Перемещение холодного воздуха

Крутизна склона определяет количество впитываемых почвой дождевых вод и стабильность грунта, тем не менее в отношении микроклимата более важным оказывается ее влияние на перемещение масс холодного воздуха. Холодный воздух тяжелее, чем теплый, и поэтому он стремится спускаться вниз с выпуклых возвышенностей в вогнутые лощины. Там он накапливается, вследствие чего увеличивается вероятность заморозков. Вершины гор и холмов тоже подвержены заморозкам, так как холодный, воздух собирается там на плоских участках. Наиболее теплые места обычно находятся посередине, в среднем выше 20-ти метровой отметки от подножия склона. Благодаря тому что микроклимат в таких местах более теплый, чем в долинах и на вершине, их часто называют термическими поясами (рис. 2.3). В прежнее время их часто использовали для размещения домов, деревень и виноградников во Франции и Германии.

Рисунок 2.3"Теплый пояс", расположенный в долине между слоями холодного воздуха, является оптимальным местом для размещения садов, огородов и жилых построек.

Тем не менее такой упрощенный метод определения холодных мест пригоден только в том случае, если мы имеем дело с простым ландшафтом. Реальные условия, когда присутствует сложный растительный покров и сложные топографические элементы, требуют более внимательного наблюдения и планирования. Холодный воздух течет скорее как мед, чем как вода, и поэтому перемещается медленно над неподвижными объектами и задерживается препятствиями (постройки, деревья, возвышенности). К примеру, холодный воздух, который движется вниз, в лощину, может быть остановлен стоящим на его пути лесом. В этом случае воздух поднимется вверх над лесом, вместо того чтобы идти дальше вниз. Для того чтобы холодный воздух мог продолжить свое перемещение по склону, в лесу должны быть оставлены незасаженные участки (рис. 2.4), если, конечно, этот лес не защищает находящиеся непосредственно за ним строения или посадки.

Рисунок 2.4Перемещение холодного воздуха вниз по склону. Специальные растительные посадки помогают отклонять потоки холодного воздуха и препятствуют возможности возникновения заморозков

Очень часто, различные сужения ландшафта на склоне или возле лощин могут служить причиной возникновения заморозков в любое время года (в холодном и умеренном климате). Дома, расположенные выше таких мест, будут постоянно холодными, хотя возможно, что в 20 метрах оттуда есть место, идеально подходящее для размещения жилища. Даже в субтропиках те лощины, которые расположены ниже обширных и пустых плато, могут пострадать от заморозков, что обычно наблюдается после безоблачной ночи.

Ветер

Любой участок подвергается воздействию ветров, характер которых является общим для всего региона, при этом иногда существует возможность катастрофического воздействия, например, ураганов. Тем не менее при планировании обязательно надо учитывать господствующие направления ветров в конкретной местности. Топография здесь играет значительную роль - в холмистой или горной местности ветер может приходить с противоположной стороны, благодаря специфической форме долины.

Причиной возникновения ветров, перемещающихся по склонам, является быстрое нагревание и остывание земли в безоблачные дни и ночи. Более прохладный воздух, будучи тяжелее, перемещается вниз. В больших долинах местные ветра следуют суточному циклу (вверх по склону днем и вниз ночью).

Скорость ветра увеличивается с наветренной стороны возвышенностей и уменьшается с подветренной (о какой-либо более или менее существенной защите подветренной стороны можно говорить, если скорость ветра составляет по крайней мере 5 метров в секунду при крутизне склона 5 градусов или больше). Скорость ветра увеличивается, когда он движется вверх по склону, и уменьшается, когда ветер движется вниз (рис. 2.5а и 2.5б). Скорость ветра также увеличивается при прохождении потока воздуха через сужения ландшафта (растительность или топографические особенности), это явление называют "эффектом Вентури" (рис. 2.5в).

