Климатическая система земли

В атмосфере происходят многообразные физические процессы, непрерывно меняющие ее состояние. Физическое состояние атмосферы у земной поверхности называют погодой. Характеристики погоды, такие, как температура воздуха, облачность, атмосферные осадки, ветер и пр., носят название метеорологических элементов.

В разные годы в одном и том же месте погода может быть разной. Одно лето жаркое и сухое, а следующее с дождями и прохладное, в один год весна наступает рано, а на следующий морозы стоят долго и т. д. Однако при всех различиях отдельных дней, месяцев и лет в каждой местности можно различать вполне определенный климат, как многолетнюю характеристику погоды, которая характерна для данной территории в зависимости от ее физико-географического положения.

Климат, таким образом, обладает устойчивостью и является одной из физико географических характеристик местности. А так как между атмосферными процессами и состоянием земной поверхности (включая и мировой океан) существуют тесные связи, то и климат связан с другими географическими характеристиками, с другими составляющими географического ландшафта.

Климатообразующие процессы тесно связаны друг с другом. Например, на тепловой режим земной поверхности и атмосферы влияет облачность, задерживающая приток прямой солнечной радиации. Между тем облачность является одним из элементов влагооборота. Но образование облаков в свою очередь зависит от тепловых условий подстилающей поверхности и атмосферы, которые в определенной степени зависят от адвекции тепла, т. е. общей циркуляции атмосферы. Общая циркуляция, кроме того, создает перенос водяного пара и облаков и тем самым влияет на влагооборот, а через него и на тепловые условия.

Поэтому конкретные особенности этих процессов, а с ними и типы климатов определяются географическими факторами формирования климата: географическая широта, высота над уровнем моря, распределение суши и воды на поверхности земного шара, орография местности, океанические течения, растительный покров, снежный и ледяной покров, многолетняя мерзлота, хозяйственная деятельность человека.

Распределение климатических условий по Земному шару зависит от сочетания этих географических факторов. Особые, так называемые микроклиматические условия наблюдаются в самом нижнем, приземном слое воздуха. Здесь на особенности атмосферного режима влияют детали строения и состояния земной поверхности.

Географическая широта определяет зональность в распределении элементов климата. Солнечная радиация поступает на поверхность Земли в строгой зависимости от географической широты, которая определяет полуденную высоту Солнца над горизонтом и продолжительность дня и ночи. Вследствие этого распределение температуры воздуха носит зональный характер. Эта зональность в распределении температуры влечет за собой зональность других составляющих климата (испарение, осадков и др.).

Для континентального климата — более теплое лето и более холодная зима, большие амплитуды температуры, меньше значения влажности, количества осадков, скорости ветра. В умеренных широтах над материками ярко выражено преобладание высокого давления зимой и низкого давления летом.

Океанические течения создают резкие различия в температурном режиме поверхности моря и тем самым влияют на распределение температуры воздуха и на атмосферную циркуляцию. Устойчивость океанических течений приводит к тому, что их влияние на атмосферу имеет климатическое значение. Гребень изотерм (линий, соединяющих точки с одинаковыми температурами) на картах средней температуры наглядно показывает отепляющее влияние Гольфстрима на климат восточной части Северной Атлантики и Западной Европы.

На берегах, омываемых теплыми течениями, выпадает повышенное количество осадков, часты грозы и бури. Самый яркий пример влияния теплых океанических течений на климат — Гольфстрим. Благодаря Гольфстриму страны Европы, прилегающие к Атлантическому океану, отличаются более мягким климатом, нежели другие регионы на той же географической широте: массы тёплой воды обогревают находящийся над ними воздух, который западными ветрами переносится на Европу.

Отклонения температуры воздуха от средних широтных величин в январе достигают в Норвегии 15–20 °C, в Мурманске — более 11 °C. Холодные океанические течения также обнаруживаются на средних картах температуры воздуха соответствующими возмущениями в конфигурации изотерм — языками холода, направленными к низким широтам.

Большую роль в формировании климата играет высота над уровнем моря. На одной и той же широте климатические условия могут сильно различаться на равнинах или в горах. Исследования климата горных областей показали, что с высотой атмосферное давление падает, солнечная радиация и эффективное излучение возрастают, температура убывает, осадки сначала возрастают, затем убывают, а ветер достаточно сложно меняется по скорости и направлению. В результате изменение метеорологических величин с высотой создает быстрое изменение всего комплекса климатических условий. Образуются климатические зоны (пояса), лежащие одна над другой.

