Лабораторная работа № 2 элементы микроклимата и методы их исследования

Цель работы - ознакомиться с элементами микроклимата, изучить методы исследования элементов микроклимата.

Под элементами микроклимата понимают его составные части, определяющие направленность и интенсивность биологических и физических процессов внутри биогеоценоза: радиационный режим; освещённость; температуру воздуха; влажность воздуха; температуру почвы; твёрдые осадки и жидкие; ветер.

Элементы микроклимата весьма изменчивы в пространстве и во времени. Поэтому одним из основных требований к их изучению является длительность наблюдений и одновременность.

Для специального изучения микроклимата лесных биогеоценозов требуется не менее 10—12 лет. В этот период, как покалывают наблюдения, укладывается всё разнообразие погодных условий, получаемые данные будут близки к средним. Если же микроклимат изучается с точки зрения решения каких-то конкретных задач исследования, например, влияния хозяйственной деятельности на лесорастительные условия и т.п., то этот срок можно сократить до трёх лет.

Наблюдения должны вестись круглогодично. В течение вегетационного периода ежедневно, в зимний период допускается проведение наблюдений один раз в неделю.

В экспедиционных условиях, когда нет возможности организовать стационар, для получения сравнительных данных проводят серии наблюдений продолжительностью по 7—10 дней. Периоды наблюдений выбирают весной, летом и осенью.

Весной и осенью все элементы микроклимата особенно изменчивы, и в это время необходима максимально возможная повторность наблюдений. В летний период повторность наблюдений уменьшается.

Микроклиматические наблюдения могут дать ответ на поставленные вопросы лишь при условии однородности и сравнимости за весь период наблюдений. Сравнимость наблюдений достигается путём применения на всех участках наблюдений однотипных приборов, единой методики наблюдений и однородной первичной обработки получаемых данных.

Особо следует подчеркнуть важность единовременного отсчёта показаний по приборам. Лишь в этом случае можно получить сравнимые показатели. Поэтому число объектов наблюдения следует определять исходя из возможности обеспечения каждой метеоплощадки своим наблюдателем. Если используются автоматические или самопишущие приборы, следует постоянно следить за правильностью их хода.

Не допускается применение для микроклиматических наблюдений приборов, не прошедших поверок в специальных организациях и не имеющих поверочных свидетельств.

При установке приборов в журнале наблюдений обязательно указываются их номера.

Выбор участка для организации метеоплощадок, оборудование и обустройство площадки, время наблюдений

Исследование микроклимата леса начинают с изучения типов леса, наиболее распространённых в данной местности. Метеорологическая площадка должна характеризовать микроклиматические условия определённого типа леса, возраста, состава и формы древостоев и находиться в глубине леса на расстоянии не менее 40—50 м от границы леса с вырубкой или другим безлесным пространством.

Выбору места для устройства метеоплощадки под пологом леса должны предшествовать лесоводственно-таксационные исследования и измерения освещённости в утренние, дневные и вечерние часы в безоблачную или малооблачную погоду при полном облиствлении древостоя.

Метеорологическая площадка под пологом леса должна располагаться на типичном (по рельефу, почве, древесно-кустарничковой и мохово-травянистой растительности) участке и отражать примерно средние для изучаемого типа леса условия освещённости.

Для характеристики метеорологических условий безлесного пространства метеорологические площадки сооружают на больших полянах или на широких лесосеках при удалении от препятствий (отдельных деревьев, стен леса) на расстояние не менее 2 - 3-кратной высоты этих препятствий.

Нельзя размещать метеорологическую площадку вблизи резких изломов рельефа (овраги, обрывы) или значительной водной поверхности (река, озеро, море).

Размер стационарной метеорологической площадки зависит от программы наблюдений. В лесу он составляет 10x10 м. Метеорологическая площадка должна быть ориентирована на местности так, чтобы одна из её сторон была направлена с севера на юг. Приборы, размещаемые на метеоплощадке, не должны влиять на показания соседних приборов или установок. Мачты с флюгерами, анеморумбометром, самописцем ветра размещаются в северной части площадки; будки (психрометрическая и для самописцев), плювиограф — в средней части площадки; гелиограф, стационарный альбедометр (пиранометр, актинометр), балансомер, а также почвенные термометры — в южной части.

