Локальный климат. Роль подстилающей поверхности

Локальный климат
климат , характерный для отдельных территорий, районов, водных бассейнов
и т.п.
Местные особенности климата, обусловленные неоднородностью строения подстилающей поверхности и существенно меняющиеся на небольших расстояниях, называют микроклиматом:
В географическом районе с одним и тем же типом климата могут наблюдаться различные варианты микроклимата: леса, поляны, холмов, долин, озер, болот, города.

“микроклимат”и "мезоклимат"
Наряду с понятием “микроклимат” существует понятие "мезоклимат" как промежуточное звено между макроклиматом и микроклиматом.
Мезоклиматические особенности формируются под действием как
макромасштабных (горный рельеф, океаны, моря, вечная мерзлота, снег, лед), так и
мезомасштабных неоднородностей (холмистый рельеф, реки, озера, пестроты почвенно-растительного покрова, большие города) достаточно большой площади.

Критерии распределения мезо-, микро- и нано- климата

Подстилающая поверхность
как климатообразующий фактор

Подстилающая поверхность
-роль заключается в том, что ее характер определяет физические свойства ВМ, находящихся/приходящих на эту поверхность

Основной фактор-это количественное соотношение поверхности континентов и Мирового океана
Площадь поверхности Земли 510 млн кв.км
Воды Мирового океана 361,3 млн кв.км =71 % Земной поверхности
Суша 149 млн кв.км =29% поверхности Земли
Северное полушарие: суша 100 млн кв.км =39%
Южное полушарие: суша 49 млн кв.км =19%

Континентальность климата
Континентальность климата - совокупность характерных особенностей климата, определяемых воздействиями материка на процессы климатообразования.
В климате над морем (морской климат) наблюдаются малые годовые амплитуды температуры воздуха по сравнению с континентальным климатом над сушей с большими годовыми амплитудами температуры.

Годовой ход температуры воздуха на широте 62° с.ш.:
на Фарерских островах и Якутске отражает географическое положение этих пунктов: в первом случае - у западных берегов Европы,
во втором - в восточной части Азии

Средняя годовая амплитуда в Торсхавне 8°, в Якутске 62°C.
На континенте Евразия наблюдается возрастание годовой
амплитуды в направлении с запада на восток.

индекс континентальности
- это числовая характеристика континентальности климата.
Существует ряд вариантов И К, в основу которых положена та или иная функция годовой амплитуды температуры воздуха А:
по Горчинскому, по Конраду,по Ценкеру, по Хромову
Есть индексы, построенные на других основаниях.
Например, предложено· в качестве И. К. отношение повторяемости континентальных воздушных, масс к повторяемости морских воздушных масс.
Л. Г. Полозова предложила характеризовать континентальность по отдельности для января и июля по отношению к наибольшей континентальности на данной широте; эта последняя определяется по изаномалам температуры.
Η. Η. Иванов предложил И. К. в виде функции от широты, годовой и суточной амплитуд температуры и от дефицита влажности в самый сухой месяц.

индекс континентальности
Величина годовой амплитуды температуры воздуха зависит от географической широты.
В низких широтах годовые амплитуды температуры меньше по сравнению с высокими широтами. Это положение приводит к необходимости исключения влияния широты на годовую амплитуду.
Для этого предложены различные показатели континентальности климата, представленные функцией годовой амплитуды температуры и широты места.
Формула Л. Горчинского
где А - годовая амплитуда температуры.
Средняя континентальность над океаном равна нулю, а для Верхоянска равна 100.

индекс континентальности
по Хромову
к= (A - 5,4sin ѱ)/A

Роль рельефа в формировании климата
Крупные формы рельефа – горы – горный климат
На климатические условия в горах влияет
высота местности над уровнем моря,
высота и направление горных хребтов,
экспозиция склонов,
направление преобладающих ветров,
ширина долин,
крутизна склонов.

Орография и климат
Воздушные течения могут задерживаться и отклоняться хребтами, скорость воздушных течений меняется.
В горах возникают местные системы циркуляции - горно-долинные и ледниковые ветры.
Над склонами, по-разному экспонированными, создается различный режим температуры: изменяется суточный ход температуры.
Задерживая перенос масс холодного или теплого воздуха, осадков, горы создают резкие разделы в распределении температуры на больших географических пространствах.

