Ос новные климатообразующие процессы

 

Существует три основных цикла климатообразующ их процессов: теплооборот, влагооборот и ат мосферная циркуляция. Все они тесно связаны между собой. Например, на т епловой режим подстилающ ей поверхности, а значит и атмосферы, влияет облачность, кот орая задерживает приток солнечной радиации. Образование облачности являет ся одним из элементов влагооборота. Но образование об лачности, в свою очередь, зависит от т епловых условий подстилающей поверхност и и атмосферы, которые зависят от общей циркуляции (ОЦА). Течения ОЦА переносят водяной пар и облака и, тем самым, влияют на влагооборот, а через него и на тепловые условия. То есть, режим каждого элемент а климата являет ся результатом д ействия всех трех климатообразующих процессов.

Климатооб разующ ие процессы протекают в конкретных географических условиях

(рис. 13.1).

Основными географическими факторами климата являются: географическая широта, высот а над уровнем моря, распределение суши и воды, орография поверхности суши, океанические течения, растительный, снежный и ледяной покров.

 

Географическая широта определяет зональность (вдоль широты кругов) в распределении элементов климата. Солнечная радиация поступает на верхний уровень атмосферы в четкой зависимост и от географической широты, что определяет полуденную высот у Солнца, распределение т емпературы воздуха вдоль земной поверхности. Географическая широт а является од ним из факторов, опред еляющ их параметр Кориолиса, от кот орого зависит ОЦА.

 

 

 

 

Рис. 13.1. Схема климатообразования

Высота над уровнем моря приводит к уменьшению температуры и влажност и воздуха, ат мосферного давления. С высот ой в ат мосфере усиливает ся солнечная рад иация, а вет ер достаточно сложно изменяется как по скорости, так и по направлению. В горах наблюд ается высотная климатическая зональност ь, которая состоит в т ом, чт о изменение метеорологических величин с высот ой приводит к быстрой смене всего комплекса климат ических условий. Смена высотных климатических поясов напоминает смену климат ических зон с широтой. Разница сост оит в т ом, чт о смена в горизонтальном направлении проходит на прот яжении тысяч километ ров, а в горах – нескольких километ ров.

 

Распредел ение суши и воды определяет деление климата на морской и континентальный. Морской климат характеризуется малыми годовыми амплит уд ами температ ур ы воздуха, а континентальный – большими.

Зональность климат ических характ еристик (температура, о садки, и др.) зависит от неравномерности распределения суши и вод ы. В Южном полуш арии, где преобладает океаническая поверхность, зональность в распределении температуры, давления, вет ра выражена значит ельно лучше, чем в Северном полушарии.

Центры д ействия атмосферы на многолетних средних картах давления нах одятся в тесной связи с распределением суши и моря: суб тропические зоны высокого давления разрываются над континентами лет ом; в умеренных широт ах над материками преобладает высокое давление зимой и низкое – летом. Все это усложняет систему атмосферной циркуляции, а значит, и распределение климатических условий на Земле.

 

Орография поверхности суши. На климат ические условия в горах влияет высота мест ност и над уровнем моря, вы сота и направление горных хребт ов, экспозиция склонов, преобладающие направления ветра, ш ирина д олин, крутизна склонов и др.

Воздушные течения могут задерживат ься и отклоняться горами, а ат мосферные фронты

обострят ься или размываться. В узких проходах межд у горами скорость ветра усиливается, в горах возникают местные системы циркуляции возд уха – горно-долинные и ледниковые ветры.

В связи с перетеканием воздуха через горы на наветренных склонах увеличивается облачност ь, усиливаются осад ки. На подветренных склонах возникают фёны с повышением температ ур ы и уменьшением влажности и облачности. Над горами и за ними возникают горные волны и особые формы облаков. Над нагретыми склонами гор усиливает ся конвекция и облакообразование.

 

Океанические течения создают значит ельную разницу в т емпературном режиме моря и влияют на распределение температуры воздуха и на атмосферную циркуляцию. Теплые течения Гольфст рима приводят к потеплению климата восточной части Атлантического океана и Западной Европы. Над районами холодных океанических т ечений повышается повт оряемость туманов.

