• Аеромасси і повітряні маси
  • Особливості структури та функціональна роль аеромасс
  • Класифікація аеромасс
  • Кількість аеромасси в різних ПТК


  • Дата конвертації19.06.2017
    Розмір24.47 Kb.
    Типреферат

    Скачати 24.47 Kb.

    особливості аеромасси

    12

    особливості аеромасси

    Суміш газів, що складають земну атмосферу, зазвичай називають повітрям. У ньому розрізняють так званий «сухе повітря», атмосферну воду і атмосферні аерозолі. Крім того, в повітрі зустрічаються різні частинки органічного походження (спори, насіння, пилок, продукти органічного розпаду).

    До атмосферних аерозолів відносяться зважені в атмосфері тверді і рідкі частинки: пил, морська сіль, різні дими (лісових пожеж, вулканічних вивержень, індустріального походження). Вода, що знаходиться в атмосферному повітрі у вигляді водяної пари або зважених продуктів конденсації (крапель, кристалів), називається атмосферної водою.

    Частинки органічного походження відносяться до біомаси, атмосферні аерозолі - це в основному літомасси, а атмосферна вода - гідромаси. «Сухе повітря» ПТК, т. Е. Повітря, що не містить водяної пари, твердих частинок і частинок органічного походження, становить аеромассу. Газовий склад, щільність і деякі фізичні властивості.

    Газовий склад атмосфери та фізичні властивості повітря детально розглядаються в курсах метеорології, а також фізики атмосфери. Тому нагадаємо лише те, що основну масу повітря складають (% за обсягом): азот - 78,084, кисень - 20,946 і аргон - 0,934. Крім того, до складу повітря входять діоксид вуглецю, неон, гелій, метан, криптон, водень, озон і ін. Таке важливе властивість як тиск залежить в першу чергу від висоти місцевості над рівнем моря, температури і інших метеорологічних умов (швидкості і напрямку вітру , опадів, хмарності). У центрі антициклонів спостерігається підвищений тиск (до 1078 гПа), а в циклонах - знижений (до 887 гПа). Крім того, існують добові коливання тиску, пов'язані з місячними і сонячними приливами. Щільність повітря залежить в основному від висоти місцевості:

    Зміна щільності повітря при підйомі на 1000 м відповідає зміні щільності при збільшенні температури повітря на 20-30 ° С.

    Залежність характеристик від температури (по ван В.Р. Війк)

    температура,

    ° С

    Щільність, кг / м 3

    Прихована теплотаіспаренія 10- 6, Дж / кг

    Теплопроводность- 10 3, м * град

    - 5

    1,316

    2,513

    24,0

    0

    1,292

    2,561

    24,3

    5

    1,269

    2,489

    24,6

    10

    1,246

    2,478

    25,0

    15

    1,225

    2,465

    25,3

    20

    1,204

    2,454

    25,7

    30

    1,164

    2,430

    26,4

    Аеромасси і повітряні маси

    Аеромасси і повітряні маси не є синонімами; це, хоча і близькі, але все ж різні поняття.

    Повітряними масами в синоптичної метеорології називають відносно однорідні за фізичними властивостями частини тропосфери, всередині яких спостерігаються невеликі градієнти температури і ряду інших метеорологічних величин, а зміни цих величин з висотою мають певну закономірність, характерну для даної повітряної маси в цілому. Горизонтальні розміри повітряних мас вимірюються тисячами кілометрів, вертикальні - декількома кілометрами.

    Згідно термодинамічної класифікації розрізняють наступні типи.

    1. Теплі повітряні маси - стійкі і нестійкі.

    2. Холодні повітряні маси - стійкі і нестійкі.

    3. Нейтральні (місцеві) повітряні маси - стійкі і нестійкі.

    Географічна класифікація повітряних мас заснована на географічному положенні вогнищ формування повітряних мас. розрізняють:

    1. Арктичний або антарктичний повітря (АВ).

    2. Повітря помірних широт (УВ), іноді званий полярним повітрям (ПВ).

    3. Тропічний повітря (ТБ).

    Кожна з цих повітряних мас ділиться, в свою чергу, на морську (м) або континентальну (к), в залежності від характеру підстильної поверхні і вогнища її формування. Іноді додатково уточнюється цей осередок, наприклад середземноморське морське тропічне повітря і т. П.