Фен
При перетекании воздушных течений через хребты на наветренных склонах гор увеличиваются облачность и осадки.
На подветренных склонах возникают фены с повышением температуры и уменьшением влажности.
Над горами возникают волновые возмущения воздушных течений и особые формы облаков.
Над нагретыми склонами гор также увеличивается конвекция и, следовательно, облакообразование. Все это отражается в многолетнем режиме климата горных районов.

Горно-долинные ветры
склоны нагреваются сильнее (давление низкое), чем долины.
сила барического градиента, направлена вверх
Двигаясь вверх воздух создает облака на склонах
Горные ветры возникают потому, что вечером склоны охлаждаются быстрее
Быстрее охлаждается воздух над склоном, и становясь более тяжелым, скатывается в долину
Вытесняя долинный воздух вверх, горный воздух часто вызывает вечером в долине дожди и грозы.

Высотная поясность в горах Урала и Кавказа

Влияние снежного покрова на климат

Снежный покров
ежегодно покрывает на Земле от 100 до 126 млн. км2.
Из этой площади около 2/3 приходится на сушу, 1/3 — на морские льды. Максимальную площадь на суше снежный покров занимает к концу зимы северного полушария (96 млн.км кв.), минимальную — к концу зимы южного полушария (44 млн.км кв.).

1. Снежный (ледяной) покров уменьшает потерю тепла почвой и колебания ее температуры.
2. Промерзание почвы, режим многолетней мерзлоты обусловлены высотой снежного покрова.
3. Поверхность снега отражает солнечную радиацию днем и охлаждается излучением ночью, поэтому она понижает температуру приземного слоя воздуха.
Весной на таяние снежного покрова тратится большое количество тепла, которое берется из атмосферы:
температура воздуха над тающим снежным покровом остается близкой к нулю.
Роль снежного покрова

Снежный покров предохраняет почву зимой от потери тепла.
Излучение идет с поверхности самого снежного покрова, а почва под ним остается более теплой, чем обнаженная почва.
При этом суточная амплитуда температуры на поверхности почвы под снегом резко уменьшается.
В средней полосе Европейской территории России при снежном покрове 50 см температура поверхности почвы под ним на 6—7° выше, чем температура обнаженной почвы, и на 10° выше, чем температура на поверхности самого снежного покрова. Зимнее промерзание почвы под снегом достигает глубин порядка 40 см, а без снега может распространяться до глубин более 100 см.

Альбедо до 90%
Над снежным покровом наблюдаются инверсии температуры: зимой - связанные с радиационным выхолаживанием, весной - с таянием снега.
Над постоянным снежным покровом полярных областей даже летом отмечаются инверсии или изотермии.
Таяние снежного покрова обогащает почву влагой и имеет большое значение для климатического режима теплого времени года. Большое альбедо снежного покрова приводит к усилению рассеянной радиации и увеличению суммарной радиации и освещенности.

Реки - продукт климата
Талые воды составляют для рек России один из важнейших источников питания. Более половины территории России относится к районам, где реки имеют преимущественно снеговое питание, т.е. доля этого вида питания составляет от 50 до 80 %.
В целом же для земного шара на долю снегового питания приходится около 30 % стока рек
Запасы воды в снеге и характер его таяния оказывают огромное влияние на влагосодержание почвы и урожайность сельскохозяйственных культур.

«Многолетняя мерзлота»
Круглогодичное промерзание почвы, протаивание на несколько см только летом.
Общая площадь 35, 6 млн км² - 11,2 в Евразии и столько же в Сев. Америке и 13,2- Антарктиде.
Распространение — север Аляски, Канады, Европы, Азии, острова Северного Ледовитого океана.

Многолетняя (вечная) мерзлота
фиолетовый - районы многолетней мерзлоты в северном полушарии, синий — районы промерзания почвы более чем на 15 суток в году, красный — районы промерзания почвы менее чем на 15 суток в году, сплошная линия — граница области сезонного с.п.

Влияние растительного покрова на температуру поверхности почвы
Растительный покров уменьшает охлаждение почвы ночью.
Ночное излучение происходит при этом преимущественно с поверхности самой растительности, которая и будет наиболее охлаждаться.
Почва же под растительным покровом сохраняет более высокую температуру.
Однако днем растительность препятствует радиационному нагреванию почвы.
Суточная амплитуда температуры под растительным покровом, таким образом, уменьшена, а средняя суточная температура понижена.

Итак, растительный покров в общем охлаждает почву.
В Ленинградской области поверхность почвы под культурами может оказаться в дневные часы на 15°С холоднее, чем почва под паром (земли, где нет посадок с/х растений).
В среднем же за сутки она холоднее обнаженной почвы на 6°С, и даже на глубине 5—10 см остается разница в 3—4°С.

