Актиничное или ультрафиолетовое; только 1,5-2% достигает Земли, большая часть поглощается озоновым слоем Земли.	Вызывает солнечные ожоги, рак кожи. Может увеличиваться вследствие разрушения озонового слоя.
400-626	Видимый свет (белый), состоящий из:	Цвета радуги, видимые благодаря испаряемой влаге или водяной призме. Около 41% достигает Земли.
400-435	Фиолетового
436-490	Синего
491-574	Зелёного
575-595	Жёлтого
595-626	Оранжевого
627-5000	Тепло (длинноволновое излучение) и радиоволны	Излучается от тел, нагретых сжиганием, или от тел, поглотивших коротковолновое излучение. Около 50% излучения добирается до поверхности Земли.
627-750	Красный
751-3000	Крайний красный
3001+	Инфракрасный

Из исходящего, земного излучения (поглощенное солнечное излучение и тепло земли, включая добавочное тепло, высвобождённое биологической и промышленной деятельностью и конденсацией) тепло, приводящее в движение атмосферный круговорот, может быть разложено следующим образом:

• около 67% вновь излучённого в космос и потерянного в виде тепла. Таким образом, в атмосфере большая часть тепла получается из такого отражённого от поверхности Земли тепла.

• 29% высвобождается из конденсируемой воды в виде физически ощутимого тепла.

Озон в верхней части атмосферы поглощает большую часть ультрафиолета, вредоносного для жизни. Доля двуокиси углерода, составляющая теперь от 3 до 4% атмосферы, по предварительным расчётам должна достигнуть 6% и вызвать повышение температуры поверхности Земли на 3°С к 2060 году. Очевидно, что этот процесс уже влияет на мировой климат в виде глобального потепления и вызовет изменение уровня моря.

Как показано в таблице 5.3, воздействие излучения на растения различно в зависимости от длины волны. Другие источники света на Земле: Луна (отражённый солнечный свет) и свет звёзд. Несмотря на свою слабость, эти источники света также влияют на рост растений, и даже сравнительно небольшое искусственное освещение способно повлиять на выращивание животных и растений. Главными воздействиями излучения являются:

• ФОТОСИНТЕЗ в растениях, основа всей жизни на Земле.

• ТЕМПЕРАТУРНОЕ воздействие на живые и неорганические формы, имеет большое значение при проектировании домов.

• ЦВЕТЕНИЕ или ПРОРАСТАНИЕ, - воздействует на растения, способствуя распространению семян определённых групп растений; включает в себя влияние протяжённости светового дня.

Растения активно приспосабливаются к высоким уровням излучения, используя различные стратегии, позволяющие добиться необходимой эффективности фотосинтеза. Они могут удерживать равновесие между энергиями света и тепла, принимая диапазоны солнечного света для встраивания в условия определённой среды (серебряные или сверкающие листья там, где уровень теплового излучения высок; красные листья там, где поглощается в основном зелёный спектр; и нужно меньше тепла). Листья могут поворачиваться краями вверх при слишком высоком уровне теплового и светового излучения или значительно увеличивать площадь своей поверхности под тенистой кроной. На нижних ярусах листья деревьев обладают большей площадью.

ЦВЕТ

Когда мы смотрим на какой-либо объект, мы видим длины волн света, которые он ОТРАЖАЕТ или поглощает. Таким образом, многие растения отражают зелёные/синие длины волн, а белые цветы отражают более широкий спектр света, становясь очень заметными на земле. Около 10% света проникает сквозь листву или передаётся листвой, несмотря на то, что кроны многих дождевых лесов в очень влажных областях (тропических или умеренных) способны пропускать лишь 0,01% света до лесной почвы. Поглощённый свет, как и тепло, вновь излучается или используется для роста.

В дополнение к цвету листьев цвет коры растений колеблется от почти белого до почти чёрного, при этом последний хорошо поглощает и излучает тепло, а первый хорошо отражает. Поверхность листьев может варьироваться от твёрдой и блестящей до мягкой, грубой или ворсистой. Обычно восковая поверхность листьев встречается на побережьях или в холодных краях, а также у некоторых растений подлеска, в то время, как ворсистая поверхность листвы чаще встречается в пустынях и высокогорьях. Восковое покрытие придаёт больше отражательной силы вне зависимости от цвета, тогда, как тёмны и грубые поверхности свет поглощают. Таким образом, тёмные вечнозелёные деревья становятся хорошими излучателями тепла.

Все эти факторы (цвет, отражение, теплоизлучение) имеют такое же значение в проектировании, какое они имеют в устройстве природы, и могут неотъемлемо использоваться в садах и на полях как вспомогательные средства для улучшения микроклимата.

АЛЬБЕДО (ОТРАЖАТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ) и ПОГЛОЩЕНИЕ

Альбедо растений (значение отражённого света) и естественных поверхностей определяет то, как они поведут себя, принимая излучение. Свет отражённый возвращается в атмосферу или поглощается близлежащими поверхностями или такими строениями, как теплицы. Свет поглощённый преобразуется в длинноволновое излучение и вновь излучается в виде тепла (Рис. 5.10). Почвы и материалы подобной плотности обычно поглощают тепло дневного излучения до глубин 51 см или около того.

Таблица 5.3. Различные воздействия излучения на растения в зависимости от длины волн.

ДЛИНА ВОЛНЫ (миллимикроны)	ОПИСАНИЕ	ВОЗДЕЙСТВИЕ
0-280 (УФ)	УФ или актиничный	Убивает растения и животных. Обеззараживающий.
81-315 (УФ)	УФ или актиничный	Вредоносный для растений и роста.
…16-400	Фиолетовый	Растения становятся короче, а листва толще.
…10-510	Фиолетово-зелёный	Сильное поглощение, усиление роста растений. Хороший фотосинтез. Передаётся стеклотканью и другими видами пластика.
…11-610	Зелёно-оранжевый	Медленный рост и фотосинтез, световое поведение – зависимость от длины светового дня.
...11-720	Оранжево-красный	Усиление поглощения и фотосинтеза.
…1-1000	Красный – крайний красный	Растения удлиняются, важен для прорастания семян, цветения, светозависимости, окрашивания плодов.
1000+	Инфракрасный	Поглощается и преобразуется растениями в тепло; не оказывает значительного воздействия на рост.

Рис. 5.7 Поступающее коротковолновое облучение.

English	Русский
Lost to space	Потеряно в пространство
0% reflected	0% отражено
Absorbed in land	Поглощено почвой
Transmitted	Передано
Diffuse radiation (scattered)	Рассеянное излучение
Absorbed in sea	Поглощено морем
Direct radiation	Прямое излучение
Ice Gas Dust	Лёд Газ Пыль

Происходящее с излучением в разных средах.

Так как это занимает определённое время, образование тепла в почве отстаёт от смены температур. На повторное излучение также необходимо время, поэтому такие впитывающие тепло поверхности теряют его медленно с отставанием от температур воздуха. Вот почему самые низкие температуры почвы приходятся на время сразу после рассвета. В условиях неподвижного воздуха потеря излучения ночью вызывает заморозок (в низинах, на равнинах и на обширных полянах и просеках в лесу длиной от 9 до 30 и более метров). Некоторые заморозки (АДВЕКТИВНЫЕ заморозки) распространяются по мере того, как холодный воздух спускается по склонам холмов и собирается в долинах. Заморозок появляется очень быстро на плоскогорьях. Плотные осенние туманы часто обозначают степень морозности будущей зимы и хорошо видны с высоких обзорных площадок.

В своих проектах мы используем водные поверхности и другие отражатели, системы разных растительности на окраинах лесов. Таблица 5.4 приводит такие значения диффузных отражателей как альбедо. Совершенный отражатель отталкивает 100% света (например, зеркала); совершенный поглотитель – ЧЁРНОЕ ТЕЛО, поглощающее весь свет и преобразующее его в тепло.

Дальнейшее преобразование поступающих волн, встречающихся на своём пути с каким-либо объектом или любой материей:

- ОТРАЖЕНИЕ – отведены почти в неизменённом состоянии, как свет от плоского зеркала или белой стены;

- ПРЕЛОМЛЕНИЕ – отведены под резким углом или сильно искривлены как свет в воде, изображение на искривлённом стекле или морские волны вокруг мыса;

- ПОГЛОЩЕНИЕ – вобраны как чёрный объект вбирает свет. Это изменяет длину волны (преобразует свет в тепло или делает короткую волну длинной). Весь поглощённый свет становится теплом.

- ПЕРЕДАЧА – проходят через объект.

Различные объекты передают или являются “проницаемыми” для длин волн света в зависимости от своей молекулярной структуры. Таким образом, выбор цвета, формы и произведённого или природного материала компонентов помогает выгодно использовать энергию на нашем участке. Мы можем перенаправлять, преобразовывать или передавать поступающую энергию дальше. Предмет излучения настолько же взаимосвязан с областями технологии, как и с окружающими природными системами. Данный раздел рассмотрит эффекты воздействия в обеих областях.

Земля сама по себе выступает в качестве “чёрного тела”, принимающего короткие волны от Солнца и после их поглощения излучающего длинные волны от поверхности и из атмосферы. Таблица 5.2 разбирает в основном короткие длины волн, т.к. они поступают на Землю в виде света и тепла от Солнца. Те длинные волны, с которыми мы обычно имеем дело, являются заново отражёнными на Землю от атмосферы или излучёнными горячим земным ядром. Любопытен тот факт, что снег также является чёрным телом с точки зрения теплоизлучения. Такие чёрные тела, как вороны или древесный уголь могут служить хорошими отражателями, если их блестящие поверхности настроить на отражение излучения (ворона чёрная только под определёнными углами к поступающему свету).

ТЕПЛО

(длинноволновое излучение)

Трудно сохранить тепло в течение длительного срока в полевых условиях, хотя это возможно посредством изолированных масс воды или твёрдых тел, например, камней или земли. Каждый день поступает определённое количество тепла, которое либо излучается Солнцем, либо попадет на землю в качестве рассеянного небесного света. Средняя температура почвы - 5°С, воздуха и приземного уровня – 14°С, внешних слоёв атмосферы – от - 50°С до - 80°С. Как правило на каждые 100 метров набора высоты теряется 1°С.

Рис. 5.8 Глобальное излучение

Большая часть тепла усваивается влагой, пылью или газами в атмосфере; небольшая часть излучается самой Землёй.

English	Русский
Axis, Earth, atmosphere	Ось, Земля, атмосфера
Sun emits 300-2200 µm Mean temp 5793°K Radiating at 0.47µ (max.)	Солнце излучает от 300-2200 мкм Средняя температура: 5793°K излучение от 0,47 мкн (макс.)
Solar or extra-terrestrial radiation varies 7% as Earth orbit changes annually and 3% in the ultraviolet bands as the Sun fluctuates in 11 years cycles	Диапазон внеземного или солнечного излучения колеблется в пределах 7% при ежегодной смене орбиты Земли и в пределах 3% в ультрафиолетовом диапазоне излучения Солнца во время 11-летних циклов
Mean temp: 5°C Radiating at 10µ (max.)	Средняя температура: 5°C Излучение при 10мкн (макс.)
Note that from 2.2-6.8µ neither the Sun nor the Earth radiates more than 5% of the total radiation.	Примите во внимание, что в диапазоне от 2,2-6,8 мкн ни Солнце, ни Земля не излучают более 5% от общего излучения.