Рисунок 2.5Динамика перемещения масс воздуха при движении вверх и вниз по склону (рис. А, В). Различные сужения ландшафта, в том числе продиктованные наличием растительности, вызывают увеличение скорости ветра (рис. С)

Возле озер и моря ветра играют важную роль в формировании микроклимата. Вследствие существенной разницы в температурах между большими массами воды и земной поверхностью, направление движения масс воздуха имеет циклический характер. В дневное время теплый воздух поднимается над сушей, позволяя холодному воздуху приходить со стороны моря. Ночью, когда почва остывает, этот процесс протекает в противоположном направлении (рис. 2.6). В тропиках и субтропиках такие ветра наблюдаются в течение всего года, тогда как в регионах с умеренным климатом они имеют сезонный характер и обычно дуют летом. Дома, в особенности в тропиках, можно строить таким образом, чтобы использовать эти ветра для естественной вентиляции. И наоборот, там, где присутствует холодный климат, надо устраивать ветроломы, для того чтобы отклонять холодные ветра от дома и огорода.

Рисунок 2.6Наличие значительных водяных масс оказывает воздействие на прибрежный климат

Определить, с какой стороны обычно приходит ветер, можно, осмотрев деревья и кусты на участке. Если они согнуты в каком-либо определенном направлении, то это указывает на наличие превалирующего направления ветра. На берегу моря практически все деревья растут под наклоном к земле вследствие сильных ветров и соли, которые приходят со стороны моря. Если на участке еще нет растительности, то в землю в разных местах можно воткнуть шесты (1,5 - 1,8 метра высотой) и привязать к ним куски материи или пластиковые ленты. Наблюдая за этими нехитрыми приспособлениями, можно определить, в каком направлении и как часто обычно дует ветер в этой местности. Такой метод, конечно, означает, что наблюдение надо вести круглогодично, поэтому все же намного лучше изучать местную растительность.

Информация, касающаяся того, как контролировать ветер, используя деревья, дана в следующей части.

Высота также является важным фактором, влияющим на микроклимат. Температура понижается с увеличением высоты над уровнем моря: каждые 100 метров эквивалентны 1 градусу широты; так, в экваториальном поясе, климат на высоте 1000 метров над уровнем моря эквивалентен климату, который находится в 10 градусах широты в сторону от экватора. Это означает, что в субтропическом или тропическом горном регионе можно выращивать самые разнообразные культуры. Типичная последовательность культивируемых растений в тропиках от побережья до гор обычно следующая: кокосовый орех, затем сахарный тростник, бананы, чай и ананасы (рис. 2.7). Каждая следующая культура находится в более прохладных условиях, нежели предыдущая.

Рисунок 2.7Влияние высоты над уровнем моря на характер растительности. Размещение посадок на большей высоте позволяет выращивать в тропическом климате виды характерные для умеренных поясов

ВОДЯНЫЕ МАССЫ

Большие массы воды, такие, как море или значительные по размеру озера, нагреваются и остывают медленно, что существенным образом влияет на температуру воздуха в прилегающей местности. В умеренном климате заморозки редко бывают проблемой, если речь идет о морском побережье, тогда как в 20 километрах от моря заморозков можно ожидать в любое время на протяжении всей зимы.

Вода также влияет на температуру воздуха за счет испарения. Когда этот процесс происходит, из окружающего воздуха изымается энергия и падение температуры происходит параллельно с увеличением влажности. Даже маленькие озера и пруды могут оказывать ощутимое влияние на микроклимат, особенно в засушливых регионах. В странах Средиземноморья, к примеру, во дворах домов всегда традиционно сооружаются фонтаны, освежающие воздух в жаркое время.

При планировке участка надо также принять во внимание тот факт, что вода отражает солнечную световую энергию. Несмотря на то что рассеянный свет, отражаемый водой, не распространяется на большое расстояние, в случае прямого отражения в зимнее время (когда солнце стоит низко над горизонтом) свет может проделывать довольно большой путь. В долине Мэйн (Германия) отраженный от воды солнечный свет используется для того, чтобы ускорить созревание винограда, растущего на прилегающем к реке склоне. Следовательно, обращенные к солнцу берега рек или возвышенности, находящиеся за водоемами, можно рассматривать как места наиболее благоприятные для размещения нежных видов, требующих большего количества тепла и света. Дома, расположенные на таких берегах или на земляных насыпях возле водоемов, получают дополнительное количество солнечной энергии (рис. 2.8).

