CC BY
36
УДК 551.584; 630.181(23)
ТЕМПЕРАТУРА И ВЛАЖНОСТЬ ВОЗДУХА ПОД ПОЛОГОМ БУКОВЫХ ЛЕСОВ
БАССЕЙНА РЕКИ МЗЫМТА
© 2013 г. Н.А. Битюков, Л.М. Шагаров
Битюков Николай Александрович - доктор биологических наук, профессор, кафедра истории, культурологии и географии, Сочинский государственный университет, ул. Советская, 26а, г. Сочи, 354000, e-mail: nikbit@mail.ru.
Шагаров Лев Мерабович - преподаватель, кафедра истории, культурологии и географии, Сочинский государственный университет, ул. Советская, 26а, г. Сочи, 354000, e-mail: lev049@me. com.
Bityukov Nikolay Aleksandrovich - Doctor of Biological Science, Professor, Department of History, Cultural Studies and Geography, Sochi State University, Sovetskay St., 26a, Sochi, Russia, 354000, e-mail: nikbit@mail.ru.
Shagarov Lev Merabovich - Lecturer, Department of History, Cultural Studies and Geography, Sochi State University, Sovetskay St., 26a, Sochi, Russia, 354000, e-mail: lev049@me. com.
На основе измерения вертикальных температурных градиентов под пологом леса и на открытом пространстве установлено, что температура воздуха в лесу с высотой возрастает, а на открытом пространстве наблюдается обратная картина. Полог леса оказывает сглаживающее влияние на температурный режим и наиболее значительно выравнивает суточный ход температуры. Зимой лес сглаживает суточный ход температуры воздуха на 10—23 а летом — на 32—44. С 1965 г. среднегодовая температура воздуха под пологом букового леса ЛГС «Аибга» увеличилась на 0,5 С, а амплитуда среднегодовых температур — на 4,4.
Ключевые слова: экология горных лесов, экологический мониторинг, буковый лес, температура, влажность, р. Мзымта.
Based on the measurement of vertical temperature gradients under the beech forest canopy and the open space showed that the air temperature in the forest increases with altitude, while the open space opposite is observed. Forest canopy has a smoothing effect on the temperature and the most significant diurnal temperature levels. Winter forest smooths diurnal air temperature at 10-23 % and 32-44 % for the summer. Since 1965, the average annual air temperature under the beech forest canopy increased by 0,5 degrees, and the amplitude of the average annual temperature of 4,4 degrees.
Keywords: montane ecology, ecological monitoring, beech forest, temperature, humidity, Mzymta river.
Тепловой баланс поверхности почвы в девственных буковых лесах бассейна р. Мзымта характеризуется очень малыми приходной и расходными статьями. Приходная часть имеет наибольшее значение в начале и в конце вегетационного периода, когда проницаемость полога достаточно велика. В апреле радиационный баланс расходуется как на испарение и нагревание почвы, так и на турбулентный теплообмен с приземными слоями воздуха. В основном же радиационный баланс уходит на испарение с почвы и подстилки, а также дополнительно поглощается 0,21,0 ккал/см2 тепла из баланса крон за счет турбулентного теплообмена в подкроновом пространстве [1].
Для характеристики процессов турбулентного теплообмена использован показатель вертикального температурного градиента (gradt), характеризующий относительное изменение температуры воздуха с высотой. В общем виде он выражается отношением разности температур исследуемых слоев воздуха (5^) к раз-
51
ности высот (5К): grad1 = —.
дЪ
Температура воздуха в лесу с высотой возрастает, в то время как на открытом пространстве (вырубке, поляне) наблюдается обратная картина. Это говорит о том, что в лесу летом воздух нагревается не в припоч-венном слое, а в пологе древостоя, и температурный градиент здесь имеет обратный знак в сравнении с открытым местом. Этот вывод подтверждается ре-
зультатами градиентных наблюдений, которые проводились в течение двух вегетационных периодов на высоте 0,5, 2,0 и 22,0 м. В табл. 1 приведены показатели температуры воздуха на этих уровнях в 1969 г.
Таблица 1
Среднедекадные величины вертикальных температурных градиентов за 13-часовой период наблюдений под пологом леса, °С/м (ППП 4/63, 1969 г.)
Как следует из табл. 1, днем под пологом леса температура воздуха обычно возрастает с высотой,
Слой воздуха в лесу Декады Месяцы
VI VII VIII IX X
У поверхности почвы 0,5 м 1-я - -2,6 -2,0 -2,7 -1,4
2-я -3,0 -1,0 -3,9 -3,5 -2,0
3-я -2,4 -2,2 -3,7 -0,2 -0,6
Ср. мес. - -1,9 -3,2 -2,1 -1,3
0,5-2,0 м 1-я - -0,2 0,0 0,0 -0,1
2-я -0,3 -0,1 -0,1 0,0 -0,1
3-я -0,1 -0,1 -0,1 -0,1 -0,1
Ср. мес. - -0,1 -0,1 0,0 -0,1
2,0-22,0 м 1-я - 0,0 -0,7 -0,8 -0,6
2-я -0,4 -0,4 -0,8 -0,8 -0,8
3-я -1,2 -0,3 -0,9 - -0,5
Ср. мес. - -0,2 -0,8 - -0,6
поэтому температурные градиенты имеют отрицательные значения. Поскольку высота основного полога древостоя достигает 30-35 м, а самая высокая точка наблюдений составляет всего 22 м, то, очевидно, весь слой наблюдений не достигает точки максимума на вертикальном профиле температуры воздуха. Измерения по датчику микроэлектротермометра, расположенному на высоте 30 м от поверхности почвы, показали небольшое повышение температуры по сравнению с уровнем 22 м.
