Влияние характера местности
МАТЕРИК
В мировом масштабе тепло передаётся двумя большими круговоротами: воздушными массами и океанскими течениями. Перенос тепла воздушными массами распространён шире и они меньше ограничены сушей. Океанские течения и непосредственная близость к любому большому объёму воды оказывают серьёзнейшее замедляющее воздействие на подветренные береговые линии. Внутри материка такого воздействия может не быть. Идея континентальных типов климата была развита с целью описания столь резко различных и изменяющихся материковых климатических зон, лишённых смягчающего фактора океанских течений и демонстрирующих периоды перепада из крайней жары в жуткий холод, что ещё ярче проявляется в высокогорьях.
Таким образом, третьим затруднением в простых классификациях на основе температуры и осадков является КОНТИНЕНТАЛЬНОСТЬ. После преодоления этого осложнения остаётся только один особый фактор, - влияние холмов и горных гряд на местный климат; эти факторы подобны широтным факторам влияния в планетарном масштабе.
ШИРОТА И ВЫСОТА
Средняя величина зависимости падения температуры от высоты выглядит следующим образом: 9,8°С/км в сухом воздухе или атмосфере без осадков; или 4-9°С/км во влажных климатических условиях или в насыщенной влагой атмосфере.
В самом грубом приближении каждые 100 м высоты соответствуют одному градусу широты, таким образом, на высоте 1000 м на экваторе температуры приблизительно равны температурам климата на 10° в сторону от экватора в той же влажности. В областях, находящихся на 10° в сторону от экватора, на плато высотой 1850 м климат подобен климату на 30° широте, где существует вероятность понижения температуры ветрами до уровня ниже точки замерзания. На гористых островах и горных грядах этот высотный фактор жизненно важен для стратегического проектирования домов и садов. Только один высотный фактор даёт нам возможность выращивать целый ряд различных видов растений на гористом острове от океана до горных вершин.
Влияние больших высот
На самом деле горы не являются точными “эквивалентами широт”, так как воздух более разрежен, атмосферное вдавление ниже, а излучение, соответственно, выше. Высоко в горах, на отметках 4000 м и выше, человек может испытывать кислородную недостаточность (высотная болезнь), слепоту, вызванную отражением от снега и излучением, страдать от крутого перепада дневных и ночных температур. Местные жители не страдают от высотной болезни или кислородной недостаточности, но влияние, оказываемое на приезжих, может вызывать у них сильную усталость, бессонницу и затруднённое дыхание.
Рис. 5.24. Высокогорная местность.
Воздействие местных факторов может скрадывать или ослаблять климатические условия в горных районах.
| English | Русский |
| High radiation, especially ultraviolet, extreme daily heat changes, frequent fogs with rain/snow | Высокое излучение, особенно ультрафиолетовое, крайние ежедневные перепады температуры, частые туманы с дождями/снегом |
| Clouds and fogs are frequent | Частые облачность и туманы |
| Frost dams on plateaux in still air | Застой холода в неподвижном воздухе на плато |
| Precipitation increases with altitude | Уровень осадков увеличивается с высотой |
| Diffuse radiation | Рассеянное излучение |
| Day winds (may create cumulus cloud) | Дневные ветры (могут образовывать кучевые облака) |
| Night winds (wind avalanches) | Ночные ветры (лавинные ветры) |
| Rain without fogs | Дождь без тумана |
| Vertical scale exaggerated | Преувеличенный вертикальный масштаб |
| Clear day skies | Ясное дневное небо |
| Night fogs and frost in cold weather | Ночные туманы и мороз в холодную погоду |
| Valley frosts uphill of tree lines at nights | Ночные долинные заморозки вверх по склону от границы леса |
Рис. 5.25. Долинные ветры.
Подчиняются дневному циклу. Многие виды птиц используют эти ветра во время дневного миграционного перелёта (вниз по склону на рассвете - к перелескам на грядах вечером). Влияние температуры и ветра характеризуются местными условиями.
| English | Русский |
| Early morning | Раннее утро |
| Night | Ночь |
| Midmorning | Середина утра |
| Midday and later | Полдень и более позднее время |
| Late afternoon | Конец дня |
В Перуанских Андах дневные температуры остаются на уровне 16-19°С круглый год, при этом ночные температуры резко опускаются до -10°С. Значения температуры в тени ниже, чем на уровне моря, в силу менее эффективного переноса тепла и изолирующих свойств разрежённого воздуха. Вода закипает при более низких температурах по причине низкого атмосферного давления, а снег может сразу испаряться, минуя стадию таяния. Высокогорье сокращает число доступных продуктов питания.