 

Растительный покров уменьшает сут очную амплит уд у температуры грунта и снижает ее среднюю температуру. А, следовательно, он уменьшает и сут очную амплитуду температ уры воздуха. Влияние растительного покрова распространяет ся на весь приземный слой возд уха (до высоты нескольких десятков метров).

 

Снежный (ледяной) покров уменьш ает потери т епла грунт ом и колеб ания его температ ур ы. Но сама поверхност ь покрова отражает солнечную радиацию днем и очень охлаждает ся ночью. Поэт ому снежный покров охлаждает воздух, который находится над ним. Весной на т аяние снежного покрова идет много тепла, поступающего из атмосферы. Над снежным покровом часто наблюд аются инверсии т емперат уры воздуха: зимой они связаны с радиационным выхолаживанием, весной – с таянием снега.

Дея тельность чел овек а не является географическим фактором климата. Но человек своей хозяйственной деят ельност ью влияет на климатообразующие процессы и, т ем самым, на климат пут ем изменения т ех или иных географических факт оров. Вырубка лесов, нерациональная вспаш ка земель, строительство городов, промышленных предприятий и водохранилищ без учета влияния на окружающ ую среду, выб росы в атмосферу углекислого газа (диоксида углерода) и д ругих примесей сущест венно влияют на климат и ух удш ают климатические условия.

 

КЛАССИФИКАЦИИ КЛ ИМАТОВ

 

Климатооб разующ ие процессы проходят в различных географических условиях и приводят к формированию различных типов климатов. Существует множест во классификаций климат ов, разработ анных различными авторами, как для всего Земного шара, так и для от дельных его част ей. Наиболее распространенными являют ся классификации В. К еппена − Г. Треварта, Л.С. Берга и Б.П. Алисова.

В основе классификации В. К еппена – Г. Треварта лежит режим температ уры и увлажнения. По эт ой классификации выделяет ся 6 классов и 16 подклассов климатов (т аблица 13.1, рис. 13.2).

 

Таб лица 13.1. Классификация климатов В. Кеппена − Г. Треварта

 

	Класс и подкласс климатов	Определение
А	Тропические	Средние месячные температуры в ыше 17°С в течение всего года
Аr	Тропический дождлив ый
Am	Тропический муссонный дождливый
Aw	Тропический летний дождливый
As	Тропический климат с сухим летом и дождливый зимой
В	Сухие	Испарение прев ышает осадки
BS	Климат степей
BW	Климат пустынь
ВМ	Климат морских пустынь
С	Субтропические	Среднемесячные температуры более 9°С в 8...12 месяцах
Сr	Дождливый климат
Cw	Субтропический летний дождливый климат
Cs	Субтропический зимний дождлив ый климат
D	Умеренные	Среднемесячные температуры более 9°С в 4...7 месяцах
DO	Умеренный морской климат
DC	Умеренный континентальный климат
Е	Субарктические
ЕО	Субарктический морской климат	Среднемесячные температуры самого холодного месяца выше -10°С
ЕС	Субарктический континентальный климат	Среднемесячные температуры самого холодного месяца ниже -10°С
F	Полярные	Ни в одном месяце среднемесячная температура не превышает 9°С
FT	Климат тундры
FІ	Ледов ый климат

 

 

Рис. 13.2. Климатическ ое райониров ание Земли по В. К еппену и Г. Треварту

Классификация В. Кеппена − Г. Треварта имеет широкое распространение в связи с четкими количественными критериями, по которым конкретное место относится к тому или иному т ипу климата. Для этого необходима информация о средних месячных и год овых значениях температуры воздух а и осадков в данном мест е. Основным недост атком этой классификации являет ся от сутст вие крит ериев об разования того или иного типа климат а.

 

Л.С.Берг предложил классификацию климатов, выходящую из разработанной им классификации ландш афт но-географических зон суши и состоящую из 12 типов.

