Климат и микроклимат

Под климатом понимаются усредненное за много лет состояние атмосферы и средний ход метеорологических условий. Погодой обозначают наблюдаемую в данный момент ситуацию.

Наглядность климадиаграмм обеспечивается определенным масштабированным в соотношении 2:1 изображением осадков и температуры и равным образом нанесением штриховки, основанным на конкретном опыте. Для биологии ценность климадиаграмм заключается в визуализации динамики климата именно по временам года, вместо средних или суммарных значений. Температуры означают не только тепло, но и потенциальное испарение, на их основании возможно делать выводы о сезонном водном балансе (например, о сухих периодах). Информация дополняется введением данных по суммам осадков, температурным экстремумам и координатам местообитания. В тропиках среднемесячные температуры почти не меняются (в отношении температур суточные колебания больше значат, чем смена времен года), сезонность, если она имеется, выражается только в количестве осадков.

А — для теплоумеренного климата с континентальным влиянием, с зимними дождями и летними засухами; В — для умеренного климата с океаническим влиянием, с осадками в течение всего года, С — для влажного тропического климата с выраженным периодом дождей и (относительно) сухим периодом. Приведены температуры воздуха в тени на высоте 2 м. Абсцисса: месяцы, ордината: одно деление = 10 "С и соответственно 20 мм осадков а — станция (место); b — высота над уровнем моря; с — число лет наблюдений; d — годовая температура, "С; е — среднегодовое количество осадков, мм; f — средний дневной минимум температур самого холодного месяца; g — абсолютный минимум температур (= самый низкий из измеренных температур); h — средний дневной максимум самого теплого месяца; і — абсолютный максимум температур (= самый высокий из измеренных температур); к — годовой ход среднемесячных температур; I — годовой ход среднемесячного количества осадков, m — сухие периоды (пунктировано); п — влажные периоды (вертикальная штриховка); о — периоды со среднемесячным количеством осадков gt; 100 мм (масштаб на 1/10 уменьшен); q — «холодное» время года (месяцы со среднедневным минимумом ниже 0‘С); г— месяцы с абсолютным минимумом ниже 0'С, т.е.

Рис. 12.6. Климадиаграммы (по Н.Walter):

Хохенхейм (402 м) 8,4° 685

Дуала (13 м) [10]

В зависимости от географической широты изменяются солнечное излучение, а с ним и температура, обусловленная температурой сезонность и потенциальная эва- потранспирация (возможное испарение с поверхности почвы и растений при хорошем снабжении водой). Там, где годовая сумма осадков значительно превышает потенциальную эвапотранспирацию, господствует гумидный климат, если осадки заметно ниже потенциальной эвапотранс- пирации, климат семиаридный или аридный. При этом для растительности важнее распределение осадков по сезонам года, чем их сумма.

Помимо географической широты климат зависит от глобальной циркуляции воздуха (рис. 12.7) и морских течений. Экваториальная зона низкого давления с восходящими потоками воздуха (конденсация и зенитальные дожди) — влажная, субтропическая зона высокого давления с нисходящими воздушными потоками в континентальной области (так называемые конские широты) — сухая (область пустынь). Благодаря устремляющимся к экватору приземным воздушным течениям возникают пассатные ветры, которые особенно в Южной Азии изменяются, подвергаясь муссонной циркуляции (максимум дождей отмечается летом). В умеренной зоне Северного и Южного полушарий благодаря перемешиванию теплых и холодных воздушных масс образуются циклоны, которые вследствие вращения Земли двигаются в виде господствующих западных ветров на восток (циклональные осадки и затяжные дожди характерны для гор краевых областей континента, внутренние области остаются сухими).

Важный фактор для снабжения влагой — сезонное перемещение высоты стояния солнца. Средиземноморская область благодаря этому попадает зимой в зону западных ветров, а летом в субтропическую зону высокого давления. В тропиках Северного полушария максимум осадков сдвигается летом на север, а зимой на юг, вследствие чего, например, в окраинных частях тропиков возникают ясно выраженные влажный и сухой периоды.

Зональный климат сильно преобразовывают и морские течения. Если бы не Гольфстрим, климат в Северной Германии был бы такой же, как на Лабрадоре. Холодное течение Гумбольдта приводит к относительно малому количеству осадков на западном побережье Южной Америки к югу от экватора (экстремальный вариант — пустыня Атакама). Аналогичная ситуация наблюдается и в Юго-Западной Африке (пустыня Намиб). Периодически повторяющаяся аномалия давления и температур в экваториальной части Тихого океана (Эль-Ниньо) возникает примерно раз в пять лет, она вызывается устойчивыми направленными на запад пассатами и сопутствующими им морскими течениями и приводит к наводнениям на западном побережье Южной Америки и к засухам в областях Индомалайзии, где обычно преобладает гумидный климат. В каждом подобном случае экологическое воздействие значительно.

Характерным образом меняется климат и с высотой над уровнем моря. В горах средние температуры падают с увеличением высоты на 0,55 °С через каждые 100 м (причинами этого служат в особенности более слабое нагревание воздуха через і юверхность почвы, меньшая плотность воздуха и увеличение теплового излучения). Это приводит к образованию характерных высотных тепловых и растительных поясов. Давление воздуха падает примерно на 10 % через каждые 1 ООО м, благодаря чему снижается и парциальное давление С02 и 02, с падением давления также увеличивается разреженность газов.