На климат влияет высота и направление горных хребтов, экспозиция склонов относительно стран света и преобладающих ветров, ширина долин и крутизна склонов и пр. Горные хребты оказывают большое влияние не только на климат местности, где они располагаются, но и на климат прилегающих районов. Например, хребты Джугджур и Колымское нагорье ограничивают влияние Тихого океана на климат нашей республики.

Часть этого тепла передается в воздух и воздух также нагревается. Поэтому физическое состояние слоев воздуха, прилегающих к поверхности почвы, в сильной степени зависит от рода почвы и его физического состояния. Влажные почвы имеют повышенную теплоемкость и теплопроводность, поэтому медленнее нагреваются и медленнее охлаждаются. Все это сказывается на температурном режиме приземного слоя воздуха

Растительный покров задерживает солнечную радиацию, поступающую на поверхность почвы. Величина задерживаемой радиации зависит от характера растительности, высоты растений, густоты покрова и т. д.  Абсолютная и относительная влажность воздуха повышается, т. к. растения испаряют много воды и этим способствуют обогащению водяным паром приземного слоя воздуха.

Повышение влажности вызывается еще и тем, что растительный покров значительно уменьшает скорость ветра и затрудняет вертикальный обмен влажного воздуха с более сухим, находящимся над растительным покровом. Влияние растительности в основном сказывается на микроклимате, т. к. распространяется больше на приземный слой воздуха.

Ледяной покров так же отражает большое количество солнечной радиации, поэтому сильно понижает температуру воздуха. Особенно большое влияние на климат оказывают ледники Гренландии и Антарктиды. Еще более суровый климат в Антарктиде, где наблюдалась самая низкая температура на нашей планете (–89,3 °C) — мировой полюс холода. Влияние ледников Антарктиды сказывается на климате морей и океанов, омывающих ее. Большая высота ледников массивов над уровнем моря (2000 м) еще более способствует понижению температуры.

Климат является, таким образом, одной из физико-географических характеристик местности. В качестве таковой он влияет на хозяйственную деятельность людей: на специализацию сельского хозяйства, географическое размещение промышленности, воздушный, водный и наземный транспорт. Климатология тесно связана с метеорологией.

Климат испытывает существенные и даже коренные изменения на протяжении геологических эпох. Эти изменения связаны с изменениями в строении земной поверхности и в химическом составе атмосферы, а также с различными причинами астрономического характера. Таковы, например, изменения во вращении Земли вокруг Солнца, изменения плотности материи в межпланетном пространстве и пр., а также, и может быть в особенности, изменения в солнечной активности.

Происходят и некоторые колебания климатических условий на протяжении тысячелетий и столетий и еще более коротких промежутков времени. Так, например, на большей части Земли, особенно в средних и высоких широтах, в первой половине текущего столетия отмечено определенное потепление. Такие колебания климата в настоящее время связывают преимущественно (но не только) с изменениями общей циркуляции атмосферы, а эти последние — с колебаниями солнечной активности.

Климатическая система эволюционирует под влиянием внутренней динамики своих компонентов, их взаимодействия, а также под действием внешних причин — извержения вулканов, изменения солнечной активности, изменения газового состава атмосферы и изменения землепользования в результате хозяйственной деятельности.

ВАЖНО! Для оценки параметров климата используются данные за период не менее 30 лет. Для выявления изменений климата нужен значимый тренд (однонаправленные изменения) характеристик климатической системы за длительный период времени порядка десятка лет.

При исследовании климата и его динамики часто используется картографический метод. Основные атмосферные процессы развертываются на больших пространствах, а их следствия, в виде определенных условий погоды и климата, обнаруживаются в таком же крупном масштабе. Поэтому существенное значение в метеорологии и климатологии имеет сопоставление наблюдений на географических картах. Последующий анализ наблюдений относится уже не к наблюдениям в отдельных пунктах, а к пространственным распределениям наблюденных величин.

Можно составить, например, карты многолетнего среднего распределения величин температуры или осадков на определенной территории за тот или иной месяц, карты средних дат установления снежного покрова, карты повторяемости гроз, карты наибольших или наименьших температур, наблюдавшихся в данной местности, и пр. Климатологические карты облегчают дальнейший анализ фактов, относящихся к климату, позволяют делать выводы о пространственном распределении особенностей или типов климата и т. д.