Леса меньше «потеют», ландшафт перегревается

Фото: Ян Ржезач. Распад ландшафтной мозаики в районе Высочина.

Одной из важнейших функций лесов является их роль в формировании и поддержании  климата. Леса обладают высокой способностью уравновешивать (снижать и повышать) температуру окружающей среды в зависимости от метеорологических условий, наличия воды и состояния здоровья. Однако климатическая функция лесов значительно ухудшается после нашествия короеда.

Охлаждающее действие лесов особенно проявляется в теплые безоблачные дни. Вертикальный ярус древостоев вызывает температурную инверсию и позволяет поддерживать влажность. Результаты ученых говорят о том, что наш ландшафт постепенно прогревается, испарение с  поверхности лесов, лугов и пастбищ уменьшается, а их температура повышается. Особенно наглядно это в мелких лесных массивах  площадью в десятки гектаров, которые  не могут поддерживать собственный климат в усыхающем ландшафте. Они подвержены действию абиотических и биотических факторов, в результате чего их их энергетический баланс, а значит и кондиционирующие функции существенно изменяются по сравнению с нелесной растительностью или сельскохозяйственными культурами. Оказавшись в окружении  перегретого и сухого окружающего сельскохозяйственного ландшафта такие леса усыхают.

Эвапотранспирация является фундаментальным механизмом охлаждающей функции растительности. Эвапотранспирация (ЕТ) — это общее испарение с поверхности земли в атмосферу, относящееся к определенной местности. Она состоит из физического испарения (испарения с  какой-либо поверхности  или полога) и физиологического испарения (транспирации). Испарение связано с перемещением  в воздух воды из почвы, водоемов, в также  дождевой воды, попавшей на растительность (перехват осадков). Транспирация – это испарение воды растительностью, особенно листьями. Эвапотранспирация является важной частью круговорота воды на Земле.

Путем транспирации (распределения воды) растение преобразует десятки процентов солнечной энергии, тем самым уравновешивая температуру и охлаждая окружающую среду. Вода и растения являются основными регуляторами потока солнечной энергии. Изменения земного покрова влияют на изменение энергетического баланса территории, что выражается в изменении температуры поверхности, что в основном обусловлено соотношением эвапотранспирации (испарения) и нагревания.

Уменьшение эвапотранспирации в основном за счет вырубки лесов, ухудшения здоровья растительности, осушения, освоения земель или вообще лишения ландшафта постоянной растительности приводит к уменьшению испарения, повышению температуры поверхности и нагреву приземной атмосферы. В результате – высохший ландшафт и изменение климата.

Здоровые леса потребляют большую часть падающего солнечного света на испарение воды в процессе эвапотранспирации. Это снижает нагрев поверхности и окружающей атмосферы. По сравнению с окружающим сельскохозяйственным ландшафтом здоровые леса имеют высокую испаряемость и температуру поверхности ниже температуры окружающего воздуха.

Разницу между температурой поверхности и температурой воздуха можно использовать как индикатор состояния растительности, в том чисде и  лесных насаждений. Если растительность хорошо обеспечена водой и здорова, благодаря процессу эвапотранспирации работает ее функция кондиционирования воздуха. Температура поверхности при этом  либо такая же, либо на несколько градусов ниже даже в солнечную погоду. Болота, здоровые леса, заросли  ольхи, ивы и другой древесно-кустарниковой расттельности  в жаркий летний день показывают температуру поверхности на 1-3°С ниже температуры воздуха (в полдень), днем ​​эта разница может достигать 5°С. С другой стороны, в случае нелесной растительности температура поверхности выше температуры воздуха; для голых поверхностей или сухой растительности (скошенный луг) разница может достигать 10–20°С.

Обширная гибель лесных насаждений в результате нашествия короедов вдохновила ученых на исследования и оценку изменений в кондиционирующей функции лесных насаждений и сельскохозяйственных ландшафтов. В качестве модельной территории они выбрали более окрестности города Дачице (328 км2). за период 1990–2019 гг.

Исследователи оценили охлаждающую способность древостоев по разнице между температурой поверхности и температурой воздуха над древостоем. В модельном исследовании они проверили тезис о том, что постепенная потеря воды и смена растительного покрова приводит к повышению температуры поверхности, увеличению разницы между температурой поверхности и температурой воздуха и уменьшению эвапотранспирации (испарения).

