Какви процеси се случват в градините при ясна безоблачна вечер, без наличие на вятър или със слаб вятър? При такива нощи топлината се отделя от почвата и растенията чрез излъчване към атмосферата. Малки дози енергия се получават при обратния процес от небето към земята, както и при провеждане на топлина нагоре от почвата и при конвекцията на топъл въздух към по-хладните растения. При ясни нощи повече топлина се отделя, отколкото се получава от растенията. В таблицата е показан балансът на енергиите със стойности за цитрусови насаждения, които не се различават много за каквато и да е друга култура.
Първа част: Съвременни защити от измръзване и слана за овощари и лозари
При облачни условия и мъгла, излъчването към земята е по-високо и зависи от температурата на облаците или водната мъгла, като енергийния баланс се запазва без загуба на топлина.
Съществена роля играе вятъра, който увеличава значително преноса на енергия от въздуха към растенията. Когато в ясни нощи, с опасност от слана, вятърът увеличи скоростта си до 2 метра в секунда, или 7,2 км/ч, енергийният обмен чрез конвекцията е достатъчно голям, за да компенсира загубата на топлина от растенията и рядко се наблюдават поражения. Скритата енергия на водата е сериозен фактор при дъждуване или микродъждуване, но се пренебрегва при почти всички останали методи на защита и в баланса на енергиите за незащитена овощна градина или лозов масив.
От табличката е видно, че загубата на енергия е -18 W/m2 за нощ с опасност от слана. Целта на активните методи за защита от слана е да ползват подобрени показатели за конвекция, проводимост, излъчване или на скритата топлина на водата, за да обърнат баланса към положителен и да се избегне поразяването на цветовете и младите части на дърветата и лозите.
Температурна инверсия
В ясни безоблачни нощи без вятър земята излъчва към небето топлина на дълги вълни. Осезаемата топлина във въздуха намалява и температурата близо до повърхността пада значително. Въздухът близко до земята изстива много по-бързо и се получава температурна инверсия, при която температурата се увеличава с издигане по височина. Температурата по целия вертикален разрез намалява, но значително по-бързо близо до повърхността, където се намират и клоните с цветовете на дървета и лози. Процесът се обръща с поява на слънчевите лъчи, които променят негативния баланс, излъчвайки дълговълнова топлина към земята.
Инверсията се онагледява и разбира лесно с използване на съвременни климатични станции със сензори разположени на един метър или дори 0,5м на нивото на най-ниско разположените клонки с цвят, според формировката на насажденията с овошки и лозя, и втори сензор - на височина 10-11м, което е най-ниското ниво с икономически изгодна за стопаните температурна инверсия. Температурата продължава да нараства по вертикалата. Хортисмарт Солюшънс предлага професионални станции за измерване на климатични данни и софтуер за обработката им.
Фигурите отдолу показват ясно дни с температурна инверсия /втора графика долу/ и такива с адвектен студ /студен фронт – първа графика долу/, при които трудно може да се защитят цветовете на растенията от критичните за тях ниски температури. Методите за защита ще бъдат разгледани допълнително.
Тези графики правят наблюдението им сравнително лесно - при наличие на специализирана климатична станция, с каквито разполага и предоставя под наем Хортисмарт Солюшънс. На диаграмата отдолу се виждат два последователни дни от края на месец май 2020 година.
През първата нощ се наблюдава инверсия с положителни температури, а на следващата вечер по-скоро се наблюдава нещо като фронт, съпроводен с вятър, който уеднаквява температурите на 1 м и 10 м над земната повърхност. Много често през деня, когато земята поема излъчваните на дълги вълни слънчеви лъчи, температурата близо до почвата е по-висока от тази на височина от 10 м. Това се променя обикновено след залез слънце, като постепенно
Температурата близо до терена изстива с бързи темпове, а тази на 10 м и по-високо се запазва или дори вдига. На тази температурна инверсия разчитат почти всички методи за защита от слана освен над коронното дъждуване. Температурната инверсия е особено важна за машините за вятър, горелките с пропан, печките на твърдо и течно гориво, свещите и др.
