Включение блока «суша» в математические модели климатической системы необходимо, прежде всего, потому, что в краевые условия на поверхности суши, для потоков количества движения, тепла и влаги наряду с атмосферными параметрами и величинами, подлежащими определению из уравнений динамики атмосферы, входят также некоторые характеристики суши, которые надо задавать или определять из тех или иных дополнительных соотношений или уравнений. Отметим, кстати, существенную трудность, которую создает интенсивная мелкомасштабная пестрота характеристик суши, требующая их осреднения (иногда с надлежащими весами) по ячейкам используемой пространственной сетки.[ ...]
Первой из характеристик суши, которые надо задавать, является, конечно, рельеф поверхности суши г = /1(0, I). Для описания поверхностного стока воды на поверхности 2 = к (0, X) следует провести линии экстремумов — водоразделы по осям гребней и русла рек по осям ложбин (площади между ними можно назвать склонами), причем ясно, что детальность этой процедуры будет зависеть от масштабов пространственной сетки, по ячейкам которой осуществлялось осреднение высот рельефа /г (0, X). Кроме рельефа, сглаженного по ячейкам сетки, и проведенных на нем линий экстремумов целесообразно указывать в каждой ячейке средние квадратичные наклоны поверхности, нужные для описания диффузии склоновых течений.[ ...]
Для расчета потока количества движения, т. е. трения ветра на поверхности суши, необходимо задать еще «высоту шероховатости» 2о этой поверхности (меняющуюся от долей миллиметра у снежного покрова до сантиметров у лугов и полей и дециметров у лесов)., причем здесь существен способ внутриячеечного осреднения.[ ...]
Для расчета потоков тепла на поверхности суши, входящих в уравнение бюджета тепла (9.10), необходимо, во-первых, задать альбедо А этой поверхности (меняющееся от 0,1 у хвойных лесов до 0,20—0,25 у лугов и полей, 0,4—0,65 у льда и 0,8—0,9 у свежего снега) и ее излучательную способность / (меняющуюся в пределах 0,85—1), учитывая, что эти величины во многом определяются растительностью и наличием снежного покрова и потому могут испытывать значительные сезонные и некоторые междугодичные колебания. Основу для первых попыток их картирования может дать классификация региональных климатов по типам ландшафтов, разработанная Л. С. Бергом.[ ...]
Наконец, для расчетов бюджета влаги на поверхности суши, описываемого уравнением (9.11), необходимо определять в каждой точке (0, X) поток влаги в почву / , а также поверхностный или подземный сток воды, т. е. решать основные задачи гидрологии суши, чему в основном и посвящен настоящий параграф. Для этого надо задать рельеф г = к2 (0, А,) к (0, X) подпочвенной поверхности водоупорного слоя и характеристики слоя к2 г А, как пористой среды, в которой происходит фильтрация влаги: распределения в нем пористости (т. е. доли пор в объеме грунта) и коэффициентов фильтрации. При этом считается, что грунт содержит как мелкие капиллярные поры (капиллярная пористость то), создающие его водоудерживающую способность, так и крупные не-капиллярные поры (некапиллярная пористость т ), обусловливающие быстрое просачивание воды с поверхности почвы г= к (0, X) до свободной поверхности грунтовых вод г = к (0, А, /), подлежащей расчету (причем к2 к к).[ ...]
Весь слой грунта к2 г к, в котором может двигаться вода, разбивается, вообще говоря, на следующие пять слоев (сверху вниз): 1) слой поверхностного увлажнения грунта, включающий корневые системы растений, так что из него происходит транспирация влаги; 2) слой капиллярно-подвешенной влаги; 3) воздухонасыщенный слой аэрации грунта; 4) слой капиллярного подъема грунтовых вод; 5) слой грунтовых вод к2 г /гь горизонтальное движение которых называют подземным стоком.[ ...]
Теперь отметим, что согласно уравнению бюджета влаги (9.11) осадки Р, испарение Е и поток влаги в почву /8 (плюс источник жидкой воды при таянии льда или снега или ее потеря при замерзании) в каждой точке поверхности Земли, вообще говоря, не уравновешивают друг друга, и их алгебраическая сумма Е3 оказывается источником формирования поверхностного стока. Последний является суммой склонового и речного (руслового) стока, причем это деление зависит от масштабов используемой в расчетах пространственной сетки: при очень больших масштабах в речной сток включаются лишь самые крупные реки, а более мелкие реки и ручьи описываются не индивидуально, а лишь в среднем (т. е. как склоновый сток); наоборот, при очень мелкой сетке индивидуальному описанию (т. е. как русловой сток) доступны даже небольшие речки и ручьи.[ ...]
Двумерная гидродинамика, описываемая уравнениями (16.6) и (16.7), осложняется наличием источников или стоков воды Е8у из-за которых склоновый поток может иметь изменчивые края, содержать «дырки» и выделять «капли», эволюция границ которых, где Ню обращается в нуль, подлежит расчету. Вторые слагаемые в правых частях уравнений (16.7), содержащие кхс в знаменателях, около границ потока могут создавать трудности при численных расчетах.[ ...]
Вернуться к оглавлению