Плювиограф или осадкомер (на метеоплощадке, характеризующей условия открытого места) крепят на деревянном столбе длиной 1,8 м, из которых 90 см вкапывают в землю. Возле него устанавливают специальную лесенку.

Психрометрическую и метеорологическую будку устанавливают на деревянной подставке на высоте 1,5 м дверцей на север. Горизонтальность установки проверяют уровнем. Около будки устанавливают лесенку так, чтобы она не касалась подставки будки. В лесу приборы можно устанавливать и не в будке, но при этом приёмная часть их (датчики самописцев и резервуары термометров) обязательно должна быть ориентирована строго на север и изолирована специальной защитой от попадания прямых солнечных лучей. Защита делается в виде прямоугольной коробки высотой 5—ю см с двумя вырезанными стенками. Используется материал, плохо проводящий тепло: картон, рубероид и т. п. С двух сторон защита окрашивается белой краской.

Подставки для всех приборов, стойки для психрометров необходимо также покрасить белой краской. Это способствует отражению солнечных лучей и уменьшению нагревания. Кроме того, покраска защит, подставок и стоек удлиняет срок их службы.

Перед установкой приборов на метеорологических площадках необходимо проверить правильность их показаний. Сверять показания стеклянных термометров, термографов и гигрографов целесообразнее в помещении, где легче обеспечить одинаковые условия для всех сверяемых приборов. Работу актинометрических приборов проверять лучше в безоблачную погоду на открытом месте, исправность анемометров — при наличии ветра. Правильность работы дистанционных приборов также необходимо проверить перед установкой их на определенной высоте или глубине.

На метеорологической площадке разрешается передвигаться только по специальным дорожкам (шириной не более 40 см). Дорожки должны обеспечивать подход к будкам и почвенным термометрам с севера, к актинометрическим приборам — с юга, к другим приборам так, чтобы наблюдения проводились с наименьшей затратой времени на переходы.

Для сохранения естественной поверхности площадки и сохранности приборов её следует огородить. Ограда должна обеспечивать хорошую естественную вентиляцию всей метеоплощадки.

Метеорологическая площадка требует постоянного ухода: содержания в чистоте, сохранения естественного состояния напочвенного покрова в весенне-летне-осенний период и естественного состояния снежного покрова - в зимний период. Не разрешается удалять снег с метеоплощадки или ускорять его таяние весной путём разбрасывания.

Вне метеорологической площадки устанавливаются снегомерные рейки, мерзлотомеры, осадкомеры. Размещают приборы по одной или нескольким линиям на равном расстоянии друг от друга (через 2—3 м).

За всеми приборами на метеорологической площадке и вне её необходим постоянный уход и немедленное устранение неисправностей.

Измерение элементов микроклимата под пологом леса в отличие от измерений на открытом месте имеет свои особенности. В связи с сильной пространственной изменчивостью под пологом леса солнечной радиации, освещённости, температуры почвы, измерение этих величин в одной точке (на стационарной метеоплощадке) используется для изучения сезонной динамики. Для характеристики средних значений этих величин и их изменчивости несколько раз в вегетационный сезон проводят дополнительные массовые измерения. Эти измерения позволяют рассчитать (используя коэффициент вариации) необходимое число замеров для получения достоверной средней величины с заданной точностью.

Температуру почвы измеряют через 1 м на постоянной, заложенной на типичном участке и закреплённой в натуре площадке размером 10х10 или 5x20 м.

Освещённость измеряют в 100 постоянных точках, закреплённых в натуре (на нескольких линиях или по замкнутому ходу) через 1,5—2,0 м.

Методика определения элементов микроклимата

Радиационный режим

Основными элементами радиационного режима являются прямая солнечная радиация, рассеянная радиация неба, суммарная солнечная радиация, отражённая земной поверхностью радиация и остаточная, или радиационный баланс деятельной поверхности.

Прямая солнечная радиация (S) измеряется на поверхности, перпендикулярной направлению солнечных лучей. Прямая солнечная радиация, приходящая на горизонтальную поверхность (S'), вычисляется по формуле:

S' = S* sinh,

где h — высота Солнца над горизонтом.

