Вопрос № 31

Уважаемые Авторы! Скажите, пожалуйста, на основе каких данных Вы утверждаете, что скорость испарения лесов выше скорости испарения с поверхности океана. (например в книге Рахманова В.В. "Гидроклиматическая роль лесов", М. 1984, приведен обзор проведенных за 2 столетия измерений и расчетов, согласно которым испарение или транспирация лесов никак не превышает испарение с поверхности океана и даже близко с ней не сравнима).
Заранее спасибо за ответ.
Ответ опубликован 30 января 2016.
Автор вопроса: Владимир.
Вопрос задан 28 января 2016.

Утверждение о том, что скорость испарения лесов превышает скорость испарения с поверхности океана, основывается на данных о лесном листовом индексе, который в естественных лесах может достигать 10 (в региональном масштабе - 6). Испаряющая поверхность (т.е. совокупная поверхность всех листьев), приходящаяся на единицу площади поверхности Земли, занятой лесом, в несколько раз превосходит испарительную поверхность океана. Поэтому при прочих равных условиях лесное испарение может превышать океаническое на порядок величины.

Максимальный листовой индекс во время пика вегетации
Рис. 7b из работы Buermann et al. 2002

Многолетнее среднее значение испарения определяется потоком солнечного излучения. В среднем на планете около половины солнечного излучения тратится на испарение. Поэтому в среднем лес не может увеличить испарение более чем вдвое по сравнению с испарением океана. Однако в короткие промежутки времени десятикратное и более превышение испарения леса над океаном возможно. Далее испарение зависит от относительной влажности под и над пологом леса. (Отметим также, что, управляя концентрацией атмосферных аэрозолей, лес может инициировать конденсацию и при сравнительно низком содержании атмосферной влаги. Это эквивалентно управлению относительной влажностью.)

Поскольку вероятность осадков очень быстро растёт с увеличением содержания водяного пара в атмосфере, даже небольшое по величине и краткое по времени превышение скорости лесного испарения по сравнению с океаническим приведёт к преимущественному формированию осадков над лесом, а не над океаном, см. подробнее здесь. Усреднённое по длительным промежуткам времени испарение лесного покрова может при этом быть как меньше, так и больше океанического.

Книга В.В. Рахманова 1984 года содержит много интересной и ценной информации в отношении двухсотлетней истории изучения влияния лесов на круговорот воды. Особенно отметим данные по речному стоку в зависимости от лесистости территории. В отношении количественных данных по испарению наиболее актуальным является утверждение автора на стр. 94: "Как велико суммарное испарение лесов, в том числе в сравнении с безлесными угодьями, -- на этот вопрос не только нет единого ответа, но и высказываются прямо противоположные суждения." Действительно, несмотря постоянно возрастающее количество наблюдений, включая, в частности, многочисленные башни для измерения турбулентных потоков скрытого тепла, величины испарения на суше и в океане остаются неопределёнными, см., например, работу Trenberth et al. 2011. Эта неопределённость в первую очередь относится к тропической зоне.

Что касается бореальных лесов, современные данные однозначно свидетельствуют о большем испарении над лесом по сравнению с примыкающим к лесным бассейнам океанам. На рисунках ниже представлены глобальные данные по испарению из базы данных MERRA за январь (верхний рисунок) и июль (нижний рисунок) 2014 года. Синий цвет означает малое испарение, желтый и зеленый - большое.

Испарение в январе и июле, данные MERRA за 2014 год
Среднемесячное испарение в январе и июле 2014 года согласно базе данных MERRA. Данные, использованные для построения графиков, находятся в открытом доступе и могут быть скачаны, например, отсюда (dataset MATMNXFLX tavgM_2d_flx_Nx)

На этих картах видно, что испарение в бореальном поясе России летом, когда лес функционирует, превышает испарение над океанами, прилегающими к Евразии с востока, севера и запада. В январе, когда лес спит, ситуация обратная. Причина этого очевидна - суша летом имеет более высокую температуру, чем океан, поэтому при условии достаточного количества почвенной влаги испарение на суше выше. Если влаги в почве нет, то нет и испарения независимо от температуры. Такова ситуация в обезлесенной Австралии.