Текст книги "Вопросы о погоде"
Автор книги: Павел Астапенко
сообщить о нарушении
Текущая страница: 20 (всего у книги 32 страниц)
13.4. Чем объясняются сильные засухи последних лет в Африке?
Засухи на Африканском континенте в обширном районе к югу от Сахары – явление не новое, они периодически возникали и в прошлом столетии, но в 70-е годы этого века они оказались суровее и продолжительнее обычного. В 1972-1973 годах засуха носила катастрофический характер: осадков в обширной полосе с населением более 24 млн. человек – жителей государств Мавритания, Сенегал, Нигер, Чад, Гамбия и Буркина Фасо – выпало менее половины годовой нормы; погиб почти весь скот, значительная часть посевов. В последующие годы положение мало изменилось: в 1974 и 1975 годах осадки были хотя и более значительные, но все же недостаточные, в 1976 году снова была засуха, осадков выпало на 30% меньше нормы, в 1977 и 1978 годах недостаток влаги по-прежнему оставался существенным. В 80-е годы положение не улучшилось: в 1983-1985 годах засуха охватила огромные пространства южнее Сахары в Сахельской зоне, нанеся ущерб сельскому хозяйству многих африканских стран, в том числе Судана, Эфиопии, Сомали, Центральноафриканской Республики. Из-за длительного отсутствия осадков практически пересохло озеро Чад, расположенное на территории Нигерии, Нигера, Чада и Камеруна. Пески Сахары надвигаются со скоростью 20 м/год на столицу Мавритании город Нуакшот, грозя стереть его с лица земли.
Географическое распределение осадков было неравномерным: в последнее десятилетие меньше всего осадков – около 50% нормы – выпадало в полупустынном районе вдоль 18° с. ш., однако в направлении к югу количество осадков увеличивалось, составляя в Гамбии 70-80% нормы.
Помимо общей причины возникновения засухи, связанной с неблагоприятными колебаниями крупномасштабной атмосферной циркуляции, в этом регионе действует и с каждым десятилетием проявляет себя все сильнее еще один фактор дезертификации (опустынивания) – бесконтрольная пагубная для природы деятельность человека (нарушение естественного покрова бывших пастбищ, вырубка лесов и т. п.).
13.5. При какой температуре возможно существование растений?
Растительный мир нашей планеты приспособился к температурному режиму поверхности земли и приземного слоя воздуха. Подавляющее большинство растений способно развиваться только при положительной температуре воздуха в относительно узких пределах ее колебаний, ограниченных примерно 30°C. Однако отдельные представители земной флоры обладают способностью нормально развиваться при температуре чрезвычайно высокой (некоторые водоросли живут в горячих источниках с температурой воды более 93°C) или очень низкой (в полярных странах есть растения, выживающие при температуре почвы ниже -32°C, а в Сибири даурская лиственница переносит морозы около -70°C)
Способность поверхности растений отражать солнечные лучи очень различна. В умеренных и высоких широтах она невелика, например темный еловый лес отражает всего 6-8% солнечной радиации и поглощает, таким образом, почти все тепло, поступающее от солнца. В пустынях и полупустынях низких широт растительность отражает до 37% солнечной радиации, защищая себя от перегрева.
Специальными исследованиями установлено, что в безоблачные дни максимальная температура поверхности высоких злаков и открытой поверхности воды одна и та же, она приблизительно равна максимальной температуре воздуха, тогда как температура поверхности обнаженной почвы при этом оказывается на 20°C выше.
13.6. Как влияет температура воздуха на развитие растений?
Термические условия регулируют интенсивность процессов фотосинтеза, а следовательно, непосредственно влияют на рост и развитие растений. Фотосинтез достигает максимума при температуре около 20-25°C, при дальнейшем же повышении температуры, равно как и при ее понижении, он замедляется. Максимальный рост растений происходит в период нарастания температуры воздуха; когда температура воздуха достигает 25°C, увеличение скорости роста подавляющего большинства растений несколько замедляется, а при температуре 30°C она резко падает. Однако влияние температуры на развитие растений не столь простое, как может показаться: для нормального развития многих растений нужны периоды заметного снижения температуры, без которых они утрачивают способность к цветению и плодоношению.
