накопление дождя что значит
Термины, применяемые в прогнозах
Термины, применяемые в краткосрочных прогнозах погоды
Прогноз погоды: научно-обоснованное предположение о будущем состоянии погоды.
Краткосрочный прогноз погоды: прогноз метеорологических величин и явлений на период от 12 до 72 часов.
Термины, применяемые в прогнозах осадков
Термины, применяемые в прогнозах осадков, и соответствующие им количественные характеристики для жидких и смешанных осадков приведены в таблице 1, для твердых осадков в таблице 2.
Термины
Количество осадков за 12 часов, мм
Без осадков, сухая погода
Небольшой дождь, слабый дождь, морось, моросящие осадки, небольшие осадки
Дождь, дождливая погода, осадки (дождь со снегом; мокрый снег; снег, переходящий в дождь; дождь, переходящий в снег)
Сильный дождь, ливневый дождь (ливень), сильные осадки (сильный мокрый снег, сильный дождь со снегом, сильный снег с дождем)
Очень сильный дождь, очень сильные осадки (очень сильный мокрый снег, очень сильный дождь со снегом, очень сильный снег с дождем)
Термины
Количество осадков за 12 часов, мм
Без осадков, сухая погода
Слабый снег, небольшой снег
Сильный снег, снегопад
Очень сильный снег, очень сильный снегопад
Для более детальной характеристики ожидаемого распределения количества осадков по территории в прогнозе используются термины в «отдельных районах» и «местами». Эти термины подразумевают, что ожидаемое явление погоды или значение метеорологической будет наблюдаться не более чем на 50% от общей площади.
Для характеристики вида осадков (жидкие, твердые, смешанные) применяют термин: «дождь», «снег», «осадки». Термин осадки применяется только с обязательным дополнением одного из терминов, приведенных в таблице 3.
Термины
Характеристика смешанных осадков
Дождь и снег одновременно, но преобладает дождь
Снег и дождь одновременно, но преобладает снег; тающий снег
Снег, переходящий в дождь
Сначала ожидается снег, а затем дождь
Дождь, переходящий в снег
Сначала ожидается дождь, затем снег
Чередование снега и дождя, преобладание снега
Для качественной характеристики продолжительности осадков используется термины, приведенные в таблице 4.
Термины
Общая продолжительность осадков, час.
Кратковременный дождь, кратковременные дожди, кратковременный снег, кратковременный дождь со снегом, кратковременный мокрый снег, снег (мокрый снег) зарядами
Дождь, снег, мокрый снег, дождь со снегом, продолжительный дождь, продолжительный снег, продолжительный мокрый снег, продолжительный дождь со снегом, временами дождь, временами снег, временами мокрый снег, временами дождь со снегом
Для детализации времени начала (прекращения) осадков использует характеристику времени суток, приведенную в таблице 5
Характеристика
Период, час. (время местное)
Первая половина дня
Вторая половина дня
Первая половина ночи
Вторая половина ночи
Термины, применяемые в прогнозах ветра
В прогнозах погоды прогнозируют направление и скорость ветра. Направление ветра указывают в четвертях горизонта (откуда дует ветер): северный, юго-восточный и т.д. В прогнозах погоды указывают максимальную скорость ветра при порывах в метрах в секунду или максимальную среднюю скорость при условии, если порывы не ожидаются. В прогнозах погоды и штормовых предупреждениях скорость ветра указывают с интервалом не более 5 м/c. При слабом ветре (скоростью ≤ 5 м/с) разрешается не указывать направление или использовать термин «слабый или переменных направлений». Если в прогнозируемый интервал скорости ветра попадают значения скорости ветра, достигшие значения ОЯ (опасное явление), то составляют штормовое предупреждение. Качественные характеристики ветра и соответствующие им количественные значения скоростей приведены в таблице 6.
Качественная характеристика скорости ветра
Диапазон скорости ветра, м/с
Термины, применяемые в прогнозах температуры воздуха
В прогнозах погоды указывают минимальную температуру воздуха ночью и максимальную температуру воздуха днем, или изменение температуры воздуха при аномальном ходе, составляющем 5°С и более за полусутки.
Ожидаемую минимальную и максимальную температура воздуха указывают градациями с интервалами для пункта 2°С, а для территории 5°С. Если ожидается аномальный ход температуры воздуха, то указывают наиболее высокое (низкое) ее значение с использованием характеристик времени суток, приведенных в таблице 5. При использовании терминов «повышение» («понижение») или «понижение» («похолодание»), «усиление» («ослабление») морозов прогнозируемое значение температуры воздуха указывают одним числом с предлогом «до».
Если ожидается, что максимальная (минимальная) температура воздуха достигнет значений ОЯ или в прогнозируемый интервал попадают значения температуры, соответствующие критериям ОЯ, то применяют термин «сильная жара» («сильный мороз») и составляется штормовое предупреждение. Значения температур воздуха, относящихся к критериям ОЯ, приведены в приложении А.
Термины, применяемые в прогнозах явлений погоды
В прогнозах погоды необходимо включать следующие из ожидаемых явлений погоды: осадки, гроза, град, шквал, туман, метель, пыльная буря, гололедно-изморозевые явления: гололед, налипание (отложение) мокрого снега на проводах и деревьях, гололедица на дорогах и снежные заносы. В прогнозах погоды для характеристики интенсивности явлений погоды термин «сильный», а для осадков «очень сильный» применяют в том случае, если ожидают, что явление по интенсивности достигнет критерия ОЯ. В остальных случаях характеристики интенсивности явления («слабое» или «умеренное»), за исключением интенсивности осадков, не указывается. В прогнозах явлений погоды при необходимости применяют термины «усиление», «прекращение», «ослабление» с указанием «день», «ночь» или с использованием характеристик времени суток, приведенных в таблице 5.