Рис. 5.9 Спектр солнечного света (0 – 5000 А).

Рост растений (фотосинтез) зависит от двух узких диапазонов света и подвергается разрушению под воздействием жёсткого ультрафиолетового излучения или длин волн тепла.

English	Русский
Short wave, visible light, long wave	Короткие волны, видимый свет, длинные волны
Cosmic rays, gamma rays, x rays, ultra violet	Космические лучи, гамма лучи, рентгеновские лучи, ультрафиолет
Violet, indigo, blue, green, yellow, orange, red	Фиолетовый, индиго, синий, зелёный, жёлтый, оранжевый, красный
Infrared, radio waves, electric	Инфракрасные, радиоволны, электрические
Far, near	Дальний, ближний
Relative energy response	Характеристика относительной энергии
Solar spectrum	Спектр солнечного света
Photosynthesis	Фотосинтез
Ionizing radiation affects either structure or matter	Ионизирующая радиация влияет либо на строение, либо на материю
Non-ionizing radiation absorbed by matter and converted to heat	Неионизирующее излучение поглощено материей и преобразовано в тепло
Heat and transmission of electro-magnetic radiation	Тепло и передача электромагнитного излучения

Таблица 5.4 Некоторые коэффициенты отражательной способности (альбедо)

Коэффициент отражательной способности	Отражённый свет (%)	Поглощённый свет (%)
“Совершенный отражатель”	100	0
Ровная белая краска	96	4
Чистый свежий снег	75-95	5-25
Белый гравий	50-93	7-50
Плотные белые облака	60-90	10-40
Спокойная вода (Солнце на высоте 15°С)	50-80	20-50
Приспособившиеся пустынные кустарники	30-38	62-70
Песчаные дюны	30-40	60-70
Песчаные почвы	15-40	60-85
Сухое сено	20-40	60-80
Деревянные бруски	5-40	60-95
Неспокойная вода при высоком солнце	8-15	85-92
Молодые дубки	18	82
Молодые сосенки	14	86
Тёмные грунты	7-10	90-93
Хвойный лес	10	90
«Совершенное чёрное тело»	0	100

В большинстве случаев мы наблюдаем снижение температуры при наборе высоты, но во многих давлениях или на равнинах, окружённых горами, холодный воздух с холмов или воздух, охлаждённый резким прекращением излучения из почв, создают условия, при которых слои плотного и более холодного воздуха задерживаются ниже слоёв тёплого воздуха, и это явление называется ТЕМПЕРАТУРНАЯ ИНВЕРСИЯ. Именно в этих условиях туман, смог и загрязняющие газы могут образовываться над городами в долинах или на равнинах, где ветровое присутствие недостаточно выражено. Такие места должны тщательно изучаться на предмет возможного наличия загрязняющих факторов.

Как и в случае с осадками рекомендуется тщательно изучать диапазон крайних значений температур на участке. Домашние птицы (как и многие дикие) не выживают при температуре свыше 43°С так же, как перенесённые из родной почвы растения могут не пережить пересадку в почву с температурой выше 36°С вне зависимости от того, пустыня это или компостная грядка. Многие растения повреждаются морозом уже при температуре 0°С или ниже, а при более низких температурах не выживут виды даже более закалённых растений (даже если они хорошо укоренились). Следовательно, широко распространённые и иногда экономически разорительные безснежные морозы, влияющие на целые области, должны учитываться разработчиками на участке в той же степени, что периодичность возникновения наводнений. В таких случаях источники средств к существованию не должны зависеть от обширных насаждений культур, чувствительных к морозу.

КОНВЕКТИВНЫЕ ПЕТЛИ И ТЕРМОСИФОНЫ

При проектировании строений и садов необходимо учитывать способы передачи и хранения тепла. Прежде всего, мы должны отличать низкую теплопередачу путём КОНВЕКЦИИ (естественный кругооборот потоков), а именно прохождение потоков воздуха и воды над слегка нагретыми поверхностями. Воздействие этого кругооборота оказывает влияние на климат в долинах, вызывая ветра. Прохладный воздух тяжелее (плотнее) нагретого; это также справедливо и для случая с водой и другими жидкостями, газами (в общем, потоками текучей среды). Таким образом, нагревая нижнюю часть сети трубопроводов или воздуховодов с воздухом или водой и конструктивно обеспечив минимальный перепад в высотах сети от 40 см, можно устроить замкнутую систему циркуляции, ; при более высоком перепаде возможно добиться эффекта термосифона (циркуляционной системы теплообмена) (рис. 5.11). Этот эффект используется в холодильных агрегатах, работающих на горелках или источниках тепла.

В атмосфере столбы тёплого воздуха восходят от земли так же, как струится воздух над ручьями (рис. 4.13), а наверху этого столба могут возникнуть конденсация или дождь, т.к. воздух в верхнем слое атмосферы охлаждается. Такие конвективные дожди и создают мозаичную картину осадков в пустынях.

Конвективные петли не возникают в закрытых помещениях, в которых слой горячего (температурой на 8-10°С выше остального воздуха) воздуха неподвижно стоит под потолком. Так как воздух нагреть непросто, и он не удерживает большого количества тепла, то кругооборот тёплого воздуха – не самый лучший способ обогревать помещения, хотя круговорот тёплого воздуха является главным “движителем” круговращения всего земного воздуха.

Термосифоны эффективны при передаче тепла от солнечных прудов или пластинчатых солнечных коллекторов к домашним обогревателям или бакам горячей воды; необходимо, где только это возможно, располагать коллекторы тепла на 0,5 м ниже устройств теплохранения и устройств-теплопотребителей, чтобы обеспечить их действие в качестве саморегулирующихся термосифонов.

Рис. 5.10. Эффект света, проходящего сквозь оконное стекло.

Стекло хуже пропускает длинноволновое излучение (тепло), поэтому оно “удерживает” излучённое тепло, но передаёт коротковолновой свет.

English	Русский
Light short wave	Короткая волна света
Heat, glazing, reflection, re-radiated, insulation	Тепло, остекление, отражение, повторное излучение, изоляция
Trapped by glass and reflected around room	Удержано стеклом и отражено в помещение
Absorbed and earth heated	Поглощено и нагрето землёй

ПЕРЕДАЧА ТЕПЛА

Тепло передаётся от нагретого тела к более холодному так же, как и нагретый воздух передаёт тепло более холодным твёрдым телам в дневное время, чтобы в ночное время нагретые твёрдые тела смогли отдать тепло большим массам воздуха. Нагретые тела расширяются, их плотность уменьшается, и там, где это возможно, поднимается уровень нагретой жидкости или воздуха и возникают КОНВЕКЦИОННЫЕ потоки.

Единицей тепла считается его количество, необходимое для нагрева 1 г воды с температуры 14,5°С до 15°С. В случае поступающего излучения грам-калории на квадратный сантиметр (г/кал/см²) называются лэнгли (единицы солнечного излучения). От Солнца поступает 2 лэнгли/мин во внешнюю атмосферу.

На количество тепла, полученного землёй, значительно влияют следующие факторы:

- широта и время года (глубина атмосферы);

- угол склонов (влияющий в свою очередь на отражение и поглощение);

- количество льда, водяного пара, пыли и облаков в воздухе.

Это означает, что количество лэнгли, дошедших до земли, в большой степени зависит от сочетаний вышеуказанных факторов. Тем не менее, солнечные стороны домов получают достаточно тепла для нагрева воды и обогрева пространства помещений, если мы позаботимся о теплоулавливающих и теплонакопительных приспособлениях.

Тем не менее, даже когда Солнце находится прямо над головой в ясную погоду, до нас через атмосферу доходит только 22% излучённой энергии (глубина в 1 атмосферу). В полярных областях, где солнце под уклоном на высоте 5° проходит наискось через 11 атмосфер, на землю поступает всего 1% излучённой энергии. Склон обладает таким же значительным воздействием, то есть склоны, обращённые в сторону полюсов, получают ещё меньше излучаемой энергии.

Из этого следует, что расположение домов на солнечных сторонах склонов в ТЁПЛОМ ПОЯСЕ является критически важной стратегией сохранения энергии во всех поясах за исключением пояса тропического климата, где строительство домов предпочтительно в тенистом месте или на пути потоков прохладных ветров на побережье. Солнечные стороны склонов не только поглощают больше тепла, но и оттягивают больше прохладного воздуха ночью, что объясняется их более низким расположением по отношению к прохладным верхушкам холмов и более высоким расположением над холодным ночным воздухом долин и равнин (рис. 5.12).

В холмистой местности и горах тепловые пояса могут располагаться на высотах от 1000 до 5000 м, на более низких склонах на высоте порядка 100 – 200 м тогда, как в жарких пустынях точка появления заморозков достигает высоты 10 – 15 м вверх по склонам столовых плоскогорий. В каждом случае необходимо собирать присущую только ему информацию, например, из местных историй, из наблюдений за растениями, или пытаться делать опытные посадки морозочувствительных растений.

Ветра, перемещающиеся из более холодных в более тёплые области или наоборот, приносят с собой АДВЕКТИВНОЕ (стороннее, тепло извне) тепло и холод в местные регионы. Таким образом, мы говорим об адвективных туманах, ползущих с побережий внутрь материка, и об адвективных заморозках, приходящих с вершин гор с холодным воздухом, собирающимся в ложбинах.

Вторжение тёплого адвективного воздуха в холодные области вызывает конденсацию влаги, так необходимой для осадков в лесах, и так неуместной в крытых зданиях.

Рис. 5.11. Конвективная петля или термосифон.

Нагрев в точке А замкнутой петли вызывает движение жидкости в контуре петли при условии, что верхняя точка контура на 40 см и больше выше точки её нагрева.

Следовательно, нашей задачей является постараться обеспечить поступление в деревянные дома как можно больше тёплого сухого воздуха или обеспечить вывод влажного конденсата наружу из дома.

Промежуточное тепло может передаваться ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬЮ как при контакте твёрдых тел. Именно таким способом мы нагреваем весь пол или стену, подогревая его в одном месте, и в этом и заключается эффективность обогрева дома из плит перекрытий, в котором пол изолирован от земли. В открытых (не изолированных) системах эффекты теплопроводности имеют лишь местное значение, так как тепло достаточно быстро излучается твёрдыми телами или поверхностью земли.