Рассеянная солнечная радиация (D) измеряется альбедометром или пиранометром при затенённом приёмнике радиации.

Отражённая радиация (Rк) измеряется приёмником радиации, обращенным к деятельной поверхности. По величинам суммарной (Q = S' + D) и отражённой радиации вычисляется альбедо (Ак), то есть отношение отражённой радиации к суммарной (А«= RK:Q)- Разность между суммарной и отражённой радиацией называется остаточной коротковолновой радиацией (Вк). Поглощаемая деятельной поверхностью, коротковолновая радиация (Вк) определяется по формуле:

Bк = Q(1-Aк).

По измеренным величинам суммарной радиации (Q) и значениям альбедо (Ак) вычисляются суммы поглощённой радиации для любого периода (сутки, месяц, год).

Деятельной поверхностью (слоем) называется слой земной поверхности, в котором происходит поглощение радиации. Для естественной поверхности почвы толщина деятельного слоя может меняться от нескольких сантиметров, при отсутствии растительности (или снежного покрова), до нескольких метров, так как растительный покров также составляет деятельный слой, толщина которого определяется высотой растительности.

Тепловое излучение деятельной поверхности и земной атмосферы называется длинноволновым. При обычных температурах оно заключается в пределах длин волн от 4х 10³ до 10х 10⁵ нанометров (нанометр равен 10^-9 м).

Излучение атмосферы направлено как к земле, так и в мировое пространство. Часть атмосферного излучения, направленная вниз и поступающая к горизонтальной земной поверхности, называется длинноволновой радиацией атмосферы, противоизлучением атмосферы или встречным излучением (обозначение Еa).

Собственное излучение деятельной поверхности (обозначение Е₃), по закону Стефана-Больцмана, пропорционально четвёртой степени её абсолютной температуры Т:

^-10 E₃ = δ*σT⁴

где σ= 0,814х 10кал. см² мин.^-1 град.^-4. Постоянная Стефана-Больцмана; δ —относительная излучательная способность деятельной поверхности. Для большей части естественных поверхностей δ = 0,95. Дчинноволновые потоки радиации (Еа и Е₃) не измеряются на станциях. Косвенным путём определяется только их разность Вл=Еа-Е3, которая называется остаточной длинноволновой радиацией или балансом длинно-волновой радиации. Величина Вд, взятая с обратным знаком, называется эффективным излучением деятельной поверхности Еэф:

Еэф = Еа – Ез = - Вд

Приход радиации к горизонтальной поверхности состоит из прямой радиации S', рассеянной радиации D и излучения атмосферы Еа. Расход складывается из отражённой радиации R_K и излучения деятельной поверхности Е₃. Разность между всей приходящей радиацией (S' + D + Еа) и всей уходящей (R_K + Е₃) называется остаточной радиацией, или радиационным балансом деятельной поверхности. Эта разность обозначается буквой В. Следовательно,

B = S' + D + E_A-R_K — Е₃.

Освещённость

В настоящее время наиболее распространённым прибором для измерения освещённости, по-видимому, можно считать люксметр типа Ю-16. Селеновый фотоэлемент его обладает селективным поглощением в области длин волн, совпадающей примерно с областью фотосинтетически активной радиации (ФАР). Эго позволяет использовать фотоэлектрический люксметр Ю-16 при исследовании режимов ФАР в различных лесных биогеоценозах.

Люксметр Ю-16 имеет предел измерений 50000 люкс, а в естественных условиях освещённость может быть значительно выше. Возникает необходимость применения дополнительного поглотителя, в качестве которого использовалась калька (1—2 слоя).

Исследование спектрального поглощения кальки позволяет сделать вывод, что с изменением длин волн (350—750 нм) наблюдается приблизительно равномерное изменение поглощения (табл.1).

Анализ результатов табл. 1 позволяет предположить (поскольку нами не исследовались отражающие свойства кальки), что калька может обладать свойствами нейтрального светофильтра.

