Влияние климата на человека и его хозяйственную деятельность
Влияние климата на сельское хозяйство. Климатические ресурсы оцениваются совокупностью элементов теплового, светового, ветрового режимов, режима увлажнения. Для произрастания растений необходим углекислый газ и кислорода, а также фотосинтетически активная радиация (ФАР). ФАР – это часть солнечной радиации, непосредственно участвующей в фотосинтезе. Созданное за счет поглощения ФАР в процессе фотосинтеза органическое вещество составляет 90-95% сухой массы урожая, а остальные 5-10 % формируются благодаря наличию в почве элементов минерального питания растений. Развитие растений происходит при определенных температурах. Количество тепла, необходимое растениям для полного завершения вегетационного цикла, называют биологической суммой температур. Для учета термических ресурсов территории используется сумма активных температур (это сумма температур более 5 оС, 10 оС).
Для жизнедеятельности растений необходима влага. Для образования 1 единицы сухого вещества расходуется от 200 до 1000 массовых единиц воды. Для характеристики водообеспеченности растений широко употребляется гидротермический коэффициент (ГТК) – отношение суммы атмосферных осадков за определенный период времени к сумме активных температур за это время (ГТК менее 0,3 – очень сухо; 0,3-0,5 – сухо, 0,5 –0,7 – засушливо, 0,7-1 – недостаточное увлажнение, 1-1,5 – достаточное увлажнение; более 1,5 – избыточное увлажнение).
Всю территорию земного шара разделяют на регионы, различающиеся условиями роста (развития), перезимовки культурных растений. В основу этого разделения положена степень теплообеспеченности. По этому признаку выделяют термические пояса и подпояса: границы между ними проводят условно - по изолиниям определенных значений сумм активных температур более 10оС. Выделяются следующие термические пояса и подпояса:
1. Холодный пояс. Сумма активных температур не превышает 1000о С. Холодный пояс расположен на севере Евразии, в Канаде и на Аляске. Вегетационный период длится менее 2 месяцев. Из-за частых отрицательных температур в вегетационный период земледелие в открытом грунте невозможно.
2. Прохладный пояс. Теплообеспеченность возрастает от 1000о С на севере до 2000оС на юге. Прохладный пояс расположен довольно широкой полосой южнее холодного пояса в Евразии и Северной Америке и узкой полосой на юге Анд в Южной Америке. Незначительные термические ресурсы ограничивают набор культур: это главным образом скороспелые, нетребовательные к теплу растения, способные переносить кратковременные заморозки, светолюбивые. Это овощные культуры (некоторые корнеплоды), ранний картофель, особые полярные виды пшениц. Земледелие носит очаговый характер из-за недостатка тепла и опасности поздних весенних и ранних осенних заморозков. Земледелие концентрируется в наиболее теплых местообитаниях. Пашня в прохладном поясе занимает 5-8% общей площади земель.
3. Умеренный пояс. Теплообеспеченность не менее 2000оС на севере пояса и до 4000оС на юге. Занимает всю зарубежную Европу (без южных полуостровов), большую часть Русской равнины, Казахстан, Южную Сибирь и Дальний Восток, Монголию, Тибет, Северо-восточный Китай, южные районы Канады и северные районы США. На южных материках умеренный пояс представлен локально: Патагония в Аргентине, Чилийское побережье Тихого океана в Южной Америке, острова Тасмания и Новая Зеландия. В умеренном поясе выделяют один теплый сезон, к которому приурочена вегетация растений, и один период зимнего покоя. Продолжительность вегетации 60 дней на севере и 200 дней на юге. Средняя температура самого теплого месяца не ниже +15оС. Умеренный пояс – это пояс массового земледелия. Выращивают однолетние и многолетние культуры – рожь, пшеницу, ячмень, овес, лен, овощные и корнеплоды. Северные и южные районы умеренного пояса различаются по общим запасам тепла и продолжительности вегетационного периода. Поэтому выделяют два подпояса:
А) Типично умеренный с термическими ресурсами от 2000оС до 3000оС. Здесь произрастают растения длинного дня, скороспелые, мало требовательные к теплу (рожь, ячмень, овес, пшеница, овощные, картофель и т.д.). В этом подпоясе высока доля озимых культур в посевах.
Б) Теплоумеренный с термическим ресурсом от 3000оС до 4000оС. Длительный вегетационный период благоприятен для выращивания позднеспелых сортов зерновых и овощных культур. Здесь выращивают кукурузу, рис, подсолнечник, виноградную лозу, многие плодовые и фруктовые растения.
4. Теплый (или субтропический) пояс. Характеризуется изменением суммы активных температур от 4000оС до 8000оС. Этот пояс занимает Евроазиатское Средиземноморье, Южный Китай, преобладающую часть территории США и Мексики, Аргентину и Чили, юг Африки и Австралии. Термические ресурсы значительны, однако зимой средние температуры не поднимаются выше +10оС, что означает приостановку вегетации для многих перезимовывающих культур. Снежный покров не устойчив, на юге может вообще не выпадать. Различие в режиме зимнего сезона позволяет подразделить территорию теплого пояса на два подпояса: 1. умеренно теплый с суммами активных температур от 4000оС до 6000оС и прохладной зимой; 2. типично теплый с теплообеспеченностью порядка 6000 – 8000оС , с преимущественно вегетационными зимами (температура января выше +10оС). Выращивают виноград, грецкий орех, шелковицу, чайный куст и др.