Снежный покров может служить изолирующим одеялом, предотвращая раннее весеннее таяние и даже осеннее промерзание, если он укрывает непромёрзшую землю. Снежный покров также вызывает сильное отражение, в течение дня поднимая температуру воздуха над снегом. Ночное излучение от снега сильно охлаждает воздух приземного слоя, заставляя пробивающиеся сквозь снег растения страдать от резких суточных перепадов температуры воздуха.
Влияние эффекта склона ещё более выражено, чем подобное ему воздействие гор. Господин Даубенмайер (в издании 1974 г.) отмечает, что склоны под углом 5° в направлении к полюсам “снижают приземную температуру до уровня, на котором она находится на расстоянии 168 км ” по направлению к полюсам, поэтому даже очень пологий склон, спрятанный от солнца, создаёт значительно более прохладные условия на данном участке. Эффект холодных ущелий с почти постоянной затенённостью действительно впечатляющ, когда можно стоять в лучах жаркого солнца в Гималаях и смотреть в ледяную бездну ущелий, в которой выживают лишь самые выносливые формы жизни и где лёд может круглый год покрывать скалы и участки забрызгивания водопадами или речными порогами.
ДОЛИННЫЕ КЛИМАТЫ
До сих пор мы рассматривали эффекты охлаждения, присущие узким, затенённым и высокогорным ущельям, однако, совершенно обратное явление возникает в открытых солнцу широких долинах, защищённых от ветров. В этих условиях довольно быстро образуется тёплый воздух, грунты суше, и возможно возникновение сильных ветров (в дневное время – вверх по склонам и по долине, в ночное – вниз склонов и вниз по долине). Рис. 5.25 показывает действие этого эффекта в умеренных горных районах на высоте 3000-4000 м.
В больших долинах, особенно в прохладном влажном климате, поднимающиеся вверх ветры могут создавать цепи кучевых облаков в верховье долины в виде вереницы, сходящей на нет с середины утра до вечернего времени. В более влажных тропических климатах облако может постоянно удерживаться на вершинах гор, что, в свою очередь, формирует часть стоячего облака на высокогорных островах. Такие явления облачности и осадков усиливаются при наличии леса на границах долины и гребнях холмов, так как деревья активно испаряют влагу в жаркую погоду, увлажняя воздушные потоки.
Долины в тундре и пустыне поддерживают плотность насаждений деревьев, которых лишены расположенные вокруг них равнины и предельные равнины, но причины могут быть разными, так, например, в тундре долины часто защищены глубоким (нанесённым) снежным покровом. Снежный покров сохраняет тепло в почве или хотя бы поддерживает температуру, пограничную с необходимой для выживания в зимнее время (а также удерживает избыточный уровень талой влаги летом). Долины в пустыне остаются влажными в силу глубокого слоя наносных отложений, устилающему дно долины, а затенённые почвы теряют меньше влаги от испарения. Частичное затенение также помогает избегать смертельных для жизни почвенных температур. Ветры с песком и со снегом смягчаются или отсутствуют у ложа долины, позволяя проросткам, открытым сильным ветрам, выжить в укрытии долины.
Таким образом, долины или вади (высохшее русло реки) выбираются местом для земледелия в пустынях, где деревья дают урожай в отличие от безлесной тундры, хотя в тундре обычно редко встречаются человеческие поселения.
На открытой местности в долинах мы часто замечаем внезапно появившийся холод перед самым рассветом; это время, когда слой холодного воздуха является самым глубоким и поэтому в этот час холоднее всего. Воздух, стекавший с гор, всю ночь копился у подножья, и в этот предрассветный час люди (и животные) наиболее уязвимы и подвергаются интенсивному воздействию холода. Именно в это время ветры с ледников, дующие вниз по холодным долинам, достигают своей наибольшей скорости.