Рисунок 2.8 Водоем исполняющий роль отражателя зимнего солнца, позволяет существенным образом увеличить количество солнечной энергии, которую получает в вечернее и утреннее время береговая растительность и расположенные вблизи от воды теплицы (на освещаемых солнцем берегах созревание наступает значительно раньше).

СООРУЖЕНИЯ

Сооружения типа шпалер, насыпей, теплиц, оград и стен могут оказывать второстепенное воздействие на микроклимат, за счет изменения скорости ветра и температуры воздуха.

Теплица является наиболее эффективным сооружением для создания специального микроклимата в прохладных регионах, что позволяет выращивать практически любые растения. Теплицы, пристроенные к дому, осуществляют его обогрев зимой (существенная экономия горючего в дневное время).

Земляные насыпи могут влиять на микроклимат несколькими способами (рис. 2.9). Они могут выполнять следующие функции:

♦ Защита от солнца с западной стороны в вечернее время (затенение дома и огорода).

♦ Защита от ветра или придание ему нужного направления.

♦ Теплоизоляция (земля сохраняет тепло и остывает постепенно).

♦ Создание эффекта уединенности и загораживание нежелательного вида.

♦ Уменьшение шума от дорожного движения (иногда до 80%).

♦ Увеличение жизненного пространства для растений в вертикальном направлении.

Обращенные к солнцу стены также являются важным элементом при формировании специального микроклимата. Также как и обращенная к солнцу опушка леса, стена обеспечивает защиту от ветра и может быть использована для отражения зимнего солнца. Стены, выложенные из темного камня, поглощают тепло и отдают его в ночное время, уменьшая возможный ущерб, который могут причинить заморозки. Растения, помещенные перед такими стенами, дадут максимальный прирост. Стены, выкрашенные в белый цвет, отражают свет (и таким образом уменьшают поглощение тепла). Растения, помещенные перед такими стенами, будут созревать намного быстрее. В Германии эксперименты с томатами и персиками, помещенными перед черными и белыми стенами, показали, что более быстрый рост наблюдается в случае с черными стенами, тогда как продуктивность, благодаря более быстрому созреванию, увеличивается, если растения находятся перед белой стеной.

Шпалеры*, благодаря своей простой конструкции и тому, что для их устройства не требуется много времени, очень эффективны для обеспечения защиты от ветра в кратчайшие сроки, для разделения пространства на огороде и вокруг дома, для создания микроклимата (затенение и обогрев), а также в качестве временного укрытия для молодых деревьев, чтобы защитить их от солнца.

Небольшие ширмы вокруг отдельных деревьев и растений создают микроклимат, при котором на защищенном участке больше влаги, меньше ветра и периодически больше тепла. В мире для защиты деревьев от ветра используются самые разнообразные приспособления. Это могут быть старые шины, тюки соломы, использованные мешки из-под удобрений, 200-литровые металлические бочки и так далее (рис. 2.10). На огороде, для того чтобы защитить растения ранней весной, можно использовать маленькие переносные теплицы и перевернутые пластиковые бутылки.

Рисунок 2.9Земляные насыпи и углубления оказывают влияние на микроклимат.

Рисунок 2.10Защита отдельных саженцев деревьев в неблагоприятных климатических условиях

ПОЧВА

Почва не оказывает значительного влияния на микроклимат за счет того, что она проводит небольшое количество тепла и отражает небольшое количество света, а также благодаря различному содержанию воды и воздуха.

Так как мульча проводит очень незначительное количество тепла в землю, то весной ее лучше удалять с тех мест, где есть растения, для того чтобы почва могла прогреться.

Мульча легко абсорбирует влагу, а затем медленно отдает ее почве, что является благоприятным фактором во время жарких или ветреных периодов.