    Повітряні маси переміщуються в просторі і безперервно змінюються. В результаті трансформації повітряної маси стають іншими температура, вологість, система конденсації. Трансформація може бути на рівні великих регіонів (наприклад, Середній Азії, Західному Сибіру) і на рівні окремих ландшафтів і фізико-географічних районів. Особливий інтерес представляє трансформація повітряних мас на топологічному рівні - рівні елементарних природно-територіальних комплексів (фацій). Природно, що найбільш суттєва трансформація відбувається саме в шарі, що лежить нижче цієї верхньої межі. Аеромасси і повітряні маси не є синонімами. Зараз можна уточнити це твердження. По-перше, аеромасси включають в себе тільки «сухе повітря» без атмосферної води і аерозолів, по-друге, до аеромассам відносяться лише ті частини повітряних мас, які трансформовані конкретним природно-територіальним комплексом.

    Характеристики різних районах європейської території в Росії

    Характеристики

    повітряна маса

    Кав

    МАВ

    КУВ

    Мув

    КТБ

    МТВ

    Вертикальна протяжність, км Середня температура повітря в приземному шарі, ° С: январь

    1-3

    - 20

    2--5

    -10

    -8

    -1

    опопаузи

    Чи не характерний

    + 3

    Липень

    + 8

    + 10

    + 20

    + 15

    + 25

    Чи не характерний

    Горизонтальна видимість, км

    20-50

    50

    4--10

    10-20

    2-6

    2-6

    Особливості структури та функціональна роль аеромасс

    Аеромасси відносяться до аморфним геомассам, так як в них неможливо неозброєним оком виділити окремі елементи.

    З курсу мікрокліматологіі відомо, що поверхні розділу з атмосферою мають примикає до них тонкий шар повітря, званий ламінарним шаром. Усередині нього лінії струму повітря паралельні поверхні, т. Е. Ламінарними, немає поперечних компонент швидкості і відсутня турбулентність. Обмін повітрям через цей шар здійснюється шляхом молекулярної дифузії. Вище розташований турбулентний приземної шар, в якому спостерігається сукупність випадкових безладних завихрень. З визначень ламинарного і турбулентного шару випливає, що кожен з них має свою якусь «приховану структуру», для виявлення якої необхідно провести інструментальні спостереження. Як відомо, все геомасси діляться на інертні, стабільні і активні. Навіть в дуже малі проміжки часу, наприклад 1 с, переважна частина аеромасс відноситься до активних, що переміщаються в просторі, тому її функціональна роль в ПТК величезна. Стан аеромасс, зокрема їх температура і швидкість вітру, визначає інтенсивність цілого ряду процесів, таких, як фізичне випаровування, транспірація, танення, фотосинтез, дихання, біологічна активність організмів, швидкість мінералізації мортмасси і т. Д.

    Щільність аеромасс практично не впливає на функціонування природно-територіальних комплексів у всіх ландшафтах.

    Розрахунок кількості аеромасси в більшості випадків носить орієнтовний характер. Це пов'язано з тим, що верхня межа ПТК, по-перше, відрізняється сильною мінливістю і, по-друге, в цілому ряді ПТК трудноопределяема. Проте, для порівняння з іншими геомассамі, а також для оцінки інтенсивності трансформації повітряних мас конкретними природно-територіальними комплексами навіть орієнтовні визначення кількості аеромасси представляють інтерес.

    Класифікація аеромасс

    Наведені вище дані свідчать про те, що щільність аеромасс не може бути покладена в основу їх класифікації, так як її функціональна роль незначна. Підрозділ на активні, стабільні та інертні аеромасси через абсолютне панування активних геомасс також не має сенсу. Аеромасси аморфні, і навіть якщо вдасться виділити якісь структури, то для їх дослідження необхідно буде проводити детальні інструментальні спостереження. Тому використовувати цю характеристику для класифікації не варто. У зв'язку з цим при диференціації аеромасс найбільш важливими визнані їх склад, обумовлений знаходженням в надземної або підземної частини ПТК, температура, яка є однією з найважливіших характеристик ПТК, і швидкість вітру. Деяке значення має географічне положення вогнищ формування повітряних мас (арктичний, полярний, тропічний, морський і континентальний повітря). Але основні властивості цих мас, пов'язані з географічним положенням, знаходять своє вираження в характеристиках аеромасси конкретних природно-територіальних комплексів, хоча і в переломленому (трансформованому) цими ПТК вигляді. Тому характер повітряних мас слід враховувати на відносно низькому таксометріческом рівні геомасс - рівні видів аеромасс. Наведемо основні градації:

    Градації надземних аеромасс по термічним умовам:

    Ag - Кріотермальние (морозні)

    Негативні температури, при яких більшість процесів функціонування, пов'язаних з влагооборота і біогеоціклом, законсервовано або близько до нуля.