 

1. К лим ат вечного м ороза − средняя месячная температура воздуха на протяжении года ниже 0°С.

2. К лим ат тундры − продолжительная и холодная зима, короткое и прохладное лето.

Средняя т емпература самого теплого месяца не выше 10...12°С, но не ниже 0°С. Данный климат имеет морской и континент альный подтипы.

 

3. К лим ат тайги − температура июля выш е 10°С, но не вы ше 20°С, годовая амплитуда не менее 10°С, за год выпадает 300...600 мм осадков.

 

4. К лим ат лесов ум еренной зоны − средняя температура чет ырех месяцев теплого времени года выш е 10°С, но не выше 22°С, за год выпадает 500...700 мм осадков.

 

5. Муссонный климат умеренных широт − холодная зима и теплое дождливое лето с сезонным изменением преобладающих ветров.

 

6. К лим ат степей − зима умеренная или холодная, лето т еплое, за год вы падает

200...450 мм осадков.

 

7. К лим ат средизем номорский − лето жаркое, сухое, средняя температ ура летних месяцев

23...28°С; зима теплая, влажная, средняя температ ура самого холодного месяца выше 0°С.

 

8. К лим ат зоны субтропических лесов − средняя температ ура самого холодного месяца выше 2°С. Лето жаркое, дождливое, за год выпадает более 1000 мм осадков с четко выраженным летним максимумом.

 

9. Климат внутриматериковых пустынь − средняя температура самого т еплого месяца

25...32°С. Зима прохладная, температура самого холодного месяца ниже 2°С. За год выпадает менее 300 мм осадков.

 

10.К лим ат субтропическ их пустынь − жаркое лето и теплая зима. За год выпадает очень мало осадков (50...250 мм).

 

11.К лим ат саванн − температ ура самого холодного месяца выше 18°С. Дождей много, но не б олее 2000...2500 мм за год; имеет ся четко выраженный сухой период, приходящийся на зиму и весну соответст вующ его полушария.

 

12.К лим ат влажных тропических лесов − темпер атура самог о холод ного месяца превышает 18°С, а самого теплого − 24...28°С. Годовые амплитуды температ уры 1…6°С. За год выпадает 2500...4000 мм и более осадков.

На основании изучения ОЦА, или, так называемых, циркуляционных факт оров, под кот орыми понимают горизонт альное перемещение воздушных масс (теплых и холодных), их т рансформацию под влиянием подст илающей поверхности и фронтальную деятельность, Б.П. Алисов разработал генетическую классификацию климатов Земли (рис. 13.3). В зависимости от сезонного распределения основных т ипов воздушных масс и от положения главных атмосферных фронтов Б.П. Алисов выделяет семь основных климатических зон − эк ваториальную, две тропическ ие, две умеренные и две полярные (по одной в каждом полушарии). В этих зонах климат ообразование на протяжении год а проходит под преобладающим влиянием воздушных масс т олько одного т ипа: экваториального, т ропического, умеренного и арктического (в Южном полуш арии антарктического) воздух а.

 

 

Рис. 1 3.3. Клима тич ески е зоны Зе мли по Б.П. Али сову:

1 – эква ториа льн ая, 2 – субэ ква ториа льн ая, 3 – троп ичес кая, 4 – субт ропиче ская, 5 – уме рен ная, 6 – с убполярн ая, 7 – полярна я

Между ними Алисов выделяет ш есть переходных зон, по т ри в каждом полушарии, которые х арактеризуют ся сезонной сменой преоблад ающих возд ушных масс. Это две субэкваториальные зоны, или зоны тропических муссонов, в кот орых лет ом преоблад ает э кват ориальный, а зимой − тропический воздух; две субтропические зоны, в которых летом преобладает тропический, а зимой − умеренный воздух; зоны субарктическая и субантарктическая, в которых летом преобладает умеренный, а зимой − арктический или антарктический воздух.