English	Русский
Gas flame	Газовый факел
A heated bar embedded in concrete demonstrates how heat diffuses to colder areas.	Нагретый стержень, встроенный в бетон, демонстрирует диффузию тепла в более холодные области.
A. “Low grade” heat is conducted from solid to solid or from fluid to fluid by contact. Insulation is effective in trapping such heat.	А. Низкопотенциальное тепло проводится от одного твёрдого тела к другому или от жидкости к жидкости через контакт. Изоляция эффективно удерживает такого рода тепло.
B. “Medium grade” heat is convected by the movements of fluids or gases as in air, wind or water. Draught-proofing conserves this heat. Heated fluids rise.	Б. Среднепотенциальное тепло передаётся через движения жидкостей или газов как это происходит в воздухе, воде или ветре. Защита от сквозняков, герметизация сохраняет тепло. Нагретые жидкости поднимаются.
C. “High grade” heat travels by straight-line radiation in all directions and can only be conserved by reflective (dust-free) surfaces or mirrors. This is how the Sun heats the Earth.	В. Высокопотенциальное тепло передаётся напрямую излучением во все стороны и может быть сохранено только отражающими (непыльными) поверхностями или зеркалами. Таким образом, Солнце нагревает Землю.

Трубы, закопанные в горячие твёрдые массы, проводят тепло к содержимому труб или трубы с горячей водой проводят тепло к плитам перекрытий этажей, в которые они встроены. Такой способ обогрева домов считается наиболее эффективным.

Интенсивное тепло, удерживаемое в твёрдых телах и жидкостях, ИЗЛУЧАЕТСЯ, что является эффектом передачи тепла от Солнца через пространство космоса. Излучающие обогреватели изменяют температуру воздуха очень слабо, но излучение хорошо нагревает другие твёрдые тела или жидкости (например, наши тела), пыль в воздухе. Таким образом, мы можем оставаться в тепле даже в помещениях со значительными сквозняками или прохладных помещениях, используя излучающие электрические, газовые или массивные каменные дровяные печи, которые прекрасно обогревают пространство. При ненаправленном преодолении пространства сфокусированное излучение может создавать значительное тепло на отдельном участке.

Рис. 5.12. Тепловой пояс.

Средняя часть склона, умеренная зона, пригодная для разбивки сада и возведения строений; тенистые стороны холмов сосредотачивают прохладу, здесь низкий уровень испарения, пригодны для жизни самых разнообразных видов.

English	Русский
Cold montone air	Холодный скальный воздух
Thermal belt	Тепловой пояс
Frost or inversion level	Высота появления заморозков или уровень преобразования

РАСТЕНИЯ КАК ОБОГРЕВАТЕЛИ

Большинство или все арумы кукушечные (белые лилии) или такие виды, как филодендрон Село (двоякоперистый), содержат жиры, которые сгорают и образуют тепло для обогрева цветов. Температура филодендронов может достигнуть 46°С при температуре воздуха 4°С, а крокусы разогреваются до уровня выше температуры окружающего воздуха на 15°С. Вырабатываемое тепло, вероятно, используется для привлечения мух и ищущих тепло насекомых на пыльцу растения. Однако, некоторые растения (например, скунсовая капуста или симплокарпус вонючий) могут использовать своё тепло, чтобы растапливать вокруг себя весенний снег и, таким образом, защищать своё цветение от холода (повышая температуру на 20-25°С), создавая удобный инкубатор для роста всего растения и распространяя яркие запахи для привлечения опыляющих мушек. Удивителен тот факт, что первый листочек этого вида растения имеет форму, создающую вихревую воронку (из ветра) внутри горячего листка, которая уносит пыльцу вниз растения к ещё неопылённым нижним цветкам, добиваясь оплодотворения на холодном ветру без участия насекомых!

Необходимо осмотрительно использовать такие растения, учитывая неприятные запахи, которые они могут источать. Нижний ярус скоплений таких видов растений могут помочь растениям чувствительным к холоду, опыляемым мушками и испытывающим нехватку тепла так же, как высокие растения в междурядье других культур служат для регуляции теплообмена некоторых грунтовых растений.

ИЗЛУЧЕНИЕ И ПРОРАСТАНИЕ СЕМЯН

Влияние температуры почвы на прорастание семян многих овощных культур может быть значительным. Повысив температуру в холодных почвах, в диапазоне от 0 - 38°С срок прорастания семян может быть сокращён на одну десятую или одну четвёртую. Тем не менее, при крайних значениях температур этого диапазона у растений обнаруживаются ограничивающие свойства, не позволяющие их семенам прорастать. Большинство овощных культур прорастают в почве при температуре от 15 до 20°С, однако, отдельные растения, такие, как сельдерей не прорастают при температуре выше 24°С, а многие другие тыквенные и бобовые культуры, субтропические растения не прорастают при температуре ниже 10°С. Поэтому перед посадкой растений необходимо либо прогревать почву, либо дожидаться повышения температуры до 10°С, либо нагревать её с помощью прозрачной или чёрной мульчирующей плёнки в теплицах. Иногда помогает простое прогревание обнажённой почвы солнечными лучами. Для измерения температуры почвы достаточно погрузить обыкновенный градусник в почву на глубину 2,5 см или же приобрести специальный термометр для измерения температуры почвы. Уход за определёнными культурами требует знания данных из специальных сводных таблиц, например, из работ Мейнарда и Лоренца (“Справочник Кнотта для овощеводов”, 1980г, изд-во Вайли, Нью-Йорк).

Второй фактор воздействия на прорастание - непосредственно сам свет, например, моркови необходимо определённое количество света и поэтому её высаживают ближе к поверхности. Можно сеять эти семена на поверхность почвы, перед посевом предварительно замочив их на ночь и продержав весь день либо под низковаттной лампочкой, либо на открытом воздухе под солнцем, лишь слегка прикрыв их (семена начинают взаимодействовать со светом только при предварительном промачивании). Более крупные семена прорастают и в почве, а семена некоторых сорняков и растений пустынь способны прорастать и с большой глубины почвы. Для некоторых видов сорняков, например, дикого табака, достаточно лишь краткого мига появления света (как это происходит при переворачивании комьев земли), чтобы его семя уже начало прорастать.

Следующей темой нашего рассмотрения является холод и мы будем говорить о СТРАТИФИКАЦИИ и ЯРОВИЗАЦИИ семян. Семя из холодных областей, особенно семена деревьев и ягод из бореальных и холодных областей, с осени по весну должны храниться в холодильнике после перевозки в более тёплые климатические зоны. При таком хранении семян яблонь в песке и каштанов в торфе они успешно прорастают и могут быть высажены в грунт после выпускания первых побегов. Фактически такой подход воспроизводит воздействие холода (при температуре от 0 до 5°С), которое они обычно испытывают в это время года на уровне земли в холодных лесах и болотистых местах. Дикий рис и другие “мягкие” водные семена хранятся в открытых прудах или погружёнными в воду в обычном холодильнике. Стратификации можно добиться при хранении семян в песке или торфе (или в воде, если семена водные) в холодных тенистых долинах или под прохладными затеняющими решётками в тёплых климатах. О том прорастают они или нет, можно узнать, проверяя семена поздней зимой или весной. Обратный подход используется при тепловой обработке многих стручков с семенами деревьев, например, можно нагревать их в печи при температуре 95°С в течение 10-20 минут или полить их горячей (почти кипящей) водой, или же слегка поджарив их на несильном огне горящей соломы.

Многие огородники старого поколения съедают семена сами (в сэндвичах) или дают их съесть своим домашним животным (птице или скотине), а потом собирают их помёт, делают из него жидкий раствор и так высевают семена помидоров, ягоды и стручки деревьев. Путь через пищеварительную систему сопряжен со многими сложными взаимодействиями с кислотой/щёлочью, теплом/холодом, механическим расщеплением зубами или в птичьих желудках, и последующем помещении в помёт, к прорастанию в котором приспособлено большинство семян.

ЦВЕТЕНИЕ

Продолжительность дня (на самом деле, продолжительность ночи, но мы возьмём день) зависит от широты, и цветущие растения приспосабливают время своего цветения и распространение семян к характерной для данной местности длительности дня и смене времён года. Большинство растений не чувствительны к длительности дня и расцветут при наличии других необходимых для этого условий, но некоторые растения не станут цвести при более длинном или коротком световом дне, чем тот, к которому они привыкли. Эту зависимость можно использовать в случае, например, посадки тропической кукурузы (росшей в условиях короткого светового дня) в умеренном климате с длинным днём и жарким летом для получения хорошого выхода зелёной листовой массы для фуражного корма, или в случае перенесения табака из умеренного климата в холодные области, в условиях которых смогут вызреть листья, а не семена. Это также применимо к декоративно-лиственным растениям. Однако, данный эффект побуждает нас сделать свой выбор растений для посадки из того, что есть в наличии у местных растениеводов, или если растения должны будут цвести в новых условиях, то для наших потребностей в семенах для культур лучше использовать местные источники семян.

В высокогорьях Новой Гвинеи (в условиях коротких дней) сорта капусты из климата с длинным днём могут вообще не зацвести, однако, некоторые представители рода капустных 1 – 3 м в высоту; их листья срезают через одинаковые промежутки времени на фуражный корм, а само растение срезается только тогда, когда вырастает слишком высоким! Продолжительность дня в зависимости от широт представлена следующим образом:

• НИЗКИЕ ШИРОТЫ (0 - 30°): обычно это тропические климаты с более прохладными горными климатами; продолжительность дня и ночи равны или почти равны;

• СРЕДНИЕ ШИРОТЫ (30 - 50°): от прохладных до умеренных климатов с бореальскими горными областями; длинные дни летом и короткие ночи зимой;

• ВЫСОКИЕ ШИРОТЫ (>50°): очень длинные летние дни, и, вероятно, хорошее излучение от рассеянного света в течение всего периода роста растений. Зимой растения не растут.

Рис. 5.13 Просеки между деревьями для защиты от мороза (или канавы в грунте).

Мороз падает меньше в небольших просеках с отвесными стенами, шириной около половины высоты дерева.

А. Эта просека и канава должны снизить мороз.

Б. Такие просека и канава должны увеличить мороз.

МОРОЗ

Мороз вызывается прекращением излучения (быстрое охлаждение) земли в ясные ночи при неподвижном воздухе. Для снижения заморозка на любом участке (или в небольшой впадине на местности) необходима прогалина/просека с крутыми стенками или канава/выемка с тем, чтобы излучение было ограничено только одним небольшим участком неба. В таких просеках проявляется два эффекта: тепло излучения от вертикальных кромок плюс загораживание горизонта (с целью снизить потери тепла излучения ночью). Соотношение потери тепла холодной ночью находится в прямой зависимости от площади участка ночного неба, видимого с теряющего тепло объекта. Например, мышь в картонной трубе под землёй теряет очень мало тепла, но мышь на взгорке на ровной местности подвержена воздействию всего неба и поэтому теряет значительное количество тепла.

Вторым фактором является небольшой размер просеки или канавы; широкие просеки создают или содержат больше холода. По правилу просека или канава должна быть вполовину выше своей ширины, а её стенки должны быть практически отвесными. В лесах такие просеки не должны быть более 30 м шириной (рис. 5.13).

Таким образом, необходимо постепенно добиваться полного смыкания крон деревьев (сплошной древесный полог) для уменьшения мороза на участке. Лучший способ добиться этого – разбить работу на этапы. Например, можно всю площадь отдать под морозоустойчивые стручковые, например, под серебристые акации (Acacia dealbata), затем под их защиту высадить полутвёрдосеменные фруктовые деревья, которые, несмотря на всю свою чувствительность к морозу, под защитой акаций смогут вырасти, впоследствии своим ростом заставляя вырубать своих защитников. Естественно, что необходимо поспособствовать этому процессу избирательным поливом определённых деревьев, и это также поможет снизить промерзание в особо опасные ночи.