Естественно, что потребности растений в периодических изменениях режима температуры различны в зависимости от вида растений и района произрастания.
13.7. Как связана продолжительность периода развития растений с режимом температуры воздуха?
Чаще всего для умеренных широт предельное минимальное значение температуры воздуха принимается равным 6°C, и, таким образом, часть года, когда средняя суточная температура воздуха превышает 6°C, может считаться периодом развития растений. Известны и другие
критерии длительности периода развития растений, например по продолжительности срока между опасными для растений последними весенними и первыми осенними заморозками. В этом случае продолжительность периода развития разных сельскохозяйственных культур будет разной. В условиях г. Ленинграда, где заморозков на поверхности почвы не бывает в среднем со 2 июня по 11 сентября, то есть 102 дня, период развития, скажем, картофеля будет именно таким, а для садовой земляники, не боящейся слабых заморозков, он будет на две-три недели большим.
13.8. Что такое градусо-день?
Градусо-день – это условная единица измерения превышения средней суточной температуры над установленным минимумом, равная 1°C превышения в течение одного дня. Так, если средняя суточная температура воздуха оказалась равной 7°C, то при минимальном значении, принятом равным 6°C, будем иметь 1 градусо-день. Подсчитав накопленную за весь период развития растений сумму температур в градусо-днях, можно получить дополнительную характеристику периода помимо его продолжительности. Такие характеристики могут быть полезны для определения возможности выращивания тех или иных культур в данных климатических условиях. Например, выращивание винограда на изюм требует 3000 градусо-дней с температурой выше 10°C.
13.9. Насколько может отличаться температура воздуха от температуры поверхности растений?
Температура воздуха измеряется, как правило, на высоте 2 м от поверхности земли, и в теплое время года она, естественно, всегда бывает ниже, чем температура земной поверхности и поверхности растений. В районах избыточного увлажнения в дневные часы эта разность может достигать 10° C, а в районах недостаточного увлажнения – 20 и даже 30° C. В силу этого разности годовых сумм температуры воздуха выше 10°C и поверхности растений в районах избыточного увлажнения составляют около 300°C (Мурманск, Ленинград), а в засушливых районах на юго-востоке страны – более 700°C (Волгоград, Эмба). Эти разности также существенно зависят от экспозиции местности: на северных склонах они меньше, чем на равнине, а на южных – больше. Этим определяется различие в характере растительности на затененных и обращенных к солнцу склонах. Чем круче склоны, тем это различие существеннее.
13.10. Всегда ли температура поверхности растений выше температуры воздуха?
Нет, не всегда. В условиях сухого жаркого климата, как, например, в Средней Азии, при орошении посевов, обеспечивающем большую затрату тепла на испарение, температура поверхности растений бывает заметно ниже температуры воздуха.
13.11. Чем объясняется замена растений другими видами после суровых зим с частыми гололедами?
Изменение флоры в некоторых районах после частых и продолжительных гололедов связано с погодой лишь косвенно: оно отмечено ботаниками на северо-западе Европы вдоль автомагистралей, усиленно посыпавшихся солью во время гололеда. Засоление почвы распространяется от обочин дорог в полосе шириной до 150 м. В пределах этой полосы деревья и кустарники погибают, на смену им приходят другие растения – солеросы, растущие обычно у побережья морей и приспособившиеся к высокому содержанию соли за предшествующие тысячелетия, а теперь распространяющиеся в глубь континента по обочинам автодорог.
Там, где соль не употреблялась как средство против обледенения дорожных покрытий, вдоль дорог продолжает расти прежняя растительность.
13.12. Как сказываются на развитии растений заморозки?
У большинства видов растений наиболее уязвимый момент развития – период цветения. Однако для яровой пшеницы поздние летние заморозки могут оказаться губительными даже после образования зерна. Чувствительны к заморозкам многие ягодники: черная смородина, например, при майских заморозках, при температуре ниже – 1,5°C, может дать очень низкий урожай, а при температуре ниже -2,5°C – совсем не дать урожая.
