Атмосфера и климат

Сайт об атмосфере, климате и метеорологии

Климат

Подписаться на эту рубрику по RSS

Климат

Климатология и метеорология тесно связаны между собой: они изучают один и тот же объект—земную атмосферу — и применяют близкие методы исследования. Однако основное внимание метеорологи обращают на состояние атмосферы в отдельный момент, климатологи же в первую очередь изучают средние, значения метеорологических величин и их изменчивость. Метеорологи используют в исследованиях методы статистического анализа, климатологи же исходят из найденных метеорологами средних характеристик и их изменений. Однако климатология занимается не только осреднением результатов метеорологических наблюдений, а и гораздо более широким кругом вопросов.

Климатология в значительно, большей мере, чем метеорология, опирается на карты и таблицы, характеризующие крупномасштабные и длительные метеорологические процессы. Такие карты и таблицы указывают на существование многих статистических соотношений, на основании которых климатологи делают свои заключения.

Первая задача климатологии состоит в том, чтобы с помощью данных о суточном ходе метеорологических величин получить общую картину для всех этих величин и выявить диапазон их колебаний в обширных областях земного шара. В классификации климатов первостепенное значение имеют температура и влажность воздуха, осадки и другие метеорологические величины. Климатологи сравнивают метеорологический режим разных областей Земли, используя различные графики и таблицы значений этих величин.

В климатологических описаниях мы находим своеобразную терминологию. Запомним несколько терминов. Термин „среднее", вообще говоря, .означает осреднение отдельных

частных случаев. Обычно для того чтобы найти среднее, используют максимальное и минимальное значения данной величины в том или ином районе за тот или иной период. Если такая количественная характеристика вычисляется для периода продолжительностью не менее 30 лет, то ее называют нормальным значением или даже просто нормой. Термин „абсолютный" (максимум или минимум) относится к максимальному и минимальному из всех когда-либо наблюдавшихся значений данной метеорологической величины. Экстремальными (крайними) называются максимальное и минимальное значения метеорологической величины за определенный конкретный период — за тот или иной месяц, год и т. д.

Климат и погода

Для анализа климата отдельной местности или обширного района климатологу нужна различная информация о суточном ходе метеорологических величин. Чтобы легче сравнивать такие данные за разные периоды (обычно сутки, месяц и год), их разбивают на группы. В следующих разделах рассматриваются данные для каждого из таких периодов.

Месячные данные

Чтобы выявить закономерности изменения температуры в том или ином районе, климатология использует средние месячные значения температуры, а также ее максимум и минимум, т. е. амплитуду ее колебания. В каждой географической области эти величины различны. В двух разных областях средняя температура может быть одинаковой, а амплитуда различаться.

При характеристике климата района используют также данные о влажности воздуха и об осадках. Поэтому климатологи рассматривают среднее значение относительной влажности, а также максимальное и минимальное количество осадков в каждом климатическом районе. Изучают вид и среднее количество осадков отдельно для дождя, снега и т. д. Важное значение, в частности, в связи с использованием климатических данных в народном хозяйстве, имеют сведения о туманах, высоте нижней границы облаков, дальности видимости. Для каждого района определяется число солнечных дней и число дней с дождем, значительно меняющиеся от месяца к месяцу. На основании средних значений за час, определяемых по записям суточного самописца, находят преобладающее направление ветра в каждый отдельный день. Таким способом можно определить господствующее направление ветра в каждом районе.

В настоящее время в сообщениях о погоде начали занимать видное место сведения о так называемых градусо-днях. Градусо-день представляет собой разность между средней температурой и значением 18,3°С. Разность эта вычисляется в тех случаях, когда средняя температура составляет менее 18,3°С. Например, средняя температура, равная 10°С, дает 8,3 градусо-дня. Месячное число градусо-дней находится суммированием суточных их значений.

Годовые данные

Средние значения и амплитуду изменения каждой метеорологической величины вычисляют за каждый год и сопоставляют, чтобы выяснить, как они изменяются в те или иные периоды или отклоняются от обычных значений. Вычисляют, например, среднюю годовую температуру воздуха и амплитуду ее годового хода, а также годовое число градусо-дней. Кроме того, находят максимальную и минимальную температуру за каждый год. Максимум и минимум находят также для количества осадков разных видов.

По записям термографа, сделанным в течение года, можно найти число дней с температурой выше некоторого заданного ее значения, например число дней с температурой выше 37,8°С и с температурой ниже 0°С.