Воздействие деревьев на почвенную влагу и мороз становится особенно глубоким на кромках и в небольших просеках, так как очевидно, что кроны деревьев создают свою собственную систему орошения земли. Капель с крон может давать столько же осадков, что и дождь, достигая «стоков» у земли, что для некоторых видов деревьев со стелющимися по земле ветвями и листьями это имеет большое значение. Сухие места обычно располагаются с краёв дождевой тени леса. Этот эффект ещё более усиливается тем, что «влажные края» чаще скрыты от солнца (большинство дождей приходят с полярной стороны участков) (рис. 5.14).

Солнечные окраины лесов защищают проростки от заморозков, они и небольшие просеки способствуют росту небольших деревьев или их всхожести в морозных районах. Вот некоторые подсказки для дизайнеров:

• ДЛЯ ЗДОРОВЬЯ СООБЩЕСТВА И РАСТЕНИЙ – в областях с жёстким прямым или рассеянным излучением и особенно там, где слой атмосферы тонок (в горах), где высок альбедо (в районах с заснеженной местностью, или там, где на поверхности преобладают граниты, или белые пески, или над сенокосами летом) могут возникать серьёзные ожоги от излучения, рак кожи (часты в Австралии), временная или длительная слепота. В условиях жёсткого излучения растения также должны быть защищены от солнечных ожогов частичным затенением или покраской стволов белой краской (особенно важно для молодых растений). Более взрослые деревья смогут пережить излучение, хотя и получат повреждение коры.

• для достижения АВТОМАТИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧИ тепла необходим эффект термосифона, который, в свою очередь, лучше всего осуществим с помощью следующих средств:

• размещение источников нагрева ниже точек потребления и хранения;

• запустить сквозную вентиляцию, устанавливая солнечные вытяжные трубы для втягивания прохладного воздуха;

• активно нагнетать нагретый воздух в подпольные хранилища с подушкой из гравия там, где источниками тепла являются мансардные этажи на солнечной стороне или скопившийся под потолком тёплый воздух;

• устранение вызванной теплом конденсации с помощью теплообменников.

• В СУШИЛЬНЫХ ПЕЧАХ: массивные земляные, кирпичные, каменные или бетонные накопители тепла должны быть защищены от теплопотерь изоляцией (так как из-за проводимости тепло уходит в землю или излучается из дома вовне), например, пеной или воздухозадерживающим средством (соломой), а излучение снижается путём использования эффекта отражения от окон с двойным остеклением или с помощью отражательного материала, развешенного в воздухе в удобных для этого местах.

Отражательная изоляция не срабатывает, если она загрязнена, покрыта слоем пыли или прижата к проводящей поверхности, так как эффективнее всего такая изоляция работает в виде свободно висящих листов, либо прикреплённых к стропилам таким образом, что крепление позволяет им свободно висеть.

Отражательная изоляция может содержаться в чистоте (важное условие их успешного использования), только будучи размещённой в таких местах как мансардный этаж. Однотонная белая краска на стенах или концентраторах также является прекрасным повседневным отражающим средством.

• ВЫБОР РАСТЕНИЙ: все растения с большой биомассой (например, деревья) хранят тепло в массе своего тела (большей частью которой является вода). Таким образом, небольшие просеки могут предотвращать промерзание в холодном климате. Тёмные вечнозелёные деревья хорошо поглощают (и излучают тепло); растения с белой корой, блестящей поверхностью или светлым окрасом отражают тепло в холодных областях, на окраинах леса, и там, где свет является ограничивающим фактором.

• ВОДА И КАМЕНЬ хорошо хранят тепло и обладают высокой теплоёмкостью, поэтому, в частности, водные массы являются прекрасными накопителями тепла. Воздух обладает меньшей теплоёмкостью и плохо проводит тепло, являясь хорошим изолятором. Многие изоляционные системы построены на удерживании воздуха или использовании низкой теплопроводности материалов (корковая пробка, опилки, дерево).

Эти коротенькие примеры и данные из таблиц дают представление об основных свойствах излучения, знания о которых можно применять в повседневном проектировании. Предварительный выбор места для строительства дома на участке должен основываться на максимально выгодном использовании солнечного излучения в климатах от субтропического до холодного, избегая и защищаясь там, где возможно, от проблемы излишнего тепла излучения. В засушливых и тропических климатах излишнее тепло в одной части дома может быть использовано для “накачки” системы перекрёстной (сквозной) вентиляции, а во влажных тропиках также может применяться для создания притока в дом прохладного воздуха.

Дизайнеры должны держать в виду возможность преобразования света в тепло, перенаправления тепла на более прохладные участки, освещения затемнённых мест отражением света или их размещением под естественными источниками освещения, и не забывать о сохранении тепла под изолированными плитами полами.

Рис. 5.14 Влажные и сухие стороны лесной просеки.

Микросреда обитания развивается под совместным воздействием солнца и дождей.

English	Русский
Prevailing winds, rain, sunside	Преобладающие ветра, дождь, солнечная сторона
Wet shaded high pressure	Влажный затенённый высокое давление
Dry hot low pressure	Сухой горячий низкое давление
Wet shaded	Влажный затенённый
Dry hot	Сухой горячий

5.6

ВЕТЕР

Как перемещение ветра, так и перемещение воды способно влиять (посредством полного сопротивления или отражения) на количество света и тепла на любом участке. Частицы и молекулы, переносимые по воздуху, обладают глубоким воздействием на количество света, также и тепло может легко переноситься по нашей системе по воздуху и воде или смешанными с ними веществами.

Из всех перечисленных элементов труднее всего управлять ветром, т.е. практически невозможно его вырабатывать и хранить, однако вполне осуществимо его прекращение, уменьшение или увеличение его силы с помощью ветроломов и ветровых воронок.

Будучи жителем голого полуострова, однажды лишённого леса, когда я пишу о ветре, я знаю, о чём пишу! Тот самый стол, за которым написана эта книга, вздрагивает от порывов ветра «ревущих сороковых широт», а когда ветер задувает с востока, крупинки соли на бороде и одежде образуют линии, прожигают листву и уничтожают растения. А некоторые выносливые растения, годами выдерживающие обычные штормовые ветры, могут погибнуть под напором солёных летних ветров.

Когда дело касается культурных растений, то ветер со скоростью 8 км/ч для них неопасен. Ветра со скоростью 24км/ч снижают урожай и вызывают потерю веса у животных , а при 32 - 40 км/ч обычный урон от механического повреждения растений перекрывает все остальные виды ущерба. На самом деле, я видел, как мой цукини вырвало с корнем и понесло словно перекати-поле. Вблизи побережья деревья сильно иссечены ветром: сочетанием механического повреждения и ожога от крупинок соли, а также присутствует дополнительный фактор повреждения: иссечение песчинками в пустынях и на побережьях, и частичками льда в холодных районах. Перемещение песка ветрами в уже существующих пустынях и зарождающихся пустынях способно похоронить заборы, здания, деревья и посадки на полях.

Несмотря на то, что ветра некритичны для благосостояния множества домовладений благодаря их удачному расположению на местности или общему низкому штормовому уровню в данной области, очень немногие владельцы участков на побережьях, островах, в субтропиках и на открытых холмах могут позволить себе пренебречь этим фактором.

Существуют пространные категории скоростей ветра и его воздействий, как и в случае с дождевыми осадками и температурой. Как правило, для ведения наблюдений за ветрами используется шкала Бофорта, а эквиваленты даны в таблице 5.5.

Повреждения более опасные, чем механические, причиняются мельчайшими частичками азота и серы, переносимыми ветром. В штатах Колорадо, Юта, Вирджиния, на Урале и, фактически, отовсюду ветер, дующий с испытательных полигонов, хранилищ ядерных отходов и с мест атомных аварий, вдобавок к вышеуказанным частицам может переносить ещё и плутоний с другими радиоактивными элементами. Сухая сера, попадая на листву или почву, при взаимодействии с влагой дождей образует кислоту. В некоторых частях северовосточного побережья Америки и Канады эти дожди повреждают сады и леса, и могут прожечь дыры в ткани и навесах за несколько дней. Возле фабрик, вырабатывающих кислоты, даже крыши испещрены дырками и отметинами; для местности промышленных районах и на много миль вниз по ветру этот фактор стал общим.

Ветроломы могут довести обычный урожай до хорошего, но в случае с местностями с сильными ветрами разница будет почти абсолютной, ведь восприимчивые культуры могут вообще не дать урожай, если не использовать ветроломы. Таким образом, необходимо составить список деревьев и растений “переднего края”, хорошо переносящих ветровые нагрузки, что чрезвычайно важно в ведении животноводческого и продовольственного хозяйства.

НАПРАВЛЕНИЯ И СЕЗОНЫ

Ветра достаточно предсказуемы и обычно двойственны в своих направлениях и воздействии на местности. Ландшафтному дизайнеру многое о местных ветрах могут рассказать такие вещи, как старые деревья, а также поникание и подрезка растений; участок сам накопил свидетельства воздействия ветра за долгое время своего существования. В океанических районах к северу и к югу между широтами от 0 до 30° ветра будут двурежимными и сезонными, к юго-востоку и северо-западу в южном полушарии, к юго-западу и северо-востоку в северном полушарии. Направление ветра на местности определяется частными особенностями рельефа, но явления наветренного и подветренного берегов почти универсальны. От широты 35° до населённых берегов западные ветры будут преобладать зимой, пассаты более случайны, - проносятся над местностью либо в нижних слоях, либо вверху, а потом дуют постоянно в направлении на запад или на восток. Холодные ветра станут дуть из глубин материков зимой, а более тёплые, но всё ещё студёные зимние ветра дуют вглубь материка с морей.

Таблица 5.5. Шкала Бофорта.

№	Узлы			Км/ч	М/ч	Описание
1	1			1	0,5	Неподвижный
2	1-3			1-5	1-3	Маловетрие
3	4-6			6-11	4-7	Лёгкий ветер
4	7-10			12-19	8-12	Слабый ветер
5	11-16			20-28	13-17	Умеренный ветер
6	17-21			29-38	18-24	Свежий ветер
7	22-27			39-49	25-31	Штормистый ветер
8	28-33			50-61	32-38	Крепкий ветер
9	34-40			62-74	39-46	Сильный ветер
10	41-47			75-88	47-55	Очень сильный ветер
11	48-55			89-102	56-64	Штормовой ветер
12	56-63			103-117	65-74	Жёсткий штормовой ветер
13	64+			118+	74+	Ураганный ветер
№ по таблице Бофорта		Результаты воздействия
0-2		Незначительные, без повреждения урожая или строений
3-4		Повреждение хрупких видов растений (производит полезную энергию)
5-6		Механическое повреждение урожая, незначительные повреждения строений (производит полезную энергию)
7-12		Серьезные повреждения строений и растений. Повреждение ветряков.
Снижение скорости ветра в лесах:
Проникновение (м)			Остающаяся скорость (%)
30			60-80
60			50
120			15
300-1500			Пренебрегаемая величина.

