Как изменения в землепользовании влияют на локальный микроклимат

Вторичные эффекты на местную метеорологию

Городской тепловой остров не только поднимает термометры, но и может вызвать или изменить местные погодные условия:

• Конвективный подъем: Горячие городские поверхности создают восходящие шлейфы теплого воздуха, которые могут инициировать грозы. Несколько исследований зафиксировали увеличение летних осадков под ветром крупных городов.
• Модифицированные ветровые поля:] Грубая городская поверхность замедляет поверхностные ветры, но в то же время, остров тепла может генерировать слабую область низкого давления, которая привлекает более прохладный воздух из пригородов внутрь, создавая циркуляцию «странового бриза».
• Повышенный спрос на энергию: Более высокие температуры приводят к увеличению использования кондиционеров, что, в свою очередь, выделяет больше отработанного тепла и усиливает работу энергосетей. Этот цикл обратной связи может повысить местные температуры на дополнительную долю градуса.

Вырубка лесов: потеря охлаждающего навеса

Леса являются мастерами регулирования микроклимата. В процессе транспирации деревья выделяют в воздух водяной пар, обеспечивая мощный охлаждающий эффект. Их широкие навесы перехватывают солнечное излучение и затеняют землю, сохраняя умеренную температуру поверхности. Когда леса очищаются для сельского хозяйства или развития, эти природные услуги исчезают.

Температура и влажность сдвигов

Удаление лесного покрова приводит к немедленным изменениям температуры поверхности. В обезлесенных районах отсутствие тени позволяет прямому солнечному свету нагревать землю, часто повышая дневную температуру поверхности земли на 3-5 ° C по сравнению с соседним лесом. Ночью голая или обрезанная поверхность охлаждается быстрее, но общая суточная средняя температура повышается. Кроме того, транспирация останавливается, уменьшая поток влаги в воздух. Это приводит к более низкой влажности и более сухой местной атмосфере, которая может подчеркивать оставшуюся растительность и уменьшать испарение от сельскохозяйственных культур.

В докладе IPCC по изменению климата и земле отмечается, что тропическая вырубка лесов может изменить региональные модели осадков. Например, в Амазонии вырубка лесов была связана с удлинением сухого сезона, потому что снижение эвапотранспирации ослабляет утилизацию влаги, которая питает конвективные штормы. Эта обратная связь угрожает не только местному сельскому хозяйству, но и здоровью оставшихся тропических лесов.

Альбедо и биогеофизическая обратная связь

В то время как обезлесение обычно нагревает местный климат в тропиках, эффект может быть более сложным в бореальных регионах. Когда темные хвойные леса заменяются более светлыми, покрытыми снегом сельхозугодьями, альбедо поверхности увеличивается. Это отражение большего количества солнечного света обратно в космос может вызвать охлаждающий эффект на поверхности - но это часто компенсируется потерей изоляционных свойств леса и более ранним началом таяния снега. В целом, изменение землепользования в высоких широтах может привести к чистому потеплению или охлаждению в зависимости от конкретной географии.

Сельское хозяйство: ирригация, культура и микроклиматический деликатес

Сельскохозяйственное землепользование не является монолитной категорией. Различные методы ведения сельского хозяйства производят совершенно разные микроклиматы. Орошаемые пахотные земли, например, могут быть более прохладными и влажными, чем окружающие засушливые земли, создавая локализованный «эффект оазиса». Напротив, сельское хозяйство, питаемое дождем, на деградированных почвах может стать источником тепла.

Эффект оазиса орошаемого сельского хозяйства

В засушливых и полузасушливых регионах орошаемые поля могут понижать дневные температуры на 2-4°C относительно прилегающих сухих районов. Применяемая вода обеспечивает достаточное количество влаги для эвапотранспирации, которая охлаждает воздух и повышает влажность. Этот эффект не ограничивается самим полем, но может распространяться на несколько километров по ветру. Классическим примером является Калифорнийская центральная долина : обширная сеть орошаемых культур, включая миндаль, помидоры и рис, как было показано, снижает летние максимальные температуры по сравнению с условиями предварительного орошения. Однако это происходит за счет значительного истощения грунтовых вод и может маскировать региональные тенденции потепления.

Но эффект оазиса хрупкий. При сильной засухе или при уменьшении орошения поля высыхают, а микроклимат быстро смещается обратно в более жаркое, более сухое состояние. Переход может быть резким и может напрягать как культуры, так и местные экосистемы.

Тип сельскохозяйственного растения и поверхностной грубости

Тип урожая также влияет на микроклимат. Высокие культуры, такие как кукуруза или сахарный тростник, создают шероховатую поверхность, которая усиливает турбулентное смешивание и может способствовать более эффективному тепло- и влагообмену, чем короткие, гладкие культуры, такие как пшеница или соя. Шероховатость поверхности влияет на профили скорости ветра: более грубые поверхности замедляют ветер больше, но также могут создавать вихри, которые способствуют вертикальному транспорту. Это влияет на то, как быстро воздух вблизи земли смешивается с воздухом в воздухе, влияя на развитие планетарного пограничного слоя.

Кроме того, индекс площади листьев и альбедо различных культур варьируется. Поле подсолнечника имеет более высокое альбедо, чем темный хвойный лес, что означает меньшее поглощение солнечной энергии. Тем не менее, подсолнечник процветает меньше, чем некоторые глубоко укоренившиеся многолетние травы, поэтому чистое влияние на местную температуру и влажность зависит от сложных взаимодействий. Фермеры и климатические моделисты должны учитывать эти тонкости при прогнозировании того, как сдвиги в землепользовании будут влиять на региональный климат.

Влияние на ветровые модели и распределение осадков

Изменения в землепользовании изменяют физическую шероховатость и тепловые характеристики ландшафта, что, в свою очередь, изменяет поток ветра и образование облаков и осадков. Эти эффекты могут быть удивительно локализованы, что имеет глубокие последствия для доступности воды и интенсивности шторма.

Грубость поверхности и скорость ветра

Природные поверхности, такие как леса или луга, имеют высокую аэродинамическую шероховатость, которая замедляет приповерхностные ветры. Когда эти области превращаются в гладкие, плоские сельскохозяйственные поля или городские поверхности с разбросанными зданиями, профиль ветра изменяется. В городах высокие здания создают «слой шероховатости» вблизи верхней части навеса, но также могут направлять ветры через уличных каньонов, создавая области ускорения и турбулентности. Городские ветровые модели могут значительно отличаться от регионального фонового ветра, влияя на вентиляцию и дисперсию загрязняющих веществ.

В более крупных масштабах вырубка лесов в Амазонии была связана с ослаблением низкоуровневой южноамериканской струи, которая переносит влагу по континенту. Уменьшая транспирацию и изменяя шероховатость поверхности, изменения в землепользовании могут нарушить атмосферную циркуляцию, которая управляет осадками на расстоянии сотен или тысяч километров. Этот нелокальный эффект иногда называют телесвязью изменения землепользования.