Таблица 1. Зависимость поглощения света калькой (один слой) от длины волны

Два слоя кальки, помещённые между стандартным поглотителем и фотоэлементом, дают ослабление светового потока приблизительно в 2 раза. На практике коэффициент ослабления калькой можно определить в полевых условиях путём измерения освещённости с калькой и без кальки. Освещённость при этом не должна превосходить 50000 люкс. Предполагается, что за пределами этой величины (50000 люкс) коэффициент ослабления остаётся неизменным.

Коэффициент вариации освещённости под пологом древостоя зависит как от структуры самого древостоя (видовой состав, возраст, ярусность и т.д.), так и от погодных условий. В околополуденные часы, в зависимости от типа погоды, в коренных древостоях вариабельность освещённости находится в интервале 50-110 %, а в производных — 35— 140 %. При низких высотах Солнца, то есть в утренние и вечерние часы летне-осеннего периода, коэффициенты вариации освещённости равны, примерно, 20—30%.

Температура воздуха

Для измерения температуры воздуха наиболее часто употребляют стеклянные спиртовые и ртутные термометры, устанавливаемые на определённой высоте в соответствии с целями исследовании. Кроме того, температуру воздуха определяют по сухому термометру аспирационного психрометра модели (МВ-4М). Целесообразно использовать и выпускаемые промышленностью полупроводниковые приборы (ММ-49). Для выявления характера суточного изменения температуры воздуха используют самописцы (термограф).

Аспирационный психрометр устанавливают на отдельных стойках в вертикальном или горизонтальном положении на специальных кронштейнах так, чтобы резервуары термометров находились на уровне напочвенного покрова и высоте 1,5 м над поверхностью почвы. Необходимо предусмотреть возможность поворачивания кронштейна. Основным требованием при установке психрометров является строгая вертикальность стоек и горизонтальность кронштейнов. Стойки изготовляют из сухого дерева. Периодически проводится проверка скорости вращения вентилятора психрометра и барабана термографа. В случае уменьшения скорости вращения производится или замена головки психрометра и барабана термографа на новые, или регулировка скорости вращения. По мере загрязнения батиста на смоченном термометре психрометра производят его замену. При использовании дистиллированной воды замену производят раз в 2—3 месяца, при использовании дождевой или колодезной воды — ежемесячно.

Для определения максимальных и минимальных значений температуры воздуха применяются ртутный метеорологический максимальный (ТМ-1) и спиртовой метеорологический минимальный (ТМ-2) термометры. Минимальные и максимальные термометры устанавливают горизонтально на специальной стойке на уровнях 0,25; 0,5; 1,0; 1,5 м и у поверхности напочвенного покрова. На соответствующей высоте стойки делаются площадки для размещения приборов. Обязательным условием является устройство защиты, препятствующей попаданию прямых солнечных лучей на резервуары термометров и датчики самописцев.

Отсчёт минимальной температуры производят по противоположному от резервуара концу стеклянного штифта, находящегося в капилляре минимального спиртового термометра. Если штифт вышел из спирта, или в верхней части капилляра появились капельки спирта, или произошёл разрыв спиртового столбика, то данный термометр заменяют новым, о чём делают запись в журнале наблюдений. После каждого снятия показания необходимо штифт подводить к краю спиртового столбика, для этого поднимают термометр резервуаром вверх. Штифт при этом легко перемещается в спирте..

Максимальный термометр после каждого снятия показаний встряхивают за верхний конец до температуры, которую показывает срочный термометр. Периодически осматривается его ртутный столбик. В случае обнаружения ртути в верхнем конце капилляра или разрывов столбика термометр заменяют и отмечают это в журнале записи наблюдений.

Перед каждым сроком наблюдений во время предварительного обхода установок следует проверять, как пишут самописцы, достаточно ли в перьях чернил, не остановились ли часы.