Средние годовые значения метеорологических величин сопоставляют. Находят среднюю годовую относительную влажность воздуха, количество осадков за год и отдельно за каждый сезон, . а также число дней в году с тем или иным метеорологическим явлением, например со снегом, с дождем, градом и т. д. Наконец, определяют повторяемость крупных штормов, таких, как торнадо, шквал, и других явлений. Климатические соотношения находят путем тщательного исследования перемещений воздушных масс, направления и повторяемости этих перемещений.

Отмечают даты особых явлений, например, дату первого мороза, первого снегопада и др. Для каждого района подсчитывают число облачных дней и долю фактической продолжительности солнечного сияния от возможной за год, выявляют преобладающее направление ветра за каждый месяц, дату самого сильного ветра и другие явления, которые могут быть здесь типичными.

Суточные данные

Ежедневно метеорологи получают большое число данных и используют их при описании особых свойств каждого района. Вычислив амплитуду суточного хода температуры воздуха, строят затем общую крупномасштабную характеристику данного района.

Суточные максимумы и минимумы температуры в разных районах сравнивают между собой.

По записям и карте особых метеорологических явлений находят их повторяемость. Отмечают наибольшую интенсивность разных штормов, максимумы и минимумы температуры и давления при этих штормах. Записывают время выпадения осадков и их количество. Отмечают также периоды выпадения самых обильных осадков, случаи их выпадения на протяжении нескольких дней подряд, виды осадков.

Ежедневные данные о погоде состоят из сведений о форме облаков, высоте их нижней границы, о дальности видимости, о скорости и направлении ветра в определенное время суток и т. д., а также о времени, необходимом для развития той или иной формы облаков или для изменения их внешнего вида, о продолжительности всех отмечаемых явлений. Находят средние перемещения воздуха за каждый час и соответствующие изменения давления.

Использование климатических данных

Из всего изложенного видно, что климатологи опираются на большое количество весьма разнообразных исходных данных о метеорологических характеристиках различных районов. Таким образом, анализ, выполняемый ими, представляет собой не просто беглый просмотр нескольких средних значений, а наоборот, широкое обобщение всех данных. Оказалось, что иногда климат отдельного района существенно отличается от климата соседних районов.

Климатологи в соответствии с тем или иным методом классификации выделяют различные климатические области Земли.

Одним из главных критериев классификации климатов служит повторяемость определенных метеорологических величин, с помощью которой с точностью, .какую допускает современное состояние науки, выявляют внутренние взаимосвязи между разными климатами. Синоптическая климатология, как следует из ее названия, стремится объединить данные для каждого рассматриваемого района в единую картину.

Естественно, что при огромном объеме исходных данных выявить какие-либо соотношения между климатами можно, только сопоставляя и обобщая эти данные. Обработка на ЭВМ исходных данных, характеризующих последовательное развитие метеорологических явлений в течение Длительных периодов времени, позволяет легче выявить значение разных групп этих данных.

Важным критерием при выделении климатических областей является преобладание тех или иных воздушных масс, действующих в данной области. Поскольку каждую воздушную массу прослеживают все метеорологические станции данного района, то легко выявить свойства воздушных масс и повторяемость их перемещения. Продолжительность пребывания той или иной воздушной массы в данном районе также характеризует степень воздействия этой массы на погоду района.

Причины различия климатов

Климаты разных районов различаются по многим причинам. Большая часть крупных изменений климата от района к району происходит из-за одного или нескольких сочетаний таких причин. Одна из них — различие широты места. Другими причинами могут быть разница в высоте над уровнем моря, режим ветра, рельеф местности. Многие различия погодных условий, связанные с различием широты места, выше уже рассматривались.

Легко видеть, что средняя температура воздуха на земном шаре должна уменьшаться в направлении от экватора к полюсам. Однако под влиянием многих второстепенных факторов, которые не столь очевидны, это происходит отнюдь не равномерно. В первую очередь сказывается влияние океанов и суши, лежащих на пути движущихся воздушных масс. Кроме того, в изменении свойств воздуха с широтой играют роль и некоторые „причуды" общей циркуляции атмосферы.

Количество осадков тоже изменяется с изменениями широты места.

Больше осадков выпадает вблизи экватора, а в направлении к полюсам количество их уменьшается, причем неравномерно. На суше, в частности, количество осадков уменьшается еще и в направлении от побережий, омываемых теплыми морскими течениями, в глубь континентов.

Изменяют климат от одной области к другой и вторичные факторы, которые, приводя к трансформации воздушных масс, в основном и создают различные климатические области Земли. Рассмотрим коротко действие трех из указанных выше причин, начав с влияния континентов.

