Введение

Микроклимат (или микроклимат) – это локальный набор атмосферных условий, отличающихся от условий в окружающей местности, часто незначительно, но иногда существенно. Этот термин может применяться к участкам площадью от нескольких квадратных метров и меньше (например, грядка в саду, пространство под скалой или пещера) до территорий в несколько квадратных километров. Поскольку климат определяется статистически, что подразумевает пространственную и временную изменчивость средних значений описывающих параметров, внутри региона могут возникать и сохраняться во времени статистически отличные условия, то есть микроклиматы. Микроклиматы можно встретить практически везде, но они наиболее выражены в топографически динамичных зонах, таких как горные районы, острова и прибрежные зоны. Микроклиматы существуют, например, вблизи водоемов, которые могут охлаждать местную атмосферу, или в плотно застроенных городских районах, где кирпич, бетон и асфальт поглощают солнечную энергию, нагреваются и отдают тепло окружающему воздуху: образовавшийся городской тепловой остров (UHI) является разновидностью микроклимата, дополнительно обусловленной недостаточным количеством растительности.

Предыстория

Терминология "микроклимат" впервые появилась в 1950-х годах в публикациях, таких как "Климаты в миниатюре: исследование микроклиматической среды" (Томас Бедфорд Франклин, 1955).

Примеры микроклимата

Площадь в развитом промышленном парке может сильно отличаться от лесного парка поблизости, поскольку естественная флора в парках поглощает свет и тепло в листьях, в то время как крыша здания или парковка просто излучают их обратно в воздух. Сторонники солнечной энергии утверждают, что широкое использование солнечных коллекторов может смягчить перегрев городской среды, поглощая солнечный свет и используя его, а не нагревая чужеродные поверхности. Микроклимат может создать возможность для небольшого региона, пригодного для выращивания культур, которые не могут процветать на большей территории; эта концепция часто используется в пермакультуре, практикуемой в северных умеренных климатических зонах. Микроклимат может быть полезен садоводам, которые тщательно выбирают и размещают свои растения. Города часто повышают среднюю температуру за счет зонирования, а защищенное местоположение может смягчить суровость зимы. Однако озеленение крыш подвергает растения более экстремальным температурам как летом, так и зимой. В городской среде высокие здания создают собственный микроклимат, как затеняя большие площади, так и направляя сильные ветры к уровню земли. Влияние ветра на высокие здания оценивается в рамках исследования микроклимата. Микроклимат также может относиться к искусственно созданной среде, например, в комнате или другом закрытом помещении. Микроклиматы обычно создаются и тщательно поддерживаются в музейных экспозициях и хранилищах. Это можно сделать с помощью пассивных методов, таких как силикагель, или с помощью активных устройств контроля микроклимата. Как правило, если внутренние районы имеют влажный континентальный климат, прибрежные районы остаются значительно мягче зимой, в отличие от жаркого лета. Это характерно для таких мест, как Британская Колумбия, где Ванкувер имеет океаническую влажную зиму с редкими заморозками, в то время как внутренние районы, которые в среднем на несколько градусов теплее летом, имеют холодные и снежные зимы.

Источники и влияние на микроклимат

Два основных параметра, определяющих микроклимат на определенной территории, – это температура и влажность. Снижение температуры и/или влажности может быть вызвано различными источниками или воздействиями. Зачастую микроклимат формируется под влиянием совокупности различных факторов и является объектом изучения микромасштабной метеорологии.

Кратеры

Наличие вечной мерзлоты у поверхности в кратере формирует уникальную микроклиматическую обстановку.