ПЕРЕЧЕНЬ И КРИТЕРИИ ОПАСНЫХ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ
Явление
Характеристика явления и критерии ОЯ
Очень сильный ветер
Скорость ветра (включая порывы) 25 м/с и более, на побережье 35м/с и более
Ураганный ветер (ураган)
Скорость ветра (включая порывы) 33 м/с и более (для континентальных станций)
Резкое кратковременное (в течение нескольких минут, но не менее 1 мин) усиление ветра до 25 м/с и более, на побережье 35 м/с и более
Сильный маломасштабный вихрь с вертикальной осью в виде столба или воронки, направленный от облака к поверхности земли (воды)
Очень сильные осадки (очень сильный дождь, очень сильный дождь со снегом, очень сильный снег с дождем)
Жидкие или смешанные осадки с количеством выпавших осадков 50 мм и более за 12 часов и менее
Очень сильный снег
Количество осадков 20 мм и более за 12 часов и менее
Продолжительные сильные дожди
Град диаметром 20 мм и более
Перенос снега (в том числе сопровождаемый выпадением снега из облаков) ветром со средней скоростью 15 м/с и более (в прибрежных районах при средней скорости 25 м/с и более) и при видимости менее 500 м, продолжительностью не менее 12 часов
Сильная пыльная (песчаная) буря
Перенос пыли (песка) ветром со средней скоростью 15м/с и более и видимости 500 м и менее,
продолжительностью не менее 12 часов
Сильное гололедно-изморозевое отложение
Значения ночных температур:
В период с октября по март в течение не менее 5 суток значения среднесуточных температур воздуха ниже климатической нормы на 7ºС и более
В течение 3-х дней наблюдалась температура воздуха:
Владивосток +33ºС и выше
Южные районы края +35ºС и выше
Западные районы края +37ºС и выше
Центральные районы края +37ºС и выше
Восточные районы края +37ºС и выше
В период с апреля по сентябрь в течение 5 суток и более значения среднесуточных температур воздуха выше климатической нормы на 7ºС и более
Чрезвычайная пожарная опасность
Показатель пожарной опасности составляет 5 класс (10000 ºС и более по формуле Нестерова)
Понижение температуры воздуха или поверхности почвы до значений ниже 0 градусов на фоне положительных средних суточных температур в период активной вегетации или уборки сельхозкультур, приводящее к их повреждению.
Видимость 50м и менее и продолжительность 12 час и более
Сочетания метеорологических явлений, относящихся к ОЯ
Характеристика явления и критерии ОЯ
Сильный дождь при сильном ветре
Количество выпавшего дождя 35-49мм за 12 час и менее при ветре 20-24 м/с, на побережье 28-34 м/с
Сильный снег с гололедно-изморозевыми отложениями
Низкая температура воздуха при сильном ветре
(для г. Владивостока)
Термины, применяемые в долгосрочных прогнозах погоды
Долгосрочный прогноз погоды – прогноз на период от 30 суток до 2-х лет. К долгосрочным прогнозам погоды относится месячный ориентировочный прогноз погоды.
Месячный ориентировочный прогноз погоды содержит ожидаемые значения аномалии средней месячной температуры воздуха (норма, выше нормы, меньше нормы) и количества осадков (норма, больше нормы, меньше нормы) и ожидаемую величину средней месячной температуры воздуха по территории края, области, округа и т.п.
В тексте прогноза погоды указываются следующие характеристики:
Аномалия температуры воздуха в интервале 1ºС в градациях:
0…+1 и 0…-1 – норма (около нормы) ;
+1…+2 и +2…+3 – выше нормы ;
>+3 – экстремально-теплый (выше нормы более чем на 3ºС)
Климатическая норма (норма) – та или иная характеристика климата, статистически полученная из многолетнего ряда наблюдений. Чаще всего это многолетняя средняя величина; например, среднее месячное или годовое количество осадков, подсчитанное по материалам за ряд лет, или средняя суточная, месячная, годовая температура воздуха также по многолетним наблюдениям.
Словарь синоптика: как понять прогноз погоды?
Прослушивая прогноз погоды, обычно мы обращаем внимание на температуру, осадки и иногда на ветер. Но есть и еще ряд параметров — важных не только для оценки возможности времяпрепровождения на улице, но и здоровья, а также для самостоятельного прогнозирования погоды на ближайшие дни. О чем на самом деле говорят синоптики?
При всех современных технологиях, до сих пор нет способа точно предсказать погоду. Синоптики наблюдают за ситуацией на текущий момент и составляют наиболее вероятный сценарий развития. Поэтому чаще всего прогнозы носят вероятностный характер, хотя точность прогнозов сегодня и составляет более 90%. И чем более краткосрочный прогноз, тем он точнее.
В коротких сводках ежедневно мы узнаём, какая температура ждёт нас за окном и принимаем решения, одеться потеплее или наоборот. Но за этими цифрами стоят сложные атмосферные процессы. Чаще всего в прогнозе мы слышим «циклон», «антициклон», «атмосферный фронт». Что это значит? И на что еще стоит обращать внимание? На эти вопросы ответила начальник отдела метеопрогнозов Западно-Сибирского гидрометцентра Марина Виноградова.
Основные погодные понятия
Циклон — атмосферный вихрь, в центре которого низкое атмосферное давление. Направление потоков в нём происходит против часовой стрелки. При циклоне зимой метели и снегопады, а летом дожди и сильные ветра.
Антициклон — вихрь с высоким атмосферным давлением в центре, в нём, наоборот, поток вихря движется по часовой стрелке. При антициклоне зимой стоят крепкие морозы, а летом солнечно и жарко. Метеостанция с ведрами: как узнают погоду в XXI веке
«В циклоне восходящее движение воздуха. Когда вы открываете бутылку газировки, пузырьки поднимаются к верху. Это модель циклона. Если воздух влажный, то конденсация пара приводит к образованию облаков и осадков. В антициклоне, наоборот, словно вы закрываете пробку, запираете пузырьки, они прижимаются к низу. Зимой при нём грязный воздух концентрируется у земли», — пояснила разницу Виноградова.
Атмосферное давление — это сила, с которой воздух давит на землю, все живое и все предметы, находящиеся на ее поверхности. Иначе можно сказать, что это вес воздуха. Изменения атмосферного давления связаны с движением циклонов и антициклонов, поэтому данный показатель имеет большое значение для прогнозирования погоды.
