Кроны — своеобразные естественные зонты, сдерживающие солнечный радиационный поток.
Обладая некоторой прозрачностью, они пропускают определенное количество лучистой энергии, часть ее поглощают, остальное количество отражают. Листва, как подтверждают опытные данные, в несколько раз больше отражает энергии, чем поверхность песка желтого (14,5%), гранита серого (11,5%), кирпича красного (10%), кровельного железа (6%), земли (4,5%), асфальта черного (4%) и булыжника (3%).
Под пологом крон суммарная солнечная радиация во много раз больше, чем на открытом месте. Колебания солнечной радиации обусловлены различным породным составом и возрастом насаждений, степенью сомкнутости крон, а также природно-климатическими и погодными условиями.
Радиация в лесу, как установлено исследованиями А. А. Молчанова, изменяется по вертикали. Над травяным покровом она равна 10%, на высоте 1 м над почвой — 25, у основы кроны — 30% (за 100% принята радиация над поверхностью кроны). Под кронами насаждений суммарная солнечная радиация колеблется в пределах 0,01…1,17 кал∙см2/мин, составляя всего 29,2…62,5% радиации на открытом участке и 22,6…87,0% — в городской местности. Рассеянная радиация под пологом этого лесонасаждения не превышала 0,48 кал∙см2/мин и по сравнению с инсоляцией в поле составляла 20,0…43,7%. По данным А. С. Токмакова, на городской метеостанции освещенность под кронами деревьев по отношению к освещенности в открытом месте следующая; лесная поляна — 95…100%, солнечная опушка лиственного леса — 90, теневая опушка — 60, еловый лес с высотой деревьев 25 м — 40%.
Исследования в условиях леса позволяют проследить влияние сомкнутости крон на уровень радиации. В среднем при сомкнутости крон 0,5 она составляет около 50%( радиации на открытом месте, а при сомкнутости крон 0,9 — около 25%.
Таким образом, кроны деревьев, пропуская большее или меньшее количество солнечной энергии, создают специфическую фитосреду. Изучению этого удивительного феномена посвящено множество работ лесоводов, почвоведов, геоботаников, климатологов, гидрологов и, наконец, гигиенистов.
При исследовании взаимосвязи фитосреды и состояния здоровья больных установлено, что особенности лесного климата (малая амплитуда суточных колебаний температуры, большая тенистость, безветрие, несколько большая влажность, меньшие колебания атмосферного давления, рассеянная радиация, чистота воздуха) положительно влияют на людей с сердечно-сосудистыми заболеваниями.
Гигиеническое значение зеленых насаждений состоит в том, что на затененных кронами участках тепловая радиация ниже (до 5,0 °С), чем на затененных зданиями. Поэтому тепловые ощущения человека ближе к комфортным среди зелени. Зона комфортности, по данным гигиенистов, находится в пределах 17,2…21,7 °С. Положительно влияют на теплоощущения человека не только оптимальная температура воздуха, но и его влажность.
У человека различные комбинации температуры воздуха, относительной влажности и скорости ветра создают одинаковое восприятие теплового эффекта.
Внимание исследователей к микроклимату подпологового пространства часто объяснялось желанием определить зону температурного комфорта.
Некоторые авторы считают, что разница между температурой воздуха на открытой местности и под пологом составляет 16 °С (Гейгер) и даже 18…20°С (Вагнадзе).
Результаты исследований позволили установить, что влажность воздуха в лесу более высокая, чем в поле (на 9% летом и на 5…6% зимой). Максимальное отличие относительной влажности в полдень, по данным некоторых авторов, достигает 20 и даже 40%.
Увеличение влажности атмосферного воздуха связано с испаряющей способностью растительного покрова. В лиственном лесу более интенсивное испарение наблюдается летом, в хвойном — на протяжении года оно изменяется мало. Гектар букового леса выделяет 4…5 тыс. т воды в год (март—сентябрь), испаряя в атмосферу 1…4,5 тыс. т влаги, что составляет 20…70% атмосферных осадков.
Под пологом лиственного леса относительная влажность на 15% выше, чем в городе. Однако в сосновом и сосново-лиственном лесах относительная влажность такая же, как и в городе, а иногда и ниже.
Проведенные автором во Львове микроклиматические наблюдения подтвердили мнение о том, что значения относительной влажности в большой мере зависят от площади зеленого насаждения, а также от времени наблюдения. Влажность воздуха под кронами насаждений характеризуется меньшей амплитудой колебаний, чем на городской территории: под пологом она составляет 6,9, на открытой площади — 15,2%. Минимальная влажность под пологом леса наблюдается ночью и резко увеличивается с восходом солнца. На поверхности почвы она выше, чем в кронах деревьев.
Несмотря на то что влажность в лесу выше, он, по данным К. С. Тернового и Л. З. Гейхман, играет важную климатотерапевтическую роль. В дни ненастья (дождь, снег, ветер) в лесу создаются более благоприятные условия для пребывания больного на свежем воздухе.
