В детстве я любил бывать на летних каникулах в городе Атырау, нефтяной столице Казахстана. Рядом у них есть соленое озеро Боткуль. Что очень поражало меня в юные годы, так это то, что по берегам озера располагаются небольшие наросты из соли - солончаки, как будто их кто-то специально выкладывал. Озеро это иногда полностью пересыхает, а происходит это потому, что находится оно в Прикаспийской низменности, где очень низкий коэффициент увлажнения.

Коэффициент увлажнения и его значение

Таким коэффициентом называют отношение суммы осадков, выпадающих за год, к их испаряемости. Для этого используют следующую формулу: Коэфф. = Осадки / Испарение. Таким образом, для определения увлажненности территорий будут применяться следующие результаты:

• К > 1 - избыточное увлажнение (тайга, лесотундра).
• К ≈ 1 - достаточное увлажнение (смешанные леса).

Наличие знаний об увлажненности территорий, в первую очередь, имеет значение для развития сельского хозяйства. От обеспеченности региона влагой можно принять решение о размещении на нем с/х предприятий определенного типа. Когда коэффициент примерно равен единице, то такая местность подходит для животноводческих ферм, где необходим выпас скота. На хорошо увлажненной почве будут произрастать сочные сорта травы, необходимые животным. А вот при показателе, равном 0,6 или чуть менее, возможно выращивать сухостойкие с/х культуры, например, хлопок.

Увлажненность территорий в РФ

Максимальное увлажнение наблюдается в горных и высокогорных районах России: там этот коэффициент может достигать отметок от 1,8 до 2,4 (Кавказ, Алтай, Уральские горы).

Полностью усредненный показатель по всем территориям РФ составляет от 0,3 до 1,5. Самое скудное увлажнение наблюдается в Прикаспийской низменности - 0,3 и ниже (Астраханская область). Зона избыточного увлажнения в РФ начинается по южной границе тайги (Н. Новгород, Ярославль, Екатеринбург), там коэффициент составляет от 1,5.

В его основе - два взаимосвязанных процесса: увлажнение земной поверхности осадками и испарение из нее влаги в атмосферу. Оба эти процесса как раз и определяют коэффициент увлажнения для конкретной территории. Что такое коэффициент увлажнения и как его определяют? Именно об этом пойдет речь в данной информационной статье.

Коэффициент увлажнения: определение

Увлажнение территории и испарение влаги с её поверхности во всем мире происходят абсолютно одинаково. Однако на вопрос, что такое коэффициент увлажнения, в разных странах планеты отвечают совершенно по-разному. Да и само понятие в такой формулировке принято не во всех странах. К примеру, в США это "precipitation-evaporation ratio", что можно дословно перевести как "индекс (соотношение) увлажнения и испаряемости".

Но всё же, что такое коэффициент увлажнения? Это определенное соотношение между величиной осадков и уровнем испарения на данной территории за конкретный отрезок времени. Формула вычисления этого коэффициента очень простая:

где О - количество осадков (в миллиметрах);

а И - величина испаряемости (тоже в миллиметрах).

Разные подходы к определению коэффициента

Как определить коэффициент увлажнения? На сегодня известно около 20 разных способов.

В нашей стране (а также на постсоветском пространстве) чаще всего используется методика определения, предложенная Георгием Николаевичем Высоцким. Это выдающийся украинский учёный, геоботаник и почвовед, основоположник науки о лесе. За свою жизнь он написал свыше 200 научных трудов.

Стоит отметить, что в Европе, а также в США используют коэффициент Тортвейта. Однако методика его вычисления намного сложнее и имеет свои недостатки.

Определение коэффициента

Определить данный показатель для конкретной территории совсем не сложно. Рассмотрим эту методику на следующем примере.

Дана территория, для которой нужно рассчитать коэффициент увлажнения. При этом известно, что за год эта территория получает 900 мм а испаряется из нее за тот же период времени - 600 мм. Для вычисления коэффициента следует поделить количество осадков на испаряемость, то есть 900/600 мм. В результате мы получим значение 1,5. Это и будет коэффициент увлажнения для этой территории.

Коэффициент увлажнения Иванова-Высоцкого может равняться единице, быть ниже или же выше 1. При этом если:

• К = 0, то увлажнение для данной территории считается достаточным;
• К больше 1, то увлажнение избыточное;
• К меньше 1, то увлажнение недостаточное.

Величина этого показателя, разумеется, будет напрямую зависеть от температурного режима на конкретной территории, а также от количества атмосферных осадков, выпадающих за год.