Острова и полуострова в широтах от 0° до 28° подвергаются воздействию ветров в двух режимах: ветра зимние или пассаты (юго-восточные в южном полушарии, северо-восточные в северном полушарии), и муссоны. В действительности, мы рассматриваем два сезона ветров и два коротких периода относительного затишья или смещения систем ветров в этих широтах. Это основные ветра в районе тропических океанических островов.

Летом кросс-экваториальные ветра муссона отклоняются от своего направления и дуют на северо-запад в южном полушарии и так же, как юго-западные муссоны в северном полушарии. Острова юго-восточной Азии, Тихого океана или Индийского океана предсказуемо подвергаются воздействию систем ветров в двух режимах. Несмотря на то, что на многие участки воздействуют сильные ветра только двух направлений, они в действительности редко остаются столь же сезонными по мере приближения к экватору.

ВЕТРОВЫЕ НАГРУЗКИ

На побережьях тёплых морей, где береговые ветра не только несут соль, но и испаряют влагу, отложения солей на растительности ограничивает выбор её видов, - только лишь некоторые особо устойчивые растения с восковой и волокнистой поверхностью могут противостоять уничтожению или повреждению от солевых ожогов.

Наряду с неорганическими соединениями ветра также переносят разнообразные организмы, начиная с почти неразличимых спор грибов и папоротника вплоть до вполне весомых насекомых, например, австралийской перелётной саранчи, сметённой столбами тёплого воздуха и унесённой в виде охлаждённых или даже замёрзших туч к местам, где преобладает тяга нисходящих потоков. Там они оттаивают и тут же начинают питаться или же погибают, оказавшись в открытом океане вдали от суши. Комары, фруктовые мушки, осы, пауки также намеренно переправляются по воздуху через горные или водные преграды в потоках ветра. Стаи мигрирующих птиц нередко пользуются помощью ветровых потоков во время своего путешествия вокруг Земли.

Потоки воздуха (ветер) над листвой увеличивает транспирацию (её выпотевание) так же, как и высокое световое излучение (Даубенмайер, 1974г.). При совпадении двух таких факторов воздействия растения могут потерять слишком много воды, поэтому деревья защищаются от такого объединённого воздействия, поворачиваясь нижней белёсой стороной листвы к свету во время дуновения ветра, таким образом, сохраняя динамическое равновесие между ветром и светом. Плющи и деревья могут изменять угол листвы для отражения света, удержания воздуха или для уменьшения площади листа, чтобы уменьшить воздействие света или ветра. Следовательно, и пигментация, и движения листвы для уравновешивания факторов воздействия различной поступающей энергии, и поры деревьев закрываются, чтобы предотвратить потерю влаги.

ВЕТРОВАЯ ГАРМОНИКА

В одной радиопрограмме, посвящённой мореплаванию (Австралийская корпорация телерадиовещания, 19.12.1984г.) Фрэнк Бетхвейт, австралийский корабел, пилот и моряк, рождённый в Новой Зеландии, изложил несколько характеристик приземных ветров. Некоторые ветра дуют не постоянно, а чередуются сериями порывов и затиший в довольно предсказуемом и характерном для данной местности режиме, что означает следующее: типичные для каждой местности ветра обладают характерной ритмичностью. Он утверждает, что равномерные чередования легко засечь по времени; что для средних широт типичны перерывы между порывами в 49-60 минут, которые дуют сильнее на 40% , чем в затишье. Во время затишья направление ветра также меняется по мере пересечения основного направления ветра лёгкими ветрами поду углом 15°. Колебания скорости, направления ветра обладают повторяющейся природой и систематичны, и его длительность, амплитуды, частота возникновения также могут быть записаны либо на автоматическом оборудовании, либо с помощью секундомеров, флюгарок, анемометров.

Такие “волны” ветра хорошо видны на степной траве или на поверхности воды с утёса. Они также иногда отражаются в облаках как “рядовые” участники системы атмосферы. Они показываются как просветы между рядами облаков, и малые облачка, по-разному располагаясь в этих просветах, показывают направления дуновения ветров.

Порывистые ветра весомы, представляют собой вихри; стихающие ветра является лёгкими боковыми ветрами. Иногда периоды короткие (в Бахрейне – 5,25 минут, в Сиднее- 6-12 минут, в Торонто – 10 минут). Фронт волн на степной траве может возникать каждые 14 минут, порывы – через более редкие промежутки. У морских волн есть своя характерная периодичность и скорость, обычно около 5-12 минут и чуть дольше при шторме.

В поясах вестов различают ПРЕОБЛАДАЮЩИЕ ВЕТРА со скоростью в пределах 8-24 км/ч, дующие пять из семи ветреных дней, и НАПОРИСТЫЕ ВЕТРА, дующие со скоростью от 16 до 40 км/ч через каждые два дня. Напористые ветра дуют под углом 15-20° от направления преобладающих ветров (Майкл Хэклмен, “Wind and windspiners”, Peace Press, Калифорния, 1974г.).

ВЕТРОЗАЩИТА

Фактор охлаждения – потеря тепла поверхностью и испарение жидкостей создают климаты от прохладных до холодных в тропиках на меньших высотах, чем показали бы адиабатические или высотные факторы. Влияние охлаждения на растение замедляет его рост, а также снижает полезные показатели работы солнечного оборудования и изоляции. В областях с частыми циклонами и ураганами наличие разрушительных ветров является превалирующим фактором, от которого отталкиваются при проектировании и учёте других климатических факторов.

Мы столь тесно связаны с проектированием защищённого жилья или жилья на низкой ветроэнергетике, за исключением выбора места для проживания из участков, где местность располагает к такому выбору, но необходимо уделять самое пристальное внимание способам защиты жилья на открытых участках.

На участках с предсказуемыми ветровыми режимами, судить о которых можно по деревьям, по местным данным или метеозаписям о ветрах, можно заранее планировать продуманную и направленную ветрозащиту из земляного вала или деревьев. На участках, где суровые ветра и ветра с песком могут возникать с любого направления, необходимо позаботиться о прямоугольной или круговой (сетевой) ветрозащите.

Однако, как бы ни была организована ветрозащита, здания, сады, укрытия для животных могут быть расположены лицевой стороной к солнцу и пользоваться всеми преимуществами солнечной стороны.

Основы ветрозащиты:

Основы ветрозащиты достаточно хорошо известны и местные лесничества или министерства сельского хозяйства обычно готовы предоставить списки видов растений, пригодных для ветрозащиты. Основными составляющими ветрозащиты являются:

- выбор правильных видов растений для посадки в качестве “первопроходцев” (легко выращиваемых);

- первичная защита посадки от механических повреждений или ветра (укутывание мешками, огораживание);

- периодическое или капельное орошение для снижения обезвоживания;

- укрепление (“заякоривание”) камнями или мульчой; и

- в переднем ряду или основными растениями должны быть растения с 40-50% проницаемостью.

Многие огнестойкие растения также являются и ветроустойчивыми, вдобавок к этому, некоторые растения с высокой заглубляемостью чувствительны к огню, например, сосна, но выдерживают воздействие ветра. Эти растения объединяет то, каким образом они выживают в условиях обезвоживания и воздействия ветра с песком. Эти общие свойства растений таковы:

• волокнистые стебли (пальмы);

• мясистые листья (алоэ, агава, Euphorbias);

• жёсткие, иглообразные листья или стебли (сосны, тамариски, некоторые виды акаций, Casuarinas);

• «меховое» или волосяное (войлочное) покрытие поверхности листа или восковая листва (Сoprosma, некоторые виды сосен и акаций, эвкалипты);

Первичная защита может быть обеспечена следующим:

• полиэтиленовые мешки без дна, надетые на колышки (довольно широко представленный и действенный способ);

• земляные валы или однобокие земляные насыпи длиннее ряда защищаемых деревьев;

• изгороди из хвороста или даже из металлической сетки, изгороди из кольев с 40% ветропроницаемостью;

• плотнокустовая трава или жёсткая нескошенная трава, растущая в направлении ветра (не скашивать при наличии).

Все эти средства могут использоваться в разных сочетаниях в самых суровых условиях. Деревья из ветрозащитного ряда обычно имеют поникший вид из-за постоянного воздействия ветра, поэтому на защиту вслед становятся более высокие. На побережьях и в пустынях иногда вплоть четвёртого или пятого ряда деревьев непонятно, дадут ли урожай фруктовые и ореховые деревья, чувствительные к ветру, поэтому ветрозащита садов в такой местности является главным приоритетом.

Надёжная шпалерная подпорка является более близким альтернативным решением, однако, важно учесть постоянное и сильное воздействие сил ветровой нагрузки, пока не выросла защита по обеим сторонам, и придать подпорке либо волнообразную форму (если используется стройматериал из кирпичей или саманных кирпичей), либо зигзагообразную (при использовании крепёжной древесины). Земляные валы лучше делать обтекаемые для снижения нагрузок от порывов ветра. Яма, образовавшаяся после насыпания вала, может служить либо хранилищем воды, либо для защиты молодых растений.

Иногда возможно использование стен из покрышек, внутри которых создаётся значительное тепло, хотя едва ли это устроение можно назвать эстетичным, если только оно достаточно правильно не сформировано и укреплено. Преимущество покрышек – дешевизна, и поэтому их легко заменить при необходимости. Сетчатая изгородь, если она крепко поставлена и по её верху пущена тяжёлая перекладина, может служить основой для живой изгороди из толстолиственных вьющихся растений, отдельные виды которых, растущие на побережьях (такие, как плотные полу-мясистые Rhagodia, Tetragonia, Carpobrotus, Mesembryanthemum), способны полностью погрести под собой изгородь. Каменные или стенки из покрышек могут быть похожим образом укреплены кактусами, цепляющимися растениями, отдельные представители которых способны служить кормовой базой для пчёл, давать ягоды или съедобные фрукты.

Рис. 5.15 Способы устройства ветрозащиты

Ряд устойчивых ветрозащит из различных материалов.

English	Русский
A. Timber slat fence	А. Деревянная дуговая изгородь
B. Earth block or brick fence	Б. Изгородь из кирпича или из самана
C. Tyre wall fined with earth and planted. Smaller area windbreak.	В. Стенка из врытых покрышек, отделанная землёй. Ветрозащита меньшей площади.
D. Earth mound.	Г. Земляная насыпь.

На побережьях с солёными сухими ветрами кроны деревьев редко достигают высоты в 46 см при ширине 1 м, поэтому в этих условиях ветрозащита первой линии должна быть достаточно широкой, если только растения-первопроходцы, такие, как устойчивые сосны с о. Норфолк, не научат постепенно расти по направлению ветра. Однако, так как этот медленный рост в высоту начинается с уровня земли, то здание, ограда, земляная насыпь или барьер дают лучшую возможность для роста с гораздо меньшим распространением вширь (Рис. 5.15 Г.).