Для получения хорошей записи термографа трение пера о бумагу должно быть очень мало. Если при наклоне прибора под углом от 30° до 40° перо начинает слегка отходить от барабана, то нажим пера отрегулирован правильно: чрезмерное трение пера обнаруживается при нанесении метки: перо при смещении не возвращается в исходное положение, в записи на снятой ленте при этом имеются ступеньки с мгновенными скачками по вертикали. Если перо почему-либо не пишет, следует прочистить расщеп пера тонкой, но плотной глянцевой бумагой. Если это не поможет, то надо заменить перо. Для этого (заметив положение пера на стрелке) нужно отогнуть зажимы, удерживающие его, и снять перо со стрелки. Если снятое перо исправно, но сильно загрязнено, то его можно использовать, предварительно помыв. Для этого перо надо положить на несколько часов в спирт или воду, затем осторожно вытереть тонким полотном или мягкой кисточкой, стараясь не смять и не изогнуть его острия. После этого следует смочить и насухо вытереть стрелку, слегка смазать машинным маслом тот конец её, на который надевается перо, и снова надеть перо на стрелку так, чтобы оно попало на прежнее место, и длина стрелки с пером не изменилась. Смазывать другие части самописцев запрещается.

Смена лент самописцев производится всегда в одно и то же время (в 12—13 часов). На обратной стороне ленты указывается название метеоплощадки, дата и время установки и снятия ленты.

Пространственную структуру температуры воздуха выявить очень сложно в связи с её сильной изменчивостью. Изменчивость температуры воздуха вызвана воздействием ветра и солнечных бликов, полутеней и теней. Вследствие этого трудно выявить устойчивые участки с экстремальными термическими условиями. Тем не менее, целесообразно несколько раз в течение сезона определить изменчивость экстремальных температур у поверхности напочвенного покрова. Для этого устанавливают минимальные и максимальные термометры (снабжённые радиационной защитой) в 20 точках на равном расстоянии (2 м) друг от друга. Отсчёты снимают у минимального термометра в утренние сроки наблюдений (7.00), а у максимального - в вечернее (19.00). На высоте 1,5 м достаточно измерить температуру в одной точке. В пределах однородного участка биогеоценоза она будет репрезентативна (коэффициенты вариации 1—2 %).

Влажность воздуха

Влажность воздуха Влажность воздуха обычно измеряется при помощи аспирационного психрометра. Суточный ход её записывается суточными или недельными гигрографами. Установка и работа с этими приборами рассмотрена выше. Гигрографы устанавливают рядом с термографами для получения сравнимых показателей.

Влажность воздуха, как и температура его, характеризуется сильной изменчивостью во времени и вместе с тем значительным постоянством в пределах биогеоценоза на конкретном уровне. Поэтому для получения репрезентативных данных для конкретного отрезка времени достаточно про-извести один замер влажности воздуха.

В связи с сильным изменением влажности и температуры воздуха с высотой целесообразно 3—5 раз в течение вегетационного периода проводить градиентные наблюдения. Наиболее легко провести их до высоты 1,5 м. Сильно затруднено их проведение по всему профилю древостоя в связи с необходимостью использования специальных метеомачт, например, ПР-57 (ММ-49), или строительством вышек. При проведении градиентных наблюдений до высоты 1,5 м в типичных местах биогеоценоза с неизмененным напочвенным покровом устанавливается вертикальная рейка с кронштейнами таким образом, чтобы приёмные трубки психрометра находились непосредственно над почвой и на высотах 10,20, 30, 40, 50, 100 и 150 см.

Используются два психрометра, один идёт снизу вверх, а другой сверху вниз. После каждого замера производят дозаводку психрометра и перемещение его на следующую высоту. Наблюдатели находятся с двух сторон от рейки не ближе 60—70 см от нее.

Температура почвы

Для измерения температуры поверхности почвы используют термометры ТМ-3. Они устанавливаются таким образом, чтобы резервуар с ртутью и сам термометр были наполовину погружены в почву.

Для измерения температуры почвы на разных глубинах используют термометры Савинова ТМ-5 и почвенные вытяжные термометры (ТГТВ-50). Целесообразно использовать также полупроводниковые приборы (М-54-2).

На метеоплощадке в условиях, близких к средним, устанавливают комплект термометров Савинова (на глубину 5, 10, 15 и 20 см) и вытяжных (на глубину 20, 40, 80, 120 см). Вытяжные термометры используют круглый год, а Савиновские - лишь в безморозный период. По этим термометрам устанавливают сезонный ход температур почвы.

Температура почвы, в отличие от температуры воздуха, очень изменчива территориально. Изменчивость вызывается затеняющим действием деревьев, микрорельефом и др. причинами. Во всех изучаемых биогеоценозах наибольшая изменчивость температуры почвы отмечена весной (табл.2).