5. Жаркий пояс. Запасы тепла практически неограниченны: они всюду превышают 8000оС (иногда более 10000оС). Этот пояс занимает преобладающую часть Африки, большую часть Южной Америки, Центральную Америку, всю Южную Азию и Аравийский полуостров, Малайский архипелаг и северную половину Австралии. Вегетация длится круглый год, средняя температура самого холодного месяца не опускается ниже +15оС. Культурные растения представлены видами тропического и экваториального происхождения (кофейное и шоколадное деревья, финиковая пальма, бананы, батат, хинное дерево). Растения умеренного пояса произрастают в высокогорных районах.
На втором уровне агроклиматического районирования мира термические пояса и подпояса подразделяются на основании различий в годовых режимах увлажнения.
Влияние климата на энергетику. Влияние климатических факторов на энергетику осуществляется через изменение условий производства энергии, эксплуатации и содержания энергетических систем, колебания спроса на энергию со стороны потребителей. Наиболее чувствительной к климатическим факторам является гидроэнергетика. В результате засухи значительно уменьшилась выработка энергии на ГЭС.
С климатом и его колебаниями связаны гелио- и ветроэнергетические ресурсы. Знания о климате необходимы для осуществления промышленных разработок невозобновляемых и возобновляемых ресурсов.
Характер освещенности, термический и ветровой режимы влияют на потребление энергии и ее перераспределение в различных климатических условиях. Указанные элементы определяют тепловой режим помещений. Изменение среднесуточной температуры на 1оС для условий Алма-Аты приводит к изменению потребления энергии на 400 гДж в сутки.
Развитые страны используют около 17% общей энергии на производство продовольствия, в развивающихся – 30-60%. Для получения урожаев сельскохозяйственных культур с ирригационных площадей использование энергии возрастет на 40%. В случае потепления климата для сохранения сборов зерна на современном уровне должно увеличиться количество используемой энергии. Это приведет к увеличению сжигания топлива, к возрастанию концентрации СО2, потеплению климата.
Влияние климата на лесное хозяйство. Потепление климата на 0,5-0,6 оС вызывает повышение линии лесов примерно на 100м. 12 млн лет назад климат был теплее на 2-3оС, при этом северная граница леса была подвинута на северную границу континента, пустыни были меньше по площади и получали больше осадков.
Потепление климата замедляет рост северных лесов. Повышение концентрации СО2 в 2 раза приведет к уничтожению 40% северных лесов. Главную опасность представляет скорость изменения средней температуры. Жизненный цикл деревьев оказывается значительно больше, чем период, за который климат изменится к более неблагоприятному для северных лесов. В результате парникового эффекта обширные зоны Земли станут непригодными для растительности. Кроме того, повышение температуры может привести к интенсивному размножению вредителей леса, следовательно, к его гибели.
Влияние климата на водное и рыбное хозяйство. Климат влияет:
1. на гидрологический режим (величину стока и расхода), уровень подземных вод, влажность почвы, количество льда в ледниках;
2. использование, локальное и глобальное перераспределение водных ресурсов;
3. работу водохозяйственных систем;
4. поиск новых водных ресурсов и обоснование строительства гидротехнических сооружений.
Доступная для хозяйственного использования вода распределена неравномерно. Не хватает воды в полупустынях и пустынях Северной Африки, Ближнего Востока. Для повышения урожайности сельскохозяйственных культур необходимо орошение. Например, производство 1 т зерна или риса на поливных землях требует 1-3 тыс.т. воды. Поэтому на орошение потребуется примерно 15% от общего годового стока. Изменение климата вызывает изменение стока.
Мировая добыча рыбы и морских продуктов уменьшилась в связи с неблагоприятными климатическими условиями. Особенно резко это влияние прослеживается на уловах рыбы в небольших водоемах. Увеличение содержания углекислого газа в атмосфере и связанное с ним соответствующее изменение температуры сказывается на развитие рыболовства. Прямой эффект возрастания концентрации СО2 связан с ростом температуры воды, изменением скорости ветра и температуры воздуха, осадков и стока рек. Косвенные эффекты связаны с изменением ледовитости, солености воды, турбулентности, скорости морских течений.
Растворение избытка углекислого газа в океане будет оказывать косвенный эффект на его физические и химические свойства. Эти изменения воздействуют на рыбу. Потепление в высоких широтах будет выгодно для рыболовства, т.к. расширяется среда обитания и увеличивается кормовая база.
