Погода интересует всех

В ветровой тени

Если бы атмосфера всегда находилась в покое, то не было бы никакой погоды! Строго доказать это положение невозможно как раз потому, что атмосфера никогда не находится в покое. Однако интересно посмотреть, что случилось бы, если бы воздух перестал двигаться. Мы знаем, что тепло и водяной пар поступают в атмосферу от земной поверхности и что температура и влажность воздуха выравниваются тем быстрее, чем сильнее движение воздуха. Вспомним хотя бы о быстром просыхании полей при ветреной погоде. Если бы воздух не перемешивался, то теплообмен между земной поверхностью и атмосферой осуществлялся бы только путем молекулярной теплопроводности, а водяной пар проникал бы в более высокие слои атмосферы только посредством молекулярной диффузии. Теоретические исследования показывают, что интенсивность молекулярной теплопроводности и диффузии очень мала. Поэтому при отсутствии перемешивания воздуха средняя температура приземного слоя атмосферы повысилась бы до 80°. Существование жизни на Земле в современных ее формах при такой температуре было бы невозможным. Годовое колебание температуры земной поверхности распространялось бы в более высокие слои атмосферы чрезвычайно медленно. Уже на высоте 20 м его едва можно было бы обнаружить. Именно на основе этих соображений нам становится особенно ясной роль движений воздуха в переносе энергии и массы в атмосфере. Изменений погоды вовсе не существовало бы, если бы в процессе перемешивания воздуха не происходил перенос тепла и водяного пара от земной поверхности в тропосферу. Чем сильнее перемешивание, тем более резкие колебания испытывает погода. При шквалистой погоде, характеризующейся быстрой сменой солнечного сияния, ветра и дождя, взаимодействуют воздушные массы, в которых перемешивание развито особенно сильно.

В связи с этим большое значение для развития метеорологических процессов, а особенно для формирования микроклимата, имеет скорость ветра и ее изменение с высотой. Воздушные течения могут переносить отдельные частицы воздуха как по прямолинейным, так и по сильно изогнутым и пересекающимся траекториям. Какая из двух форм движения (ламинарное или турбулентное) преобладает, можно легко установить по форме струи дыма. Если ветер в приземном слое атмосферы мало меняется с высотой и воздушные частицы движутся с примерно одинаковыми скоростями по параллельным друг другу траекториям, то образуются узкие струи дыма длиной несколько километров. Наоборот, при шквалистой погоде воздушные частицы беспорядочно перемешиваются и сталкиваются друг с другом. Поэтому уже в нескольких метрах от трубы дым оказывается настолько сильно «разбавленным», что становится неразличимым.

Эти соображения о характере воздушных течений необходимо было привести здесь потому, что иначе невозможно было бы правильно понять проблему ветровой защиты, к описанию которой мы сейчас и перейдем.

Конечно, путем устройства ветрозащитных лесных полос и других сооружений невозможно повлиять на макроклимат, т. е. на погодные явления большого масштаба. Цель и смысл ветровой защиты состоят лишь в ослаблении ветра в непосредственной близости к земной поверхности. Естественно, что при этом микроклимат значительно изменяется и улучшаются условия для развития растительного покрова. В чем состоит это улучшение?

В солнечные дни температура приземного слоя атмосферы определяется в большой степени интенсивностью движений воздуха. При отсутствии ветра солнечная радиация сильно перегревает самый нижний слой атмосферы. В третьей главе мы рассказывали о миражах и других оптических явлениях в атмосфере, связанных с перегревом. При умеренном и тем более при сильном ветре перегретый слой атмосферы разрушается. Таким образом, ветровая защита прежде всего означает повышенный приход тепла к земной поверхности. Для теплового баланса земной поверхности и нижнего слоя атмосферы фактор продуваемости очень важен. Ярким доказательством является, например, раннее зацветание подснежников, крокусов и других весенних цветов в местах, защищенных от ветра.