РАСТИТЕЛЬНОСТЬ

Растительность оказывает существенное влияние на микроклимат. Именно размещение и использование растений (лес, роща, ветролом, кусты и вьющиеся растения) является тем фактором, который главным образом формирует микроклимат на участке.

Растительность может влиять на температуру на конкретном участке за счет следующих факторов:

♦ испарение влаги;

♦ конвективная теплопередача;

♦ тень;

♦ защита от ветра;

♦ теплоизоляция;

Испарение влаги

Растения в своих листьях преобразуют воду в испарения, которые затем отдают окружающему воздуху. Этот процесс требует определенного количества энергии, что вызывает охлаждение воздуха вокруг растения (точно так же, как при выделении пота у животных). Одновременно с падением температуры увеличивается влажность. Для того чтобы этот процесс протекал должным образом, необходимо наличие достаточного количества влаги. Многие народы, которые живут в засушливых регионах, выработали собственные способы, для того чтобы сделать воздух на небольшой площади возле дома более прохладным. Островитяне на Канарах используют большие глиняные кувшины, наполненные водой и покрытые дерюгой, которые устанавливаются в густо засаженных растительностью дворах для того, чтобы понизить температуру в прилегающем пространстве (рис. 2.11).

Рисунок 2.11Испарение влаги растениями способствует понижению температуры окружающего воздуха в жарком климате

Конвективная теплопередача

В течение дня растения поглощают солнечную энергию. В лесу большое количество такой энергии поглощается лиственным покровом, при этом окружающий воздух нагревается и поднимается вверх. Холодный воздух затягивается в лес, который остается прохладным в течение всего дня. Ночью этот процесс протекает в обратном направлении, когда воздух более теплый, чем температура внешнего пространства, вытекает из леса. Лес изолирован густым шатром из листьев, и поэтому поток воздуха перемещается по краям. Если пойти ночью в лес, то можно заметить разницу в температуре по сравнению с окружающим воздухом (рис. 2.12).

Рисунок 2.12Днем в лесу значительно прохладнее, чем за его пределами, а ночью наоборот — теплее.

Тень

Блокируемый солнечный свет оказывает существенное влияние на микроклимат. Участок голой почвы может потерять до 20% своей первоначальной температуры, после того как окажется в тени. Листья имеют в 3 - 6 раз (в зависимости от густоты листвы) большую площадь, поглощающую энергию, нежели полотняный тент. Деревья с густой листвой задерживают до 75 - 90% солнечной энергии, тогда как редкая листва позволяет проникать сквозь себя большей части света. Деревья с пушистой листвой и те, у которых она окрашена в темный цвет, поглощают свет, а следовательно, и тепло. Блестящая, светлоокрашенная листва, наоборот, отражает солнечный свет.

Те, кто занимается дизайном, могут использовать вышеприведенную информацию для того, чтобы размещать соответствующие растения в нужном месте. К примеру, в тех регионах, где послеполуденное солнце является проблемой, густое растительное ограждение, посаженное с западной стороны от дома, не только обеспечивает тень, но также защищает от западного ветра в зимнее время. В противоположность этому, деревья с редким лиственным покровом, посаженные на восточной или солнечной стороне, защищают от солнечных лучей летом, но пропускают их зимой. Деревья, которые сбрасывают листву, функционируют по тому же принципу, но только в зимнее время. Форма лиственного купола взрослых деревьев также должна приниматься в расчет, будь она круглой, овальной, пирамидальной или колонообразной, так как тень, которая отбрасывается при этом, будет также иметь определенную форму (рис. 2.13).

Рисунок 2.13Листопадные деревья обеспечивают тень в зависимости от времени года (А). Разные виды деревьев отбрасывают различную по форме тень (Б).