Даже 46-62 сантиметровая земляная насыпь или «изгородь» даст возможность вырасти сладкому картофелю, клубнике или капусте в защищённом от ветра месте, в то время как кроны деревьев, которые весьма тяжело обрезать, необязательно должны быть бесплодными, так как многие карликовые плоды, виноградная лоза, плантация цветов способны вырасти под такими кронами при условии, что будут обеспечены водой и мульчой. В ветрозащитных лесополосах вблизи побережья промежутки в 6-9 м дают достаточно света и места для укрытия небольшого сада. На самом деле, есть некая прелесть в этих невысоких 3-3,5 метровых плотных прибрежных кустарниках, среди которых разбросаны маленькие хижины с песчаными тропками, бегущими к ним сквозь заросли, и где люди на небольших участках выращивают садики, поливая их сточными водами и удобряя мульчой. Уже сформированные фруктовые деревья редко требуют подрезания крон, что иногда невольно заставляет задуматься, а не принёс ли ветер определённую пользу, заставив заниматься такой тщательной и точной работой, наказывая за беспечность и поощряя вторичное использование воды.

По всему плоскому полуострову Калаупапа на о. Молокай гавайцы возвели каменные заборы высотой всего 25-50 см через промежутки в 4,5-5 м, где они выращивали основной урожай сладкого картофеля (батата), в котором, в свою очередь, выращивали плотный папоротник на мульчу. Всё это уже давно позаброшено, но в морском направлении побережья 4,5-метровые деревья дикорастущей финиковой пальмы борются за выживание в противостоянии с зубастыми пассатами, и могли бы стать хорошей ветрозащитной полосой, если бы только коренные гавайцы вернули себе исконные земли, отнятые у них скотоводами и туристической отраслью. В наветренном направлении ветра приносят с собой на берег так много соляных брызг, что соль кристаллизуется в розоватых прудах, неизбежно перемешиваясь с красной составляющей вулканического грунта, на котором она образуется. Даже сегодня эту соль собирают как «Гавайскую смесь», в которую потом добавляют поджаренный орех свечного дерева и перец Чили и используют в качестве изысканной приправы к блюду из сырой рыбы.

Некоторые преимущества ветрозащитной полосы

1. Влияние ветрозащитной полосы на проектирование домовладения. Для застеклённой площади и коллекторов горячей воды (солнечный коллектор из плоских пластин) важен фактор теплосъёма – охлаждающее воздействие только одного ветра снимает до 60% тепла. Ветрозащитная полоса (включая толстые решётки для вьющихся растений) вокруг дома способна сберечь до 25-30% отопительных ресурсов в условиях умеренных и суровых зим. Таким образом, в при проектировании строительства в холодных областях необходимо использовать такие ветрозащитные средства, как земляные насыпи и лесополосы, а также выбор солнечной стороны. В пустынях, где адвективное тепло (принесённое ветром) имеет сильнейшее влияние на удобство человеческого проживания, деревья ветрозащитной полосы снижают приземную температуру до 15°С.

2. Влияние на домашний скот. В снежных бурях погибнут и скотина, и новорождённые ягнята, и даже выносливые и хорошо приспособленные животные могут терять до трети своего веса за три дня бури. Аналогично защитным лесополосам в полях мы должны внимательно отнестись к устроению забора, чтобы не создавать ненужных подветренных склонов и других ветровых ловушек, напротив которых скучивалось бы стадо, при попытке укрыться от снежной бури, затаптывая и удушая друг друга в углах изгороди. Во всех пустошах и высокогорных плато изгороди должны свободно пропускать ветер в его естественном направлении перелесков, защищённых долин или нижних участков склонов.

В менее суровых условиях Новой Зеландии средний вес овцы, живущей в условиях ветрозащиты, на 15% выше веса овцы на незащищённой местности. В Австралии до 20% потерь ягнят относят к охлаждающему воздействию ветра, и предупреждают об опасности переохлаждения от ветра во время сезона стрижки овец, дабы предотвратить гибель взрослых овец.

Скот, получающий зимний рацион питания на открытых незащищённых пастбищах, съедает на 16% меньше, недополучая питательные вещества, и вынужденно подкармливается зимним сеном и концентратами в крытых стойлах. Тепло вместе с холодом одинаково влияют на прибавление в весе, и ветрозащитные полосы служат одним из наиболее полезных способов влиять на увеличение поголовья домашней скотины и сберегать животный корм. Поэтому в обустройстве животноводческого хозяйства важно учитывать расположение изгородей, подходов к крытым стойлам, местам для водопоя и кормушкам таким образом, чтобы животные не подвергались воздействию крайних температур. В тропиках и субтропиках гребневые посадки сосен или Casuarinas с промежутками для ветра, оставленными за рядом деревьев ниже их крон, обеспечивают тенью и усиливают поток свежего ветра, отгоняющего комаров и мух. Такие гребневые посадки становятся богатыми источниками мульчи для нижних участков склона.

3. Гражданское строительство. Защита от снежных наносов на обочинах шоссе лучше и в течение более длительного срока достигается с помощью таких стойких растений, как Caragana или Eleagnus, которые под оценке специалистов вдвое дешевле прочных заборов, и, конечно же, прослужат дольше. Можжевельник на возвышенностях действительно растёт лучше в местах снежных заносов (ниже острых краёв, где снег образует нависшие глыбы), а впадины в таких местах вызывают усиленное таяние снега, что обеспечивает корни растений дополнительной влагой в наступившую весну и лето.

Ветровые сдвиги на открытых шоссе и автостоянках для фургонов повреждают имущество и являются причиной несчастных случаев, поэтому необходимо устанавливать ветроломные разделительные полосы и ветрозащитные полосы вдоль дорог в областях, об опасных ветровом режиме которых известно, особенно на горных перевалах и вблизи побережий, открытых штормовым ветрам.

4. Ветрозащита на полях и вокруг полей и садов. На пахотных землях полей матрица из ветрозащитных видов (казуарина хвощевидная, тополь, подстриженный эвкалипт или китайская ива) высотой 10-16 м, посаженных через промежутки 33-66 м, позволяют защитить от ветра такие посадки, как фруктовые деревья киви и авокадо, давать значительно больший урожай, одновременно снижая урон, наносимый ветром листве и плодам. Например, так называемые порченые апельсины составляют до половины урожая с незащищённых посадок по сравнению с 18,5% повреждёний плодов в ветрозащитных системах; урожай хлопка выше на 17,4% больше в ветрозащитной полосе высотой в пять раз больше защищаемых растений, и падает до 7,9% роста урожая при десятикратном преимуществе высоты ветрозащиты.

Воздействие ветрозащитных полос многосложно, включая дополнительную талую воду, гораздо большее количество фруктов и семян в опылённой пчёлами посадке, поддержание деревьев в хорошем состоянии при меньших трудозатратах на подрезание. Существенно важно правильно выбрать вид растения для полосы ветрозащиты, помимо этого существует ряд факторов, помогающих определиться с критериями для защиты фермерского предприятия. Эти факторы перечислены ниже:

• усвоение азота или достаточный источник мульчи из обрезанных деревьев и листвы;

• поощрение размножения хищных насекомых или птиц, являющихся естественными врагами вредителей культурных растений;

• минимальная борьба за влагу с высаженной культурой (хотя корни ветрозащитных растений можно подрезать на границе с полем или разделить рвом);

• прекрасная урожайность кормовых культур или концентрированных кормов для скотины;

• а также естественная преграда для домашнего скота (колючие растения с шипами, сплетённая растениями изгородь).

Ветрозащитная полоса начинается с высокой травы, далее следуют более высокие стручковые растения, и, наконец, долговременные посадки высоких деревьев на краю полосы, например, казуарина хвощелистная, тополь, ива, эвкалипт, дуб, каштан. Все эти растения можно посадить за один раз и ухаживать за ними до полного созревания. Живые изгороди (из черенков) из тополя или эритрины очень распространены, так как с их помощью можно быстро осуществить защиту от ветра, при этом важно учесть совместимость вида растения и конкретного климата.

Там, где достаточно свободного пространства и сильные ветра, можно сформировать достаточно обтекаемую защитную полосу, высадив до шести рядов деревьев и высокой травы, дающих корма, древесину, мульчу, топливо, мёд и убежище. В более застроенных районах полосы представлены чаще одним рядом деревьев, для эффективности посаженных близко друг к другу. Однако, не существует стандартной формы или ветрозащиты, - для разных мест нужны соответствующие конфигурации, с различными функциями и видами вспомогательных растений для защиты земель определённого предприятия с учётом силы ветра и ветровой нагрузки (соль, пыль, песок).

5. Воздействие ветрозащитной полосы на почвенную влагу. Ветрозащита очень действенна в снежных районах, где она увеличивает 4-х процентное содержание влаги в почве до четырёх длин высоты ветрозащиты, а именно до 1,2 м в глубину почвы. Очевидны преимущества от ветрозащиты для деревьев в пустынях, где создаётся запас почвенной влаги, столь редкой в сухом холодном климате. Тот же эффект создаётся при создании защиты посредством высокой жёсткой травы, уже позволяющей высадить дерево.

В туманных климатах, побережьях, выходящих на морскую сторону, необходимо учитывать конденсацию морского воздуха, которая может составлять от 80 до 300% от уровня осадков в виде капели с листвы. В горячих пустынях при горячих ветрах адвективные горячие ветра являются главными виновниками потери почвенной влаги. Как и для пустынь, это явление характерно для больших безлесных площадей полей с сухих зерновыми культурами.

Иссушающее воздействие ветра и осыпание зерновых устраняется на расстоянии до 18 длин высоты ветрозащитной полосы.

6. Сниженная потеря верхнего почвенного слоя из-за ураганов. Ветрозащита и применение жёсткой высокой травы (например, луговика дернистого) для укрепления почвенного слоя снижают очень серьёзные потери почвы, достигающие до 100 т/га/день во время пылевых бурь, обычно сопровождаемых проливными дождями. Около 50-70% всей пыли из воздуха с высоты до 100 м оседает на группках деревьев, таким образом, лесополосы являются важнейшим элементом для обустройства всех пастбищ и пахотных земель в засушливых областях.

На побережьях исчезновение мангровых зарослей и растительности на прибрежных дюнах означает внезапное ускорение развития ветровой эрозии на пляжах и прибрежных землях с последующим обезлесиванием, - подсчитано, что в таких условиях воду наносит до 30% больше пыли и грязи в год, сокращая срок службы водохранилищ.

7. Ветрозащита и живая изгородь как вспомогательное средство для защиты урожая и домашнего скота. В дополнение к вышеназванным эффектам виды растений для ветрозащиты могут быть отличным источником мульчи (Prosopis, Acacia, Erythrina, Melia, Canna) и кормов (все вышеупомянутые растения плюс смоковница, Leucaena, Pennisetum), а также помогать связывать и усваивать в почве азот и фосфатные удобрения или вырабатывать микроэлементы (Casuarina, Banksia, Eucaliptus camaldulensis).