Границы зон определяются по среднему положению климатологических фронтов. В каждой из широтных зон различают четыре основных типа климата: м атериковый, ок еанический, климат западных берегов и климат восточных берегов континентов. Различие между мат ериковым и океаническим климатом обуславливается различиями в свойствах подстилающей поверхности; в первом случае эти свойства создают континентальные воздушные массы, в другом – морские. Различия между климатом западных и вост очных берегов континент ов связаны преимущественно с различиями в условиях об щей циркуляции ат мосферы, и отчасти, с распределением океанических течений.

 

КЛИМАТ УКРАИНЫ

 

В соответствии с классификацией В. Кеппена – Г. Треварта климат Украины относят к зоне Е – субарктический климат, зима и лето чет ко выражены, увлажнение дост аточное и равномерное на протяжении год а.

По ландшафтно-географической классификации Л.С. Берга климат Украины принадлежит к климат у лиственных лесов умеренной зоны или климату дубовых лесов (сюд а же включается Лесостепь и Степь). Для нее характерна смена температуры воздуха в пределах

10...20°С на прот яжении чет ырех месяцев теплого периода и преобладанием осадков лет ом,

чт о соответствует климат ическим условиям Украины.

В соответствии с генетической классификации Б.П. Алисова, Украина располагает ся, в основном, в климатической зоне умеренных широт, которая занимает всю равнинную часть, Украинские Карпаты и Крымские горы. Зд есь на протяжении года преобладают возд уш ные массы умеренных широт, образовавшиеся вслед ствие трансформации как океанического, так и континент ального воздуха. В климатических зонах выделяют области с учетом типа грунтово-растительного покрова.

 

Равнинная часть территории Украины расположена в пределах двух климатических об ластей – лесного атлант ико-континентального и степного ат лантико-конт инентального климата.

 

К области л есного атлантик о-континентального климата от носят Полесье и Л есост епь. Здесь преобладают возд уш ные массы с Атлантического океана, которые постепенно т рансформируют ся в умеренно-континентальные.

 

К обл асти степного атлантико-континентального климата относит ся Степь и степная часть Крыма. Климат этой области характ еризуется наибольшей континентальностью и засушливостью.

Климатические област и имеют широтное распространение, но под влиянием

циркуляции ат мосферы в их пределах наблюдаются отличия в количест венных показат елях мет еорологических величин. Поэ тому в указанных областях выделяют и климат ические районы, связанные с физико-географическими особенностями т еррит ории.

 

Украинские Карпаты и Крымские горы характеризуются своеобразными климатическими условиями, обусловленными вертикальной поясностью, орографическими особенност ями склонов разной крутизны и экспозиции, значительной протяженностью, местными циркуляциями ат мосферы.

В Украинских Карпатах климат изменяется от мягкого предгорного до климат а альпийских лугов. Особенно выделяется Закарпатская низменность, защищенная с севера и северо-востока горными грядами Украинских Карпат, куда южные циклоны приносят тепло и влагу.

 

В Крымских горах представлены варианты лесного атлант ико-континентального климата, а на высокогорных участ ках − климата горных лугов. На южных склонах, четко проявляется влияние моря, особенно в распред елении количества осадков, а также в возникновении фёнов.

Узкая зона побережий Черного и Азовского морей (д о границы распрост ранения бризов) характеризует ся приморским климат ом.

 

Южный берег Крым а характеризуется чертами средиземноморского климата. Здесь наблюдается теплая влажная зима, солнечное, жаркое, засушливое лет о и продолжительная теплая осень.

Основные климат ические характеристики мет еорологических величин природ ных зон и регионов Украины представлены в т абл. 13.2.

 

ИЗМЕНЕНИЕ КЛИМАТА

 

Окружающ ая нас природа - географическая среда - на прот яжении всей геологической истории Земли (4,5 млрд. лет) находится в процессе непрерывны х изменений и развития. Изменяется и климат, который являет ся од ним из э лементов этой среды. При этом изменения климат а проходят в т есной связи и взаимодейст вии с другими э лемент ами географической среды и вызываются природным и и антропогенными факторами.

 

Природные изменения климата проходят под влиянием факторов, которые можно разделить на несколько групп: космические, астрономические, геологические и метеорологические.