Для того чтобы воспользоваться преимуществом, которое дает отраженный от листвы свет, вокруг дома дугой можно высадить деревья со светлыми листьями, вроде серебристого тополя. Если такая дуга обращена к солнцу, то отраженное от блестящих листьев тепло будет концентрироваться внутри нее, делая эту область более теплой по сравнению с другими (рис. 2.14). Подобные ловушки для солнечного света можно также применять на склонах, где растительный барьер будет задерживать тепло, поднимающееся вверх. Дугообразная форма позволит холодному воздуху, спускающемуся вниз, огибать препятствия и таким образом свести к минимуму ущерб, приносимый заморозками. Дополнительно такие посадки, в зависимости от направления ветра, помогают отклонять холодные потоки воздуха в сторону от дома или поля.

Рисунок 2.14Применение различных форм солнечных ловушек для поля и жилых построек

Ветер

Ветроломы традиционно использовались для того, чтобы защищать дома, домашний скот и урожай от ветра, и они являются одним из наиболее эффективных способов контроля за микроклиматом. Среди преимуществ ветроломов можно отметить, что:

♦ Ветроломы помогают снизить скорость ветра и эрозию почвы.

♦ Защищают чувствительные к ветру растения, такие, как киви.

♦ Уменьшают потери урожая, происходящие за счет стряхивания ветром на землю зерен и семян.

♦ Влияют на температуру воздуха и почвы (в защищенном месте температура почвы может быть на несколько градусов выше).

♦ Увеличивают количество влаги, благодаря образованию росы на листве.

♦ Уменьшают смертность животных во время холодов.

♦ Улучшают самочувствие животных в жаркое время.

♦ Уменьшают потребности домашних животных в корме, если они могут есть листву тех деревьев, из которых устроен ветролом.

♦ Обеспечивают ферму древесным материалом (старые ветроломы).

♦ Расширяют жизненное пространство для насекомоядных птиц.

♦ Улучшают условия для жизни и работы вокруг дома и на ферме.

♦ Являются источником нектара для пчел и улучшают условия для опыления урожая (меньше ветра, затрудняющего перемещение пчел).

Форма ветролома зависит в значительной степени от самого участка, от культур, присутствующих на нем, а также от климатических условий. Рисунок 2.15 показывает некоторые возможные типы ветроломов.

Рисунок 2.15Формы ветроломов. Универсального типа не существует, в каждом конкретном случае необходим подбор соответствующего ветролома в зависимости от ландшафта, климатических условий и вида выращиваемой культуры. А. для мест, расположенных на возвышенностях; Б. для высоких вьющихся культур; В. побережье; Г. поле; Д1. пустыня; Д2. сад в умеренном климате (Л. деревья семейства бобовых; Ф. фруктовые деревья; Е. хвойные виды в качестве ветролома)

Плотные и проницаемые ветроломы используются для различных целей. Плотный ветролом обеспечивает наибольшую защиту на расстоянии 2-5 высот деревьев, образующих его (рис. 2.15в). Тем не менее степень этой защиты быстро уменьшается с удалением от линии деревьев, вследствие образования зоны отрицательного давления, которое тянет воздух назад. Такая разница в давлении также оказывает отрицательное влияние на почву, высушивая ее. С другой стороны, проницаемый ветролом (рис. 2.15г) позволяет ветру проходить сквозь себя, и хотя начальная защита не столь велика, как у плотного ветролома, все же она простирается на большее расстояние (25 - 30 высот деревьев, образующих ветролом). Рисунки 2.16, 7 - 9 показывают эффективные типы ветроломов для интенсивного культивирования, а рисунки 2.16, 1 - 6 иллюстрируют неудачные варианты.

Ввиду того что ветроломы могут исполнять и другие важные функции, необходимо проанализировать характеристики присущие составляющим их деревьям. Практически любое дерево может обеспечивать защиту от ветра (если, конечно, оно само по себе не является чувствительным к ветру), укрытие для домашних животных и уединение для людей. Что еще можно извлечь из этого? Некоторые виды (ольха, бобовые) повышают уровень содержания азота в почве, могут быть использованы как горючий материал (ива, эвкалипт), годятся в корм домашним животным (копрозма, левкена, ива), дают нектар (эвкалипт), дают плоды, которые могут быть использованы в качестве пищи для животных и людей (дуб, каштан), сдерживают распространение огня (копрозма, австралийская акация), а также могут быть полезными для контроля над эрозией почвы (деревья с развитой корневой системой, такие, как ива и тополь).

