11. Климатообразование

Слово «климат » происходит от греческого «климатос »,

что означает наклон.Имеется в виду наклон солнечных лу ­

чей к земной поверхности.Греки считали,что климат зави ­

сит от полуденной высоты Солнца над горизонтом,т.е.от

географической широты места.

В действительности климат данной местности является

результатом суммарного воздействия ряда климатообра-

зующих факторов.

В отличие от погоды определений климата известны де ­

сятки.Климат данной местности можно определить как

характерный для нее многолетний режим погоды,обуслов ­

ленный солнечной радиацией,ее преобразованием в дея ­

тельном слое земной поверхности и связанной с ними

циркуляцией атмосферы и океанов.Климат,в отличие

от погоды,обладает относительной устойчивостью и явля ­

ется важной физико-географической характеристикой

местности.

Для изучения климата используются многолетние на ­

блюдения на метеорологических станциях.

В зависимости от пространства,на котором формируют ­

ся определенные климатические условия,различают:мак ­

роклимат -климат крупных географических зон планетар ­

ного масштаба;мезоклимат и микроклимат -климат дан ­

ной местности.

Климатология ~это наука,занимающаяся изучением

процессов формирования климата..116 Глава 2.ОСНОВЫ КЛИМАТОЛОГИИ

Обычно климатологию подразделяют на общую клима ­

тологию и климатографию,изучающую климатические ус ­

ловия различных мест земного шара.Под климатографией

понимают также совокупность сведений о климатах земно ­

го шара или большей его части (климатография мира,Рос ­

сии,Азии и др.).Климатология тесно связана с~астрономи ­

ей,метеорологией,географией,гидрологией.Будучи свя ­

занной с физическими процессами в атмосфере,чем зани ­

мается метеорология,климатология одновременно является

и географической наукой,поскольку климат есть один из

компонентов географической среды и понимание климати ­

ческих явлений возможно лишь при учете географических

факторов,взаимно связанных с климатом.

Климатология имеет большое практическое значение.

Данные о климате используются различными отраслями

народного хозяйства.В связи с этим образовались разделы

климатологии:микроклиматология,климаты городов,аг ­

роклиматология,лесная,транспортная,строительная меди ­

цинская климатологии.

2.1.Климатообразование

2.1.1.КЛИМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

И КЛИМАТООБРАЗУЮЩИЕ ФАКТОРЫ

По современным представлениям,формирование

климата происходит не только под воздействием внешних

источников энергии,главным из которых по отношению к

Земле является Солнце,но и в результате преобразования и

усвоения этой энергии путем обмена масс и энергии внутри

климатической системы за несколько десятилетий.

В климатическую систему Земли входят:атмосфера,

гидросфера,криосфера,литосфера и биосфера.Данные

компоненты характеризуются определенными физически ­

ми свойствами -различной отражательной способностью,

теплоемкостью,теплопроводностью,способностью к под ­

вижности.Эти свойства,масса и распространенность на

Земле определяют инерционность компонента климатиче ­

ской системы и его способность оказывать влияние на дру-

2.1.Кпиматообразование Ц7

гие компоненты и через них -на формирование климата и

поддержание его свойств на протяжении того или иного

промежутка времени.

Атмосфера -наиболее подвижная и всепроникающая

среда,находящаяся в любой точке земной поверхности,-

является центральным звеном климатической системы.Че ­

рез нее человек воспринимает воздействия других компо ­

нентов системы,так как он окружен атмосферой.Состав ­

ляющие ее газы находятся в состоянии непрерывного об ­

мена с другими звеньями климатической системы.

В атмосфере непрерывно образуются динамические

возмущения -от мелкомасштабных вихрей до крупномас ­

штабных циклонов,антициклонов.Чем крупнее динамиче ­

ское образование в атмосфере,тем более продолжительным

является его воздействие на климатические характеристи ­

ки.В целом продолжительность таких воздействий может

составлять от секунд до суток,недель,последствия этих

воздействий могут сохраняться в атмосфере месяцы и годы.

