Что происходит у самой земли


Атмосфера, окружающая нашу планету сплошной оболочкой, интересует нас во всей своей толще, но самый нижний ее слой возбуждает особый интерес. Здесь, у границ воздушной оболочки Земли с твердой и жидкой оболочками, — с земной корой и поверхностью морей и океанов, сосредоточены жизнь и деятельность человека, животных и растений. Ведь только в наш век, век авиации, человек проник и в верхние слои атмосферы, выйдя в своей деятельности за пределы нижнего, приземного слоя воздуха.

Но там, на больших высотах, человек — гость, вся же жизнь и деятельность его попрежнему протекает у Земли. Поэтому климат приземного слоя атмосферы, или, как его обычно называют, микроклимат, интересует и агронома, и строителя, и врача, и лесовода... Даже летчики, которые, казалось бы, в своих полетах мало связаны с Землей, и они при взлетах и посадках проходят сквозь этот слой воздуха и в какой-то мере зависят от него.

Приземный слой воздуха определяет в известной мере общее состояние погоды, так как влияние этого слоя может распространяться на значительную толщу атмосферы. Это станет понятным, если вспомнить, что атмосфера в основном нагревается не сверху, не непосредственно лучами Солнца, а снизу, от нагретой ими поверхности Земли.

И в зависимости от того, как будет распределяться солнечная энергия, пришедшая на поверхность Земли, сколько энергии отразится, сколько пойдет на непосредственное нагревание воздуха, сколько на испарение, — в зависимости от этого будет формироваться погода. Эти же процессы определяют суточный и годовой ход всех элементов климата.

Основоположник русской климатологии А. И. Воейков 65 лет тому назад указывал на необходимость ведения приходо-расходной книги солнечного тепла. Он очень удачно назвал верхний слой Земли, включая и его растительный покров, «деятельным слоем», поскольку этот слой получает тепло непосредственно от Солнца и, отдавая его воздуху, «делает погоду и климат».

В этом «делании погоды» большую роль играет приземный слой воздуха, его структура. Именно от него зависит скорость передачи тепла и влаги в более высокие слои тропосферы.

В атмосфере передача тепла, как и всех других свойств воздуха — влажности, запыленности, энергии ветра, происходит не молекулярным путем, как в твердых телах, а с помощью вихрей. Эти вихри возникают при движении воздуха над неровной поверхностью. Мы их видим на улицах и на полях в тех случаях, когда они захватывают какие-либо легкие предметы: пыль, сухие листья, снег и пр. В результате вихревого движения частички воздуха, находившиеся внизу, подымаются, верхние, наоборот, опускаются. Кроме того, возникшие вихри увлекаются ветром — горизонтальным воздушным потоком, подобно тому как переносятся течением в воде водовороты-воронки.

Днем в теплое время года эти бесчисленные вихри возникают в силу неоднородности нагревания освещенной и затененной сторон листа, камня, кочки, а в более крупном масштабе — черного пара и луга, водоема и леса, солнечной и теневой сторон улицы.

Интенсивному перемешиванию в летние дневные часы особенно способствует неустойчивое состояние атмосферы, когда нижние слои воздуха оказываются сильно перегретыми и, следовательно, более легкими по сравнению с верхними. Наоборот, наблюдаемое ночью, а над снежным покровом круглые сутки повышение температуры с высотой из-за выхолаживания воздуха у земной поверхности препятствует перемешиванию, так как в этом случае холодный, более тяжелый воздух находится внизу, что способствует устойчивому равновесию приземных слоев воздуха.

Интенсивность перемешивания воздушных струй как днем, так и ночью ослабевает по мере приближения к Земле. На высоте 10 сантиметров над Землей она примерно в 100 раз меньше, чем на высоте 10 метров.

Скорость перемешивания воздуха во многом зависит от характера местности — на холме она больше, чем в долине, в лесу меньше, чем в поле. А от этой скорости в свою очередь зависит передача тепла и влаги от поверхностных слоев Земли в верхние слои тропосферы.

И если верхний слой почвы называют «деятельным слоем», то приземный слой воздуха следует назвать «передаточным», так как именно он способствует или тормозит передачу тепла и влаги в верхние слои, туда, где рождаются облака, дающие осадки в форме дождя или снега.

Непосредственное влияние рельефа, растительности, влажности почвы и других свойств земной поверхности при относительно слабом перемешивании создает огромное разнообразие в состоянии приземного слоя воздуха. Метеорологические явления, наблюдаемые в этом слое, измеряемом всего лишь несколькими метрами, мы называем микроклиматическими.

Пестрота микроклимата необычайно велика. Как мы увидим дальше, он различен для взрослого человека и ребенка, находящихся в одном и том же месте. На улице микроклимат не тот, что во дворе, на площади или сквере.

Эта пестрота проявляется не только в том, что различны температуры воздуха и верхних покровов почвы, но и в различии влажности, скорости ветра, в распределении снежного покрова, в образовании тумана, гололеда, инея и многих других явлений.

Для того чтобы представить себе, как велико разнообразие в микроклимате местности, рассмотрите рисунок, находящийся перед вами на этой странице.

На нем дано схематическое изображение того, как меняется средняя максимальная температура июля от Москвы до Ленинграда. На этом протяжении средняя максимальная температура июля в микромасштабе (толстая сплошная линия), по данным климатических справочников, меняется примерно на 3 градуса, причем ее изменение происходит равномерно. Но такую картину по непосредственным изменениям температуры мы получим только в том случае, если все метеорологические станции будут находиться на открытых равнинных участках с так называемым естественным покровом.

Если же мы воспользуемся наблюдениями станций, расположенных в парке, на лугу, над озером, в городе, и на основании их построим кривую изменения максимальной температуры, то картина значительно усложнится.

Какой она будет в этом случае, показывает пунктирная линия на рисунке. В городах максимальная температура будет выше, в лесу и над озером ниже и т. д.

Еще сложнее и резче изменяется температура на высоте 5 сантиметров над почвой. Это изменение представлено тонкой линией. Изломанность линии вызвана тем, что на этой высоте на температуре скажется влияние не только парка, города, водоема, но и отдельных неровностей почвы — выбоин, комочков, разной густоты травы, покрытия дороги и пр.

Из одного этого примера можно видеть, как велика разница между тем, что мы привыкли называть «климатом», и микроклиматом приземного слоя. Вряд ли кто-нибудь скажет, что дорога между Москвой и Ленинградом лежит в областях, существенно различных по климату. Но попробуйте сказать то же самое о микроклимате; наша схема подскажет вам, как вы ошибаетесь.