Микроклимат снежного покрова


Наступила зима. Выпал снег. Белое пушистое покрывало, насколько охватывает взор, окутало землю.

Снег — неизбежный спутник нашей зимы — явление общеклиматическое.

Зимой почти вся территория нашей Родины покрывается снегом. Толщина снежного покрова постепенно уменьшается от севера к югу. Это уменьшение, подчас совершенно незаметное для глаза, в действительности довольно значительно: через каждые 100 километров к югу снежный покров убывает от 2 до 10 сантиметров. Но куда более значительно может меняться иной раз снежный покров на расстоянии всего лишь нескольких километров, а то и десятков метров.

Кто не знает, как зимой в иных местах наметает огромные сугробы, а в иных снег лежит таким тонким слоем, что сквозь него видна Земля. В поле снега почти нет, а в лесу, особенно у опушки, в него проваливаемся по колено.

Эти различия в залегании снежного покрова относятся к области микроклиматических особенностей местности. И, как мы увидим, они играют для нас большую роль.

Громадное значение снега в сельском хозяйстве общеизвестно. «Снежное одеяло» — не только образное выражение. Оно полностью передает и действительное значение снега для почвы и озимых хлебов.

Снег предохраняет почву и озимь от промерзания. Он же при весеннем таянии увлажняет почву. Чем меньше промерзла почва, тем лучше впитывает она влагу, тем лучше и обильнее на ней растительность весной и летом. Поэтому достаточно мощный снежный покров — залог хорошего урожая. Но снегом и его распределением интересуются не только агрономы и колхозники. Затруднения, которые испытывает зимой транспорт, и гужевой и железнодорожный, часто бывают обусловлены снежными заносами. Поэтому решение вопроса, каким законам подчинено распределение снежного покрова и как заставить снег ложиться там, где надо, и, наоборот, помешать ему накапливаться там, где он вреден, имеет большое народнохозяйственное значение.

Первые широкие исследования снежного покрова были поставлены в конце прошлого столетия замечательным русским климатологом А. И Воейковым.

От чего зависит неравномерное распределение снега? Казалось бы, падая на Землю, он совершенно одинаковым слоем должен покрыть и долину, и обе стороны холма, и поле, и лес, и железнодорожное полотно.

Так бы оно и было в действительности, если бы воздух над Землей был неподвижен. Но вы уже знаете, что земная атмосфера никогда не находится в состоянии покоя. Ветер и обычно насыщающие воздушный поток бесчисленные вихри, обусловленные трением о неровности почвы, — виновники той пестроты, которую мы наблюдаем в распределении снежного покрова по поверхности Земли.

Снег легко переносится ветром не только во время снегопадов. Вы, вероятно, не раз наблюдали в ясный зимний день слабые приземные метели — поземки, когда ветер переметает снег, оголяя поля и погребая под сугробами полотно железной дороги.

Ровное, гладкое поле не препятствует ветру, ничем ни останавливает, ни тормозит воздушный поток, следовательно, на нем скорость ветра куда больше, чем в выемке железной дороги. Здесь ветер слабее, поэтому в ней и скапливаются сугробы.

Скорость ветра — причина самых различных микроклиматических явлений, и о ней нужно поговорить несколько подробней.

До самого последнего времени было очень мало известно о том, как изменяется скорость ветра в пространстве и каким закономерностям она подчиняется. А они оказались очень своеобразными.

У самой поверхности Земли скорость ветра везде равна нулю. На высоте 50 метров она на всей европейской территории Союза в среднем за год равна 5—б метрам в секунду, на морях, особенно северных, повышается до 7—8 метров в секунду. В нижнем слое воздуха скорость ветра очень сильно зависит от характера местности. Холм, строение, лес — все служит препятствием на пути воздушного потока. Обтекая их, он тратит часть своей энергии на трение и на завихрения.

Над всяким препятствием воздушный поток в той или иной мере сужается по вертикали, и это сужение увеличивает его скорость. За препятствием воздушный поток расширяется — скорость ветра сразу падает.

Изменение скорости очень легко заметить. Всякий знает, как сильно дует ветер на вершине холма и как он ослабевает на его подветренном склоне.

На рис. 3 видно, как распределяется скорость ветра перед холмом, на его вершине и на склонах.

На подветренной стороне скорость ветра на 30 процентов меньше по сравнению с ровным, открытым местом, а на вершине, наоборот, больше. В результате этой разницы вершина холма более или менее свободна от снега, а у подножья его — большие сугробы.

Вообще отложения снега, подобно отложениям песков, служат как бы фотографией ветров, и по узору этих отложений можно судить о направлении и скорости воздушных потоков.

Рассмотрите внимательно рисунки на этой странице. На одном из них (рис. 4) у основания небольшого обрыва, с той его стороны, которая обращена к ветру, мелкие воздушные вихри выдули жолоб. С противоположной, подветренной, стороны обрыва, у вершины его, вихри выдули клювовидный козырек, у основания — намели сугробы.

На рис. 4 и 5 вы видите и схему вращения этих вихрей.

Воздушный поток обтекает густой лес почти так же, как и холмы, а в самом лесу ветра, как вы знаете, почти не бывает.

Поэтому снег в густых лесах лежит ровным слоем, зато на окраинах его высятся снежные сугробы.

На опушке рощи или негустого леса сугробы невелики. Такие леса с редкостоящими деревьями ветер не обтекает, как сплошное препятствие. Он проходит внутрь леса и разбивается здесь между деревьями на мелкие струйки.