    An - Нанотермальние (дуже прохолодні)

    Аеромасси з орієнтовним температурним інтервалом 0--5 ° С.У цих умовах можуть функціонувати лише маловимогливих до теплоті рослини, процеси биогенного функціонування здебільшого пригнічені, часто буває інтенсивне танення снігу, інфільтрація.

    Ak - мікротермальние (прохолодні)

    Температура повітря 5-10 ° С. Ця термічна градація дозволяє активно функціонувати лише трав'янистих рослин; більшість деревно-чагарникових порід або починають, або закінчують своє активне функціонування; деякі процеси влагооборота активні, але транспирация і випаровування відносно низькі.

    АZ - Мезотермальние (помірно теплі)

    Аеромасси з інтервалом температури 10-15 ° С. Багато рослин активно функціонують і виробляють фітомасу (особливо в бореальних ландшафтах); середня інтенсивність процесів трансформації сонячної енергії і видаткової частини влагооборота.

    Am - Макротермальние (теплі)

    Високі температури 15--22 ° С; максимальна інтенсивність біологічних процесів; за інших сприятливих умовах видаткова частина влагооборота і трансформація сонячної енергії високі.

    At - Мегатермальние (жаркі)

    Дуже високі температури (вище 22 ° С), надлишок теплоти починає негативно позначатися на процесах біогеоцікла.

    Аеромасси, пов'язані з різною швидкістю вітру.

    При A і відносно слабкому вітрі (до 12,4 м / с або 6 балів за Бофорту) швидкість вітру при позначенні стану аеромасс не враховується, так як горизонтальні переміщення повітря не роблять істотного впливу на функціонування ПТК.

    При сильному і дуже міцному вітрі (12,5--18,2 м / с, 7-8 балів) вітер вже має суттєвий вплив на функціонування ПТК - розгойдує дерева, значно збільшує випаровування, переміщує сніг і т. П. Виходячи з цього до індексу аеромасс додається значок латерального переміщення, а градація аеромасс по термічним умов відступає на другий план.

    При штормі і урагані вітер ламає дерева, викликає ряд катастрофічних змін і, таким чином, впливає вже на структуру природно-територіальних комплексів. Цей стан аеромасс позначається А.

    Мабуть, має сенс говорити і про вертикальних переміщеннях аеромасс. Однак якщо середні швидкості вітру біля земної поверхні менше 5-10 м / с, то вертикальний перенесення зазвичай малий - близько сантиметрів або десятих часток сантиметра в секунду.

    As - Аеромасси в грунті

    Деяка кількість аеромасс міститься в грунті - в порах, не зайнятих вологою. Однак їх значно менше, ніж аеромасс в надземної частини вертикального профілю ПТК. Великий інтерес представляє вивчення «дихання грунту» - одного з найважливіших процесів функціонування.

    Кількість аеромасси в різних ПТК

    Детальні дослідження динаміки положення верхньої межі фацій шляхом аналізу розподілу параметрів, що характеризують аеромасси (температура, вологість повітря, швидкість вітру), проводилися протягом тривалого проміжку часу тільки на Марткопском фізико-географічному стаціонарі, тому найбільш достовірні розрахунки кількості аеромасси є лише для передгірної степових ландшафтів Центрального Закавказзя. Так що розглядаються ПТК розташовані на висотах 900--1000 м, щільність аеромасс була прийнята рівною 1,11 * 10 -3 г / см 3. Зміна щільності повітря, пов'язане з температурою, не враховувався.

    Аналіз динаміки кількості аеромасси в різних фаціях Марткопского стаціонару протягом року показує, що вона в основному пов'язана зі станом рослинного покриву, зокрема з його фитомассой. Для аеромасси характерна значна різниця в їх кількості для різних фацій. Однак ця динаміка не повторює повністю хід кривої кількості фітомаси. Є відмінності. Це пояснюється тим, що кількість аеромасси залежить не тільки від фітомаси, а й їх проективного покриття. Наприклад, в потоках з лісовими дериватами кількість фітомаси змінюється протягом року порівняно мало, так як ця динаміка пов'язана в основному з листям, а вони складають не більше 5% від загальної фітомаси. У той же час листя створюють значне проективне покриття і, отже, сильно трансформують повітряні маси. Тому різниця в кількості аеромасси збільшується. У степових і лугових ПТК аеромасси залежать не тільки від фітомаси, а й від мортмасс дрантя і підстилки, т. Е. Від сумарної кількості речовини органічного походження в надземної частини ПТК. Максимуми і мінімуми кількості аеромасси часто не збігаються з аналогічними показниками фітомаси. На положення верхньої межі фації сильно впливає динаміка погодних умов. Кількість аеромасси виявляється пов'язаним не тільки з фитомассой, але і з цілим рядом інших факторів.