Таблица 2. Варьирование температуры почвы на глубине 5 и 10 см и в течение вегетационного сезона 1973 г.

Количество измерений температуры, необходимое для получения достоверной средней величины с заданной точностью, меняется в зависимости от характера и возраста биогеоценоза, а в пределах последнего — от времени года.

Несколько раз в течение вегетационного периода составляются «температурные карты». Эта работа позволяет установить варьирование температуры почвы и связь её с рельефом, растительностью, характером увлажнения. При составлении карт температуру почвы на требуемой глубине измеряют срочными термометрами на типичном, закреплённом в натуре, участке пробы. Замеры проводят через 1 м. Вся продолжительность работы — 1—2 часа. Одновременно составляется карта растительности и рельефа. При совмещении обеих карт выявляется связь температуры почвы с рельефом.

Для определения глубины промерзания, характера промерзания и оттаивания почвы используют мерзлотомеры Данилина. На пробной площади устанавливают 5—10 мерзлотомеров таким образом, чтобы охватить все элементы микрорельефа. В начале промерзания и при оттаивании почвы целесообразны ежедневные наблюдения, зимой — один раз в 7—10 дней. Серьёзное внимание надо уделить правильной подготовке и установке мерзлотомеров; необходимо проверить, не текут ли трубки с водой.

В таёжной зоне почва оттаивает как снизу, так и сверху, поэтому надо особенно тщательно устанавливать зону замерзания в трубке мерзлотомера весной.

Жидкие и твёрдые осадки

Наблюдения над атмосферными осадками сводятся к определению их интенсивности, времени выпадения и измерения количества.

Для непрерывной регистрации количества и интенсивности выпадающих жидких осадков в настоящее время используются плювиографы П-2 с принудительным сливом. Устанавливается плювиограф обычно на открытом месте на столбе или специальной подставке с таким расчетом, чтобы верхний край прибора находился на высоте 2 м над поверхностью земли. Установка производится с помощью уровня так, чтобы верхний край приёмника осадков был строго горизонтален. Сборка регистрирующей части прибора, и проверка его работы проводится согласно инструкции. Не реже 2 раза в месяц необходимо проверить работу механизма принудительного слива, несколько раз искусственно выливая слив и в случае необходимости отрегулировать механизм.

Уход за пером и часовым механизмом плювиографа такой же, как и для других самописцев. Часовой механизм заводят два раза в неделю во время смены лент. Ленты плювиографа следует сменять ежедневно в срок, ближайший к 20 часам по декретному времени данного пояса. Особое внимание следуем обратить на правильную обрезку лент. При наложении ленты на барабан надо добиваться, чтобы лента плотно прилегала к барабану и горизонтальные линии на обоих концах ленты точно совмещались друг с другом. Если за истекшие 24 часа не было дождя, и плювиограф записал горизонтальную линию, ленту можно оставить на следующий день. На оборотной стороне ленты записывается название станции, год, месяц, число и точное время (в часах и минутах) наложения и снятия ленты. Кроме того, на ленте помещаются все замечания относительно работы прибора, подпись наблюдателя. Плювиограф необходимо постоянно содержать в чистоте. Особенно следить за чистотой приёмного сосуда, отверстия которого могут засоряться во время разлёта семян берёзы и в период листопада. Тщательно следить за чистотой сифонной трубки.

Для измерения количества осадков под пологом леса используют осадкомерные вёдра от осадкомера Третьякова. Количество осадков, проникающих под полог леса, сильно варьирует в зависимости от состава, строения, возраста древостоя, а в пределах одного древостоя - от величины и интенсивности выпадающих осадков (табл. 3). В связи с этим, количество осадкомеров, необходимое для измерения осадков с погрешностью 5-10% при вероятности 0,95 в ельнике и производных биогеоценозах, колеблется от 10—20 шт. до нескольких сотен. Для измерения осадков, попавших в осадкомер, служит измерительный стакан, который имеет 100 делений; при приёмной площади осадкомерного сосуда 200 см2 одно деление стакана соответствует слою осадков высотой 0,1 мм. Осадки под пологом леса измеряют после каждого дождя (через 1—2 часа после его прекращения) в каждом осадкомере. Данные записывают отдельно для каждого типа леса. Обязательно указывают время измерения осадков. Раз в месяц следует промывать осадкомерные сосуды водой и проверять их на течь.