Для человека нормальным считается давление около 760 мм ртутного столба (на разных территориях оно может немного отличаться). Отклонения от нормы сказываются на самочувствии, как минимум, трети людей.
При пониженном атмосферном давлении (циклон) может понижаться артериальное давление, возникать сонливость, усталость, затрудняться дыхание, случаться приступы головокружения, тошноты и мигрени. При повышенном (антициклон) — наоборот, артериальное давление может подскакивать, учащаться сердцебиение, и также наблюдаться головные боли, головокружения, тошнота.
Поэтому в периоды колебаний атмосферного давления метеозависимым не стоит усердствовать с физическими, спортивными нагрузками, и даже рекомендуется откладывать трудные задачи занятым умственным трудом.
Атмосферный фронт — переходная зона между потоками воздушных масс внутри циклона, бывает тёплым и холодным. В любом атмосферном фронте бывают и облачность, и осадки. В антициклоне фронтов нет, так как воздух однородный — либо тёплый, либо холодный.
Влажность воздуха — показатель содержания водяного пара в воздухе. Измеряется в процентах, где за 100% принимается то количество влаги, которое может содержаться в воздухе при той же температуре. Когда относительная влажность доходит до 70-80% процентов, как правило, начинается дождь. Нигде на планете нет влажности 0%, например, в пустыне Сахара — 25%.
Для человека комфортной считается показатель в 40-60%. Если ниже, особенно при высокой температуре воздуха, человек активно потеет и организм обезвоживается. Если влажность повышенная, человеку также дискомфортно — многих начинает знобить, температура ощущается ниже, чем она есть на самом деле. Особенно это заметно в прохладных помещениях, когда влаге особенно трудно испаряться, или зимой — минус 20 при низкой и высокой влажности могут ощущаться как минус 10 или минус 30 и ниже.
Порывы — так называют кратковременное усиление ветра. Если в порыве воздух разгоняется до 20 метров в секунду, то синоптики говорят «шквалистый ветер». Опасным ветер становится, когда порывы достигают 25 метров в секунду.
Терминология, применяемая в прогнозах погоды и штормовых предупреждениях
Терминология, применяемая в краткосрочных прогнозах погоды общего назначения и штормовых предупреждениях
(в соответствии с Руководящим документом РД 52.27.724-2009 «Наставление по краткосрочным прогнозам погоды общего назначения»)
В краткосрочных прогнозах погоды общего назначения указывается следующие метеорологические величины (элементы): облачность, осадки, направление и скорость ветра, минимальная температура воздуха ночью и максимальная температура днем (в ˚С), а также явления погоды. В табл. 1–5 приведены термины, используемые в прогнозах для различных метеорологических величин (элементов), явлений погоды и соответствующие им количественные характеристики.
Для учета специфики ожидаемого синоптического процесса и/или влияния региональных особенностей территории, по которой составляется прогноз, в случае если прогнозируемые метеорологические величины и явления погоды в отдельных частях территории будут значительно различаться, выполняют посредством детализации прогноза, применяя дополнительные градации. Для выделения отдельных частей территории используют характеристики географического положения (запад, юг, северная половина, центральные районы, правобережье, прибрежные районы, пригороды и др.), а также особенности рельефа местности (пониженные места, низины, долины, предгорья, перевалы, горы и т.д.).
Детализация прогноза по территории или пункту с использованием дополнительной градации и терминов «в отдельных районах» или «местами» допускается, как правило, при наличии влияния (воздействия) атмосферных процессов (явлений) мезометеорологического масштаба:
— ливневых осадков, гроз, града, шквала, связанных с развитием интенсивной конвекции;
— туманов и температуры воздуха (включая заморозки в воздухе и на почве), обусловленных влиянием особенностей рельефа местности или радиационными факторами (притоком солнечной радиации в атмосферу и на земную поверхность, ее поглощением, рассеянием, отражением, собственным излучением земной поверхности и атмосферы).
С целью учета влияния радиационных факторов допускается детализация прогноза температуры воздуха с использованием дополнительной градации и терминов «при прояснениях», «при натекании облаков».
Использование в прогнозе погоды терминов «местами» или «в отдельных районах (пунктах)» подразумевает, что ожидаемое явление погоды или значение метеорологической величины будет подтверждено данными наблюдений не более чем 50% метеорологических наблюдательных подразделений, находящихся на территории, по которой составлен прогноз.
Термины, применяемые в прогнозах облачности
Количество облаков в баллах
Ясно, ясная погода, малооблачно, малооблачная погода, небольшая облачность, солнечная погода
До 3 баллов облачности среднего и/или нижнего яруса или любое количество облачности верхнего яруса
Переменная (меняющаяся) облачность
От 1-3 до 4-7 баллов нижнего и/или среднего яруса
Облачно с прояснениями, облачная погода с прояснениями
4-7 баллов облачности нижнего и/или среднего яруса или сочетание облачности среднего и нижнего яруса общим количеством до 7 баллов
Облачно, облачная погода, значительная облачность, пасмурно, пасмурная погода
8-10 баллов облачности нижнего яруса или плотных, непросвечивающих форм облаков среднего яруса
Если в течение полусуток ожидается значительное изменение количества облачности, то разрешается использовать две характеристики из терминологии, приведенной в таблице 1, а также применять слова «уменьшение» или «увеличение». Например: Утром малооблачно, днем увеличение облачности до значительной.
Термины, применяемые в прогнозах осадков
В прогнозах погоды и штормовых предупреждениях используются термины, характеризующие факт отсутствия или наличия осадков, при наличии осадков – их вид (фазовое состояние), количество, продолжительность (рекомендуется, но не обязательно). Термины и соответствующие им количественные величины для жидких и смешанных осадков приведены в табл. 2а, для твердых осадков – в табл. 2б.