    Розрахунок кількості аеромасси в лісових ПТК викликає найбільші труднощі. Це пов'язано з тим, чтореальних визначень висоти верхньої межі фацій з лісовою рослинністю ще ніхто не робив. В екологічній літературі є відомості про спостереження на спеціальних вишках, але вони зазвичай лише не набагато вище лісового покриву, і тому ці дані непридатні для визначення верхньої межі. В даний час кількість метеорологічних вишок, що перевищують висоту лісу в два рази і більше, в усьому світі не більше одного-двох десятків. При цьому на них не проводиться той комплекс спостережень, який дозволяє визначити верхню межу фацій з лісовою рослинністю. Тому при розрахунку кількості аеромасси в лісових ПТК доводиться задовольнятися припущенням, що так само, як в ПТК з трав'янистої, чагарникової і низькорослої лісовою рослинністю, у лісових фації висота верхньої межі проходить на дворазової висоті найвищих дерев.

    Але як проводити розрахунок аеромасс в тих ПТК, де рослинність відсутня або грає незначну роль, т. Е. В відслоненнях, пустелях і льодовиках? Це ж питання відноситься до тих ПТК, які взимку повністю покриті снігом, т. Е. До степових, лугових, напівпустельним фациям. Мікроклімат цих ПТК вивчений значно краще, ніж в лісових фації. Спостереження показують, що верхня межа ПТК в ясні безвітряні дні проходить на висоті 1-3 м. Відповідно кількість аеромасси в цих ПТК коливається в межах 10--35 т / га.

    Зв'язок кількості аеромасси з потужністю ПТК (природно-територіального комплексу), щільністю повітря і швидкістю вітру

    Перш ніж проаналізувати зв'язок аеромасси з іншими геомассамі, нагадаємо, що кількість аеромасси залежить від щільності повітря і потужності (товщини) надземної частини вертикального профілю ПТК. Якщо крім «миттєвого» кількості розраховувати ще й кількість аеромасси в якийсь певний проміжок часу, то до названих чинників необхідно додати швидкість вітру і інтенсивність турбулентного потоку.

    Як уже зазначалося, щільність повітря залежить від цілого ряду параметрів, але найбільш важливими з них є висота над рівнем моря і температура. Невелика зміна турбулентності або швидкості вітру приводить до такої зміни висоти положення цієї межі, що кількість аеромасси в тому чи іншому стані ПТК може зменшуватися на 20-30%, а при сильному вітрі або рясних опадах, навіть удвічі.

    Таким чином, «миттєве» кількість аеромасси в основному залежить від положення верхньої межі ПТК. Дуже важливим є внесок вітру в реальну кількість аеромасси, що знаходиться в даному ПТК в якийсь відрізок часу. «Миттєві» (протягом 1 с) кількості аеромасси перевершують фітомаси і гідромаси, але їх на 1-3 порядки менше, ніж педомасс і літомасс в метровому шарі, і на 3-5 порядків менше, ніж літомасс в шарі 15-- 20 м. Однак на відміну від літомасси і педомасси, які протягом 10 9 --10 10 с (100-- 1000 років) практично стабільні, аеромасси відносяться до активних геомассам, і їх кількість швидко змінюється. Навіть при швидкості вітру всього лише 1 м / с за 1 добу через ПТК проходить більша кількість повітря, ніж тієї речовини, яка знаходиться в метровому шарі грунту. Значний обсяг повітря, що проходить через ПТК, визначає високу енергію аеромасс і їх сильний вплив на інші геомасси і стан як окремих компонентів, так і природно-територіального комплексу в цілому. При штилі і малих швидкостях вітру знаходяться в ПТК фітомаси і педомасси (а іноді і гідромаси) інтенсивно змінюють властивості повітряних мас - нагрівають або охолоджують їх, сприяють або перешкоджають вертикальним і горизонтальним переміщенням і в підсумку перетворять в аеромасси конкретних ПТК. В цьому відношенні аеромасси можна порівняти з грунтом. Якщо грунт є результатом взаємодії в основному рослинності і гірських порід, то аеромасси знову ж в основному є результатом взаємодії повітряних мас з рослинністю. Різниця полягає в тому, що при формуванні грунтів рослинність протягом тривалого часу взаємодіє з однією і тією ж гірською породою, яка в зв'язку зі своєю великою масою, набагато перевершує фітомасу, має велику інертністю, і для її зміни необхідні сотні і тисячі років. У разі аеромасс рослинність або просто подстилающая поверхню контактує з дуже мобільним, швидко змінюється в часі компонентом - повітряними масами, що мають невелику масу і тому володіють незначною інертністю. Часто аеромасси, що знаходяться в стані трансформації даними ПТК, ще не встигли придбати основні свої властивості, починають знову трансформуватися даними ПТК в результаті вторгнення інших повітряних мас, причому іноді в протилежному (у порівнянні з попередніми умовами) напрямку.