О том, как много энергии тратит в таком лесу воздушный поток на создание мелких вихрей, на трение о стволы, можно судить по тому, как качаются кроны деревьев. Попробуйте раскачать большое дерево так, чтобы его вершина клонилась от ваших усилий. Вряд ли это вам удастся. А ветер, даже не слишком сильный, свободно раскачивает не одно дерево, а сотни и тысячи.

Даже из того немногого, что мы здесь рассказали, можно заключить, что леса, холмы и даже слабый рельеф поверхности почвы очень существенно влияют на скорость воздушных потоков, несущихся в слое от нескольких сантиметров до нескольких десятков метров над поверхностью Земли.

О том, что растительность задерживает не только снег, но и ослабляет влияние суховеев и пыльных бурь, было известно давно. Но возможность активного использования растительности, и именно древесной, для уменьшения скорости ветра и вместе с тем для задержания снега на полях была научно доказана и подтверждена специально поставленными опытами только в конце прошлого столетия профессором Докучаевым и его учениками.

Чем выше лесная полоса, тем на большем расстоянии сказывается обусловленное ею уменьшение скорости ветра. Лесные полосы ослабляют ветры в зоне, шириной в 20—30 раз превышающей их высоту. На такое же расстояние распространяется и их влияние на снежный покров. Но лесные полосы могут быть разной конструкции, и в зависимости от этого различно и их влияние.

Лесные полезащитные полосы могут быть плотной и ажурной конструкции.

В непродуваемой лесной полосе плотной конструкции деревья и кустарники располагаются так, что они образуют густую сплошную стену — чащу. Ветер через такую полосу проникает слабо или почти не проникает, и полоса оказывает ветру такое же сопротивление, как стена. Около такой полосы образуется большой сугроб снега (рис. 6).

Весной снег здесь медленно тает и может задержать развитие сельскохозяйственных культур. Ветер, натыкаясь на непродуваемую полосу, как на препятствие, переваливает через нее, а за полосой опускается вниз и опять дует почти с такой же силой.

Наиболее благоприятное влияние на скорость ветра и распределение снежного покрова оказывают ажурные лесные полосы, редкие внизу и более густые в верхней своей части. Нижние слои воздушного потока с малой скоростью и мелкими вихрями, просачиваясь сквозь такую полосу, еще более ослабевают, но вместе с тем препятствуют опусканию на Землю той части воздушного потока, которая, почти не ослабев, перевалила поверх лесной полосы.

Лесная полоса, имеющая крупные просветы не только в нижней, но и в верхней своей части, пропускает сквозь себя и верхние слои воздуха, имеющие большую скорость и завихренность. Такая полоса, подобно плотной полосе, является менее надежной защитой от вредоносных ветров: метелей, суховеев и пр.

Ветрозащитное действие лесных полос наиболее полно проявляется при ширине их от 10 до 20 метров.

У ажурных полос скорость ветра снижается более равномерно, и зоны затишья перед ними не наблюдается. Поэтому и сугробы снега у таких полос накапливаются гораздо меньших размеров, а на полях между ними снег распределяется более ровным и глубоким слоем (рис. 7).

 

* * *

На снежный покров непосредственно воздействует скорость ветра у самой Земли, на высоте всего лишь нескольких сантиметров.

На такой высоте она зависит не только от крупных препятствий, но и от малейших рытвин, кочек, старой травы и пр. Влияние этих столь, казалось бы, незначительных преград очень сильно: засохшие стебли травы в пределах своей высоты задерживают снег даже лучше, чем деревья или кустарники. Поэтому все, что увеличивает неровности на поверхности Земли, способствует тому, что снег не сдувается, а задерживается на полях.

Для того чтобы удержать на поле как можно больше снега, используют как кулисы стебли кукурузы или подсолнуха. Кулисный метод снегозадержания нашел сейчас широкое распространение в наших южных областях.

Для получения высоких и стойких урожаев нужно накапливать и удерживать на полях и лугах как можно больше снега — утеплителя почвы зимой и источника обильной влаги весной. И мы видим, как в основном эти задачи решаются. Но иногда нужно решить задачу обратную — защитить дорогу или селение от снежных заносов. В этих случаях снег различными преградами заставляют скапливаться в стороне от защищаемого места. Деревянные щиты, заборы, живые изгороди, тянущиеся вдоль дорог, преграждают путь снежным сугробам (рис. 8).

 

* * *

Но вот зима подходит к концу. Все чаще и чаще наступают оттепели. Под лучами Солнца снег начинает таять. И в эту часть года мы вновь встречаемся с рядом особенностей, связанных с микроклиматом.

Вы, верно, замечали, что снег тает далеко не сразу и не везде одинаково быстро. Грязный, темный снег тает быстрее, чем чистый, белый. Это и понятно. Ведь чистый снег отражает 60—80 процентов солнечных лучей и поглощает, следовательно, только третью или даже пятую часть солнечного тепла. Грязный же, как и всякое темное тело, поглощает тепла от Солнца гораздо больше — до двух третей. Вот почему в городах и вблизи них снег, загрязненный пылью и копотью, сходит намного раньше, чем в сельских местностях.

Дольше всего снег задерживается в лесу, и в этом, между прочим, заключается большая роль леса в сохранении и регулировании влаги, а следовательно, и в создании благоприятного для растительности микроклимата.

Таяние снега происходит в лесу медленно, постепенно. Эта постепенность, как мы уже говорили, уменьшает весенние паводки в наших реках, способствует более равномерному поверхностному и грунтовому стоку вод и тем самым повышает в реках их летний уровень.