Сухо- или зимнелистопадные виды и виды деревьев, сбрасывающие листву в сезон дождей, добавляют свою опавшую листву в посадку культур, тем самым обогащая рацион для роста культурных растений. На каждом поле и в саду рекомендуется подсаживать стручковые растения в междурядья возделываемой культуры для мульчи, почвообразования, внутренней ветрозащиты и защиты от мороза. Такие виды деревьев как авокадо, культуры как папайя могут выращиваться в субтропиках на подмораживаемых участках при условии наличия высокого купола крон выносливых пальм или стручковых с более редкими кронами (например, пальма бутия, палисандровое дерево, типуана изящная). На таких участках нет промерзания, так как отсутствует отдача тепла голой землёй в ночное время, что препятствует адвективному морозу.

В конечном счёте, ветрозащитная лесополоса поставляет достаточно кормов и древесины для того, чтобы хватало на дрова для приготовления пищи из выращиваемых культур, что немаловажно для стран третьего мира. В результате, правильно выбранная и устроенная ветрозащита может занимать до 30% площади участка без ущерба урожаю, и если выбранные для защиты виды являются вспомогательными для возделываемых культур, то это приведёт к дополнительному росту урожая, улучшению качества почвы и наличию доступной влаги.

Живые изгороди и ветрозащитные полосы

Необходимо тщательно отбирать виды растений для ветрозащитных полос, чтобы они служили нескольким целям одновременно, - либо ПОМОГАЛИ повышать урожай, либо ДОБАВЛЯЛИ свой продукт к конечному использованию продукта выработки (например, кормовые деревья на пастбищах). Это даст гарантию того, что площади под ветрозащитными полосами привнесут свою лепту в общий урожай вместо того, чтобы отнять его часть.

Рис. 5.16. Проницаемость ветрозащит.

English	Русский
Permeability	Проницаемость
Wind speed reduction	Снижение скорости ветра
Distance of effect (H=windbreak height)	Расстояние воздействия (Н=высота ветрозащитной полосы)
Hedge, field, wind direction	Живая изгородь, поле, направление ветра
With severe eddish	С плотной отавой (стернёй)

В целом, мы выиграем в урожае культур или пастбищных трав, применяя связывание азота и ветрозащитные виды растений со съедобными побегами и листвой, и только проиграем при выборе влаголюбивых не стручковых несъедобных растений для устройства ветрозащитной полосы.

Тем не менее, при сильных морских или пустынных ветрах, значительно снижающих любые урожаи, при выборе растений для ветрозащитной полосы необходимо прежде всего руководствоваться их стойкостью к истирающему воздействию ветра с песком и ветра с солью вне зависимости от того, какой собственный урожай могут принести растения ветрозащитной полосы. В случае расположения ветрозащитных растений на передней линии на морской стороне побережья крайне редко можно ожидать от них какой-либо урожай (например, на открытых ветрам островах кокосовые пальмы во внешнем 4-5 ряду дают очень мало плодов), поэтому при рассмотрении их многозадачного использования выбор растений для передней линии обороны на морских побережьях мало зависит от урожайности семян или фруктов.

У отдельно стоящих деревьев иди деревьев с кронами выше общего уровня леса даже более слабые ветра могут вызывать увеличение транспирации, иногда увеличивая потребление воды в два раза. Это сильнее сказывается на влаголюбивых растениях, чем на засухоустойчивых видах, у которых надкожица листа проницаема и выработан хороший контроль над устьицами листа или есть покрытие из волосков и колючек.

Сухие горячие ветра и ветра с солью имеют самое глубокое разрушающее воздействие на урожай культурных растений (и, соответственно, на приплод скота), хотя сильные ветра вызывают механические повреждения растений, лишая их урожая или значительно его снижая вне зависимости от того, какова влажность ветра и есть ли в нём соль. Поврежденные растения, такие, как кукуруза или банановая пальма, страдают от недостаточной реакции фотосинтеза с нехваткой от 20 до 85%, когда пластинка листа порвана или истрёпана, сломаны средние жилки листа (Чанг, 1968).

Растения характеризуются разной устойчивостью к повреждающему воздействию ветра:

• ветроустойчивые (ветрообтекаемые). Это самые короткие или стелющиеся растения, растущие на границе слоя неподвижного воздуха возле земли или на передней кромке морских побережий, например, Cerastium (ясколка), Araucaria Heterophylla (араукария разнолистная). На растения значительно влияют сильные ветра, поэтому их урожайность низка.

• устойчивые к воздействию внешней среды, например, ячмень, некоторые виды Brassicas (виды капусты), казуарина, копросма. Их урожайность падает под сильной ветровой нагрузкой, но выход сухой массы страдает меньше, чем у ветрочувствительных растений.

• ветрочувствительные растения. К ним относятся такие многие важные культуры, как цитрусовые, авокадо, вьющиеся киви, многие листопадные фруктовые культуры, кукуруза, сахарный тростник и бананы. С увеличением силы ветра стремительно падает как урожайность, так и высота растения. Этим видам растений необходима существенная ветрозащитная система.

Возникают затруднения в тех случаях, когда сами ветрозащитные растения влаголюбивы и обладают глубоко проникающей корневой системой, как, например, у тополя. Поэтому возникает необходимость ежегодно обрубать корни и прореживать границу ветрозащитной лесополосы, чтобы дать защищённым культурам достаточное количество воды, однако, лучше остановить свой выбор на более подходящих видах.

Плотность и высота ветрозащиты

Высота и плотность или проницаемость деревьев ветрозащиты являются важнейшими факторами полезного действия ветрозащитной лесополосы. Некоторые конфигурации ветрозащит могут вызывать появление морозобойных ям в неподвижном воздухе защищённых низин. ПРОНИЦАЕМОСТЬ играет важнейшую роль в снижении риска замерзания и улучшения ветрозащитного действия лесополосы (Рис. 5.16).

Вкратце говоря, ширина ветрозащиты не должна превышать двадцатикратной высоты живой изгороди при защите от ветра любой силы. В случае с посадками ветрочувствительных деревьев мы будем вынуждены прибегнуть к непрерывным подсевам ветрозащитных растений (в междурядья). Длина лесополосы должна быть больше длины защищаемой посадки, так как ветер завихряется вокруг концов ветрозащит по обычной для ветрового потока схеме.

Конфигурации ветрозащит

В целом, виды растений, отобранные для ветрозащиты, должны пропускать сквозь себя от 40 до 70% ветрового потока, чтобы предотвратить образование круговорота турбулентного ветра со стороны защиты. Идеальная длина ветрозащиты должна быть равной одной пятой расстояния между полосами ветрозащиты, но при защите низкорослых культур может быть достаточно и одной тридцатой этого расстояния.

Весьма дельные конфигурации приведены на рис. 5.18. Заметьте, что некоторые системы ветрозащиты размещаются через защищаемую посадку культур или фруктовых деревьев или располагаются внутри неё.

А. Сомкнутая ветрозащита с голыми стволами в нижнем ярусе. Качества: летом даёт хорошую прохладную тень домашнему скоту; мало или совсем не годится в качестве зимнего укрытия. Группы таких деревьев на буграх помогают скоту переждать жару и снижают количество комаров, слепней и мух. Виды растений в качестве примера: кипарис, сосна, казуарина.

Б. Шахматная (зигзагообразная) система посадки деревьев с высокой проницаемостью. Качества: хорошая система ветрозащиты на переднем крае морского побережья, - защищает от ожога от ветра с солью и даёт укрытие более сомкнутым посадкам деревьев на морских островах и побережьях.

Виды растений в качестве примера: сосна, араукария,казуарина.

В. Сложносоставная ветрозащита высокой сомкнутости. Качества: служит наилучшей защитой для выветриваемых пляжей – мягко поднимает ветер над пляжевой насыпью и удерживает песок. Также полезна для областей с пылевыми бурями в качестве пескоуловителя.

Виды растений в качестве примера: напочвенные: вьюнок, липпия, мезембриантемум; низкорослые кустарники: полынь обыкновенная, синяк белеющий; кустарники: копросма; деревья: дереза (волчья ягода), кедр, кипарис, некоторые другие растения.

Рис. 5.17. Использование воды и выращивание пшеницы

Воздействие живой изгороди увеличивает урожай обе её стороны, но повышает потребление воды.

English	Русский
Wheat produced, water used	Выращенная пшеница, использованная вода
Across field	Через поле
Bushels of wheat	Бушели пшеницы (1 бушель = 36,4 л)
Inches of water	Дюймы воды (1 дюйм = 2,54 см)
West hedge	Западная живая изгородь
East hedge	Восточная живая изгородь

Г. Проницаемая низкая живая изгородь из акаций или стручковых. Качества: положительно воздействует на рост трав и культур, позволяет свободное движение потока воздуха, что снижает промерзание. Виды растений: акация, леуцена, альбиция, тамаруго, глирицидия, ракитник порослевый и другие виды стручковых растений.

Д. Внутренняя ветрозащита.

1. Саванновое расположение деревьев с лёгкими кронами на открытой местности - посреди посадки культур или пастбищных трав. Качества: прекрасно разрешение вопроса кормов в засушливых областях, особенно, если сами деревья обеспечивают урожаем кормов; пастбища защищены от иссушающих ветров. Виды растений: некоторые виды кормовых пальм, инга, акация, ракитник порослевый, баобаб, тамаруго.

2. Сплошной или почти сплошной купол из крон над посадками деревьев. Качества: прекрасная защита от мороза для тропических и субтропических условий в низменностях, где посадки фруктовых деревьев (Ф) смешаны со стручковыми видами деревьев (С) с казуариной на внешних границах (К), дающих защиту и мульчу. Приспособлены к влажным климатам и орошаемым землям. Виды растений: фруктовые из пальм (Ф), авокадо, инга, бананы, цитрусовые. Из стручковых (С) ракитник порослевый, акация, альбиция, инга, глирицидия, леуцена. На границах (Г): казуарина, низкорослые пальмы (Phoenix Canariensis), леукана, тамаруго, другие ветростойкие деревья и высокорослые кустарники.