 

Действие космических факторов объясняется колебаниями солнечной постоянной. При эт ом ее изменения могут быт ь связаны с непосредст венными изменениями солнечного изл учения и его спектрального состава в связи с эволюцией Солнца, или в связи с т ем, что при перемещении во Всемирном пространстве, Солнечная система пересекает участ ки этого пространства с различной прозрачностью. При прохождении менее прозрачных участ ков солнечная постоянная уменьш ает ся, а при прохождении более прозрачных – увеличивается.

 

Астрономические факторы объясняют изменения климата влиянием изменения некоторых астрономических величин – наклона плоскости эклиптики, изменениями эксцентриситета земной орбит ы и другими.

Наклон э клиптики – наклон плоскости земной орбиты к плоскости земного экватора – изменяется от 22° до 24,5° примерно за 40000 лет. Увеличение наклона приводит к повыш ению температ уры в высоких широтах и уменьшению в тропических, уменьш ение наклона – наоборот.

Объясняя влияние эксцентриситета орбиты Земли, необходимо имет ь в виду, что Земля вращается вокруг Солнца не по кругу, а по эллипсу, в одном из фокусов которого нах од ится Солнце. Предст авление о форме земной орбиты дает ее эксцентрисит ет. Чем он больший, т ем больше эллипс отличается от круга. Эксцентриситет может изменяться от 0 до 0,068 в течение примерно 92000 лет, Чем больше эксцентриситет, тем ближе будет Солнце к Земле зимой Северного полушария. В э том сл учае зимы буд ут короткими и т еплыми, а лет о – продолжи- тельным и прохладным. В Южном полушарии будет наб людаться противоположная картина.

Все астрономические факторы имеют разные периоды изменения, но действуют на климат одновременно. При этом влияние одного фактора может усиливаться или уменьшат ься за счет влияния другого.

 

Таблица 13.2. К лиматические показатели (характеристики) природных зон и регионов Ук раины

 

Влияние геологических факторов связанно с перемещением полюсов земной оси и материков. В связи с этим в различные геологические периоды происходили изменения в размещении географических широт, кот орые приводили к тому, ч то одни климатические зоны приближались к полюсам, а другие удалялись от них. В первом сл уч ае наблюдалось похолодание, во втором – потепление.

 

Гр уппа метеорологических факторов ох ват ывает основные х арактерист ики ат мосферы и гидросферы, их массы и химический состав.

Наличие в атмо сфере т ермод инамически активных примесей (вода, углекислый газ, аэ розоли) имеет большое значение при формировании климата, а колебание их количества может быт ь причиной изменения климата. Это можно увидет ь на примере углекислого газа, который пропускает коротковолновое излучение Солнца и задерживает длинноволновое изл учение Земли. Увеличение количест ва углекислого газа приводит к увеличению температ ур ы воздуха, а уменьшение – к ее понижению.

 

Антропогенные изменения кл имата проходят под влиянием хозяйственной деятельности общества. При этом на климат влияют такие процессы:

- распахивание огромных массивов земли, вызывающие изменение ее отражательной способ ност и (альбедо), быструю пот ерю влаги, подъем пыли в атмосферу;

- уничтожение лесов, особенно тропических, влияющ их на воспроизводство кислорода,

изменения альб едо и испарения;

- перевыпас скот а, превращающ ий степи и саванны в пуст ыни, в результ ате чего меняется альбедо, иссушается почва;

- сжигание ископаемого органического топлива и поступление в атмосфер у углекислого газа и метана;

- выбрасывание в атмосферу промышленны х от ходов, меняющих состав атмо сферы, увеличивающих содержание радиационно-активных газов и аэрозолей. Последние два процесса увеличивают парниковый эффект.