Таблица 3 Коэффициенты вариации количества осадков под пологом леса

*) Vcp —средние коэффициенты вариации.

При использовании осадкомеров Третьякова для измерения количества осадков в тёплый период года необходимо следить, чтобы отверстие диафрагмы осадкомерного сосуда всегда было закрыто воронкой, а носок для слива собранных осадков - колпачком для уменьшения испарения осадков.

Наблюдения за осадками в виде снега проводятся по постоянным снегомерным рейкам или методом снегомерных съёмок. Отсчёт высоты снега по снегомерным рейкам производят ежедневно или 1 раз в неделю в утренние часы. С помощью снегомерных реек ведут наблюдения за динамикой снегонакопления и снеготаяния. Для определения запаса воды в снеге используют снегомерные съёмки (маршрутные или по замкнутому кругу). При снегомерных съёмках определяют высоту снежного покрова и плотность его с последующим вычислением запаса воды в снеге. Маршруты в лесу должны прокладываться по наиболее характерным участкам леса. Типы леса устанавливают летом, отмечают их границы. Снегомерные маршруты должны быть постоянными, поэтому при выборе необходимо закрепить их в натуре вехами или засечками на отдельных деревьях.

При проведении снегомерных съёмок используют переносную снегомерную рейку и весовой снегомер. При каждом измерении записывают отсчёт по шкале цилиндра снегомера (высоту снежного покрова) и отсчёт по линейке весов. Значение плотности снега (г/см3) вычисляют путём деления веса пробы на её объём. Запас воды в снеге определяется как произведение средней высоты снежного покрова на величину средней плотности снега.

Частота проведения снегомерных съёмок зависит от цели исследований. Для определения максимального запаса воды в снеге достаточно провести 1—2 снегомерных съёмки в период максимального снегонакопления (март—апрель). Данные снегосъёмки записывают отдельно для каждого типа леса с указанием даты и времени проведения.

При изучении динамики снегонакопления и снеготаяния методом снегомерных съёмок их начинают проводить с момента установления снежного покрова и прекращают после того, как снегом окажется покрыто менее половины видимой окрестности, а на лесных участках — менее половины площади участка снегосъёмки. В период снегонакопления снегомерные съёмки целесообразно проводить один—два раза в месяц. С марта, когда снежный покров достигает максимума и начинает убывать, наблюдения целесообразно проводить через 5—10 дней. Кроме того, необходимо отмечать дату установления снежного покрова, начало таяния и время его исчезновения.

Под пологом леса заметно варьирует не только высота, но и плотность снега (табл. 4). Необходимое количество определений высоты и плотности снега можно рассчитать, зная вариацию.

Осадки в виде росы измеряются при помощи росографа М-35.

Ветер

Сильное влияние на величину элементов климата и на лесорастительные условия оказывает ветер. При микроклиматических наблюдениях обязательно следует проводить изучение движения воздуха. Направление ветра определяют при помощи флюгера или анеморумбометра (М-63). Скорость ветра определяется чашечными (МС-13) или крыльчатыми (АСО-3) анемометрами. В связи с неоднородностью воздушных потоков в лесном биогеоценозе устанавливается 3—5 комплектов анемометров. Высота их установки равна 10, 50 и 150 см над уровнем почвы. Это позволит установить изменение скорости ветра с высотой под пологом леса.

Таблица 4. Коэффициенты вариации высоты и плотности снежного покрова в период максимального снегонакопления

При специальных исследованиях градиента скорости ветра в лесных биогеоценозах анемометры устанавливай01 по всему высотному профилю древостоя и в 4—6 м над пологом крон. Для этой цели лучше использовать контактные анемометры (М-25, М-92) с автоматической записью результатов.

Анемометры включают в период проведения наблюдений за другими элементами климата на 10 мин. Это дает усреднённое значение скорости ветра (м/сек). В ряде случаев при определении динамики скорости ветра и её колебаний анемометры включают ещё и на 100 сек. каждые 10—15 мин.