13.13. Влияют ли неблагоприятные условия погоды в отдельные годы на мировое производство тех или иных культур?
Несмотря на то что необычные условия погоды, отражающиеся на урожайности сельскохозяйственных культур, наблюдаются обычно в ограниченных районах земного шара, не охватывая всю нашу планету, они тем не менее зачастую могут отразиться на мировом производстве продовольственных культур в целом. Дело в том, что сельскохозяйственное производство развито неодинаково интенсивно в разных районах земного шара. Бывает, что засуха или избыточные осадки поражают районы, являющиеся «житницами» континентов, а в районах с низкой сельскохозяйственной продуктивностью в том же самом году наблюдаются благоприятные условия погоды. Неурожай в одном районе не компенсируется хорошим урожаем в другом, и общее мировое производство каких-то видов продовольственных культур оказывается в такой год ниже обычного уровня. Так случилось, например, в 1972 году с мировым производством зерна, оказавшимся на 33 млн. т меньше обычного из-за сильной засухи в ряде районов земного шара, являющихся основными производителями зерна.
По данным Всемирной организации продовольствия, мировое производство зерна в год составляет в среднем около 1 млрд. 200 млн. т (в том числе 420 млн. т пшеницы, 345 млн. т риса и 335 млн. т кукурузы). Приблизительно один раз в три года отклонения урожайности зерновых культур достигают 21 млн. т.
13.14. Какие условия погоды требуются для выращивания озимой пшеницы?
Зима с умеренными морозами и значительным устойчивым снежным покровом обеспечивает достаточное увлажнение почвы в решающий период развития озимых посевов пшеницы и предотвращает их вымерзание. В малоснежные зимы, когда морозы чередуются с оттепелями, посевы часто оказываются под ледяной коркой и гибнут – задыхаются или вымерзают. Лучшие твердые сорта озимой пшеницы произрастают в районах со снежной и умеренно морозной зимой.
13.15. Какой режим температуры и влажности необходим цитрусовым?
Цитрусовые – теплолюбивые и влаголюбивые растения, отрицательные температуры воздуха и недостаток влаги для них губительны, поэтому они произрастают только в субтропиках. Большинство цитрусовых не переносит сколь-либо длительных заморозков: для лимонов минимально допустимая температура составляет -2°C, а для апельсинов -7°C. Для нормального урожая цитрусовых требуется около 900 мм осадков в год или соответствующий этой норме искусственный полив. Высокая относительная влажность воздуха благоприятствует произрастанию цитрусовых культур, плоды растений при высокой влажности воздуха становятся сочными, а их кожура – тонкой и гладкой. Недостаток тепла и влаги приводит к опадению недозрелых плодов. Период созревания плодов лимонов – около 180 дней, а апельсинов, мандаринов и грейпфрутов – 200-220 дней.
13.16. Можно ли планировать сельскохозяйственные работы в соответствии с долгосрочными прогнозами погоды?
К сожалению, пока нельзя. Обеспеченность долгосрочных прогнозов погоды (то есть отношение числа прогнозов, в которых отклонения значений прогнозируемых метеорологических величин от фактических не вышли за установленные допустимые пределы, к общему числу данных прогнозов), составляемых всеми известными сегодня научными методами, сегодня еще ниже требований, предъявляемых практикой сельскохозяйственного производства. Поэтому ставить выбор посевного материала, определение сроков выполнения различных видов полевых работ, способы обработки земли в прямую зависимость от ожидаемых по долгосрочному прогнозу метеорологических условий на ближайший сезон было бы слишком рискованно и экономически неоправданно.
В практике сельскохозяйственной деятельности долгосрочные прогнозы погоды принимаются во внимание, но не в качестве основы для планирования всех видов работ, а лишь как вспомогательный материал, учитываемый наряду с другими обстоятельствами. В основу планирования берутся средние климатические данные, то есть наиболее типичные для данной местности условия погоды, характерные для каждого сезона.