Роль растительности и снежного покрова
растительный покров летом снижает температуру на поверхности почвы,
снежный покров зимой, напротив, ее повышает.
Совместное действие растительного покрова летом и снежного зимой уменьшает годовую амплитуду температуры на поверхности почвы;
это уменьшение — порядка 10°С в сравнении с обнаженной почвой.

лес
Более сложное влияние на климат имеет лес, который может увеличивать над собой количество осадков, вследствие шероховатости подстилающей поверхности.
Однако влияние растительного покрова имеет в основном мезо и микроклиматическое значение, распространяясь преимущественно на приземный слой воздуха и на небольших площадях.

ФИТОКЛИМАТ (от греч. phyton — растение и климат (наклон)
- разновидность местного, локального или микроклимата;
Это метеорологические условия, создающиеся среди
растительности (в травостое, кронах деревьев и т. д.).
В зависимости от вида и возраста растительности, густоты
посева (насаждения) и способа посева (посадки) изменяются
освещённость , сила ветра, температура и влажность воздуха и
почвы, существенно отличающиеся от аналогичных показателей
на открытом месте.
В развитом посеве высокостебельных культур (кукуруза, сахарный
тростник,) освещённость у поверхности почвы может быть в
5 — 10 раз меньше, чем над посевом,
температура воздуха в жаркий полдень на 4 — 5 ºС ниже, а температура
поверхности почвы на 15 — 20 °С ниже, чем на незатенённом участке.

Фитоклимат изучают для более точной оценки условий произрастания с.-х. и лесных культур и обоснования технологии их возделывания

Мезоклимат леса
Под пологом леса создается свой микроклимат или местный климат, существенно отличный от условий в окружающей открытой местности.
Сквозь кроны леса солнечная радиация проникает в ослабленной степени; в густом лесу вся или почти вся радиация будет рассеянной, а интенсивность ее — малой. Соответственно убывает и освещенность под пологом леса.
Роль деятельной поверхности в лесу переходит к кронам.
Температура днем будет максимальной непосредственно над кронами леса, где она значительно выше, чем на том же уровне в открытой местности.
Внутри леса днем (в летнее время) температура значительно ниже, чем над кронами.
Ночью кроны сильно охлаждаются излучением, потому максимум температуры по вертикали наблюдается в это время на высоте 1—2 м над ними, а минимум температуры не на уровне крон, а внутри леса, так как холодный воздух стекает с высоты крон вниз.

Дневной ход освещенности на открытой территории (1) н под пологом дубового леса (2); а —весной, б — летом (по Горышиной, 1969)

Как радиационный, так и тепловой режим в лесу зависит от возраста и сомкнутости леса, от пород деревьев и прочих биологических факторов.
Летом в лесу днем холоднее, чем в поле, ночью — теплее.
Зимой условия сложнее, но, в общем, разность температуры между лесом и полем почти отсутствует.
В среднем годовом - лес несколько холоднее, чем поле.
Годовые амплитуды температуры в лесу меньше.
Относительная влажность воздуха в лесу выше, чем в поле, на несколько процентов:
Летом эта разница наибольшая, зимой она почти отсутствует. Как относительная, так и абсолютная влажность летом наибольшая в кронах деревьев.

Ветер в лесу
При встрече ветрового потока с лесом воздух в большей части обтекает лес сверху. Поэтому над кронами скорость ветра сильнее, чем на той же высоте в открытой местности. Внутри леса по мере удаления от опушки скорость ветра уменьшается. В вертикальном направлении скорость ветра особенно сильно убывает в пределах крон. Под кронами ветер равномерно слабый, а в пределах нижнего метра над земной поверхностью скорость ветра убывает до нуля.

Испарение
Лес испаряет не сильнее, а по-видимому, слабее, чем хорошо развитая луговая растительность или полевые культуры. Однако испарение с крон леса происходит более длительное время.
Непосредственное испарение с почвы в лесу невелико.
Главную роль играет транспирация крон, а также испарение осадков, задержанных кронами.
Важно, что лес испаряет воду, полученную кронами деревьев с достаточно глубоких горизонтов, поэтому верхний слой почвы в лесу более влажный, чем в поле.