Для чего используется коэффициент увлажнения?

Коэффициент Иванова-Высоцкого - это крайне важный климатический показатель. Ведь он способен дать картину обеспеченности местности водными ресурсами. Этот коэффициент просто необходим для развития сельского хозяйства, а также для общего экономического планирования территории.

Он также определяет уровень сухости климата: чем он больше, тем климат влажнее. В районах с избыточным увлажнением всегда наблюдается обилие озер и заболоченных территорий. В растительном покрове преобладает луговая и лесная растительность.

Максимальные значения коэффициента характерны для высокогорных районов (выше 1000-1200 метров). Здесь, как правило, наблюдается избыток влаги, который может достигать 300-500 миллиметров в год! Такое же количество атмосферной влаги получает степная зона за год. Коэффициент увлажнения в горных регионах достигает максимальных значений: 1,8-2,4.

Избыточное увлажнение также наблюдается в тундры, лесотундры, а также умеренных В этих районах коэффициент не более 1,5. В зоне лесостепи он колеблется в пределах от 0,7 до 1,0, а вот в степной зоне уже наблюдается недостаточное увлажнение территории (К = 0,3-0,6).

Минимальные значения увлажнения характерны для зоны полупустынь (всего около 0,2-0,3), а также для (до 0,1).

Коэффициент увлажнения в России

Россия - огромная страна, для которой характерно широкое разнообразие климатических условий. Если говорить о коэффициенте увлажнения, то его значения в пределах России колеблются в широких пределах от 0,3 до 1,5. Самое скудное увлажнение наблюдается в Прикаспии (около 0,3). В степной и лесостепной зоне оно несколько выше - 0,5-0,8. Максимальное увлажнение характерно для зоны лесотундры, а также для высокогорных районов Кавказа, Алтая, Уральских гор.

Теперь вам известно, что такое коэффициент увлажнения. Это достаточно важный показатель, который играет очень важную роль для развития народного хозяйства и агропромышленного комплекса. Данный коэффициент зависит от двух значений: от количества атмосферных осадков и от объемов испаряемости за определенный отрезок времени.

Испаряемость

Количество осадков еще не дает полного представления об обеспеченности территории влагой, так как часть атмосферных осадков испаряется с поверхности, а другая часть просачивается в почву.При различных температурах с поверхности испаряется различное количество влаги. Количество влаги, которое может испаряться с водной поверхности при данной температуре, называется испаряемостью. Она измеряется в миллиметрах слоя испарившейся воды. Испаряемость характеризует возможное испарение. Фактическое же испарение не может быть больше годовой суммы осадков. Поэтому в пустынях Средней Азии оно составляет не более 150-200 мм в год, хотя испаряемость здесь в 6-12 раз выше. К северу испарение возрастает, достигая 450 мм в южной части тайги Западной Сибири и 500-550 мм в смешанных и широколиственных лесах Русской равнины. Далее к северу от этой полосы испарение вновь уменьшается до 100-150 мм в прибрежных тундрах. В северной части страны испарение ограничивается не количеством осадков, как в пустынях, а величиной испаряемости.

Коэффициент увлажнения

Для характеристики обеспеченности территории влагой используется коэффициент увлажнения -- отношение годовой суммы осадков к испаряемости за этот же период.

Чем меньше коэффициент увлажнения, тем суше климат. Близ северной границы лесостепной зоны количество осадков примерно равно годовой испаряемости. Коэффициент увлажнения здесь близок к единице. Такое увлажнение считается достаточным. Увлажнение лесостепной зоны и южной части зоны смешанных лесов колеблется от года к году в сторону то увеличения, то понижения, поэтому оно неустойчивое. При коэффициенте увлажнения меньше единицы увлажнение считается недостаточным (степная зона). В северной части страны (тайга, тундра) количество осадков превышает испаряемость. Коэффициент увлажнения здесь больше единицы. Такое увлажнение называют избыточным.

Коэффициент увлажнения выражает соотношение тепла и влаги на той или иной территории и является одним из важных климатических показателей, так как определяет направление и интенсивность большинства природных процессов.

В районах избыточного увлажнения много рек, озер, болот. В преобразовании рельефа преобладает эрозия. Широко распространены луга и леса.