В отсутствие ветра или воздушных потоков может образоваться радиационный заморозок, как это происходит в укрытых лощинах или на лесных просеках. При необходимости снизить холодовую нагрузку в такой местности необходимо расчистить просеку с тем, чтобы выпустить накопившийся там холодный воздух (рис. 5.13).
Когда несколько лет назад я выращивал томаты и тыквы под разрежённым пологом деревьев в междурядьях, мне удавалось предотвращать заморозки, но я терял в урожае по причине недостаточного количества света и ветра, а также насекомых, столь важных для опыления растений. В таких случаях привлекающие пчёл растения располагаются вокруг открытых участков, а отражающие свет поверхности растений, направленные на тенистую сторону, помогут повысить количество поступающего света. Лесные древесные или наземные животные, питающиеся веточным кормом, также доставляют хлопот владельцу садово-огородного участка (например, поссум или дикобраз). Зеленолистные овощи, как правило, не представляют для них интереса, и поэтому могут беспрепятственно выращиваться на небольших опушках в лесу или в редколесье в холодных местностях.
5.8
ШИРОТНЫЙ ЭФФЕКТ
Несмотря на слабый свет и короткое время выращивания в высоких широтах (приполярье), очень длинные летние дни дают более чем достаточное количество света для бойкого роста растительности. Суммарная дневная величина для позднего лета составляет 400 лэнгли в июле в индийском Мадрасе на 13° СШ; 680 лэнгли в калифорнийском Фресно на 36° СШ; 450 лэнгли в Фэйрбэнкс на Аляске на 64° СШ. Средний уровень излучения в умеренных областях от одного до пяти раз выше, чем в тропиках (Чанг, 1968 г.).
На побережьях или в прибрежных районах этот эффект усиливается средними температурами, которые передаются конвекцией воздуха над тёплыми течениями в таких областях, как Аляска или северо-западные побережья Европы. Преимуществом таких областей является то, что обычно более низкие температуры, совместимые с фотосинтезом, придают фотосинтезу некую эффективность, что помогает успешно выращивать значительные урожаи зерновых культур, ягод, томатов, картофеля, овощей, приспособив их к условиям длинного дня и короткого сезона. Обычно глубокие приледниковые слои почвы обеспечивают основу для выращивания гигантской капусты, салата, шпината и корнеплодов, делая эту местность очень привлекательной для земледелия в летнее время. Такие условия преобладают на Аляске, в Гренландии, Ирландии, Шотландии и в некоторых районах Норвегии. Укрытие и дополнительные питательные вещества из морских водорослей, навоза дают большой рост луговым травам и способствуют богатым урожаям овощей в длинные летние дни. В Ирландии небольшие поля, огороженные камнями, дают изобильные урожаи вязолистной таволги (сочного сена?), корнеплодов и зелени для зимних запасов.
С другой стороны, изобилие света в низких широтах (тропиках) неполезно в силу крайне высоких температур, а избыточный свет может означать насыщение растений интенсивным светом. Интенсивный свет может вызвать снижение фотосинтеза, и вырабатываемой в растениях энергии может быть меньше, чем в частично затенённых растениях. Тень (на уровне 20% от прямого солнечного света) является величайшим преимуществом в тропических пустынях и солнечных экваториальных климатах. Испытания с использованием с тканевого навеса с пропускной способностью 50-70% света показали значительное увеличение валовой массы и урожая таких растений, как, например, сахарной свёклы, тем самым подтверждая важность использования тени от деревьев и тканевых навесов в пустынях и на открытой местности в тропиках.
Похожим образом температуры свыше 25°С резко снижают эффективность фотосинтеза, в силу этого факта выращивание растительного сырья в обычной пустыне или на экваторе при высоких температурах и большом количестве света крайне невыгодно. В арктических или высоких широтах 15°С считается наилучшей температурой для выращивания приспособленных видов и сортов культур, а диапазон 20-24°С – для многих полезных пищевых растений. Известно, что в тропиках невысоки урожаи тех растений, которые также могут выращиваться и в умеренных областях; тень как защита от света способна играть значительную роль в борьбе за более высокий урожай.
В ярком свете температура листвы зачастую превышает температуру воздуха, поэтому рассеянный свет, пасмурные дни и облачность в высоких широтах помогают росту, особенно после полудня, когда под прямым солнечным светом температура также поднимется выше оптимального уровня.