Кол-во осадков, мм/12 час
Без осадков, сухая погода
Небольшой дождь, слабый дождь, морось, моросящие осадки, небольшие осадки
Дождь, дождливая погода, осадки, мокрый снег, дождь со снегом; снег, переходящий в дождь; дождь, переходящий в снег
Сильный дождь, ливневый дождь (ливень), сильные осадки, сильный мокрый снег, сильный дождь со снегом, сильный снег с дождем
То же для селеопасных районов
То же для Черноморского побережья Кавказа
Очень сильный дождь, очень сильные осадки (очень сильный мокрый снег, очень сильный дождь со снегом, очень сильный снег с дождем)
То же для селеопасных районов
То же для Черноморского побережья Кавказа
Сильный ливень (сильные ливни)
То же для Черноморского побережья Кавказа
≥30 мм за период ≤ 1 ч
≥50 мм за период ≤ 1 ч
Кол-во осадков, мм/12 час
Без осадков, сухая погода
Небольшой снег, слабый снег
Сильный снег, сильный снегопад
Очень сильный снег, очень сильный снегопад
Для более детальной характеристики ожидаемого распределения количества осадков по территории в прогнозе рекомендуется использовать дополнительные (как правило, соседние) градации количества осадков, допускается также применение терминов «в отдельных районах» и «местами».
Например: Во второй половине дня по области ожидаются грозовые дожди, местами сильные ливни.
Для характеристики вида осадков (жидкие, твердые, смешанные) применяются термины: «дождь», «снег», «осадки». Термин «осадки» можно применять только с обязательным дополнением одного из терминов, приведенных в табл. 3.
Характеристика смешанных осадков
Дождь и снег одновременно, но преобладает дождь
Снег и дождь одновременно, но преобладает снег; тающий снег
Снег, переходящий в дождь
Сначала ожидается снег, а затем дождь
Дождь, переходящий в снег
Сначала ожидается дождь, а затем снег
Снег с дождем (дождь со снегом)
Чередование снега и дождя с преобладанием снега (дождя)
Для качественной характеристики продолжительности осадков рекомендуется применять термины, приведенные в табл. 4.
Общая продолжительность осадков, час
Кратковременный дождь (снег, дождь со снегом, снег с дождем, мокрый снег), снег (мокрый снег) зарядами
Если в прогнозах указывается «небольшая облачность» или «малооблачная погода», то термин «без осадков» разрешается не использовать.
Термины, применяемые в прогнозах ветра
В прогнозах погоды и штормовых предупреждениях указывают направление и скорость ветра. Разрешается использовать детализацию прогноза характеристик ветра (направления, скорости) по частям территории. Направление ветра указывают в четвертях горизонта (откуда дует ветер): северо-восточный, южный, юго-западный и т.д.). Если в течение полусуток ожидается изменение направления ветра в пределах двух соседних четвертей горизонта, то указывается две соседние четверти; если ожидается изменение направление ветра более чем на две четверти горизонта, то используется термин «с переходом». Например: 1. Ветер юго-восточный, южный.
2. Ветер южный с переходом на северо-западный.
В прогнозах погоды и штормовых предупреждениях указывают максимальную скорость ветра при порывах в метрах в секунду (далее – максимальная скорость ветра) или максимальную среднюю скорость ветра, если порывы не ожидаются.
Примечание: максимальная средняя скорость ветра – это наибольшая средняя скорость ветра, которая ожидается в любой 10-минутный интервал времени в течение времени периода действия прогноза или штормового предупреждения.
В прогнозах погоды и штормовых предупреждениях скорость ветра указывают градациями с интервалом не более 5 м/с. При слабом ветре (скоростью ≤5 м/с) разрешается не указывать направление или использовать термин «слабый, переменных направлений».
Если ожидается, что в течение полусуток скорость ветра будет значительно меняться, то указание на эти изменения формулируется с помощью терминов «ослабление» или «усиление» с добавлением характеристики времени суток.
Например: Ветер южный 3-8 м/с с усилением во второй половине дня до 20 м/с (т.е. максимальная скорость ветра при порывах достигнет 15-20 м/с).
При прогнозировании шквала направление ветра не указывается. Рекомендуется применять термины «шквалистое усиление ветра до …. м/с» или «шквал до … м/с» с указанием максимальной скорости ветра.
Например: при грозе шквалистое усиление ветра до 20-25 м/с (или шквал до 25 м/с).
В прогнозах погоды помимо количественного значения скорости ветра может применяться качественная ее характеристика в соответствии с таблицей 5.
Невспаханная земля. Сохраненная влага
NO-TILL как способ управления накоплением влаги в почвах
Гари Петерсон, Колорадский государственный университет
Профессор Гари Петерсон — человек не только глубоких знаний, но и открытый собеседник, способный увлечь практиков оригинальными идеями и простотой ясной мысли. На конференции в Днепропетровске, где Петерсон читал этот доклад, он моментально оброс друзьями и новыми знакомствами, его приглашали в гости, в хозяйства, и он откликался искренне, потому что ему хватило недели пребывания на этой земле, чтобы полюбить Украину.
Осадки и атмосферная потребность в испарении
В засушливых условиях естественные осадки — единственно доступный источник влаги. Полузасушливые регионы, например Восточная Европа и Западная Азия, получают непостоянное и ограниченное количество осадков. Поэтому успешное выращивание культур на неорошаемых почвах зависит от адекватного накопления воды в почве для поддержания культуры до выпадения следующих осадков. Культуры на неорошаемых землях полагаются исключительно на воду в почве, накопленную между выпадением осадков, и из-за ненадежного выпадения осадков накопление воды в почве исключительно важно для возделывания культур на неорошаемых землях.
Существует три принципа накопления влаги:
1) накопление воды — сохранение осадков в почве;
2) удержание воды — сохранение воды в почве для более позднего использования культурами;
3) эффективность использования воды — эффективное использование воды для получения оптимального урожая. Лишь недавно у нас появилась технология, которая значительно изменила подход к управлению осадками на неорошаемых землях. Когда механическая обработка почвы была единственным способом контроля сорняков и подготовки семенного ложа, управление накоплением осадков и удержанием их в почве было очень трудоемкими процессом. Обрабатываемые поля вообще не были покрыты и были в значительной мере подвержены влиянию ветровой и водной эрозии. Интенсивная обработка почвы оказывает много отрицательных эффектов на саму почву, включая снижение количества органического вещества и повреждение структуры почвы. Использование сокращенной обработки и no-till позволяет нам эффективно собирать воду и сохранять ее. В большинстве случаев, когда системы сокращенной обработки и no-till правильно отлажены, они приводят к более устойчивому выращиванию культур на неорошаемых землях. В данной статье будут рассмотрены принципы улавливания осадков и сохранения их в почве.