Высокие годовые значения коэффициента увлажнения (1,75-2,4) характерны для горных территорий с абсолютными отметками поверхности 800-1200 м. Эти и другие, более высокогорные, районы находятся в условиях избыточного увлажнения с положительным балансом влаги, избыток которой составляет 100 - 500 мм в год и более. Минимальные значения коэффициента увлажнения от 0,35 до 0,6 свойственны степной зоне, подавляющая часть поверхности которой расположена на отметках менее 600 м абс. высоты. Баланс влаги здесь отрицателен и характеризуется дефицитом от 200 до 450 мм и более, а территория, в целом - недостаточным увлажнением, типичным для полуаридного и даже аридного климата. Основной период испарения влаги длится с марта по октябрь, а ее максимальная интенсивность приходится на наиболее жаркие месяцы (июнь -- август). Наименьшие значения коэффициента увлажнения наблюдаются именно в эти месяцы. Нетрудно заметить, что величина избыточного увлажнения горных территорий сопоставима, а в некоторых случаях и превышает суммарное количество атмосферных осадков степной зоны.

Коэффициент увлажнения Высоцкого -- Иванова

Коэффициент увлажнения -- соотношение между количеством выпадающих атмосферных осадков за год или другое время и испаряемостью определенной территории. Коэффициент увлажнения является показателем соотношением тепла и влаги. Впервые способ характеристики климата как фактора водного режима почв был введен в практику почвоведения Г. Н. Высоцким. Им было введено понятие о коэффициенте увлажнения территории (К) как о величине, показывающей отношение суммы осадков (Q, мм) к испаряемости (V, мм) за тот же период (К=Q/V). По его подсчетам эта величина для лесной зоны равна 1,38, для лесостепной-- 1,0, для степной черноземной-0,67 и для зоны сухих степей -- 0,3.

В дальнейшем понятие о коэффициенте увлажнения было детально разработано Б. Г. Ивановым (1948) для каждой почвенно-географической зоны, а коэффициент стал называться коэффициентом Высоцкого -- Иванова (КУ).

По обеспеченности суши водой и особенностям почвообразования на земном шаре можно выделить следующие области (Будыко, 1968)(табл.2)

Таблица 2

Климатические области

В соответствии с поступлением влаги и ее дальнейшим перераспределением каждый природный регион характеризуется показателем радиационного индекса сухости

где Я-- радиационный баланс, кДж/(см 2 *год); r -- количество осадков в год, мм; a -- скрытая теплота фазовых преобразований воды, Дж/г.

Как известно, равновесие влажности в природе поддерживается круговоротом испарения воды и выпадения осадков. Местности, где за год выпадает мало дождей или снега, считаются засушливыми, а районы, в которых наблюдаются обильные частые осадки, могут даже страдать от избыточного уровня влажности.


Но для того, чтобы оценка увлажнения была достаточно объективной, географами и метеорологами используется специальный показатель – коэффициент увлажнения.

Что такое коэффициент увлажнения?

Степень увлажненности любой территории зависит от двух показателей:

— количества выпадающих за год ;

— количества испарившейся с поверхности почвы влаги.

В самом деле, увлажненность зон с прохладным климатом, где испарение из-за невысокой температуры происходит медленно, может быть более высокой, чем увлажненность территории, расположенной в жарком климатическом поясе, при одинаковом количестве выпадающих за год осадков.

Как определяется коэффициент увлажненности?

Формула, по которой вычисляется коэффициент увлажненности, достаточно проста: годовое количество осадков необходимо разделить на годовую величину испарения влаги. Если результат деления меньше единицы – значит, местность недостаточно увлажнена.


При коэффициенте увлажненности, равном или близком к единице, уровень влаги считается достаточным. Для влажных климатических зон коэффициент увлажненности существенно превышает единицу.

В разных странах используют различные методики определения коэффициента увлажненности. Основное затруднение состоит в объективном определении количества испаренной за год влаги. В России и странах СНГ со времен Советского Союза принята методика, разработанная выдающимся советским почвоведом Г.Н.Высоцким.

Она отличается высокой точностью и объективностью, так как учитывает не фактический уровень испарения влаги, который не может быть больше, чем количество пролитых осадков, а возможную величину испарения. Европейские и американские почвоведы используют метод Тортвейта, более сложный по определению и не всегда объективный.

Для чего нужен коэффициент увлажненности?

Определение коэффициента увлажненности – один из основных инструментов для синоптиков, почвоведов и ученых других специальностей. На основании этого показателя составляются карты обеспечения водными ресурсами, разрабатываются планы мелиорации – осушения болотистых местностей, улучшения почв для выращивания сельскохозяйственных культур и т.д.


Метеорологи составляют свои прогнозы с учетом множества показателей, в том числе и коэффициента увлажненности.