Продуктивность фотосинтеза ограничена способностью листа получать двуокись углерода или низким содержанием двуокиси углерода. При высокой интенсивности света необходимо поставлять углекислоту (до показателя насыщенности 0,13% для двух-трёхкратного увеличения скорости фотосинтеза). Обеспечить поступление углекислого газа можно с помощью компоста или содержанием домашних животных в теплицах, где света более чем достаточно.
Из этого следует, что лето в высоких широтах является лучшим временем для производства биосырья, тогда, как в экваториальных районах биомасса выращивается в основном за счёт круглогодичного роста (неэффективного) и многолетних культур. Наилучших постоянных низких температур при небольшом количестве света можно иногда достичь и на нижнем ярусе высокополнотных лесов тропических гор, но площадь таких мест слишком мала, и концентрация углекислого газа также невысока. Например, урожай риса в 4-5 раз больше в областях умеренного климата, чем в тропиках, хотя три урожая в год, снимаемых в тропиках, помогают повысить местную урожайность.
Необходимо сделать осуществимым использование деревьев с проницаемой кроной для повышения урожайности в тропиках, располагая эти деревья в междурядьях культур с целью понизить количество поступающего света и температуру, например, используя бобовое растение рода Prosopis в посадках проса в Индии или частично затеняющее растение колоказия на Гавайских островах. В умеренных областях улучшается рост травы под ветрозащитой, однако это также может создать более тёплые условия и вызвать недостаток механического повреждения ветром, которое обеспечивает такое растение, как, например, ракитник порослевый. Испытания передающих свет или пальм с разреженной кроной, а также стручковых деревьев в этой роли покажут быстрые результаты, и произведено немало положительных наблюдений, позволяющих предположить, что (при достаточном обеспечении водой) тропические урожаи под стручковыми деревьями гораздо выше, чем в самостоятельных посадках культур.
Частью проблемы (как для производства биомассы, так и для питания растений) является то, что постоянно выращиваемые в тропиках культуры из умеренных областей не адаптированы к тропикам. Настоящие тропические растения не только выдерживают большое количество света до собственного насыщения, но и способны производить реакцию фотосинтеза даже при очень низком уровне углекислого газа (0,1%).
Подводя итоги, хочется сказать, что мы не должны считать проблему климатических условий на участке непреодолимой в большей степени, чем решение проблемы безлесности или почвенной эрозии. Разумное размещение элементов проекта способно внести мириаду изменений в работу местного климата на любом участке. В техническом плане мы можем преобразовывать потоки поступающей энергии в полезную энергию от таких источников, как ветер и солнце, обеспечивая нужды своего участка. Структурируя участок посредством деревьев, прудов, земляных систем, живых изгородей, мы способны активно изменять климатические условия в лучшую сторону и устранять некоторые местные ограничивающие факторы.
5.9
ССЫЛКИ
Чанг Джен Ху, Климат и сельское хозяйство, Aldine pub. Co., Чикаго, 1968 г.
Чорли Р. Дж., (изд.), Вода, Земля и Человек, Methuen pub. & Co., Лондон, 1969 г.
Кокс, Джордж В. и Майкл Д. Аткинсон, Сельскохозяйственная экология, W.H. Freeman & Co., Сан-Франциско, 1979 г.
Даубенмайер, Рексфорд Ф., Растения и окружающая среда, Wiley International, 1974 г.
Эйр С.Р., Мировые мозаики растительности, Macmillan, Лондон, 1971 г.
Гаскел Т.Ф., Физика Земли, World of Science Library, Thames & Hudson, Лондон, 1970 г.
Гейгер Рудольф, Климат приземного слоя, Harvard University press, 1965 г.
Хольфорд Ингрид, Переводя язык погоды, David & Charles, аббатство Ньютон, Великобритания.
Джеймс П.И., Очерк о географии, Ginn & Co., Бостон, 1941 г.
Тревартха С.Т., Знакомство с климатом, McGrawHill, Нью-Йорк, 1954 г.
Твидейл С.Р., Структурные формы суши, Australian National University press, Канберра, Австралия.