Накопление воды
Сохранение воды начинается с накопления случайных осадков (дождя или снега). Накопление воды должно быть максимизировано в рамках экономических ограничителей определенной ситуации. Принципы, управляющие свойствами почвы, которые влияют на способность накапливать влагу, следующие: структура почвы, образование агрегатов и размер пор. Мы также рассмотрим взаимодействие накопления и удержания воды по сравнению с испарением. Например, сокращение времени застаивания воды на поверхности почвы и перемещения влаги вглубь уменьшает возможность испарения. Это особенно важно в регионах, где после выпадения дождя летом возникает большой потенциал испарения.
Визуализация улавливания осадков
Мы должны стараться, чтобы вода, содержащаяся в капле дождя, немедленно попадала в промежутки между почвенными агрегатами и удерживалась там для дальнейшего ее использования культурой. Для начала давайте представим себе улавливание осадков с точки зрения капли дождя, которая ударяется о поверхность почвы и проникает вглубь (рис. 1). Обратите внимание на то, что чем дольше промежутки между агрегатами почвы открыты, тем меньше вода имеет преград и быстрее впитывается, таким образом, накопление осадков будет отличным.
Поступление воды в почву, на первый взгляд, выглядит очень простым процессом, когда поступающая вода просто вытесняет присутствующий в почве воздух. Однако на самом деле это сложный процесс, т.к. скорость инфильтрации воды в почву подвержена влиянию множества факторов, например, пористости почвы, содержания воды в почве и проницаемости профиля почвы. Удерживание воды — сложный феномен, поскольку максимальная скорость инфильтрации достигается в начале выпадения осадков, а затем быстро снижается, по мере того, как вода начинает заполнять пространство пор на поверхности.
Текстура почвы сильно влияет на скорость инфильтрации, но при помощи менеджмента текстуру почвы изменить нельзя. Большое количество макропор на поверхности (большие поры), как и те, которые присутствуют в почвах с грубой структурой (песчаные суглинки и т.д.), увеличивают скорость инфильтрации влаги. Почвы с мелкой структурой (пылеватые суглинки и тяжелые глинистые суглинки) обычно обладают меньшим количеством макропор (маленькие поры), а, следовательно, скорость инфильтрации на таких почвах меньше по сравнению с почвами, у которых грубая структура.
Агрегация почвы также управляет размером макропор почвы. Таким образом, почвы с одинаковой структурой, но с разной степенью агрегации могут значительно отличаться в плане размера макропор. К счастью и к сожалению, степень агрегации почвы можно изменить при помощи управленческих методов, например, no-till, добавления растительных остатков, которые помогают восстановить агрегацию. Исключительно важно помнить, что почвы с мелкой структурой, например, пылеватые суглинки или тяжелые глинистые суглинки, оставались хорошо структурированными, чтобы существовали открытые проходы для движения воды вниз. Помните, любая технология, которая уменьшает структурный размер, будет уменьшать размер пор на поверхности, а, следовательно, ограничивать проникновение воды в почву. Самой лучшей в этом плане является структура, которая может сопротивляться изменениям. Почвы со слабой структурой быстро теряют свою способность впитывать воду, если структурные агрегаты распадаются, и поры на поверхности почвы становятся меньше. Это может происходить либо из-за слишком интенсивной обработки почвы, либо в силу природных явлений, например, дождя.
Непосредственно поверхность почвы должна представлять интерес для менеджмента, т.к. условия, возникающие на поверхности почвы, предопределяют способность улавливать влагу. При работе в условиях засухи наша цель — использовать такие методы, которые приводят к увеличению степени инфильтрации реалистичным и экономически выгодным способом в рамках определенной системы выращивания культур.
Визуализация влияния капли дождя
Что же действительно происходит, когда капля падает на поверхность почвы? Размер капель зависит от силы грозы, которая, в свою очередь, предопределяется климатом определенного географического региона. Диаметр капель варьирует от 0,25 до 6 мм (средний — около 3 мм), а теперь сравните диаметр капли с диаметром почвенных агрегатов, в которые попадает эта капля, а почва, в свою очередь, ничем не покрыта; размер почвенных агрегатов обычно составляет менее 1 мм. Когда капля диаметром 3 мм, летящая со скоростью 750 см/сек, ударяется в агрегат диаметром меньше 1 мм, повреждение зачастую очень значительное. Если привести это к относительной массе, то этот феномен аналогичен тому, что в человека весом 80 кг врезается автомобиль весом 1600 кг, двигавшийся со скоростью 27 км/ч. Дождь с ветром, который ускоряет скорость капли, приводит к большему воздействию, т.к. ускоренная ветром капля несет в себе заряд энергии в 2,75 раз больше, чем дождь при штиле. Вполне очевидно, что почвенные агрегаты будут разрушены, особенно, если в них постоянно ударяются капли дождя при грозе любой продолжительности. Энергия дождевых капель отрицательно воздействует на структуру поверхности почвы, буквально «взрывая» агрегаты почвы. Когда агрегаты взрываются, оставшиеся маленькие частицы забивают пространство макропор почвы, и скорость инфильтрации снижается (рис. 2). Очевидно, что во время непродолжительной или несильной грозы влияние дождевых капель будет меньше. No-till дает решение этой дилемме, т.к. при подобной технологии растительные остатки остаются на поверхности, защищая поверхность почвы от воздействия капель дождя.
Защита почвенных агрегатов от влияния дождевых капель
Удерживание воды можно осуществлять на адекватном уровне, если мы сможем сохранить поры на поверхности почвы открытыми. Поэтому защита почвенных агрегатов от воздействия капель дождя — ключ к сохранению максимальной степени улавливания воды для определенной ситуации на почве (рис. 3).