Влияние океанов

В прибрежных районах многие метеорологические величины изменяются значительно слабее, чем на тех же широтах в глубине континентов. Основным фактором, влияющим как на суточный, так и на годовой ход этих величин, в таких районах оказывается их близость к морю и к районам сильных морских течений. Амплитуды изменений температуры воздуха в прибрежных районах значительно меньше, чем в близких к ним районах суши, находящихся даже на небольшом расстоянии от побережья.

Близость таких крупных водоемов, как океаны, влияет и на начало разных времен года. На побережьях континентов „сдвиг" фактических моментов начала разных сезонов по сравнению с ожидаемым может быть значительным.

Следует еще сказать, что районы побережья лежат в промежутке между областями с настоящим континентальным климатом и областями с настоящим морским климатом. Климат таких промежуточных районов изменяется, в частности, под влиянием близлежащих морских течений, на него влияют и ветры, преобладающие на данном побережье. Западные берега континентов, лежащие в поясе преобладающего западного переноса, в большей мере подвержены влиянию океана, тогда как восточные берега той же зоны — влиянию переноса воздуха с континента. В районах же, лежащих в поясе пассатов, существует обратное положение: здесь более морским климатом обладают не западные, а восточные берега континентов. Даже подпадая под воздействие континентальных ветров, эти побережья все равно сохраняют более умеренный климат, чем глубинные районы континента, не испытывающие воздействия морских воздушных масс.

Влияние рельефа местности

Высота местности над уровнем моря и ее рельеф сильно меняют свойства проходящего над ней воздуха. Так, например, горные цепи нередко оказываются границей между двумя разными климатическими областями, расположенными на одном континенте. Воздушные массы, вынужденные переваливать через горы, коренным образом меняют свои свойства. Температура воздуха, адиабатически расширяющегося, быстро понижается с высотой, поэтому на наветренных склонах горных хребтов выпадают обильные осадки. Если же воздух, переваливая через горы, начинает спускаться, влажность его сильно уменьшается, в результате чего на подветренной стороне многих хребтов возникает дождевая тень и образуются пустыни.

В разреженном горном воздухе наблюдается самый большой приход солнечной радиации. Поэтому днем температура воздуха в горах быстро возрастает, а ночью столь же быстро происходит радиационное выхолаживание. В связи с этим на горных склонах, и особенно на высоких плоскогорьях, над которыми воздух довольно устойчив и почти не перемешивается, в отличие от соседних равнинных районов, отмечаются большие амплитуды изменения температуры воздуха.

Изменения климата

Хотя при рассмотрении довольно длительных периодов климаты на Земле представляются неизменными, все же есть много доказательств того, что в прошлом они изменялись. Иногда изменения были незначительными и кратковременными, иногда же имели фундаментальный характер, в частности оказывали громадное влияние на разные виды животных, населявших Землю.

Наши сведения об изменениях климата получены в результате интенсивного изучения факторов, которые влияли на климат в последние десятилетия. За сравнительно небольшие отрезки времени климат меняется незначительно, т. е. мало отклоняется от средних характеристик за эти отрезки. Но- если анализировать данные об ископаемых, можно заметить, что в прошлом климат  Земли был подвержен и небольшим, и весьма значительным изменениям. По данным о жизни растительного покрова, в истории Земли периоды обильных осадков чередовались с относительно засушливыми периодами. Периоды эти продолжались по нескольку тысяч лет.

Имеются свидетельства того, что примерно за 3000 лет до н. э. средняя температура на Земле была приблизительно на 5°С выше, чем в настоящее время. Океаны тогда получали много воды за счет таяния морских льдов, и уровень моря был на 2 м выше современного.

Около 500-х годов до н. э. имел место малый ледниковый период, в течение которого ледники были обширнее, чем теперь. Затем они начали отступать и отступали вплоть до XVII в. Затем они вновь начали надвигаться — возник новый малый ледниковый период, продолжавшийся до конца XIX в. С этого времени уровень моря поднимается со скоростью 6 см в 1000 лет. Геологические и биологические данные говорят о многократных кратковременных колебаниях такого же типа.

Для объяснения причин этих колебаний климата нашей планеты было предложено множество гипотез. Все они до некоторой степени согласуются между собой, так как пытаются объяснить основные изменения климата физическими особенностями развития Земли. Но все они имеют крупные недостатки, и ни одна не дает вполне удовлетворительного объяснения изменений климата.