Пещеры

Пещеры – важные геологические образования, в которых могут находиться уникальные и деликатные геологические и биологические среды. Подавляющее большинство найденных пещер образованы карбонатами кальция, такими как известняк. В этих растворимых средах обитают многие виды флоры и фауны. Сочетание содержания воды в атмосфере пещеры, давления воздуха, геохимии пещерной породы, а также продуктов жизнедеятельности этих видов может создавать уникальные микроклиматы в пещерных системах. Спелеогенетический эффект – наблюдаемый и изучаемый процесс циркуляции воздуха в пещерной среде, вызванный конвекцией. В фреатических условиях поверхности пещер подвергаются воздействию замкнутого воздуха (в отличие от погруженных и взаимодействующих с водой из водоносного горизонта в вадозных условиях). Этот воздух циркулирует частицы воды, которые конденсируются на стенах пещер и формациях, таких как спелеотемы. Установлено, что эта конденсирующаяся вода способствует эрозии стен пещер и образованию морфологических особенностей. Примеры этого можно найти в известняковых стенах Гротта Джиусти – термальной пещеры недалеко от Монсуммано, Лукка, Италия. Любой процесс, приводящий к увеличению или уменьшению химических или физических процессов, впоследствии оказывает влияние на окружающую среду в этой системе. Плотность воздуха в пещерах, напрямую связанная с процессами конвекции, определяется температурой воздуха, влажностью и давлением. В замкнутых пещерных средах введение бактерий, водорослей, растений, животных или вмешательство человека может изменить любой из этих факторов, тем самым изменяя микросреду в пещере. Во всем мире существует более 750 пещер, доступных для посещения. Постоянный поток людей через пещерные среды может негативно влиять на микроклимат, а также на геологические и археологические находки. Факторы, способствующие ухудшению состояния этих сред, включают вырубку лесов, сельскохозяйственную деятельность, эксплуатацию водных ресурсов, добычу полезных ископаемых и туризм. Спелеогенетический эффект в обычных пещерах обычно проявляется в медленной циркуляции воздуха. В уникальных условиях, когда присутствуют кислоты, эффекты эрозии и изменения микросреды могут быть значительно усилены. Одним из примеров является влияние присутствия сероводородной кислоты. Когда окисленная сероводородная кислота химически превращается в серную кислоту, эта кислота начинает реагировать с карбонатными породами значительно быстрее. Вода, участвующая в этой реакции, обычно имеет низкий pH, равный 3, что делает ее практически непригодной для жизни многих бактерий и водорослей. Пример этого можно найти в пещере Гротта-Гранде-дель-Венто в Анконе, Италия.

Микроклимат растений

Как отмечает Рудольф Гейгер в своей книге, не только климат влияет на живые растения, но и обратное воздействие – влияние растений на окружающую среду, известное как растительный климат – также может происходить. Этот эффект имеет важное значение для лесов, расположенных в глубине континента. Действительно, если бы леса не создавали собственные облака и не поддерживали водный цикл благодаря эффективному испаропотоку, то далеко от побережий лесов бы не существовало, поскольку статистически, при прочих равных условиях, количество осадков уменьшается от побережья вглубь континента. Посадка деревьев для борьбы с засухой также предлагалась в контексте облесения.

Плотины

Искусственные и естественные водоемы создают микроклимат и часто оказывают влияние также и на макроклимат.

Склоны

Другой фактор, влияющий на микроклимат, – это уклон или экспозиция местности. Южные склоны в Северном полушарии и северные склоны в Южном полушарии получают больше прямого солнечного света, чем склоны, обращенные в противоположную сторону, и поэтому дольше остаются теплыми, создавая на склоне более теплый микроклимат, чем в окружающей местности. Самая низкая часть ущелья иногда может промерзать раньше или сильнее, чем участок выше по склону, поскольку холодный воздух опускается вниз, сухой ветерок может не доходить до самого дна, а влажность задерживается, конденсируется и затем замерзает.

Типы почв

Тип почвы, встречающийся на определенной территории, также может влиять на микроклимат. Например, почвы с высоким содержанием глины могут действовать как мостовая, смягчая температуру у поверхности земли. С другой стороны, если почва содержит много воздушных пор, тепло может задерживаться под верхним слоем почвы, что повышает вероятность образования заморозков на уровне земли.