13.17. Какую долю органической продукции растительного и животного мира потребляет человечество сегодня?
Если исходить из численности населения земного шара, равной 4 млрд. человек, то биомасса людей составляет приблизительно 0,26 • 109 т. Общая биомасса суши, по данным В. А. Ковды (1969), примерно равна 3 • 1012 т, из которых 95% приходится на растительность (фитомасса) и 5% – на живые организмы (зоомасса). В среднем каждый человек ежедневно расходует около 10 500 Дж энергии, и, таким образом, суммарное потребление энергии людьми близко к 15,55 • 1013 Дж/год. Эта величина примерно соответствует современной продуктивности сельскохозяйственного производства. Расчеты показывают, что в современную эпоху человечество потребляет менее 1% продукции органического мира, в начале нашей эры эта цифра была более чем в десять раз меньшей.
13.18. Какова продуктивность земной поверхности?
По этому вопросу существуют лишь очень приближенные расчеты, как для поверхности суши, так и для поверхности океана: средняя продуктивность суши оценивается равной 3,6 т/(га • год), а поверхности океана – 0,8 т/ (га • год). Таким образом, в среднем для всей поверхности земного шара продуктивность окажется равной 1,6 т/ (га • год). Следует иметь в виду, что за средними цифрами скрываются большие различия в продуктивности, связанные с климатом и другими природными факторами. Так, во влажных тропических лесах продуктивность составляет десятки тонн на гектар, а в полярных пустынях она падает до нуля.
13.19. Есть ли соответствие между зональностью почв и растительного покрова?
Между зонами почв и растительности существует вполне определенное соответствие. С увеличением радиационного индекса сухости (см. 6.12) типы почв меняются в следующей последовательности: тундровые почвы, подзолы, бурые лесные почвы, желтоземы, красноземы и латеритные почвы, черноземы и черные почвы саванн, каштановые почвы, сероземы.
13.20. Чем объясняется возникновение пыльных вихрей над полями в летнее время?
Небольшие пыльные вихри – микросмерчи – возникают летом чаще всего у границы участков земной поверхности, получающих неодинаковое количество солнечного тепла, или, точнее, неодинаково нагреваемых солнечными лучами. Свежевспаханное поле и участок с зеленым травяным покровом, жнивье и луг обладают различной способностью отражать солнечные лучи, а следовательно, и различной способностью поглощать эти лучи. Разность температур на поверхности этих участков создает разность температур и воздуха над ними, а это может привести к возникновению приземных воздушных течений и образованию небольших вихрей, поднимающих с земли пыль и мусор, которые делают эти вихри хорошо заметными.
13.21. Как зависит применение агротехнических приемов от почвенно-климатических условий?
В зависимости от того, в каких климатических зонах находятся тс или иные сельскохозяйственные площади, применяются разные агротехнические приемы – или повышающие теплообеспеченность растений и ослабляющие вредное влияние избыточного увлажнения, или же направленные на улучшение влагообеспеченности. Но в отдельные годы условия погоды складываются так, что агротехнические приемы следует менять. Например, в полувлажной лесостепной зоне система агротехники, нацеленная в основном на сбережение и экономное расходование влаги, примерно раз в десять лет должна перестраиваться на ослабление вредного влияния избыточного увлажнения – об этом говорят статистические данные обеспеченности этой зоны осадками. Таким образом, сельское хозяйство страны требует гибкого применения приемов агротехники.
13.22. Что дает мульчирование почвы?
Мульчирование – покрытие почвы навозом, соломой, специальной бумагой или пленкой, то есть мульчой, – применяется для придания почве большей эрозийной устойчивости, снижения испарения воды и для повышения или понижения температуры почвы. Наиболее эффективным материалом для мульчирования являются светопрозрачные полиэтиленовые пленки, способствующие повышению температуры почвы днем на 6-9°C и снижению затрат тепла на испарение на 10-15%.
13.23. Зачем производится дефолиация растений?