Неполный список возможных конфигураций ветрозащиты охватывает лишь несколько случаев, и в каждом отдельном случае дизайнер должен выбирать виды растений, изучить общую приемлемую совместимость, обеспечивать развитие и смену сообществ. Как и в остальных случаях пермакультурного проектирования, здесь необходимо следовать общим правилам проектирования, однако каждый частный случай так же видоизменяет проект, как и его цели, для достижения которых, собственно, и устраивается ветрозащита. Ветрозащита необходима для урожайности многих культур, в частности, для садовых. Как уже упоминалось, ветер вызывает механические повреждения, солевые ожоги и может переносить в посадки либо (адвективное) тепло, либо холод. Если условия выращивания не слишком суровы, однолинейная ветрозащитная полоса длиной в 15 своих высот способна оказать благотворное воздействие на состояние почвы, и рекомендуется к применению для выращивания различных культур и пастбищных трав. Тем не менее, сильные горные и прибрежные ветра требует более внимательного отношения к проектированию, которое учитывало бы необходимость выбора таких ветрозащитных растений на передовой, которые были бы способны погасить первый разрушающий натиск ветра (рис. 5.19). Как для выращивания деревьев, так и для садовых культур применяются самые разные стратегии, в которых ветрозащита может быть составлена из деревьев, сочетающихся с охраняемым лесом или системой садовых культур, и которая впоследствии будет включена в систему посадки (рис. 5.18 Е1 и рис.5.18 Е2). С большим успехом данные стратегии применяются для снижения холодовой и ветровой нагрузки на такие чувствительные культуры, как цитрусовые, авокадо, орехи макадамия или каштаны, при этом в междурядьях выращиваемых культур для их защиты использовались выносливые растения, например, акация, казуарина, глирицидия, ракитник порослевый, тамаруго. Так как все вышеназванные ветрозащитные растения связывают азот и фосфаты, предоставляют древесину на дрова, излучают тепло и дают культурам убежище, было бы разумно воспользоваться такими преимуществами и высадить любые чувствительные виды деревьев сразу за передним краем ветрозащитной полосы. В таком случае ветрозащита составляет с посадкой одно целое (как и в естественных лесах). Спектр применений ветрозащитной лесополосы включает в себя и ОХРАНУ ПОЧВЫ. На сухих и лёгких почвах ветрозащита снижает количество наносной пыли и песка до одной тысячной того количества, которое характерно для незащищённых от ветра посадок (Чанг, 1968 г.), на расстоянии до 10 длин высоты ветрозащитной полосы. Таким образом, для защиты почвенного слоя посадок в засушливых и ветреных областях необходимо плотнее высаживать ветрозащитные растения. При использовании ветрозащиты на расстоянии до 20 длин её высоты потеря почвы составляет 18% от потерь почвы на открытой местности, но и этот уровень потерь слишком высок, учитывая, что во время пылевых бурь ветром уносится от 8 до 40 т/га в час!

Подобным образом может достигаться 50% снижение ИСПАРЕНИЯ ВОДЫ при сильных ветрах (со скоростью от 32км/ч и выше) на расстоянии до 10 длин высоты защитной полосы. При скорости ветра свыше 24 км/ч обеспечивается 30% снижение потерь почвенной влаги. Лишь в условиях неподвижности воздуха влагопотери почвы одинаковы на защищённой и незащищённой земле.

Когда обеспечивается снегоудержание на полях, можно увеличить уровень СНЕГОВОЙ ВЛАГИ, применяя ветрозащиту типа А или Б (рис. 5.18). Глубина снегового покрова находится в прямой связи с урожаем сухой массы весной и летом, то есть наибольший урожай приходится на подветренную от ветрозащитных полос сторону поля.

Рис. 5.18. Конфигурации ветрозащит. Не существует “самой лучшей” ветрозащиты; каждые посадка культур, участок или условия требует отдельного рассмотрения. Здесь А подходит гребням, Б – высоким вьющимся культурам, В – побережьям, Г – полям, Е1 – пустынным посадкам, Е2 – мезотермальным садам.

Рис. 5.19. Сложные системы для различных ветров.

Здесь даны два примера, подходящие для устройства прямолинейной изгороди. Дуги наклонены к направлению самого разрушительного ветра.

Там, где ветер несёт снег над землёй, отдельно стоящие группы деревьев наподобие их расположению в саванне образуют ловушки, удерживающие весеннюю влагу в почве. Можно также удерживать влагу, устраивая ловушки-впадины в местах снежных наносов. Ветрозащиту на открытой заснеженной местности лучше устраивать из земляных насыпей или в виде естественного навеса, развёрнутого к полюсу гребней.

УРОЖАЙНОСТЬ разных культур вырастает по-разному: от 100% увеличения у авокадо до кукурузы с её 45%, на 65-70% у люцерны, на 30% у пшеницы, гораздо меньше – у низкорослых культур – на 7-18%, например, у салата-латука. Все эти повышения урожайности следуют за устройством ветрозащиты на открытых участках. Естественно, что польза от ветрозащиты несколько ниже на участках с уже существующей естественной защитой и в местности, где характерны слабые ветра. Тем не менее, все обычные огородные овощи только выигрывают от использования ветрозащиты, например, тыквенные культуры, помидоры, картофель. По этой причине для таких культур и зависимых от ветров пастбищ рекомендуется применять наземную схему расположения, наподобие той, что изображена на рис. 5.20.

Рис. 5.20. Низкая ветрозащита из стручковых видов среди посадок. Спиральное расположение обеспечивает непрерывный проезд для трактора, а также надёжную защиту культур от ветров со всех направлений.

English
2 passes in, 2 passes out	2 входа, 2 выхода
Windbreak, e.g.:	Ветрозащита, например:
Tagasaste, tampata,	Ракитник порослевый, tampata,
Leucaena or saltbush	Леуцена или соляной куст (лебеда)

УРАГАНЫ (ЦИКЛОНЫ, ТАЙФУНЫ)

Постоянные штили с неподвижным воздухом возле экватора могут вызывать сильные восходящие потоки, идущие из тёплых океанских районов и вырастающие в большие восходящие спирали ураганов в течение нескольких дней или недель.

Рис. 5.21. Ураганы или циклоны.

Дожди и воздействие приливов на суше наиболее разрушительны на тех сторонах воздушной камеры низкого давления, которые направлены на полюс; так же, как и направленность разрушительного вторжения наводнений вглубь суши, вызванных приливом.

English	Русский
Northen hemisphere	Северное полушарие
Southern hemisphere	Южное полушарие
Coast	Побережье
Heavy rains	Ливни
Tidal bulge	Приливная волна

По мере медленного продвижения этих спиралей (обычно со скоростью 24-32 км/ч) над океаном в направлении к суше скорость ветра вокруг завихрения может достигать 128-192 км/ч, а «приливная волна» внутри самого вихря способна подниматься до 2,7 м над уровнем моря (рис. 5.21); этот «водяной бугор» вызывает приливную волну на побережьях.

Вихри в северном полушарии вращаются против часовой стрелки, по часовой – в южном, поэтому самые высокие волны и уровень воды в северном полушарии на северных побережьях, и на юге побережий – в южном полушарии. Совместное воздействие быстро меняющихся давлений, приливная волна, набегание волн и морских вод, откат приливной волны вызывают серьёзные разрушающие последствия на побережьях. Несмотря на то, что ураганы не могут продвигаться далеко вглубь суши, так как вихрь создаёт само море, образующиеся ливни заходят достаточно далеко и переполняют реки и их устья, внося свою лепту в общий итог разрушений. В наихудшем случае, при сочетании всех факторов сильного прилива и обильных ливней разрушительная приливная волна может быть на 6-9 м выше обычной высокой приливной волны.

По мере крепчания ветра на море также увеличивается и длина волны, - при 8 волнах в минуту на побережье Атлантики в спокойных условиях количество сокращается до 5 штормовых накатов в минуту перед тем, как начнутся суровые ветра. Эти более широко расположенные волны бегут быстро, их размер больше, что увеличивает разрушительное воздействие отката волн, подмывающих береговую линию. Таким образом, штормовые волны могут достигать берега задолго до наступления циклонного падения давления или прибытия урагана, и изменения ритма прибоя предупреждает об урагане прибрежных крабов, птиц, рыбу и черепах, которые ищут убежище либо на берегу, либо уходят в море подальше от натиска приближающегося урагана.

Рис. 5.22. Торнадо.

В отличие от ураганов торнадо возникают над землёй и морем по причине столкновения горячих и холодных масс воздуха, создающих сильные вихри с низким давлением.

English	Русский
Wind, hot moist air	Ветер, горячий влажный воздух
Intense low, cold dry air	Интенсивное низкое давление, холодный сухой воздух
Super cell, storm direction	Сверхкамера, направление шторма
tornado	торнадо

Современные фотографии со спутника используются для отслеживания перемещения ураганов, при этом предупреждение для жителей побережья объявляется обычно заблаговременно за несколько дней, иногда с требованием эвакуации. Надёжно выстроенные города (например, австралийский Дарвин, опустошённый циклоном в 1972 г.) могут противостоять циклонам с минимальными потерями, но такая стойкость чаще всего достигается только после предшествующего разрушения (иногда полного).

За состоянием зданий можно внимательно следить, с помощью соблюдения нормативов добиваться соответствия их прочности угрозе ураганов, а в областях с распространённым строительством лёгких зданий выкапывать аварийные убежища в виде траншей или пещер. Все убежища такого типа должны находиться на склонах холмов и иметь хорошую водосточную систему.

ТОРНАДО

Ураганы представляют собой большие, медленно передвигающиеся явления, простирающиеся на сотни квадратных километров, в основном притягиваемые к протяжённым побережьям вдоль обширных тропических морей с очень большими тепловыми воздушными камерами. Торнадо, напротив, могут возникать в довольно холодных районах над сушей, длиться несколько секунд или минут и затрагивать лишь несколько квадратных километров. Поэтому они почти всегда избегают обнаружения спутниковой фотосъёмкой и наземными датчиками. Тем не менее, воздействие торнадо на здания, гражданские строения, аэродромы, химические и ядерные объекты может быть катастрофическим. Ветер достигает скорости 120 км/ч, а иногда до 280 км/ч, превышая скорости ураганных ветров. Условия возникновения торнадо таковы:

- грозы с быстрорастущим кучево-дождевым облаком;

- постоянный источник тёплого влажного воздуха, наполняющего восходящую сторону фронта;

- поступление сухого холодного воздуха в систему с другого направления;

- образования вихря в появившемся шторме; вихрь спускается на землю уже в виде торнадо, вызванного ветровыми сдвигами на границе конфликтующей системы, или в виде фронта пылевой бури в пустынях.

Последствия: деревья вывернуты и сломаны; люди и предметы выдернуты из машин и зданий; “земляные” дожди, рыба и лягушки могут падать сверху впереди вихря.

Рис. 5.23. Огненные бури.

Стихийные пожары способны вызывать огненные торнадо, особенно на вершинах холмов, распространяя горящие частицы по ветру на километры вокруг.

English	Русский
Hot winds, burning particles	Горячие ветра, горящие частицы
Heated relatively moist air from burning forest	Нагретый относительно влажный воздух из горящего леса
Cooler ground air, “fallout” of fire brands, etc, forest	Более прохладный приземный воздух, выпадение горящих частиц, и т.д., лес
Firestorm effects, 1-10 km	Воздействия огненной бури, 1-10 км
New fire source	Новый источник огня
Incipient secondary firestorm	Начинающаяся вторичная огненная буря

ОГНЕННЫЕ БУРИ

Сильные стихийные пожары (в городе и за городом), раздуваемые сухими ветрами, создают мощные вихри в силу почти тех же условий, в которых возникают торнадо. Массовое возгорание на больших площадях лесов и строений вызывает мощные восходящие потоки. Сухой горячий воздух подсасывается на замену употреблённого в процессе горения и возникают огненные торнадо (огненные бури), несущие крупные горящие частицы в дымовых облаках. Целые секции домов, вращаясь в воздухе, перелетают и падают впереди огненного фронта, образуя вторичные очаги пожара. Результаты воздействия огненных бурь на людей и строения схожи с торнадо за исключением опасности от повышенного тепла.

5.7