Однако изменение концентрации углекислого газа в меньшей степени влияет на продуктивность моря по сравнению с Эль-Ниньо. Явление Эль-Ниньо в 1982-83 гг. у берегов Южной Америки резко сократило численность анчоуса.
Влияние климата на человека. Климат оказывает влияние и на самого человека. С учетом комфортности климата для организма человека выделяют комфортную, субкомфортную (относительно прохладную) и дискомфортную (неблагоприятную) погоду. Дискомфортная погода характеризуется очень высокой и очень низкой температурой, скоростью ветра более 9м/с, продолжительностью тумана днем более 3 ч, продолжительностью дождя днем более 3 ч, интенсивной грозовой деятельностью, снегопадом, метелями и т.д. Для человеческого организма неблагоприятны резкие изменения температуры воздуха (более 4оС) и атмосферного давления (более 8гПа) от суток к суткам. Для человека большое значение имеет количество ультрафиолетовой радиации. Ультрафиолетовая радиация обладает большой биологической активностью, сильным бактерицидным воздействием на человеческий организм, противорахитным действием, приводит к улучшению состава крови и общему повышению тонуса. Умеренные дозы ультрафиолетовой радиации благоприятно влияют на человека, а чрезмерно малые или большие дозы могут привести к заболеваниям.
Комфортными для человека условиями являются: температура - 18-26оС, относительная влажность 30-60%, скорость ветра 0,1-0,2 м/с. При указанных параметрах у человека наблюдается наименьшее напряжение терморегуляторного и зрительного аппаратов. Это определяет наилучшие условия для отдыха и трудовой деятельности (не сопровождается большой физической нагрузкой).
Климатические условия влияют и на двигательный режим населения (в ненастную погоду сокращается время пребывания людей на открытом воздухе), изменение скорости движения пешеходов. Метеорологические факторы влияют и на потребность человека в пище, на его психологическое состояние, самочувствие.
Одним из важнейших факторов, влияющих на здоровье людей, является температура помещений. Низкие температуры оказывают неблагоприятное воздействие на здоровье людей. В зимний период в ряде стран отмечается большее количество госпитализации и смертности, чем летом. При температуре помещений ниже 12оС риск кардиологических заболеваний увеличивается. Количество сердечных недомоганий возрастает после 1-2 дней холодной погоды, сердечных приступов после 3-4 дней, заболеваний пневмонией и бронхитом – после 7 дней прохладной погоды. Кроме этих заболеваний, зимой наблюдается пик заболеваний различными вирусными инфекциями. Число фатальных исходов в домашних условиях также возрастает зимой, увеличиваясь, например, в Великобритании на 35% в период с декабря по апрель по сравнению с остальными месяцами и достигая пика в январе.
Когда температура в помещении ниже 16оС, сопротивляемость организма респираторной инфекции уменьшается. Сопротивляемость организма уменьшается, если воздух влажный и отсутствует соответствующая вентиляция. Имеются данные, свидетельствующие об увеличении кровяного давления при понижении температуры. Так, давление значительно повышается у пожилых людей, когда температура внутри помещения ниже 15оС. От температуры зависит влажность воздуха. Высокая относительная влажность воздуха уменьшает восприимчивость к респираторным заболеваниям. Но одновременно она способствует росту плесени и аллергических реакций.
Как низкая, так и высокая температура неблагоприятно воздействуют на состояние здоровья населения. Высокая температура, особенно при повышенной влажности, вызывает нарушение терморегуляции, сердечно-сосудистой деятельности. Нарушение терморегуляции может проявиться перегреванием. Перегревание протекает либо в виде тепловой лихорадки (тепловой удар, солнечный удар), либо в виде теплового изнурения. При тепловом изнурении происходит нарушение водно-солевого баланса в связи с сильным потоотделением при недостаточном пополнении потерь соли и воды. Например, в пустынях Средней Азии часто наблюдается у людей, работающих на открытой местности, хроническое летнее перегревание. При хроническом перегревании у человека наблюдается небольшое повышение температуры тела (37,2…37,5оС) на фоне более резкого подъема кожной температуры (35,5…34оС и более). Сближение температуры тела и кожи свидетельствует об ухудшении теплоотдачи. У людей снижается артериальное давление. Значительные влагопотери приводят к уменьшению массы тела за рабочий день на 1-1,5% по сравнению с массой в начале рабочего дня. Хроническое перегревание сопровождается сонливостью, вялостью, апатией, что снижает работоспособность людей.
В тропиках и субтропиках колебание температуры и влажности способствует возникновению простудных заболеваний (катаров верхних дыхательных путей, ринитов, бронхитов), миозитов.
Повышение солнечной радиации является причиной большой частоты рака кожи. В южных странах за счет значительной интенсивности ультрафиолетовой радиации, рак кожи занимает третье место в структуре онкологических заболеваний. Определенную роль в развитии рака кожи в аридной зоне играет гиповитаминоз А, С и В1, обусловленный усиленным потоотделением.
В пустынных районах возрастает риск заболевания населения инфекционными и паразитарными болезнями из-за увеличения контакта людей с дикими животными.