Благодаря рельефу, экспозиции, структуре почвы и растительного покрова реальный климат, в котором живут растения, не всегда соответствует тому, который фиксируется метеостанциями (рис. 12.8). Этот микроклимат может так сильно отличаться от макроклимата, что на уровне конкретного растения периодически исчезают различия между климатическими зонами. Особенно сильно этот эффект проявляется в горах, где низкие, очень сомкнутые растительные сообщества сильно препятствуют теплообмену со свободно циркулирующим атмосферным воздухом, поэтому днем благодаря теплоте излучения на поверхности травостоя могут возникать тропические температуры. Чем ниже и гуще насаждение, тем больше выражено это расхождение в климате (на лужайках оно сильнее, чем в лесу). Тепловая отдача в ясные ночи понижает температуру поверхности насаждения по сравнению с температурой воздуха, что может повлечь за собой непредвиденные повреждения от заморозков. Существенно, что растительный покров сам действует как преобразователь климата.

В качестве примера комплексного совместного воздействия рельефа, микроклимата и его вторичных последствий рассмотрим ситуацию на кустарничковой пустоши в Центральных Альпах (рис. 12.9).

Структура рельефа оказывает влияние на количество солнечной радиации, а также на обусловленное ветрами и крайне неравномерное распределение снега. В мульдах с длительно сохраняющимся снеговым покровом почва увлажнена хорошо, но вегетационный период сильно сокращен, что усиливает возможность поражения ослабленных растений разнообразными хионофильными грибами. На обдуваемых ветрами куполообразных вершинах зимой часто вообще отсутствует снежный покров, поэтому растения здесь подвержены воздействию низких температур и сильной солнечной радиации (возможно морозное иссушение). На солнечных склонах близ поверхности почвы температуры летом особенно высокие, что может привести к оголенным участкам в растительном покрове. На наветренной стороне подобные пустые пространства часто обусловлены ветровой эрозией.

Распределение различных видов растений очень точно отражает условия небольших по площади местообитаний в пределах кустарничковой пустоши. Сравнивая одни виды с другими, можно в общих чертах использовать их как экологические индикаторы (см. 14.3.3) и придать им соответственно эталонированию по фактически измеренным величинам индикаторные значения для определенных факторов местообитания. Тем самым для растительных сообществ и их биотопов можно без трудоемких измерений получить полуколиче- ственные данные для действующих там экологических факторов.

В водных экосистемах температура и доступная радиация также сильно отклоняются от климатических данных метеостан-

Рис. 12.8. Микроклимат в наземном жизненном пространстве (по Р.

Весенняя ситуация на опушке леса в Нидерландах (полдень после ясной ночи, 3 марта 1976 г.). Пример сильного пространственного разнообразия микроклимата, воздействующего на растения, по сравнению с температурой воздуха (макроклиматом). Интенсивность солнечной радиации различается в зависимости от угла падения на облучаемую поверхность

Ветер

Наветренная теневая сторона склона .

Рис. 12.9. Совместное действие рельефа, микроклимата и других модифицированных биологических факторов на примере профиля через альпийскую кустарничковую пустошь в Центральных Альпах (см. также рис. 12.13) (по H.Aulitzky из W. Larcher).

Реакции на различающиеся условия жизни в микроместообитаниях при одном и том же макроклимате — характерное чередование растительности: А — лужайка в днище мульды с Soldanella и мхами; В — заросли альпийского рододендрона (Rhododendron ferrugineum); С — рододендроновые заросли с Vaccinium myrtillus; D — кустарничковая пустошь с доминированием Vaccinium uliginosum; Е — луазе- леуриевая пустошь (Loiseleuria procumbens); F — лишайниковая пустошь с оголенными участками вследствие ветровой эрозии; G — несомкнутая растительность с розеточными и подушковидными растениями и Juncus trifidus, Н — кустарничковая пустошь с Arctostaphylos uva-ursi и Vaccinium vitis-idaea\ I — пятно, обусловленное перегревом; J — заросли карликового можжевельника (Juniperus communis ssp. alpina) с Calluna vulgaris, Vaccinium vitis-idaea, К — рододендроновые заросли с можжевельником

Сила света, %              Температура              воды,              °С

1 10              50              100              0              5              10              15              20

0

10

Рис. 12.10. Климатические отношения в водном жиз-              2

ненном пространстве (по              ™20

I. Findenegg из W. Larcher):              ю

А— солнечное излучение;              ?              30

В — распределение температур по слоям во время лет-              40

них месяцев в эвтрофном озере умеренной зоны (Мон-              50

дзее, Зальцкаммергут)

ций (рис. 12.10). Весной и летом верхние слои воды преимущественно нагреваются. Благодаря своей малой толщине теплая вода остается летом на поверхности (эпи- лимнион), в то время как холодный и более плотный гиполимнион лежит под ним (рис. 12.10, В). Охлаждение осенью и зимой совместно с действием ветра способствует перемешиванию слоев, что имеет решающее значение для снабжения кислородом и питательными веществами всей толщи воды.