Хортисмарт Солюшънс предлага машини за вятър на New Zealand Frost Fans, които са се доказали във времето на различни места по света. На диаграмата отгоре показваме и два дни с извънредно ниски температури до минус 7 градуса по Целзий и минус 4 градуса съответно на 17 март и 18 март 2020 година за черешова градина, разположена до старозагорското село Сладък кладенец.
При температури от -7 градуса малко методи за защита могат да бъдат полезни като например дъждуване над короните на дърветата или перка против слана в комбинация с печки на твърдо гориво. Машините за вятър определено могат да помагат и при измръзвания при наличие на висока инверсия с нисък таван, и излъчване на допълнителна топлина от печки като показаното на снимката. За предимствата на перките с четири и пет витла ще говорим в нарочна отделна статия. Останалите методи за защита ще бъдат разгледани в детайли допълнително.
В табличката в края на статията са показани сравнителни показатели за основните активни действия против слана и измръзване. Нека сега да обърнем внимание на явление, което повечето фермери наблюдават, но в директни разговори дори го отричат, като се поддават на общоприети норми и разбирания. Явлението се нарича катабатичен вятър. Характерно е за районите на полюсите, където се проявява с по-голяма сила, но се получава винаги при наличие на температурна инверсия и осланяване.
Катабатичен вятър
При слана обикновено хората казват, че няма вятър. Това донякъде е вярно, но винаги се наблядава едно течение на въздушните маси, което се нарича катабатичен вятър, известен също като горняк /по данни на Wikipedia/.
Катабатичният вятър е низходящ вятър, който носи въздух с висока плътност от голяма надморска височина надолу по склоновете под действието на гравитацията. Катабатичните ветрове могат да се появяват внезапно по склоновете. Катабатичният вятър се поражда от охлаждането на въздуха върху възвишение, плато, планина или ледник. Тъй като плътността на въздуха е обратно пропорционална на температурата, въздухът започва да се спуска надолу, като по пътя си се затопля адиабатно. Температурата на въздуха зависи от района източник, както и от големината на спускането.
Катабатичният вятър играе важна роля при активната защита от слана, като се отразява на предприетите от фермерите дейности. Катабатичният вятър е течението, което се формира при движението на охладените въздушни маси, непосредствено над повърхността на терена. Много овощари в България са го наблюдавали при паленето на слама за пушек. Именно този вятър разнася пушека от сламата в цялата градина. Обикновено сламата се пали от подветрената страна. Пушекът в специализираната литература и статии се определя като неработещо решение и ако оказва влияние, същото е пренебрежимо малко, в рамките може би на 0,5 градуса. Мнозина фермери, търсещи сериозно решение на проблема със сланите, дори не са си правили труда да палят слама за пушек. Все повече овощари разбират безсмислието на това действие, което освен всичко друго им струва пари и време. Тези, които го правят, споделят, че просто не могат да наблюдават сланите безучастно и без да направят опит да спасят реколтата си.
Влажност на въздуха. Точката на образуване на роса (втечняване)
Влажността на въздуха е особено важно понятие, когато говорим за защита от слана. Стана ясно, че при промяна на агрегатното състояние на водата се отделя или поема температура, което е съпроводено и с промяна на влажността на въздуха. Влажността на въздуха е важна и с факта, че влажният въздух поема /абсорбира/ повече излъчена топлинна енергия от сухия въздух.
Когато температурата на повърхността на почвата достигне точката на втечняване, може да се наблюдава кондензация по повърхностите, при която се отделя топлина и това съответно забавя изстиването. Въздухът с по-висока влажност поема повече излъчена топлина и съответно я задържа по-дълго като изстива по-бавно.
Сухите и студени ветрове увеличават евапорацията от овлажнените повърхности и може да охладят влажните части на растенията до температури, значително по-ниски от критичните за вида температури, което да има фатален ефект за растението. Това може да се наблюдава често при неправилна експлоатация на система за над коронно дъждуване с вода.
Например може да се наблюдава формиране на лед при стартиране на дъждовалната система при температура над нула градуса по Целзий, но без да се следи скалата на мокрия термометър /уред, абсолютно задължителен за правилна експлоатация на надкоронно дъждуване/, чиято скала може да бъде значително под нулата в същия момент.