Технология no-till, при которой растительные остатки остаются на поверхности, — частичный ответ на то, как защитить почвенные агрегаты. На рисунке 3 вы видите, как растительные остатки впитывают энергию дождевых капель, а поэтому почвенные агрегаты остаются неповрежденными. Таким образом, инфильтрация воды проходит в нормальном режиме. Благодаря контролю над сорняками с помощью гербицидов, мы можем просто контролировать сорняки без механической обработки, оставляя нашу почву максимально защищенной от воздействия энергии дождя.
Польза от накопления воды благодаря покрову наиболее ощутима в регионах с летними осадками; например, циклы выращивания кукурузы (Zea mays L.) или зернового сорго в Великих равнинах Северной Америки приходятся на период, когда выпадает 75% годовых осадков. Наоборот, неорошаемые регионы, где зимой выпадает не очень много осадков (Северо-запад Тихоокеанского побережья в США), не обладают хорошо развитым покровом, когда выпадает большая часть осадков. Тем не менее, раннее формирование культур, посеянных осенью для получения хотя бы частичного покрова почвы, признано хорошей защитой почвы и способом борьбы с оттоком воды в течение зимних месяцев.
Другое воздействие растительных остатков на удержание воды
Помимо поглощения энергии капель и защиты почвенных агрегатов от разрушения растительные остатки физически блокируют отток воды, снижают уровни испарения во время дождя, позволяя воде уйти в профиль почвы до начала оттока. Общая инфильтрация воды является следствием того, насколько долго вода будет находиться в контакте с почвой (время возможности) до того, как она начнет стекать вниз по склону. Увеличение этой временной составляющей является ключевым управленческим инструментом в накоплении воды. Основным принципом увеличения «времени возможности» является предотвращение оттока воды, замедление его, и т.о предоставление возможности подольше находиться в контакте с почвой, а, следовательно, впитываться. Растительные остатки на поверхности почвы увеличивают «время возможности», т.к. физически блокируют и замедляют отток воды. Контурный посев также увеличивает пользу от растительных остатков в замедлении оттока воды, т.к. гребни играют роль мини-террас.
Duley и Russel (1939) были одними из первых, кто признал важность защиты почвы растительными остатками. В одном из своих экспериментов они сравнивали влияние 4,5 т/га уложенной соломы с равным количеством заделанной соломы и с непокрытой почвой на накопление влаги. Накопление влаги составляло 54% осадков при покрытии, состоящем из уложенной соломы, по сравнению с 34%, когда солома была заделана, и лишь 20% при непокрытой почве. Их эксперимент не предусматривал разделения влияния растительных остатков на такие компоненты, как защита почвы, испарение и блокировка воды, но комментарии говорят о том, что сохранение пористости и физическая блокировка воды значительно снижали отток влаги во время гроз и были основными составляющими увеличения накопления воды во время сезона.
Данные исследования Mannering и Mayer (1963) явно показывают защитный механизм растительных остатков, влияющих на скорость инфильтрации на пылеватых суглинках с уклоном 5%. После четырех симуляций дождя в течение 48 часов почва, покрытая 2,2 т/га растительных остатков, имела окончательный уровень инфильтрации, несильно отличающийся от изначального. Исследователи обнаружили, что солома поглощала энергию капель и распространяла ее, предотвращая поверхность почвы от покрывания коркой и закупорки.
Демонстрация отрицательного воздействия механической обработки
Агрегация почвы снижается при увеличении интенсивности обработки почвы и/ количества лет культивации (рис. 4). Механическая обработка почвы отрицательно воздействует на агрегаты почвы по двум основным причинам: 1) физическое измельчение, которое приводит к сокращению размера агрегатов; 2) увеличение уровней окисления органического вещества, которое возникает из-за разрушения макроагрегатов и последующего открытия органических соединений почвенным организмам.Распределение размеров агрегатов также меняется таким образом, что микропористость увеличивается за счет макропористости, что приводит к снижению скорости инфильтрации. Степень, с которой механическая обработка влияет на инфильтрацию, регулируется сложным взаимодействием типа обработки, климата (особенно осадки и температура) и времени, совместно с такими характеристиками почвы, как структура, органическая структура и содержание органического вещества. Поэтому долгосрочная обработка любой почвы снижает сопротивляемость агрегатов к физическому разрушению, например, воздействие капель дождя и механической обработки почвы любого рода. Однако, как глинистые минералы в почве, так и органическое вещество стабилизируют почвенные агрегаты и делают их устойчивыми к физическому разрушению. Уменьшение количества органического вещества снижает стабильность агрегатов, особенно, если она и так низкая.
Из этих двух основных свойств почвы, регулирующих образование агрегатов, механическая обработка почвы в любом виде влияет на содержание органического вещества. Степень практичности изменения уровня органического вещества варьирует в зависимости от условий, т.к. уровень органического вещества в значительной мере определяется двумя процессами: накоплением и декомпозицией. Первый определяется в основном количеством внесенной органики, сильно зависящей от осадков и орошения. Второй — преимущественно температурой. Цель сохранения или увеличения уровней органического вещества легче достижима в прохладных, увлажненных условиях, чем в жарких и сухих.
«Свежесть» соединений органического вещества необходима для стабильности агрегатов. В почвенных экосистемах вновь добавленные или частично разложившиеся растительные остатки и продукты их распада, известные также как «молодые гуминовые субстанции», создают более «мобильный» массив органического вещества. Старые или более стабильные гуминовые субстанции, которые более устойчивы к дальнейшему распаду, создают «стабильный» массив органического вещества. Всеобще признано, что мобильный массив органического вещества регулирует силу подачи питательных веществ в почве, особенно азота, тогда как мобильный и стабильный массивы влияют на физические качества почвы, например, формирование агрегатов и структурную стабильность. Образование мобильного и стабильного массивов — динамический процесс, который регулируется несколькими факторами, включая тип и количество внесения органики и ее состав.
Возник большой интерес к определению того, как обработка почвы влияет на структурное развитие и поддержание почвы по отношению к содержанию органического вещества, особенно в связи с появлением технологии no-till. Повышение интенсивности обработки почвы увеличивает потери органического вещества из почвы и снижает агрегативность почвы.