Досрочное сбрасывание листьев растениями – дефолиация, вызываемая искусственно путем применения химических веществ, призвана изменить тепловой и радиационный режим поля. Например, прогрев почвы под хлопчатником после дефолиации резко возрастает, так как поглощение растениями радиации уменьшается втрое, кроме того, увеличивается температура надпочвенного слоя воздуха, что способствует ускорению раскрытия коробочек хлопчатника.
13.24. Каков метеорологический эффект насаждения лесных полос?
Лесные полосы уменьшают скорость ветра на 20-60% и способствуют повышению температуры воздуха в межполосном пространстве и температуры почвы у растений на 1-2°C. Кроме того, в межполосном пространстве увеличивается влажность воздуха, снижается испаряемость. За счет задержания осадков лесополосы обеспечивают дополнительное увлажнение полей на 20-40 мм в год.
13.25. Как влияет подъем культуры земледелия на зависимость сельского хозяйства от климата и погоды?
В целом с прогрессом науки и техники эта зависимость уменьшается, но взаимосвязь между урожайностью и метеорологическими условиями сохраняется. Условия погоды сильнее всего сказываются на урожайности интенсивно развивающихся растений, имеющих высокий уровень обмена веществ и энергии. Новые высокопродуктивные сорта культурных растений обладают повышенной чувствительностью к условиям среды и нуждаются в максимальной оптимизации водного, воздушного, теплового и пищевого режимов.
ПОГОДА И МИРОВОЙ ОКЕАН
Мировой океан представляет собой не только колоссальный резервуар воды, но и огромное хранилище запасов тепла, постоянно поступающего в атмосферу и тем самым определяющего условия погоды на Земле. Кроме того, океанская вода – активнейший поглотитель углекислого газа, содержащегося в атмосферном воздухе, и место обитания бесчисленного количества микроскопических водорослей, вносящих большой вклад в снабжение земной атмосферы кислородом (путем фотосинтеза). Следовательно, Мировой океан выполняет функции легких нашей планеты, способствует сохранению постоянного состава воздуха. Наконец, на поверхности Мирового океана в полярных областях Земли находятся морские льды, площадь которых составляет от 14 до 28 млн. км2 и подвержена значительным колебаниям в зависимости от сезона и состояния самого океана. В результате весь механизм атмосферной циркуляции, а следовательно и формирования земного климата и условий погоды, самым тесным образом связан с Мировым океаном. Колебания теплозапасов в любом из пяти океанов Земли, изменения интенсивности океанских течений, размеров площади морских льдов – все это неизбежно влечет за собой крупномасштабные изменения погоды, длительное время – на протяжении нескольких сезонов, а то и лет – ощущающиеся в тех или иных географических регионах. Поэтому изучение взаимодействия океана и атмосферы – одна из самых важных задач современной метеорологии и родственных ей наук. От успеха решения этой задачи зависит и возможность решения одной из самых трудных научных проблем нашего времени – проблемы долгосрочного предсказания погоды.
Академик Л. М. Бреховских называет сумму проблем, связанных с изучением океана, вызовом науке. Так велико количество требующих решения научных вопросов и так велико их значение для человечества в целом. Немалое место среди этих вопросов принадлежит метеорологии. Некоторые из них мы рассмотрим в этой главе.
14.1. Чем объясняется настойчивое стремление метеорологов ввести в задачу долгосрочного прогноза погоды учет состояния океанов?
Поскольку тепловые запасы атмосферы относительно невелики, то невелика и так называемая тепловая память атмосферы, то есть влияние ее текущего состояния на будущее состояние. Влияние это ограничивается 10 – 20 днями. Отсюда все трудности составления долгосрочных прогнозов погоды на основе анализа характеристик атмосферы в исходный момент времени.
Большие тепловые запасы океана обусловливают его большую тепловую память и способность, отдавая тепло атмосфере, длительно влиять на распространение в ней температуры, влажности и т. п. Вот поэтому идея использования данных о колебаниях теплозапасов вод океана для прогноза колебания состояния атмосферы в различные сезоны представляется перспективной и усиленно разрабатывается метеорологами в долгосрочном плане.