Сотрудники хорториума Л.Х. Бейли, унивеститет Корнелла, Хортус III, Краткий словарь растений, культивируемых в Соединённых Штатах Америки и Канаде, Macmillan Publishing Co., 1976 г.
5.10
ПАМЯТКА ДИЗАЙНЕРА
Узнавайте данные об осадках, температуре, скорости и направлении ветра в вашей области (часто эти данные можно получить в местном метеорологическом бюро).
Уточните общую зону «морозостойкости» для растений и животных. Это основано на температурах, при этом мороз является ограничивающим фактором. Проведите исследование местных растений, отмечая особые обстоятельства, при которых произрастают случайные для этих мест виды растений; каковы условия или микроклимат, позволяющие им расти.
Выясните периодичность и границы возникновения наводнений, интенсивность дождей, крайние температуры и сезонный характер распределения осадков. При проектировании учитывайте все крайние значения (например, осадки летом).
Принимайте во внимание общую величину осадков (снег, град, дождь, туман, конденсация и роса) с тем, чтобы ваш проект предусматривал возможность устроить влагозадерживающие ловушки и водохранилища, либо возможность избавляться от излишнего количества воды (во влажных климатах).
Учитывайте доступность света, особенно на туманных побережьях; свет становится ограничивающим фактором для цветущих растений.
Континентальные климаты означают резкие перепады температур тогда, как морские климаты смягчают зной и жестокий мороз.
Высотные эффекты: примерно каждые 100 м набора высоты соответствуют 1° широты, таким образом на участке, состоящем из равнины и холмов, можно выращивать целый ряд разнообразных растений.
В субтропиках растения даже из умеренных областей могут выращиваться на холмах или на высокогорьях.
Обратите внимание на то, где образуется холод (в пустотах, на равнинных участках, в обширных просеках и открытых местах) и где он отсутствует (“тепловой пояс” на холмах, под навесом деревьев).
Отмечайте сникание деревьев на участке; это указывает на направление постоянных ветров (хотя ветры, иногда суровые, могут дуть и с других направлений). Вы можете вбить в разных местах высокие колья с кусками цветной ткани или пластиковыми вымпелами и наблюдать за направлениями посезонно (рис. 6.2).
Для получения точных температурных данных необходимо разместить термометры в нескольких местах для определения крайней высокой и низкой температур в течение суток, что поможет определить границы микроклиматических зон, таких, как тепловые пояса (если это солнечная сторона склона), области сбора холода, впадины, удерживающие заморозки.
По возможности располагайте дом и сад на участке в тепловом поясе. В Местности с наименьшими заморозками высадите деревья с редкими кронами посреди сада для защиты от заморозков (их кроны замедляют быстрое остывание земли до минимума). Или высадите их на открытом месте с отвесными стенами или в канаве.
Проектируйте дома, наилучшим образом используя свет и излучаемое тепло, особенно в умеренных климатических зонах. Необходимо правильно применять эффект термосифона под домом, располагая источники нагрева ниже мест хранения и использования.
Пользуйтесь правилом отражения, когда белый цвет отражает, тёмный – поглощает тепло. Высаживайте тепло- и светолюбивые кустарники и деревья напротив стен, выкрашенных белым.
Перед устройством ветрозащиты примите во внимание следующее:
- использование многоцелевых деревьев, например, дающие мульчу (казуриана), пчелиный нектар (кизил), сладкие стручки на корма животным (рожковое дерево, гледичия сладкая), съедобную листву (леуцена, ракитник порослевый), ягоды для домашней птицы (Coprosma repens из рода мареновых, лох узколистный).
- ветрозащитная посадка: сами ветрозащитные деревья могут потребовать изначальное укрытие и заботу (например, подкормку, полив, прополку или мульчу).
- если ветры слишком суровы, исследуйте участок в поисках ветростойких растений и высадите их, не взирая на прежнюю многоцелевую устремлённость. Под их защитой высаживайте более полезные растения. Защита включает в себя изгородь, земляные насыпи, стенки из покрышек и т.д.
- выбирайте устройство ветрозащиты, наиболее подходящее вашему проекту. В тропических и субтропических областях будут полезны деревья с разреженными кронами в междурядьях культуры, так как предоставят тень и мульчу для овощных культур.