Важно знать, что увлажненность зависит не только от температуры воздуха, но и от высоты над уровнем моря. Как правило, для горных местностей характерны высокие значения коэффициента, так как там всегда выпадает , чем на равнинах.

Неудивительно, что в горах берет начало множество мелких, а иногда и достаточно крупных рек. Для районов, находящихся на высоте 1000-1200 метров над уровнем моря или выше, коэффициент увлажненности нередко достигает 1,8 – 2,4. Избыточная влага стекает вниз в виде горных речек и ручьев, принося дополнительную влагу в более засушливые долины.

В природных условиях величина коэффициента увлажняемости соответствует рельефу местности и наличию водных ресурсов. В зонах достаточной увлажненности протекают крупные и небольшие реки, имеются озера и ручьи. При избыточной увлажненности нередко образуются болота, подлежащие осушению.


В районах недостаточного увлажнения водоемы встречаются редко, так как почва отдает всю выпадающую на нее влагу в атмосферу.

Увлажнение территории определяется не только количеством осадков, но и испаряемостью. При одинаковом количестве осадков, но разной испаряемости, условия увлажнения могут быть различными.

Для характеристики условий увлажнения пользуются коэффициентами увлажнения. Существует более 20 способов его выражения. Наиболее распространенными являются следующие показатели увлажнения:

1. Гидротермический коэффициент Г.Т. Селянинова.

где R – месячное количество осадков;

Σt – сумма температур за месяц (близка к показателю испаряемости).

1. Коэффициент увлажнения Высоцкого-Иванова.

где R – сумма осадков за месяц;

E p – месячная испаряемость.

Коэффициент увлажнения около 1 – увлажнение нормальное, менее 1 – недостаточное, более 1 – избыточное.

1. Радиационный индекс сухости М.И. Будыко.

где R i – радиационный индекс сухости, он показывает отношение величины радиационного баланса R к сумме тепла Lr, необходимого для испарения осадков за год (L – скрытая теплота парообразования).

Радиационная индекс сухости показывает, какая доля остаточной радиации затрачивается на испарение. Если тепла меньше, чем требуется для испарения годовой суммы осадков, увлажнение будет избыточным. При R i 0,45 увлажнение избыточное; при R i = 0,45-1,00 увлажнение достаточное; при R i = 1,00-3,00 увлажнение недостаточное.

Атмосферное увлажнение

Количество выпадающих осадков без учета ландшафтных условий – величина абстрактная, потому что она не определяет условий увлажнения территории. Так, в тундре Ямала и полупустынях Прикаспийской низменности выпадает одинаковое количество осадков – около 300 мм, но в первом случае увлажнение избыточное, велика заболоченность, во втором – увлажнение недостаточное, растительность здесь сухолюбивая, ксерофитная.

Под увлажнением территории понимают соотношение между количеством атмосферных осадков (R ), выпадающих в данной местности, и испаряемостью (Е н ) за один и тот же период (год, сезон, месяц). Такое отношение, выраженное в процентах, или в долях от единицы, называют коэффициентом увлажнения (K yв =R /E н) (по Н. Н. Иванову). Коэффициент увлажнения показывает либо избыточное увлажнение (К ув >1), если осадки превышают возможное при данной температуре испарение, либо различные степени недостаточного увлажнения (К ув <1), если осадки меньше испаряемости.

Характер увлажнения, т. е. соотношение тепла и влаги в атмосфере, – основная причина существования природно-растительных зон на Земле.

По гидротермическим условиям выделяют несколько типов территорий:

1. Территории с избыточным увлажнением – К ув больше 1, т. е. 100-150%. Это зоны тундр и лесотундр, а при достаточном количестве тепла – леса умеренных, тропических и экваториальных широт. Такие переувлажненные территории называют гумидными, а заболоченные – экстрагумидными (лат. humidus – влажный).

2. Территории оптимального (достаточного) увлажнения – это узкие зоны, где К ув около 1 (примерно 100%). В их пределах наблюдается соразмерность между суммой осадков и испаряемостью. Это узкие полосы широколиственных лесов, редкостойные переменно-влажные леса и влажные саванны. Условия здесь благоприятны для произрастания мезофильных растений.

3. Территории умеренно-недостаточного (неустойчивого) увлажнения. Выделяют разные степени неустойчивого увлажнения: территориям с К ув = 1-0,6 (100-60%) свойственны луговые степи (лесостепи) и саванны, с К ув = 0,6-0,3 (60-30%) – сухие степи, сухие саванны. Им свойствен сухой сезон, что затрудняет земледельческое освоение из-за частых засух.