Другая особенность ветровой защиты заключается в уменьшении испарения. Крестьянин радуется, когда после окончания снеготаяния мартовский ветер помогает полям быстрее просохнуть. Но, усиливая испарение в тот период, когда почва уже и без того достаточно сухая, ветер может принести и вред. Накопленный за зиму запас воды может под воздействием ветра оказаться очень быстро израсходованным. Когда мы говорим о запасе влаги в почве, то часто рассматриваем лишь пополнение этого запаса путем выпадения осадков. И лишь немногие вспоминают о расходных статьях водного баланса почвы: о стоке и испарении. И неудивительно: ведь выпадение осадков видит каждый, в то время как сток и особенно испарение не столь заметны. Приборы для измерения количества осадков тоже распространены значительно шире, чем испарители. Человек еще не способен сколько-нибудь существенно воздействовать на выпадение осадков, но для регулирования испарения уже есть метод, с помощью которого можно улучшить водный баланс земной поверхности и этим способствовать повышению урожайности. В течение жаркого летнего дня с суши испаряется слой воды высотой около 5 мм, что соответствует 5 л с 1 м². При снижении величины испарения всего на 50 % количество воды, сохраненной в почве за неделю, будет соответствовать выпадению слоя осадков высотой 17,5 мм. Это примерно равно количеству осадков, выпадающих за время одного обложного дождя.

Общий дефицит пресной воды, который в последние годы чувствуется почти повсюду в связи с растущим потреблением ее промышленностью, также может быть существенно уменьшен с помощью ветрозащиты и сопутствующего ей улучшения микроклимата. Если благодаря ветрозащитным заборам из растительности, окружающим участок периметром 10 км, ежедневное испарение уменьшится всего на 1 мм, то это будет сохранять в почве 1 миллион тонн воды. Большое значение имеют также и ветрозащитные лесные полосы. На наветренной и особенно на подветренной стороне таких полос воздушный поток сильно тормозится и переносимые им примеси, песчинки или снежинки могут откладываться на земной поверхности и накапливаться.

В степных районах Советского Союза снег составляет основную часть осадков и поэтому здесь принимаются специальные меры для задержания снега. Количество задержанного снега определяется характером препятствия, расположенного на пути воздушного потока. Если защитная полоса слабо продуваема, то снег откладывается и перед полосой, и позади нее. При большой продуваемости полосы снежный сугроб на подветренной стороне получается сравнительно пологим, но сильно вытянутым в длину. Снег при этом начинает откладываться за полосой на расстоянии, равном 10-кратной высоте полосы. Наоборот, высокие и сомкнутые полосы способствуют отложению снега на подветренной стороне.

Отложение снега возле ветрозащитной лесной полосы. Неблагоприятный эффект: а — густые полосы по обе стороны шоссе действуют как снегонакопители, б — максимальное снегонакопление происходит на подветренной стороне лесной полосы. Благоприятный эффект: в — снег сдувается с обеих сторон хорошо продуваемой лесной полосы, г — снег накапливается на подветренной стороне нескольких параллельных лесных полос.

Мы видим, таким образом, что снег может откладываться по-разному и что характер защитной полосы должен в каждом случае отвечать определенной цели. Было бы неправильно для защиты от снежных заносов шоссейной или железной дороги заложить хорошо продуваемую лесную полосу. Если необходимо, чтобы на местности оставались участки, свободные от снега, то следует использовать ступенчатые, эшелонированные полосы, на широком пространстве между которыми общий перенос снега будет постепенно затухать. Установка снегозадерживающих заборов по обе стороны от шоссе или железной дороги не только не защитит их от заносов, но вызовет прямо противоположный результат: в таком искусственном коридоре будут откладываться самые высокие сугробы.

В теплое время года лесные полосы во многих районах служат для защиты от песчаных заносов. Чтобы уменьшились завихрения мельчайшего песка на земной поверхности, необходимо ослабить воздушный поток в самом нижнем слое атмосферы. Этим можно приостановить наступление песков и связанное с ним уменьшение урожайности полей. Как в ГДР, так и в ФРГ на побережьях Балтийского и Северного морей применяется искусственное накопление песка около специально сооружаемых препятствий. Для эффективной защиты берегов от размывания на выдающихся в море песчаных отмелях устраивают специальные ловушки из круглых бревен, переплетенных ветвей и сетей. Около них быстро вырастают песчаные дюны. Их засевают специальными сортами овса и ржи, хорошо и быстро растущими на песке. Корневая система растений укрепляет песок и препятствует дальнейшему переносу его ветром. Таким образом, вмешательство человека в естественный ветровой режим позволяет создавать искусственные песчаные дюны, длину и высоту которых можно регулировать по своему усмотрению.

