Добовий та річний хід температури поверхні ґрунту

Добовий хід або добові зміни температури поверхні ґрунту в середньому за багато років – це періодичні коливання з одним максимумом і одним мінімумом. Мінімальна температура поверхні ґрунту спостерігається в проміжку часу між сходом Сонця і до півгодини після його сходу, коли радіаційний баланс поверхні ґрунту вже стає рівним нулю – витрати тепла з ґрунту ефективним випромінюванням уже урівноважується збільшенням надходження сумарної радіації. При поступовому зростанні висоти Сонця над обрієм і збільшенні радіаційного балансу температура поверхні ґрунту підвищується і досягає максимуму близько 13-14 години. Після цього температура починає знижуватись, хоч радіаційний баланс залишається ще великим. Однак у цей час різко збільшується турбулентне перемішування повітря й конвекція і різко збільшується потік тепла в атмосферу. Разом з витратами тепла на випаровування та потоком тепла в глибину ґрунту це призволить до зниження температури поверхні ґрунту. Це зниження триває до ранкового мінімуму.

В окремі дні крива добового ходу температури може мати неправильну форму, оскільки вона залежить ще й від хмарності протягом доби, опадів, а також від неперіодичних (адвективих) змін температури повітря. При великій адвекції холоду добовий мінімум може спостерігатись вдень.

Максимальна температура поверхні ґрунту в середньому вища, ніж температура повітря в метеорологічній будці. Це закономірно, оскільки вдень сонячна радіація спочатку нагріває грунт, а вже від нього нагрівається повітря. Мінімальна температура поверхні ґрунту, навпаки, нижча ніж у повітрі, бо насамперед вихолоджується грунт шляхом ефективного випромінювання, а вже від нього охолоджується повітря. На сніговій поверхні внутрішніх районів Антарктиди середня місячна температура становить – 70⁰С, а в липні 1983 р. на станції „Восток” була зафіксована температура – 90,4⁰С.

У теплий період року оголена поверхня ґрунту дуже нагрівається. Так, у Києві середня температура поверхні ґрунту в липні становить 24⁰. Це майже на 5⁰ вище від температури повітря. В середині дня температура ґрунту досягає 40-45⁰ С, а в окремі сонячні дні перевищує 60⁰С.В Одесі серед сухої рідкої трави на поверхні ґрунту зафіксована температура 74⁰С, а на оголеній поверхні 62⁰С. Причина цієї різниці полягає в тому, що рідка суха трава не перешкоджає проникненню сонячних променів до ґрунту, але перешкоджає вентиляції приземного шару повітря. В тропічних пустелях поверхня ґрунту може нагріватись до 80⁰С.

Різниця між максимальною і мінімальною температурою протягом доби називається амплітудою добового ходу температури. На величину добової амплітуди температури впливає багато чинників.

1. Пора року. Улітку амплітуди найбільші, взимку – найменші. У Києві літні амплітуди досягають 30⁰С, а середні зимові 5-10⁰С.

2. Широта місця. Добова амплітуда діяльної поверхні залежить головним чином від висоти Сонця, яка зменшується зі збільшенням широти. Тому найбільші амплітуди спостерігаються в тропічних пустелях, де вдень велика сумарна радіація, а в ночі велике ефективне випромінювання призводить до сильного вихолоджування поверхні ґрунту. Найменші амплітуди спостерігаються в полярних широтах.

3. Хмарність. За хмарної погоди амплітуда температури поверхні ґрунту менша, ніж за ясної. Хмари вдень не пропускають пряму сонячну радіацію, а вночі суттєво зменшують ефективне випромінювання. За ясної погоди спостерігається велика сумарна радіація вдень і велике ефективне випромінювання вночі.

4. Колір грунту. Амплітуда зміни температури поверхні темних грунтів більша, ніж світлих, оскільки поглинальна і випромінююча здатності темних поверхонь більші, ніж світлих.

5. Теплоємність та теплопровідність грунту. Чим більша теплоємність грунту, тим він менше нагрівається вдень і охолоджується вночі, тобто тим менша амплітуда коливання його температури. Такий же характер залежності амплітуди від теплопровідності ґрунту. Так, торф’янисті ґрунти мають дуже малу теплопровідність і тому амплітуда температури їх поверхні досягає найбільших значень.

6. Рослинний покрив. Рослинний покрив зменшує амплітуду добового коливання температури поверхні грунту, оскільки він перешкоджає нагріванню його сонячними променями вдень і захищає від сильного випромінювання вночі. Нічне випромінювання відбувається з поверхні самих рослин, які й будуть вихолоджуватись, до того ж частина їхнього випромінювання буде спрямована до ґрунту. Тому грунт під рослинами вночі зберігає вищу температуру. Амплітуда буде зменшуватись переважно за рахунок значного зменшення максимальної температури вдень.

7. Сніговий покрив. Сніговий покрив захищає грунт від надмірної втрати тепла, оскільки завдяки малій теплопровідності, захищає його від проникнення до ґрунту низьких температур. Поверхня самого снігу вночі дуже охолоджується внаслідок великої випромінювальної здатності. За товщини снігового покриву 40-50 см температура поверхні грунту під ним на 6-7⁰С вища за температуру поверхні самого снігу. Грунт під таким снігом промерзає до 40 см, а без снігу – до глибини більше 100 см.

8. Експозиція схилів. Південні схили хребтів та пагорбів нагріваються більше, ніж північні, оскільки сонячні промені зустрічаються з південним схилом під більшим кутом. Західні схили в умовах вологого клімату нагріваються більше за східні. Це пояснюється тим, що вранці, коли східні схили отримують найбільше тепла, значна його частина витрачається на випаровування роси. Західні ж схили нагріваються Сонцем у другій половині дня, коли поверхня грунту уже суха.

Зміни температури поверхні ґрунту протягом року називають річним ходом температури або річною зміною. Річну зміну температури визначають за середньомісячними її величинами. У північній півкулі максимальні середньомісячні температури поверхні ґрунту спостерігаються у липні-серпні, а мінімальні – у січні-лютому. Різниця між найбільшою і найменшою середньомісячними температурами протягом року називаються амплітудою річного ходу або річної зміни температури. В основному вона залежить від широти місцевості. Поблизу екватора річна амплітуда становить близько 3⁰С, у Києві вона досягає 30⁰С, а в полярних широтах у глибині материка може перевищувати 70⁰С.