осадки
лес задерживает до 25% (лиственный )и до 40% (хвойный), осадков кронами деревьев.
кроме того, увеличивая шероховатость подстилающей поверхности, лес вызывает подъем воздуха, увеличивает турбулентность, а тем самым усиливает и конденсацию.
По некоторым расчетам, увеличение осадков лесом может составлять десятки миллиметров за год.

снег
Снег распределяется в лесу равномернее, чем в открытом месте, и плотность его в лесу меньше вследствие ослабления ветра.
В густых хвойных лесах много снега остается на кронах деревьев, а затем испаряется с них или сносится ветром. Таяние снега в лесу замедлено, а почва под высоким и рыхлым снежным покровом промерзает на меньшую глубину, чем в поле.

Местный климат большого города
его особенности по сравнению с загородной местностью определяются самим существованием города, т. е. застройкой, покрытием улиц, промышленными предприятиями, транспортом и пр.
К таким особенностям относятся:
повышенные средние температуры в центральных районах города (городской остров тепла),
уменьшенное испарение,
нарушения в атмосферной циркуляции, в том числе так называемый городской бриз,
большое загрязнение воздуха
уменьшение притока прямой радиации,
усиление конвекции
увеличение облачности,
повторяемости и количества осадков в теплый период,
увеличение повторяемости и интенсивности туманов в холодный период

Остров тепла
Изменение радиационного баланса, дополнительное поступление тепла за счет отопления, нагрева зданий и т.д. и малый расход тепла на испарение приводят к более высоким температурам внутри города по сравнению с окрестностями.

В городе существует "остров тепла". Интенсивность и размеры острова тепла изменяются во времени и пространстве под влиянием фоновых метеорологических условий и местных особенностей города. Наиболее характерные закономерности изменения температуры воздуха при переходе от сельской местности к центральной части города – это то, что на границе город - сельская местность возникает значительный горизонтальный градиент температур, который может достигать 4°С/км.

Разности температуры между городом и пригородом в различных физико-географических районах:
Для Москвы и С.Петербурга разность температуры город-пригород в среднем за год составляет около 10C - температура в городе выше.
по высоте тепловое влияние городов четко проявляется в пределах 100-500 м.
Большая шероховатость подстилающей поверхности и остров тепла обусловливают особенности ветрового режима в условиях города.

Городская циркуляция, развивающаяся при слабых ветрах
При слабых ветрах (1-3 м/с) может возникнуть городская циркуляция.
У поверхности Земли течения направлены к центру, где располагается остров тепла, а наверху наблюдается отток воздуха к окраинам города.

Солнечная радиация в условиях больших промышленных городов оказывается пониженной вследствие уменьшения прозрачности из-за аэрозолей (дыма и пыли).
За счет увеличения мутности атмосферы в среднем может теряться до 20% солнечной радиации, особенно сильно ослабляется приход ультрафиолетовой радиации. Одновременно в городе к рассеянной радиации добавляется отраженная стенами и мостовыми.
На территории города вследствие загрязнения воздушного бассейна снижено эффективное излучение и ночное выхолаживание.

Ветер и влажность
Ветровой режим крупных городов характеризуется снижением скорости ветра в городе по сравнению с пригородом. В некоторых случаях в городе возможно усиление скорости ветра: при направлениях ветра, совпадающих с направлением улицы, ограниченной многоэтажными зданиями.
Влажность воздуха в крупных городах ниже, чем в окрестностях, что связано с повышением температуры и общим понижением влаги в атмосфере над городом вследствие уменьшения испарения. Различия в абсолютной влажности могут достигать 2,0-2,5 гПа и относительной влажности 11-20 %.

Влажность воздуха
Контрасты влажности город - окрестности в годовом ходе имеют максимальные значения в летний период, а в суточном ходе - в вечерние часы.
В умеренном и полярном климате по Кеппену (кл. тайги и тундры по Бергу)с сезонным или постоянным снежным покровом, или где почва (поверхность) замерзает, воздух в большом городе может быть более влажным и днем, за счет антропогенных источников, обеспечивающих значительное поступление водяного пара в атмосферу.

ОСАДКИ:
При рассмотрении влияния города на осадки необходимо раздельно рассматривать твердые и жидкие осадки, поскольку влияние города на каждый из названных видов будет различным.
В зимний период года различия в суммах осадков обычно незначительны.
В летнее время наибольшие суммы осадков выпадают над городом, но не в центральной его части, а на окраинах. Если влажность воздуха достаточно высокая, то повышенная конвективная неустойчивость и загрязненность воздуха над городом способствуют образованию облачности.