Контрольные вопросы:

1. Под элементами микроклимата понимают его составные части, определяющие направленность и интенсивность биологических и физических процессов внутри биогеоценоза: радиационный режим; освещённость; температуру воздуха; влажность воздуха; температуру почвы; твёрдые осадки и жидкие; ветер.

2. Элементы микроклимата весьма изменчивы в пространстве и во времени. Поэтому одним из основных требований к их изучению является длительность наблюдений и одновременность.

3. Исследование микроклимата леса начинают с изучения типов леса, наиболее распространённых в данной местности.

4. Метеорологическая площадка должна характеризовать микроклиматические условия определённого типа леса, возраста, состава и формы древостоев и находиться в глубине леса на расстоянии не менее 40—50 м от границы леса с вырубкой или другим безлесным пространством.

Метеорологическая площадка под пологом леса должна располагаться на типичном участке и отражать примерно средние для изучаемого типа леса условия освещённости.

Метеорологические площадки сооружают на больших полянах или на широких лесосеках при удалении от препятствий на расстояние не менее 2 - 3-кратной высоты этих препятствий.

5. Радиационный режим.

Основными элементами радиационного режима являются прямая солнечная радиация, рассеянная радиация неба, суммарная солнечная радиация, отражённая земной поверхностью радиация и остаточная, или радиационный баланс деятельной поверхности.

Прямая солнечная радиация (S) измеряется на поверхности, перпендикулярной направлению солнечных лучей.

S' = S* sinh,

Освещённость

В настоящее время наиболее распространённым прибором для измерения освещённости, по-видимому, можно считать люксметр типа Ю-16. Селеновый фотоэлемент его обладает селективным поглощением в области длин волн, совпадающей примерно с областью фотосинтетически активной радиации (ФАР). Эго позволяет использовать фотоэлектрический люксметр Ю-16 при исследовании режимов ФАР в различных лесных биогеоценозах.

Температура воздуха

Для измерения температуры воздуха наиболее часто употребляют стеклянные спиртовые и ртутные термометры, устанавливаемые на определённой высоте в соответствии с целями исследовании. Кроме того, температуру воздуха определяют по сухому термометру аспирационного психрометра модели (МВ-4М). Целесообразно использовать и выпускаемые промышленностью полупроводниковые приборы (ММ-49). Для выявления характера суточного изменения температуры воздуха используют самописцы (термограф).

Влажность воздуха

Влажность воздуха Влажность воздуха обычно измеряется при помощи аспирационного психрометра. Суточный ход её записывается суточными или недельными гигрографами. Установка и работа с этими приборами рассмотрена выше. Гигрографы устанавливают рядом с термографами для получения сравнимых показателей.

Влажность воздуха, как и температура его, характеризуется сильной изменчивостью во времени и вместе с тем значительным постоянством в пределах биогеоценоза на конкретном уровне. Поэтому для получения репрезентативных данных для конкретного отрезка времени достаточно про-извести один замер влажности воздуха.

Температура почвы

Для измерения температуры поверхности почвы используют термометры ТМ-3. Они устанавливаются таким образом, чтобы резервуар с ртутью и сам термометр были наполовину погружены в почву.

Для измерения температуры почвы на разных глубинах используют термометры Савинова ТМ-5 и почвенные вытяжные термометры (ТГТВ-50). Целесообразно использовать также полупроводниковые приборы (М-54-2).

Жидкие и твёрдые осадки

Наблюдения над атмосферными осадками сводятся к определению их интенсивности, времени выпадения и измерения количества.

Для непрерывной регистрации количества и интенсивности выпадающих жидких осадков в настоящее время используются плювиографы П-2 с принудительным сливом. Устанавливается плювиограф обычно на открытом месте на столбе или специальной подставке с таким расчетом, чтобы верхний край прибора находился на высоте 2 м над поверхностью земли. Установка производится с помощью уровня так, чтобы верхний край приёмника осадков был строго горизонтален. Сборка регистрирующей части прибора, и проверка его работы проводится согласно инструкции. Не реже 2 раза в месяц необходимо проверить работу механизма принудительного слива, несколько раз искусственно выливая слив и в случае необходимости отрегулировать механизм.