Особое внимание они обратили на изменения распределения солнечной энергии и температуры проходящие под влиянием обширного отмирания еловых насаждений, пораженных короедом типографом. Они касались выяснения значения образовавшихся сухих перегретых участков в осушении ландшафта в целом и следовательно в увеличении совокупной эвапотранспирации, при которой влага накопленная в ландшафте уносится восходящими потоками нагретого воздуха.

До 2017 года лесонасаждения в Дачицком крае были более холодными по сравнению с окружающим ландшафтом. В 2019 году стали заметны значительные изменения. Поврежденная или уже убранная растительность в восточной и центральной части района имеет температуру поверхности до 10°С выше температуры воздуха. В 2019 году пашня показала лучшую охлаждающую способность, чем древостои с разницей в 2,5°С.

В 1990 г. разница между температурой поверхности и температурой воздуха на голых поверхностях составляла 4 °С . В последующие годы она возрастает до 6,3°С в 2007 г.; 9,1°С в 2013 г., 8°С в 2019 г., достигая максимума 12°С в 2017 г.

В древостоях на модельной территории с 2015 г. наблюдается быстрое ухудшение состояния здоровья лесов в связи с действием ряда биотических и абиотических факторов. Важнейшими среди них явидось отсутствие осадков, уровень которых в период 2015–2019 гг. достиг почти 390 мм (это более чем в 4 раза ниже среднегодового значения) и повышение температуры, особенно в период вегетации (около + 2°С).

Благодаря этим факторам происходит распространение елового короеда и других вредителей. Короедное усыхание приняло размер бедствия в 2016 и 2017 гг. В течение следующих двух лет (2018, 2019) лесоводы столкнулись с массовой гибелью взрослых еловых насаждений и насаждений моложе 40 лет. По аэрофотоснимкам (2020 г.) видно, что на модельном участке в 2017–2020 гг. было вырублено до 50 % лесных массивов, в основном еловых насаждений, т. е. более 4000 га (из примерно 8800 га в 1990 г.).

Смотрите набор снимков исходной статье.

Уменьшение эвапотранспирации насаждений отражается в их повышенной температуре по сравнению с другим наземным покровом. Зараженные короедами деревья теряют зеленую хвою и постепенно засыхают. Ухудшение состояния лесных насаждений отразилось в постоянном снижении испарения и повышении температуры поверхности, особенно в 2019 г.

Оценка охлаждающей способности древостоев основана на разнице между температурой поверхности древостоя и температурой воздуха. Этот показатель указывает на способность насаждения транспирировать,
и таким образом охлаждаться. При достаточном количестве воды в насаждении и его хорошем состоянии температура поверхности на 1-2 °С ниже температуры воздуха (1990 г. При маловодье эта разница увеличивается (температура поверхности становится выше температуры воздуха). В очень засушливый 2017 год эта разница составила 4°С.

Ухудшение охлаждающей способности растительности в 2019 году проявлялась в основном в восточной, южной и центральной частях интересующего нас района, где в это время осуществлялась обширная вырубка лесов. В крайних случаях перепад температур на полянах и в воздухе достигал более 10°С.

Ухудшение охлаждающей способности лесов и их здоровья связано с перегревом окружающего сельскохозяйственного ландшафта. Зеленая растительность может охладить окружающий ландшафт минимум на 2-4°С. Поэтому принцип сплошного покрова следует применять как к сельскохозяйственным, так и к лесным угодьям. Температура на пастбищах без растительного покрова в жаркие летние дни достигает 40-50°С. Высокая температура поверхности является причиной более быстрого дренажа и высыхания, ускоренных процессов минерализации в почве. Также в этих районах отмечаются высокие суточные амплитуды (колебания) температуры. Высаженные саженцы подвергаются воздействию температур, которые они не выдерживают, и засыхают. Однако пионерная растительность на обезлесенных участках может создать более благоприятный климат для новых посадок, поддерживать более низкую температуру поверхности и влажность.

В перегретых и осушенных сельскохозяйственных районах Южной Моравии, граничащих с Дачицами, в жаркие летние дни температура поверхности может достигать 40 °C (или более). От перегретой поверхности воздух нагревается и поднимается вверх. Нагретые участки «высасывают» воздух из окружающих более влажных местностей, т. е. из соседнего леса, ландшафт более интенсивно осушается и постепенно вызывает усыхание территорий, еще не страдавших от маловодья.