Накопление снега и удержание талых вод
Многие неорошаемые земли получают значительное количество годовых осадков в виде снега. Эффективное накопление воды снега имеет две характеристики: 1) улавливание снега само по себе и 2) улавливание талых вод. Поскольку снег зачастую сопровождается ветром, принципы улавливания снега такие же, как принципы, используемые в защите почв от ветровой эрозии. Растительные остатки на корню, ветрозащитные полосы, полосная обработка и искусственные барьеры использовались для максимизации улавливания снега. Основной принцип этих устройств заключается в создании областей, где снижается скорость ветра с подветренной стороны и барьера, что приводит к улавливанию частиц снега с другой стороны барьера. Повторяющиеся барьеры, например, стерня на корню, удерживают ветер над поверхностью растительных остатков, а, следовательно, «пойманный» снег остается недостижимым для последующих движений ветра.
Исследования ученых с Великих равнин США показали, что стерня на корню сохраняла 37% зимних осадков, а поля под паром без растительных остатков сохраняли лишь 9%. Пропорция поля, покрытая растительными остатками на корню, очевидно, влияет на улавливание снега. Ученые, изучающие влияние высоты среза подсолнечника на удержание снега, обнаружили высокую корреляцию между сохраненной влагой в почве и высотой среза: чем выше срез, тем больше снега улавливается.
Внедрение технологии no-till позволило значительно улучшить улавливание снега при помощи растительных остатков на корню. До начала использования no-till механическая обработка, необходимая для контроля сорняков, приводила к снижению пропорции растительных остатков на корню и общей пропорции покрытия почвы растительными остатками, а, следовательно, к снижению улавливания снега.
Улавливание снегопада остается самой простой частью накопления ресурса влаги снега; улавливание талых вод намного менее предсказуемое и управляемое. Например, если почва замерзает до снегопада, у воды меньше шансов впитаться, по сравнению со случаями, когда почва не замерзла. На северных широтах почвы обычно замерзают до выпадения снега. Более того, глубина промерзания почвы зависит от количества воды в почве осенью, а также от изолирующего эффекта снега, который увеличивается при увеличении глубины снежного покрова. Сухие почвы промерзают глубже и быстрее, чем влажные, но замерзшие сухие почвы снижают отток воды по сравнению с влажными почвами.
Поддержание инфильтрации на должном уровне, когда почва замерзает до снегопада и/или до выпадения зимних дождей, представляет трудность. Уровни инфильтрации замерзших почв определяются двумя факторами: 1) структурой замерзшей почвы, т.е. маленькие гранулы или большие агрегаты, похожие на бетон, 2) содержанием воды в почве во время морозов. Почвы, которые замерзли с низким уровнем содержания влаги, не мешают проникновению воды, т.к. агрегаты оставляют достаточно места для инфильтрации. Наоборот, почвы, замерзшие с большим содержанием воды, замерзают в массивные, плотные структуры (как бетон) и практически не дают воде возможности проникнуть вовнутрь. Резкая оттепель и дождь на таких почвах могут привести к большому оттоку и эрозии. Накопление зимних осадков можно максимизировать, используя следующие принципы: 1) улавливание снега при помощи растительных остатков на корню; 2) максимизация макропор на поверхности в те периоды, когда почва замерзшая.
Синтез принципов накопления воды
Благоприятные условия для инфильтрации на самой поверхности почвы и достаточное количество времени для инфильтрации — ключи к эффективному накоплению воды. Однако наиболее важным принципом является защита поверхности почвы от энергии капли. В течение зимних месяцев в зонах с умеренным климатом, когда еще не появились большие листья для принятия энергии капли и пропускания воды, растительность (растительные остатки) осуществляют функцию снижения уровней оттока. Покрытие впитывает энергию капли, защищает почвенные агрегаты и увеличивает размер макропор, а это, в свою очередь, снижает отток. Более того, в течение сезона роста культуры содержание воды в почве в небольших количествах обеспечивает хороший уровень инфильтрации.
Удержание воды в почве
После того как вода была собрана, испарительное свойство воздуха начинает «вытягивать» ее наружу. Поэтому, даже если никакие культуры не присутствуют на поле, почвы теряют влагу из-за испарения. В данном разделе мы продемонстрируем, как no-till влияет на удержание воды в почве, после того как мы собрали достаточное количество влаги во время осадков. Защитное свойство растительных остатков увеличивает инфильтрацию, т.к. они не только защищают почвенные агрегаты, но и одновременно влияют на скорость испарения, особенно во время начальных стадий испарения, после выпадения осадков.
Демонстрация испарения воды из почвы
Испарение возникает, т.к. потребность воздуха в воде всегда высокая, даже зимой, по отношению к способности почвы удерживать воду. Другими словами, потенциал воздуха всегда отрицателен по отношению к потенциалу почвы. У теплого воздуха больше способность удерживать влагу, чем у холодного. Таким образом, при увеличении температуры потенциал испарения увеличивается. Испарение выше всего, когда почва влажная (высокий водный потенциал), а воздух сухой (т.е. относительная влажность низкая). Когда почвы высыхают у поверхности, вода поднимается к поверхности, чтобы восполнить запасы испарившейся воды (рис. 5). При постоянном испарении расстояние, которое проходит вода, увеличивается, что понижает скорость течения воды к поверхности в виде жидкости или пара, снижается скорость испарения, и поверхность почвы остается сухой (рис. 5). Наконец, вода начинает двигаться к поверхности почвы только в виде пара, что приводит к очень низкой скорости испарения. Каждое последующее выпадение осадков начинает цикл испарения заново, т.к. поверхность почвы опять становится влажной.
Помимо температуры воздуха, другие атмосферные воздействия, например, солнечная радиация и ветер, влияют на испарение. Солнечная радиация дает энергию испарению, а скорость ветра влияет на градиент давления пара на горизонте почва — атмосфера. Высокая влажность и низкая скорость ветра приводят к меньшему градиенту давления пара на горизонте почва — атмосфера и, таким образом, понижают скорость испарения. По мере снижения относительной влажности и увеличения скорости ветра потенциал испарения постепенно увеличивается. В ветреный день влажный воздух постоянно заменяется сухим воздухом на поверхности почвы, приводя к ускорению испарения.