Дъждуването спасява растенията и цветовете, като при продължителното му приложение се осигурява повече топлина от замръзване на водата, спрямо загубата на топлина от изпарение при условията на настъпваща слана. В същото време при необезпечен воден запас и рязко спиране на системата за дъждуване поради липса на вода или работа на същата с по-нисък от необходимото интензитет, се рискува сериозно охлаждане на вече навлажнените части до температури под критичните за вегетационния стадий и загуба на реколта и дори растения. В такива случаи загубите ще са по-съществени спрямо това дъждуването да не е стартирало изобщо.
Точката на втечняване се определя като температурата, при която въздухът се насища с водни пари, като в същото време той се охлажда поради използването на топлината при този процес.
Когато температурата на въздуха е в точката на втечняване, броят на водните молекули, които се изпаряват от гладка и чиста водна повърхност, ще бъде равен на тези, които се кондензират върху нея. Точката на образуване на роса е важна в метеорологията, понеже е в пряка зависимост с количеството на водни пари във въздуха и може да се ползва при определяне на много други променливи като налягането на парите, относителната влажност, температурата на мокрия термометър и дефицита на водни пари. Всички тези параметри на климата се ползват в умното земеделие.
В допълнение температурата на точката на оросяване се ползва за предсказване на най-ниската температура за следващата сутрин и опасността за растенията. С тази и друга методология на Калифорнийския университет за предварително изчисляване на най-ниската температура за сутринта ще ви запознаем в отделна статия. Стана ясно, че точката на втечняване Dew point е с голямо значение в борбата със сланите.
Латентна и осезаема топлина на водата за защита от слана
Нека си припомним, че при замръзване, охлаждане и кондензация на водата, температурата около водата се вдига, защото топлината от латентна /скрита/ се променя към осезаема топлина. Латентната топлина е химична енергия, която свързва молекулите на водата заедно, а осезаемата топлина е тази, която може да се измерва с термометър.
Когато латентната топлина преминава в осезаема, температурата на въздуха се повишава. Обратно при стопяване на леда, затопляне на водата и изпарение на водата осезаемата топлина преминава в латентна и температурата на въздуха пада надолу.
Общото съдържание на топлина във въздуха е сумата от латентната и осезаемата топлина. Всъщност енергията във влажния въздух е значително повече от тази при сух въздух, при една и съща температура. Обръщали ли сте внимание, че сладоледът се стопява по-бързо при влажен въздух, отколкото при сух въздух.
От таблица 1 се вижда, че при охлаждане на 1 грам вода от 20 до 0 градуса и преминаването и към твърда фаза лед, ще се отдели топлина около 419 Джаула, но в същото време при изпарение на този грам вода ще се усвои осезаема топлина 2500 Джаула. Явно е, че за да има баланс, трябва да се добавя 6 пъти повече вода, която да се охлажда или замръзва. За щастие, нивата на изпарение при нощи със слана и замръз са сравнително ниски и е възможно да се осигурява топлина чрез замръзване. Това всъщност се случва при процеса на дъждуване против слана.
От изложеното до тук става ясно, че при нощи със сух въздух и силен вятър трябва да се увеличава интензитета на подаваното водно количество, за да може затоплянето да вземе превес над охлаждането на въздуха и да се опазят цветовете на дърветата. Ледът около цветовете следва да бъде прозрчен, за да имаме успех в борбата с измръзването. При формиране на бял непрозрачен лед върху дърветата и цветовете, интензитетът на дъждуването е недостатъчно висок и следва да се увеличи, чрез монтиране на по-голяма дюза или увеличаване на налягането на системата. При вледеняването на водата важна роля играе бактерия, която спомага процеса на замръзване при критичните за културите температури от 0 до -5 градуса по Целзий.
Описаните дотук физични и химични процеси имат пряка връзка с активната защита на овошките и лозята от слана и замръз. Изборът на метод за защита от слана е въпрос на технически и икономически анализ. Очевидно, ако покрием градината като в оранжерия, тя ще бъде напълно защитена от сланите, но дали това е финансово обосновано? Много често се случва и прилагане на доказани във времето методи от непрофесионалисти и хора без опит, което опорочава конкретните практики. Добре е да се допитвате до специалисти, каквито може да намерите при Хортисмарт Солюшънс – www.horti-smart.com
инж. Деян Кирязов