    При малих швидкостях вітру відбувається суттєва зміна температури повітря і інших властивостей аеромасс до значної висоти. При великих швидкостях вітру через ПТК проходять великі обсяги повітряних мас, і він як би не встигає їх «переробити» - трансформувати. Тому верхня межа ПТК в цьому випадку розташована відносно низько і в окремі стани ПТК проходить на рівні верхівок рослин. Ефективність трансформації повітряних мас природно-територіальним комплексом визначається не тільки кількістю аеромасси, але і їх якісними змінами. Ці останні можуть бути пов'язані з коливаннями газового складу (наприклад, вмісту СО 2) і ряду метеорологічних елементів: температури повітря, швидкості вітру, а також щільності повітря. Детальні дослідження і наступні розрахунки дозволяють отримати ряд цікавих результатів, зокрема:

    1. проклассифицировать ПТК і їх стану за силою трансформації повітряних мас.

    2. Порівняти ці значення з геомассамі і структурою ПТК і на їх основі, а також за даними про стан повітряних мас отримати уявлення про трансформації, а також визначити конкретні температури повітря в різних ПТК і в різних станах.

    Останній результат пов'язаний з рішенням так званої оберненої задачі по аеромассе. Прямий завданням в цьому випадку буде визначення за даними температури повітря, швидкості вітру і ряду інших параметрів стану аеромасс і розрахунок показників ефективності їх трансформації. Отримані таким чином експериментальні дані дозволять встановити залежність між характеристиками аеромасс і цими показниками.

    У зв'язку з сильною мінливістю положення верхньої межі ПТК в часі і з труднощами або навіть неможливістю її визначення для ряду природно-територіальних комплексів розрахунок сумарної кількості аеромасси носить в більшості випадків орієнтовний характер. Проте визначення її кількості дозволяє порівняти роль цієї геомасси з іншими в структурі та функціонуванні ПТК, зрозуміти ландшафтно-геофізичні особливості аеромасс. Вивчення властивостей аеромасс викликає великі труднощі, по-перше, через аморфність і невидимої неозброєним оком структури, по-друге, у зв'язку з дуже великою лабільністю, пов'язаної з невеликою масою і щільністю і визначається ними малої інертністю, і, по-третє , через необхідність тривалих інструментальних досліджень, вироблених по всьому вертикальному профілю ПТК. Аеромасси відносяться до тих геомассам, для яких маса, щільність та інші характеристики не такі значні, як їх стан, обумовлений структурою, швидкістю вітру, газовим складом, знаходженням в певних частинах ПТК. Аеромасси і їх властивості часто пов'язані не з конкретними, а з вельми віддаленими ПТК. Однак чим довше перебувають аеромасси на конкретній території, в будь-якому природно-територіальному комплексі, тим більше вони трансформуються. ПТК образно можна розглядати як «машину», яка трансформує властивості аеромасс. Інтенсивність трансформації повітряних мас збільшується зі зменшенням швидкості вітру і збільшенням кількості фітомаси. Повітряні маси в ПТК можна розглядати як дзеркальний аналог грунту. Якщо грунт є в основному результатом взаємодії біогенного компонента з гірською породою, то аеромасси і їх властивості визначаються контактом рослинності і повітряних мас. Так само як в грунті, найбільш характерні для неї властивості спостерігаються в при поверхневому шарі, а вище (для грунтів - нижче) особливості аеромасс розмиваються. Дослідження аеромасс і їх властивостей необхідно для вирішення так званих обернених задач, коли за типом повітряних мас, що знаходяться в даний момент на даній території, іншим геомассам і характером вертикальної структури ПТК можна без детальних вимірів розрахувати характеристики аеромасс в даному ПТК.

    література

    1.Будико М.І. Глобальна екологія. - М., 1997.

    2.Дювіньо П., Танг М. Біосфера і місце в ній людини. - М., 1988

    3.Беручашвілі Н.Л. Чотири зміни ландшафту. - М., 1986

    4.Перельман А.І. Геохімія ландшафту. - М., 1995