Испарение воды из почвы проходит три стадии. Больше всего воды теряется на первой стадии, а на последующих уровень потерь уменьшается. Испарение на первой стадии зависит от условий окружающей среды (скорость ветра, температура, относительная влажность и солнечная энергия) и потока воды к поверхности. Потери значительно снижаются во время второй стадии, когда количество воды на поверхности почвы снижается. Во время третьей стадии, когда вода двигается на поверхность в виде пара, скорость очень низкая. Наибольший потенциал снижения уровней испарения лежит в первых двух стадиях.
Давайте продемонстрируем, как растительные остатки, оставленные на поверхности почвы, влияют на испарение воды из почвы. Очевидно, они будут отражать солнечную энергию, охлаждая поверхность почвы, а также отражать ветер; оба эти эффекта будут снижать изначальную скорость испарения воды (рис. 6).
Растительные остатки на поверхности почвы, присутствующие в технологии no-till, значительно снижают уровень испарения на первой стадии. Любой материал, например, солома или опилки, или листья, или пластиковая пленка, расстеленные на поверхности почвы, будут защищать землю от воздействия энергии дождя или снижать уровень испарения. Ориентация растительных остатков (на корню, уложенные механически или в виде покрова) также влияет на скорость испарения, т.к. ориентация влияет на аэродинамику и отражающую способность, что, в свою очередь, влияет на баланс солнечной энергии у поверхности. Пример эффективности использования растительных остатков приведен в научной работе Smika (1983). Он измерял потери воды из почвы, возникающие в течение 35-дневного периода без осадков. Потери составляли 23 мм из непокрытой почвы и 20 мм при уложенных растительных остатках, 19 мм при 75% уложенных остатков и 25% остатков на корню и 15 мм при 50% уложенных остатков и 50% остатков на корню на поверхности.
Количество остатков было 4,6 т/га, а остатки на корню были 0,46 м в высоту.
Читателю следует помнить, что растительные остатки не останавливают испарение, они его задерживают. Если проходит большое количество времени, а осадки не выпадают, почва под растительными остатками начнет терять столько же воды, сколько и непокрытая почва. Различия будут заключаться лишь в том, что непокрытая почва будет терять воду быстро, а растительные остатки будут понижать скорость, с которой вода будет покидать почву (рис. 7).
Преимущества замедления испарения при помощи растительных остатков в системе no-till можно продемонстрировать, используя данные рисунка 7. Предположим, дождь выпадает в день 0, т.е. и непокрытая почва (линия, обозначенная ромбиками) и почва, покрытая растительными остатками (линия, обозначенная квадратиками), находятся в одинаковых условиях в плане содержания влаги. Через 3-5 дней на непокрытой почве произошло очень быстрое испарение, и поверхность будет почти воздушно сухой. В отличие от этого, на почве, покрытой растительными остатками, скорость испарения была намного ниже, и она не просыхает до 12-14 дня после выпадения дождя. Теперь давайте представим, что на седьмой день выпадает еще один дождь; т.к. непокрытая почва на седьмой день уже сухая, дождь должен снова смочить сухую почву, прежде чем начнется сохранение влаги. Если это очень непродолжительный дождь, восполнится только то количество воды, которое испарилось. В отличие от этого, на почве, которая была покрыта растительными остатками, испарение проходило очень медленно, поэтому ко дню седьмому почва под растительными остатками все еще влажная (показано на рис. 6). Это значит, что, если дождь выпадает на седьмой день, ему не надо смачивать сухую почву (ее нет), поэтому вода сразу начинает двигаться вглубь почвы, и происходит ее накопление.
Замедление испарения при помощи растительных остатков в системах no-till помогает сохранять влагу, т.к. поверхность почвы высыхает медленнее. Однако если дождь не будет выпадать в течение длительного периода, почва, покрытая растительными остатками, не будет сохранять больше влаги, чем непокрытая.
Читателю следует понять, что, даже если проходит много времени между дождями и испарение высушивает почву, растительные остатки в любом случае полезны, т.к. они будут защищать почву от энергии капель дождя, когда дождь пойдет снова.
Демонстрация влияния обработки почвы на испарение влаги
Когда почву механически обрабатывают, влажная почва открывается на поверхности. Это значит, что начинается быстрое испарение сразу после обработки (рис. 8). Очевидно, что, если механическая обработка используется для борьбы с сорняками, она приводит к расходованию влаги, т.к. постоянно подвергает влажную почву быстрому испарению на поверхности. В отличие от этого, технология no-till, в которой используется контроль сорняков при помощи гербицидов, не приводит к испарению, т.к. воздействия на почву не оказывается. Почва остается влажнее на поверхности, а, следовательно, следующий дождь не будет заново смачивать сухую почву, а будет проникать глубже в почву и накапливаться для использования в будущем.
Выводы
Ключом к эффективному улавливанию воды являются благоприятные условия на поверхности почвы для того, чтобы вода могла сразу входить в почву, а также те (условия), которые дают достаточно времени для инфильтрации. Наиболее важный принцип для достижения вхождения воды в почву — защита поверхности от энергии капель дождя. Система no-till обеспечивает покрытие растущими культурами и растительными остатками. Покрытие поглощает энергию капель, защищает почвенные агрегаты и увеличивает размер макропор. В то же время, это покрытие замедляет отток, увеличивая тем самым накопление воды в почве для использования последующей культурой. Для сохранения максимального количества накопленной влаги необходимо свести к минимуму испарение. No-till сокращает испарение, т.к. при этой технологии на поверхности остаются растительные остатки, которые снижают температуру почвы и поднимают ветер над почвой. Использование воды сорняками — трата влаги, которая могла бы быть доступна для культурных растений. Механическая обработка обычно мгновенно прекращает вынос воды сорняками, однако открывает влажную почву воздействию атмосферы, что приводит к увеличению потерь в результате испарения. При использовании системы no-till контроль сорняков осуществляется при помощи гербицидов, что предотвращает пагубное воздействие на почву по сравнению с механической обработкой, при этом вода накапливается в почве. Это особенно важно в таких странах, как Украина, где основная часть осадков выпадает летом.