Рисунок 2.16НЕЭФФЕКТИВНЫЕ ТИПЫ ВЕТРОЛОМОВ: 1)чрезмерная ширина; 2)нижние ветви засохли, срезаны или обгладываются животными — ветер проникает снизу; 3) скорость ветра увеличивается при прохождении через брешь (эффект Вентури); 4)недостаточная протяженность; 5) ветролом не расположен перпендикулярно к направлению ветра; 6)имеется всего один ряд деревьев

ЭФФЕКТИВНЫЕ ТИПЫ ВЕТРОЛОМОВ: 7) многоярусная полупроницаемая для ветра система посадки, обеспечивающая наилучшую динамику движения воздушных масс; 8) объединение ветроломов и живых изгородей в одну систему для наиболее полной защиты от ветра там, где это необходимо (морские побережья, пустыни). Применение подобного типа нежелательно если есть возможность возникновения заморозков, и в ветроломе должны иметься бреши для высвобождения холодного воздуха; 9) Т-образная форма ветролома, обеспечивающая нормальную циркуляцию воздуха и защиту от ветра

Нужно также принимать во внимание и отрицательные аспекты использования деревьев для блокирования ветра. Некоторые виды деревьев, с мощной корневой системой, могут соперничать с другими культурами за воду и питательные вещества. Мы можем либо смириться с таким положением вещей, принимая во внимание приносимую этими деревьями пользу, либо же ежегодно подрезать их корни, не давая им развиваться чрезмерно.

Устройство ветроломов можно начать, высаживая быстрорастущие кустарники и деревья вперемежку с медленнорастущими (но долгоживущими) видами. В то время как эти деревья (обычно твердых пород) растут медленно, быстрорастущие виды обеспечивают нектаром пчел, кормом — животных, дают мульчу для огорода, а впоследствии могут использоваться как источник горючего и строительного материала. Надо отметить, что деревья, используемые для ветроломов, не будут давать большое количество плодов (так как ветер стряхнет их на землю) и поэтому на них нельзя полагаться как на надежный производитель какого-либо продукта.

При устройстве ветроломов на побережье возникают определенные трудности. Со стороны моря или океана ветер приходит, перемещаясь с огромной скоростью, неся с собой частицы соли и песка. Для того чтобы обеспечить защиту от таких ветров, нужно выбирать растительность со следующими характеристиками:

♦ жесткая кора, как у пальмы (способная противостоять ветру, несущему песок);

♦ твердый, иглообразный лиственный покров, которым обладают сосны, растущие на побережье (Araucaria), тамарикс, казуарина (чтобы противостоять высушиванию);

♦ мясистая листва, такая, как у копрозмы, агавы и Euphorbias, которая накапливает влагу.

Лучшей стратегией при выборе подходящей растительности для ветролома является тщательное наблюдение за тем, какие виды успешно выживают в данной местности. Рисунок 2.17 показывает возможную последовательность размещения растений на побережье.

Рисунок 2.17Примерная последовательность береговых посадок.

Изоляция

Кустарники и вьющиеся растения, размещенные рядом с домом, защищают его от ветра, а также создают дополнительное изолированное пространство между домом и посадками, уменьшая потери тепла.

Снег — это тоже хороший изолирующий материал, если некоторое количество его находится на крыше или вплотную к теневой стене дома. Кусты и деревья могут оказаться очень полезными для того, чтобы улавливать снег в необходимых для этого местах. Снег под ветроломом очень хорошо изолирует почву, играя роль температурного буфера (выполняя примерно такую же функцию, как и мульча). Снег медленно тает в солнечные дни, позволяя почве медленно и постепенно прогреваться. Надо сказать, что тут может иметь место как положительный, так и отрицательный эффект, в зависимости от того, какая растительность находится возле ветрозащитного пояса. Весенние побеги, к примеру, будут появляться в таких местах позже, чем там, где снег сходит быстрее.