4. Территории недостаточного увлажнения. Выделяют аридные зоны (лат. aridus – сухой) с К ув = 0,3-0,1 (30-10%), здесь типичны полупустыни , и экстрааридные зоны с К ув менее 0,1 (менее 10%) – пустыни.

На территориях с избыточным увлажнением обилие влаги отрицательно сказывается на процессах аэрации (вентиляции) почвы, т. е. на газообмене почвенного воздуха с атмосферным. Недостаток кислорода в почве образуется вследствие заполнения пор водой, из-за чего воздух туда не поступает. Это нарушает биологические аэробные процессы в почве, нормальное развитие многих растений нарушается или даже прекращается. На таких территориях произрастают растения-гигрофиты и обитают животные-гигрофилы, которые приспособлены к сырым и влажным местообитаниям. Для вовлечения территорий с избыточным увлажнением в хозяйственный, прежде всего сельскохозяйственный, оборот необходимы осушительные мелиорации, т. е. мероприятия, направленные на улучшение водного режима территории, отвод избыточных вод (дренаж).

Территорий с недостаточным увлажнением на Земле больше, чем переувлажненных. В аридных зонах земледелие без полива невозможно. Основным мелиоративным мероприятием в них является орошение – искусственное пополнение запасов влаги в почве для нормального развития растений и обводнение – создание источников влаги (прудов, колодцев и других водоемов) для бытовых и хозяйственных нужд и водопоя скота.

В естественных условиях в пустынях и полупустынях произрастают растения, приспособленные к сухости, – ксерофиты. Они обычно имеют мощную корневую систему, способную извлекать влагу из грунта, мелкие листья, иногда превращенные в иголочки и колючки, чтобы меньше испарять влаги, стебли и листья нередко покрыты восковым налетом. Особую группу растений среди них образуют суккуленты, которые накапливают влагу в стеблях или листьях (кактусы, агавы, алоэ). Суккуленты произрастают лишь в теплых тропических пустынях, где не бывает отрицательных температур воздуха. Животные пустынь – ксерофилы тоже разным способом приспособлены к сухости, например, впадают в спячку на самый сухой период (суслики), довольствуются влагой, содержащейся в пище (некоторые грызуны).

Территориям с недостаточным увлажнением присущи засухи. В пустынях и полупустынях это ежегодные явления. В степях, которые часто называют засушливой зоной, и в лесостепи засухи случаются летом один раз в несколько лет, иногда захватывают конец весны – начало осени. Засуха – это длительный (1-3 месяца) период без дождя или с очень малым количеством осадков, при повышенной температуре и пониженной абсолютной и относительной влажности воздуха и почвы. Различают атмосферную и почвенную засухи. Атмосферная засуха наступает раньше. Из-за высоких температур и большого дефицита влаги резко возрастает транспирация растений, корни не успевают подавать листьям влагу, и они увядают. Почвенная засуха выражается в иссушении почвы, из-за чего нормальная жизнедеятельность растений полностью нарушается и они погибают. Почвенная засуха короче атмосферной за счет весенних запасов влаги в почве и грунтовых вод. Засухи обусловлены антициклональным режимом погоды. В антициклонах воздух опускается, адиабатически нагревается и иссушается. По периферии антициклонов возможны ветры – суховеи с высокой температурой и низкой относительной влажностью (до 10–15%), которые усиливают испарение и еще губительнее действуют на растения.

В степях наиболее эффективно орошение при достаточном стоке рек. Дополнительными мерами служат снегонакопление – сохранившаяся стерня на полях и посадка кустарников по бровке балок, чтобы в них не сдувался снег, и снегозадержание – прикатывание снега, создание снежных валов, укрытие снега соломой с целью увеличения продолжительности снеготаяния и пополнения запасов грунтовых вод. Эффективны также лесные полезащитные полосы, которые задерживают сток талых снеговых вод и удлиняют период снеготаяния. Ветрозащитные (ветроломные) лесные полосы большой длины, посаженные в несколько рядов, ослабляют скорость ветров, в том числе суховеев, и тем самым уменьшают испарение влаги.

Литература

1. Зубащенко Е.М. Региональная физическая география. Климаты Земли: учебно-методическое пособие. Часть 1. / Е.М. Зубащенко, В.И. Шмыков, А.Я. Немыкин, Н.В. Полякова. – Воронеж: ВГПУ, 2007. – 183 с.