Во многих странах борьба против эрозии почвы стала очень актуальной. В США около 20 % площадей, используемых в сельском хозяйстве, подвержены ветровой эрозии. Непрестанная вырубка лесов коренным образом изменила климат приземного слоя атмосферы. Во многих районах ветер иссушил почву и уничтожил растительность. Поэтому ему уже нетрудно было срывать оставшиеся небольшие полоски дерна, переносить свободно лежащие частицы почвы за тысячи километров и откладывать их в районах, где ветер ослабевал. Опасность почвенной эрозии стала перед второй мировой войной в США настолько большой, что правительство запланировало устройство больших ветрозащитных лесных полос, которые должны были в меридиональном направлении пересечь всю Северную Америку. Однако во время проектирования этих полос в США выпало аномально большое количество осадков. Затем началась война и проектирование ветрозащитных полос было прекращено.

Совершенно иначе обстоит дело с организацией ветрозащиты в социалистических странах, например в Советском Союзе, а также и в КНР. На протяжении тысячелетий песчаные бури и засуха превращали цветущие и плодородные земли в пустыню. Войны и безжалостная вырубка деревьев тоже способствовали опустошению огромных площадей.

Когда-то богатый лесами Китай оказался в числе самых бедных лесом районов земного шара, хотя китайский лес отличается редкостным разнообразием древесных пород. Выкорчевывание лесов привело к увеличению площади пустыни Гоби, которая еще несколько лет тому назад угрожала поглотить расположенные к югу от нее плодородные земли. Китайцы организовали всенародное движение за восстановление лесов. К 1958 г. они уже насадили свыше 20 млрд. деревьев. К 1962 г. площадь лесов стала в 100 раз больше, чем в 1952 г., и составила 120 000 000 га. Таких успехов в борьбе со стихией человечество еще никогда не знало!

Чтобы приостановить дальнейшее продвижение пустыни Гоби на юг, на северо-востоке Китая, от Каньсу, лежащего на границе с Монголией, была заложена так называемая «Великая зеленая стена», представляющая собой огромную полезащитную лесополосу. Она должна была быть засажена к 1962 г. К этому времени она должна была достичь 2200 км в длину при ширине 1,5 км. Кроме этой основной полосы должны были быть заложены еще 94 дополнительных полосы. Этим путем предполагалось повысить урожайность на 40 % и ввести в сельскохозяйственное производство новые, ранее не обрабатывавшиеся земли.

Как было показано выше, защитное действие лесной полосы зависит от многих факторов. Однако не следует переоценивать это действие, ибо на расстоянии 20-кратной высоты такой полосы за ней снова восстанавливается нормальный режим ветра. Нецелесообразно созданные лесные полосы не только не улучшают режим ветра, но даже оказывают на него вредное влияние. Так происходит, например, в том случае, когда отдельные части полосы разрушаются в результате поломки или естественного отмирания некоторых деревьев. В таких местах возникает усиление ветра.

Следует производить весьма тщательный отбор посадочного материала для лесных полос. Этот материал ни в коем случае не должен стать очагом размножения грибков и бактерий, которые могут оказаться вредными и для полевых культур. Но эти трудности не неразрешимы. Прежде всего необходимо, чтобы та или иная полезащитная лесная полоса соответствовала климатическим и географическим условиям данной местности и ее, конечно, следует закладывать целесообразно. Не следует жалеть и труда на уход за ней.

Ветровая защита не обязательно должна состоять только из живых изгородей, полезащитных лесных полос или заборов. Разумным подбором и комбинированием различных полевых и огородных культур можно добиться того, чтобы более высокие растения (кукуруза, помидоры) служили бы ветровой защитой для более низких посадок (огурцов, фасоли, клубники). Улучшение теплового и водного баланса повышает урожайность невысоких огородных растений вдвое, а благодаря увеличенному приходу лучистой энергии растения, которые являются защитой от ветра, развиваются значительно лучше и созревают быстрее.

Ветровая защита играет определенную роль и в животноводстве. Старые капитальные скотные дворы все больше вытесняются открытыми стойлами, в которых домашние животные избавляются от вредного для них микроклимата старых хлевов. Однако открытые стойла и скотные дворы должны устраиваться так, чтобы они, с одной стороны, хорошо проветривались, но, с другой стороны, не подвергались прямому воздействию резких ветров и сквозняков. Благоприятные или неблагоприятные особенности ветрового режима любой местности могут быть в значительной степени изменены человеком.

Таким образом, мы видим, что пока не удается существенно преобразовывать климат на обширных территориях, но изменять микроклиматические условия в приземном слое атмосферы вполне можно. Для этого необходимо провести лишь некоторые научно обоснованные мероприятия на дне воздушного океана.