Северная и Южная Америка

Северная Калифорния к северу от района залива также хорошо известна своим микроклиматом со значительными различиями температур. Побережье обычно имеет дневную температуру в течение летних месяцев вдоль этой береговой линии, но внутренние города, недалеко от океана, такие как Лейкпорт, могут быть такими же горячими, как 34 °C (93 °F) в средний летний день, несмотря на то, что они находятся всего в 64 км вглубь страны. Даже на севере долины реки Кламат около 41-й параллели северной широты между Уиллоу-Крик и Эврикой в среднем наблюдаются такие температуры, что чрезвычайно жарко для таких северных районов. На этой параллели температура на побережье настолько низкая, что Уиллоу-Крик в среднем 79 раз в год побивает рекорд температуры в Эврике. Это несмотря на то, что эти районы находятся менее чем в 80 км друг от друга. Сан-Франциско – город с разнообразным микроклиматом. Из-за разнообразной топографии города и влияния преобладающего летнего морского слоя погодные условия могут варьироваться до 5 °C от квартала к кварталу и до 17 °C между прибрежным поясом тумана и тепловым островом в центре города. Например, район Ное-Вэлли, как правило, теплее и солнечнее, чем прилегающие районы, потому что окружающие холмы блокируют часть холодного тумана с Тихого океана. В целом регион, известный как область залива Сан-Франциско, может иметь широкий диапазон экстремальных температур. В бассейнах и долинах, прилегающих к побережью, климат подвержен значительным колебаниям на коротких расстояниях из-за влияния топографии на циркуляцию морского воздуха. В районе залива Сан-Франциско можно встретить множество разновидностей климата в пределах нескольких километров. Например, в районе залива средняя максимальная температура в июле составляет около в Хаф-Мун-Бей на побережье, в Уолнат-Крик, всего в 40 км вглубь страны, и в Трейси, всего в 80 км вглубь страны. Районы Лос-Анджелеса и Сан-Диего также подвержены явлениям, типичным для микроклимата. Температуры могут варьироваться до между внутренними районами и побережьем, с температурным градиентом более одного градуса на милю (1,6 км) от побережья вглубь страны. Холмы и горы также могут блокировать прибрежные воздушные массы. В долине Сан-Фернандо летом обычно гораздо теплее, чем в большинстве районов Лос-Анджелеса, потому что горы Санта-Моника обычно блокируют прохладный океанский бриз и туман. В Южной Калифорнии также наблюдается погодное явление, называемое "июньской хмуростью" или "майской серостью", которое иногда приносит облачное или туманное небо утром на побережье, но обычно к полудню небо становится солнечным, в конце весны и начале лета. Большой остров Гавайи также известен своим микроклиматом, поскольку Кайлуа-Кона и Хило, Гавайи, получают осадки в год и в год соответственно, несмотря на то, что они находятся всего в 97 км друг от друга. Калгари, Альберта, также известен своим микроклиматом. Особенно заметны различия между центральными районами города и долинами рек/потопичными равнинами и районами на западе и севере. Это во многом связано с разницей в высоте в пределах границ города более 305 м, но также может быть отнесено в некоторой степени к эффектам сезонных чинуков. Галифакс, Новая Шотландия, также имеет многочисленные микроклиматы. Температура и погодные условия на побережье могут значительно отличаться от тех, что находятся в глубине страны. Это верно во все времена года. Изменение высоты является обычным явлением во всем городе, и даже возможно испытать несколько микроклиматов во время путешествия по одной автомагистрали из-за этих изменяющихся высот. Ванкувер и его агломерация также имеют множество микроклиматов. Северный Ванкувер и другие регионы, расположенные на склонах гор, получают в среднем более осадков в год, в то время как другие регионы на юге получают около, хотя они находятся менее вдали. Температура в долине Фрейзера может быть до 10 °C (18 °F) выше, чем на побережье, в то время как зимой она на несколько градусов ниже. Чесапикский залив также известен своим субтропическим микроклиматом в этом районе. Чили Чико и Лос Антигуос на южных берегах озера Генерал-Каррера имеют благоприятные условия для сельского хозяйства, несмотря на то, что находятся во внутренней Патагонии. Нью-Йорк и его окрестности имеют обширный городской остров тепла и влияние Атлантического океана. Эти факторы делают его самым северным крупным городом в США, который Кёппен описывает как влажный субтропический, с тем, что город находится в зонах USDA 7a/7b/8a, по сравнению с близлежащими городами к югу от него, которые имеют более низкие зоны.