Зеленые насаждения, в первую очередь кроны деревьев, представляют собой мощную механическую преграду, значительно снижающую скорость движения воздуха. Зимой скорость ветра в лесу ниже на 60%, летом — на 90%. Как установлено, под кронами деревьев скорость ветра уменьшается, внутри крон ветер затихает, и у поверхности почвы его скорость приближается к нулю.
Микроклиматические наблюдения, проводимые автором в насаждениях зеленой зоны Львова, свидетельствуют, что в глубине леса под пологом редко отмечается скорость ветра, превышающая 0,75 м/с (25% открытого пространства). В остальных случаях она колеблется в пределах 0,05…0,03 м/с (2,8…16,6%).
Е. С. Лахно опубликовал материалы о скорости ветра в лесах лесостепной и степной зон УССР. Так, в пригородных лесах в 13 ч летом и осенью скорость ветра составляла в среднем 0,8…1,1 м/с, или 40% скорости ветра в городе. Скорость ветра в лиственном лесу равна 81,8% скорости ветра в сосновом.
Хотя в формировании микроклимата подпологового пространства важную роль играют ярусность, подлесок и другие факторы, но главное — это все же кроны, их сомкнутость, плотность, глубина, т. е. морфологические особенности полога.
Наиболее контрастно выделяются микроклиматические особенности ассоциаций с плотным пологом: граба, клена остролистного, дуба красного, явора и дуба черешчатого. Ассоциации, в которых деревья-эдификаторы образуют ажурную крону (например, береза, акация белая, клен ясенелистный, лиственница европейская, ясени обыкновенный и зеленый, сосна обыкновенная), характеризуются более континентальным микроклиматом. Сходен также микроклимат ассоциации дуба черешчатого с лиственницей.
Объединение по уровню разностей температур и влажности воздуха позволило нам выделить такие «холодно-влажные» ассоциации: (Δ = 4,0—3,2 °С, Δ = 16,5—13,2%) — группировки клена остролистного, клена-явора, дуба красного и граба; «умеренные» (Δ = 3,2—2,4 °С, Δ = 13—9,9%) — дуба черешчатого, дуба черешчатого с лиственницей, ясеней обыкновенного и зеленого; «теплосухие» (Δ = 2,4—1,6 °С, Δ = 9,9—6,6%) — сосны, акации, березы, лиственницы и клена ясенелистного.
По уровню ветрового режима ассоциации сгруппированы следующим образом: «уютные» (Δ = 0,17—0,8 м/с) — сосны, дуба черешчатого, дуба черешчатого с лиственницей, лиственницы европейской, ясеней зеленого и обыкновенного; «среднего уюта» (Δ = 0,26—0,17 м/с) — дуба красного, граба, клена остролистного, клена-явора; «неуютные» (Δ = 0,35—0,26 м/с) — березы, акации белой, клена ясенелистного.
Группирование ассоциаций по уровню освещенности (в процентах к открытому пространству) позволило выделить «темные», «средне освещенные» и «светлые» фитоценозы. К первой группе (2,0…3,4%) отнесены ассоциации граба, дуба красного, кленов остролистного и явора; ко второй (3,4…4,8%) — дуба черешчатого, дуба черешчатого с лиственницей, сосны обыкновенной, ясеней зеленого и обыкновенного; к третьей (4,8…6,2%) — березы, акации, лиственницы и клена ясенелистного.
Метеорологические показатели довольно хорошо коррелируют с показателями развития второстепенной травянистой синузии. В «темных», «холодно-влажных» ассоциациях, как правило, травяной покров или совсем отсутствует (граб, дуб красный, клен остролистный), или его проективное покрытие не превышает 5% (в ассоциации клена-явора).
В фитоценозах «средней освещенности», «умеренных» проективное покрытие колеблется в пределах 12…85%. В «светлых», «теплых» фитоценозах проективное покрытие составляет 90…100% (в сосновом лесу, который по уровню освещенности отнесен к средней категории, — 29%). Примерно такие же закономерности наблюдаются в видовом составе травяного покрова, количестве и качестве естественного возобновления.
Таким образом, зная климатообразующие свойства эдификаторов главной синузии, можно создать парковые и лесопарковые фитоценозы, обладающие высокой эстетической ценностью и благоприятными санитарно-гигиеническими условиями. Например, «светлые» типы фитоценозов в лесопарковом поясе Львова занимают всего около 6% лесопарковой площади, что вызывает необходимость в дальнейшем увеличивать площадь насаждений пород с ажурной кроной.
Возрастные изменения в жизни фитоценоза связаны с процессом изменения полноты насаждения, резко влияющего на его микроклимат. В результате микроклиматических наблюдений над разновозрастными сосняками Брюховичского лесопарка (Львовская область) установлено, что самая низкая амплитуда колебаний температуры и относительной влажности отмечается в молодняке и средневозрастном насаждении. Микроклимат спелого сосняка близок к климату открытого пространства. В несомкнувшихся молодняках и перестойных насаждениях наблюдаются более резкие перепады температуры и влажности воздуха, чем на открытых ландшафтах.
Важную роль в изменении микроклимата насаждений играют ландшафтные рубки, улучшающие санитарно-гигиенические и эстетические качества фитоценозов.