статті »Що є що» Температура ґрунту
температура ґрунту
Температура поверхні грунту - це температура її верхнього шару (товщиною кілька міліметрів), вільного від рослинного покриву, добре розпушений і не затінюють від сонця, а в зимовий час при наявності снігового покриву - температура поверхні снігу. Вимірюється термометром, лежачим відкрито на поверхні грунту і снігового покриву, при цьому резервуар термометра занурений в грунт (сніговий покрив). Вимірювання температури поверхні грунту представляють великі методичні труднощі через неможливість затінити термометр від дії радіації і внаслідок відмінності радіаційних властивостей резервуара і грунту (снігу).
Температура грунту на глибині вузла кущіння озимих культур вимірюється в загальному не змінився, а також між термінами спостережень вимірюється мінімальна і максимальна температура в шарі грунту на глибині 2,5-3,5 см від поверхні землі (° С) спеціальними максіально-мінімальними термометрами.
Температура грунту та грунту на глибинах (ґрунтових горизонтах) - це температура, яка визначається показаннями термометрів та інших датчиків, встановлених на певних глибинах. На метеорологічних станціях температура грунту на глибині 5, 10, 15, 20 см на оброблюваних ділянках без рослинного покриву визначається в теплу пору року термометрами ТМ-5 Савінова; на глибинах 20, 40, 80, 120, 160, 240 і 320 см - станційними витяжними грунтово-глибинними термометрами під природним покривом.
Мал. 1 - Загальний вид установки витяжних грунтово-глибинних термометрів.
Мал. 2 - Витяжні ґрунтово-глибинні термометри і термометри ТМ-5 Савінова на метеорологічному майданчику.
Температура ґрунту впливає на формування термічного режиму атмосфери. Дані про температуру ґрунту необхідні для вирішення багатьох прикладних задач: вони використовуються в сільському господарстві, в будівництві, при експлуатації доріг і підземних комунікацій і. т. д.
Тепловий режим грунту визначається припливом тепла і залежить від мінералогічного складу ґрунту, пористості і вологості, які визначають її теплоємність теплопровідність, а також залежить від мікрорельєфу, експозиції схилів, рослинності і т. Д.
Основним джерелом тепла, що надходить в грунт, є променева енергія сонця, яка засвоюється поверхневим шаром. Це тепло передається в нижні шари, а також витрачається на нагрівання повітря і випаровування води.
Той шар грунту, в якому виявляються добові і річні коливання температури в залежності від припливу сонячної радіації, зветься активного або діяльного шару.
Закономірності поширення тепла в грунті
Добові і річні коливання температури поверхні грунту внаслідок теплопровідності передаються в більш глибокі її шари. Поширення температурних коливань вглиб грунту (при однорідному складі грунту) відбувається у відповідності з наступними законами Фур'є:
- Період коливань з глибиною не змінюється, тобто як на поверхні грунту, так і на всіх глибинах інтервал між двома послідовними мінімумами і максимумами температури становить в добовому ході 24 год, а в річному 12 місяців.
- Якщо глибина зростає в арифметичній прогресії, то амплітуда зменшується в геометричній прогресії, тобто зі збільшенням глибини амплітуда швидко зменшується.
Шар грунту, температура в якому протягом доби не змінюється, називають шаром добової температури. У середніх широтах цей шар починається з глибини 70-100 см. Шар постійної річної температури в середніх широтах залягає глибше 15-20 м.
- Максимальні і мінімальні температури на глибинах наступають пізніше, ніж на поверхні грунту. Це запізнення прямо пропорційно глибині. Добові максимуми і мінімуми запізнюються на кожні 10 см глибини в середньому на 2,5-3,5 ч, а річні на кожен метр глибини запізнюються на 20-30 діб.
Згідно з теоретичними розрахунками Фур'є, глибина, до якої проявляється річний хід температури грунту, повинна приблизно в 19 разів перевищувати глибину прояви добових коливань. Насправді спостерігаються значні відхилення від теоретичних розрахунків, і в багатьох випадках глибина проникнення річних коливань виявляється більше розрахункової. Це зумовлено відмінностями у вологості грунту по глибинах і в часі, зміною температуропроводности грунту з глибиною і іншими причинами.
У північних широтах глибина проникнення річного ходу температури грунту становить в середньому 25 м, в середніх широтах - 15-20 м, в південних - близько 10 м.
Термоізоплети
Матеріали багаторічних спостережень за температурою грунту на різних глибинах можуть бути представлені графічно.
Мал. 3 - Ізоплети температури грунту для Санкт-Петербурга.
На такому графіку зв'язуються температура грунту, глибина і час. Для побудови графіка на вертикальній осі відкладають глибини, а на горизонтальній - час (зазвичай місяці). На графік наносять середню місячну температуру ґрунту на різних глибинах. Потім точки з однаковою температурою з'єднують плавними лініями, які називають термоізоплети.
Термоізоплети дають наочне уявлення про температуру активного шару грунту на будь-якій глибині в кожен місяць. Такі графіки використовують, наприклад, для визначення глибини проникнення критичних температур, що ушкоджують кореневу систему плодових дерев. Ці графіки використовують також в комунальному господарстві, в промисловому і дорожньому будівництві, при меліорації.
Потужність мерзлого шару обов'язково враховується при закладанні дрен (труба або підземний канал для відведення ґрунтових вод) в меліорованих районах.
У Ленінградській області агрометеорологічні станції і пости, на яких проводяться спостереження за температурою поверхні грунту, знаходяться в Сосново, Тихвіну, Волосово, Білогірці, Миколаївському, Любани, Колпіно, кипіння і осьміни.
Карта фактичної погоди
Синоптична карта погоди