Европа

В Швейцарии, в регионе Тичино, известном своими винами, благоприятный микроклимат позволяет выращивать пальмы и бананы. Гран-Канария называется «Миниатюрным континентом» благодаря богатому разнообразию микроклиматов. Тенерифе известен широким разнообразием микроклиматов. Стамбул характеризуется множеством различных микроклиматов из-за своего холмистого рельефа и влияния моря. В пределах города средняя летняя температура колеблется от – в зависимости от близости к Чёрному морю, причём в отдельные дни наблюдаются более значительные различия. Количество осадков также сильно варьируется из-за дождевой тени холмов Стамбула: от около – на южной окраине в районе Флорья до – на северной окраине в Бахчекой. Более того, в то время как сам город расположен в зонах морозостойкости USDA 9a и 9b, его пригородные районы находятся в зоне 8b с изолированными участками зоны 8a, что ограничивает выращивание холодостойких субтропических растений прибрежными районами. Лидс, расположенный в Йоркшире, Англия, известен наличием ряда микроклиматов из-за множества долин, окружающих центр города. Центральное западное побережье Португалии, подобно Калифорнии, демонстрирует значительные различия в летних температурах по сравнению с окружающими внутренними районами. Менее чем за , средняя суточная летняя температура может меняться на целых 10 градусов Цельсия/18 градусов Фаренгейта, от в Пенише или Сан-Педро-де-Моэле до около в Сантареме или Томаре. Это явление вызвано локальным подъёмом воды, создаваемым северными ветрами Нортада. Прибрежные районы Андалусии характеризуются микроклиматом. Дальше на север вдоль побережья Кадис имеет среднюю летнюю температуру 27 °C (81 °F) с теплыми ночами, в то время как неподалеку в Херес-де-ла-Фронтера летние максимальные температуры достигают 33 °C (91 °F), а во внутренних районах дальше на север, таких как Севилья, еще жарче. Сорана, коммуна в долине Песча в Италии, обладает микроклиматом, считающимся идеальным для выращивания бобов Сорана. Район Ницца (Ницце) во Франкфурте-на-Майне, Германия, – это небольшая территория на северном берегу реки Майн, где защита от ветра и солнечный свет, отражающийся от реки, создают средиземноморский климат и поддерживают один из крупнейших садов южноевропейских растений к северу от Альп.

Азия и Океания

В Аммане, Иордания, наблюдаются крайние проявления микроклимата, и почти в каждом районе своя погода. Местным жителям известно, что некоторые районы, такие как северные и западные пригороды, одни из самых холодных в городе, где могут быть заморозки или снег, в то время как другие, более теплые районы, например, центр города, могут быть значительно теплее одновременно. В Сиднее, Австралия, микроклимат особенно заметен в теплые месяцы. В глубине континента, в западных пригородах Сиднея, климат суше и значительно жарче, с температурами, как правило, выше, чем в центральном деловом районе Сиднея и Восточных пригородах (на побережье), поскольку морской бриз не проникает дальше вглубь. Летом на побережье средняя температура составляет 25,9 °C (79 °F), а в глубине континента колеблется от до в зависимости от пригорода. В экстремальных случаях на побережье может быть 24 °C (75 °F), в то время как в пригороде, расположенном в глубине, температура достигает 36 °C (97 °F). Однако минимальные зимние температуры на Западе примерно ниже, чем в прибрежных пригородах, и могут вызывать слабые или умеренные заморозки. В пределах города и его окрестностей количество осадков варьируется от около на крайнем западе до на холме Обсерватории (на востоке или на побережье).