Наибольший температурный градиент отмечен у поверхности почвы в нижнем полуметровом слое, а с высотой он убывает. В результате дальнейшего анализа данных было установлено, что полог леса нагревается значительно больше, чем почва, а прогревание слоя воздуха между сомкнутым пологом древостоя и поверхностью почвы происходит в основном путем турбулентного теплообмена в подкроновом пространстве.
Благодаря этим особенностям радиационного и теплового балансов под пологом буковых лесов создается особый микроклимат.
Продолжительность холодного периода на лесо-гидрологическом стационаре «Аибга» короче теплого, а теплообеспеченностъ периода вегетации почти в 2,5 раза выше осенне-зимнего. Сумма активных температур в разные годы составляет от 2800 до 5200 °С. Относительная влажность воздуха в течение года остается довольно высокой - в пределах 60-95 %. Ее средние величины колеблются в пределах 8085 % на открытых участках, а в лесу - 75-85. Минимальные значения не опускаются ниже 60 %. Многолетние наблюдения показывают, что различия между среднемесячными показателями температуры и относительной влажности воздуха на открытых метеоплощадках и под пологом леса невелики. Для годового хода температур воздуха прослеживаются закономерные различия холодного (с ноября по март) и теплого (с апреля по октябрь включительно) периодов. Для относительной влажности воздуха такой четкой динамики не наблюдается.
В табл. 2 приведен расчет амплитуды колебаний температуры воздуха на открытой метеоплощадке и на метеоплощадке под пологом букового леса ЛГС «Аибга» (по осредненным данным за период наблюдений 1964-1965 - 2011-2012 гидрологические годы). Как следует из приведенных данных, в среднем разница между максимальными и минимальными температурами воздуха составляет 11,1-13,7 °С на вырубке и 7,8-10,2 - в лесу, т.е. различия в амплитудах - 3-4 °С.
Гораздо существеннее сказывается влияние полога на внутрисуточном ходе температуры воздуха: суточные максимумы в лесу в ясные летние дни на 2,3-4,3 °С ниже, чем на открытом месте. Зимой максимумы температуры в лесу выше, чем на вырубке (на 1,1-2,5 °С). Абсолютные годовые максимумы ниже в лесу, чем на вырубке, на 4 °С и более. Суточные минимумы температуры в течение всего года в лесу выше, чем на вырубке: зимой -на 0,3-1,2 °С, летом - на 0,3-2,0 °С, а абсолютный годовой минимум - менее чем на 1 °С.
Таблица 2
Амплитуда колебаний температуры воздуха на открытом месте и под пологом леса, °С
Месяцы Открытое место Под пологом леса
Max Min A Max Min A
XI 13,3 1,2 12,1 11,7 2 9,7
XII 8,4 -3 11,4 7,1 -1,9 9
I 6,6 -4,5 11,1 5,4 -3,4 8,8
II 7,9 -4,1 12 5,9 -3,1 9
III 12 -1,2 13,2 9,7 -0,4 10,1
IV 16,7 3 13,7 15,2 3,9 11,3
V 21 7,5 13,5 18,5 8,3 10,2
VI 23,2 10,3 12,9 20,5 12,1 8,4
VII 25,3 13,2 12,1 22,9 15,1 7,8
VIII 25,3 13,5 11,8 22,9 15,2 7,7
IX 22,3 9,2 13,1 19,6 11 8,5
X 18,4 4,7 13,7 16,1 5,9 10,2
Примечание. Max - максимальная температура за месяц; Min - минимальнаятемпература за месяц; А -амплитуда колебаний температуры за месяц.
Следовательно, полог леса оказывает сглаживающее влияние на температурный режим и наиболее значительно выравнивает суточный ход температуры. Зимой лес сглаживает суточный ход температуры воздуха на 10-23 %, а летом - на 32-44.
Анализ многолетних данных по температуре воздуха под пологом букового леса ЛГС «Аибга» указывает на увеличение среднегодовой температуры с 9,4 °С в 1965-1966 гидрологическом году до 9,9 °С в 20112012. Вместе с тем за указанный период значительно увеличилась амплитуда среднегодовых температур с 7 до 11,4 °С (рисунок).
Изменение максимальных, минимальных и среднегодовых температур воздуха под пологом букового леса ЛГС «Аибга» (1965-1966 - 2011-2012 гидрологические гг.)
Влажность воздуха имеет довольно сложный сезонный и внутрисуточный ход, зависящий как от температуры воздуха, так и от смены воздушных масс. Упругость водяного пара изменяется от 4-5 мбар зимой до 20-25 мбар в августе, самом жарком месяце года. Средняя за вегетацию упругость пара составляет около 15 мбар. При этом разница между площадью
вырубки и лесом невелика - не более 1,0 мбар (оставаясь в лесу ниже за счет меньших величин температуры воздуха). Относительная влажность воздуха зимой на вырубке выше, чем в лесу (на 4-10 %), а летом - ниже на 3-9 %. Дефицит влажности в лесу летом ниже, чем на вырубке (на 1,1-3,4 мбар), а зимой в лесу выше (на 1,0-1,2 мбар).
При сравнении микроклимата в лесу с микроклиматом на вырубке следует иметь в виду, что вырубка представляет собой большую поляну, со всех сторон окруженную лесом [2]. Очевидно, что лес является
Поступила в редакцию_
хорошим регулятором тепла, смягчая колебания температуры и влажности воздуха.
Литература
1. Битюков Н.А., Пестерева Н.М., Ткаченко Ю.Ю., Шага-
ров Л.М. Рекреация и мониторинг экосистем ООПТ Северного Кавказа. Сочи, 2012. 456 с.
2. Шагаров Л.М. Организация экологического мониторин-
га экосистем горных лесов // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. 2012. № 5. С. 91-94.
21 июня 2013 г.