Информация об изменениях климат а уменьшается по мере углубления в геологическую историю. Показателями климатических изменений в докембрии (период от 4,65 млрд. лет до

570 млн. лет т ому) являют ся геологические д анные (продукты физического и химического выветривания). В более поздние эпохи появляются методы палеонт ологии и палеобот аники, в том числе споро-пыльцевой анализ, и мет оды геофизики. С 19 ст олетия решающее значение имеют инстр ументальные метеорологические и аэрологические наблюдения, мат ематическое моделирование и другие совр еменные методы. Изучение прошлого Земли и изменений глобального климат а необходимо д ля понимания процессов, имеющ их место сейчас, и возможност и прогнозирования климат а будущего.

Изменения климат а в последней четверти 19 и в 20 столет ии характеризуют на основании прямых метеорологических измерений. На рис. 13.4 представлено изменение средних годовых аномалий температ уры воздуха у поверхности Земли с 1861 по 2000 годы в отклонениях от средней температ уры (нормы) за 1961…1990 годы.

Видно, что температ ур а во вт орой половине 19 столетия значительно ниже нормы. Это

конец малого лед никового периода. После эт ого на протяжении 20 столетия началось повыш ение температ ур ы. Но оно было не одинаковым: наибольшее пот епление наблюдалось в 1910…1945 и с 1976…2000 годы, а в 1946…1975 годах наблюдалось похолодание. В Северном полушарии и в т ропиках температ ура изменялась синхронно с глобальной. В Южном полуш арии рост температ уры начался примерно на 20 лет позже. В целом, по оценкам Межправительственной гр уппы экспертов ООН и ВМО по изменениям климата, на протяжении 20 столет ия глобальная температ ура воздух а повысилась на 0,6 ± 0,2°С и это потепление было наиб ольшим за последнее тысячелетие.

 

 

 

а) для всего Земного шара

Аномалия температуры

Сглаженная к ривая

 

б) для Сев ерного полушария севернее 30° с. ш.

 

 

в) для тропиков меж ду 30° с.ш. и 30° ю.ш.

 

г) для Ю жного полушария южнее 30° ю.ш.

 

 

Рис. 13.4. Изменения средних годовых аномалий температуры воздуха (°С) возле поверхности

Земли с 1861 по 2000 годы (в отклонениях от нормы за 1961…1990 годы)

Спутниковые данные и наземные наб людения показывают, что площ адь снежного покрова уменьш илась приблизительно на 10%, а продолжительность ледяного покрова на реках и озерах в сред них и высоких широтах Северного полушария уменьшилась примерно на две недели.

В 20 столетии наб люд алось отступание горных лед ников в неполярных районах и повыш ение уровня Мирового океана на 0,1...0,2 м. Количест во ат мосферных осадков в большинстве районов высоких и средних широт Северного полушария увеличивалось на

0,3...1,0% за десят илет ие, при эт ом во вт орой половине столет ия увеличилась повт оряемост ь

сильных осадков. Но в субт ропиках Северного полуш ария (между 10...30° с.ш.) количество осадков, наоборот, уменьшалось на 3% за десятилетие.

Относительно дальнейших изменений климата существуют различные неоднозначные гипотезы.

По расчетами Межправительст венной группы экспертов ООН и ВМО средняя глобальная т емперат ура на прот яжении 1990…2100 годов может повыситься на 1,5…5,8°С. Обосновывают э то ант ропогенными факт орами. При таком повышении температуры над земным шаром над сушей пот епление будет ещ е б ольшим и особенно в высоких широтах в холодное время год а. Количество осадков зимой во внет ропических широтах Северного полуш ария и в Антарктид е, вероятно, увеличит ся. Ожидается дальнейш ее уменьш ение снежного и ледяного покрова в Северном полуш арии. Ледники, за исключением Гренландии и Ант арктид ы, буд ут от ступать. Ожидает ся повыш ение уровня Мирового океана на

0,14...0,8 м.

По прогнозам другой группы ученых уже чер ез несколько лет (6...8) на Земле начнется похолодание, температура воздуха дост игнет минимума в 2055…2060 годах. В среднем ст анет на 1,2…1,3°С холоднее, чем сейчас. Обосновывают это изменениями солнечной акт ивност и.

Какие же изменения климат а будут в действительност и? Ответ на эт от вопрос д адут дальнейш ие углубленные научные исследования и время.