Гидросфера,основная масса которой (до 97,2 %)сосре ­

доточена в водах Мирового океана,по площади занимает

70,8 %поверхности Земли.По массе гидросфера превыша ­

ет массу атмосферы в 275 раз,а по объему она меньше поч ­

ти в 300 раз.Гидросфера -очень подвижная среда,хотя и

уступает в этом атмосфере.Средняя скорость движения

воды в океане на 2~3 порядка меньше скорости движения

частиц воздуха в атмосфере.

Воды океана находятся в непрерывном движении:по ­

верхностные и глубинные волны,течения,подъем и опус ­

кание воды.Многие течения являются результатом обмена

энергии с воздушной средой.При большой массе и тепло ­

емкости воды океана обладают большой тепловой и меха ­

нической инерцией и являются основным аккумулятором

солнечной энергии на Земле.

Соотношение теплоемкости воды и воздуха таково,что

при изменении температуры воздуха на 1 "С в результате

теплообмена атмосферы и океана средняя температура

океана изменится всего лишь на 0,001 °С.Или при охлаж ­

дении стометрового слоя океана на 0,1 °С воздух над ним

нагреется на 6 °С..Глава 2.ОСНОВЫ КЛИМАТОЛОГИИ

Важная особенность воды как элемента климатической

системы состоит в том,что она в диапазоне температур,

наблюдаемых на земном шаре,может переходить из одного

фазового состояния в другое и через это активно участвует

в массо-и энергообмене между звеньями климатической

системы,между океаном и сушей,криосферой и биосферой.

Обладая большой инерцией,океан оказывает значитель ­

ное влияние на глобальный климат Земли,определяя его

характеристики в зависимости от участвующей в процессе

толщины слоя океанской воды,от недель до тысяч лет.

Криосфера покрывает до 10 %поверхности планеты и

представлена ледниками,морскими льдами,снежным по ­

кровом.Для нее характерны большая отражательная спо ­

собность и низкая теплопроводность.

Основная масса ледников сосредоточена в Антарктиде

(до 90 %по площади),на Арктику приходится 6 %,на гор ­

ные ледники континентов -2 %.Скорость движения лед ­

ников на 2-3 порядка меньше скорости движения воды в

океане.Наибольшие площади занимают морские льды и

снежный покров,хотя их масса в сотни раз меньше массы

ледников.Границы морских льдов и снежного покрова

весьма подвижны.В течение года,они продвигаются то в

сторону экватора,то к полюсам.

Морские льды и снежный покров,являющиеся наиболее

подвижной составляющей криосферы,определяют свойст ­

ва климата на протяжении сезонов,до десятков,сотен,воз ­

можно,тысяч лет.Ледниковые покровы при большей

инерции,например Антарктиды,могут определять свойст ­

ва климата на протяжении от тысяч до сотен тысяч лет.

Литосфера -весьма консервативный компонент кли ­

матической системы.Физические характеристики суши в

результате процессов почвообразования,эрозии,выветри ­

вания,пустынивания,тектонической деятельности могут

меняться в течение десятков (до тысячи)лет.Вместе с тем

увлажнение может сильно изменить свойства суши,вклю ­

чая отражательную способность,за короткое время.

В течение десятков и сотен миллионов лет,в результате

дрейфа материков,возможны изменения облика планеты

глобального масштаба,последствием чего могут быть глу-

2.1.Климатообрззование •j-jg

бокие изменения климатической системы.Скорость дрейфа

материков на 2-3 порядка меньше скорости движения

ледников.

Биосфера как компонент климатической системы ока ­

зывает на климат различное влияние и в различных мас ­

штабах времени,воздействуя на вегетацию растительного

покрова,смену растительных сообществ,расширение и со ­

кращение площадей,занятых растительностью,изменение

количества биомассы.

Без внешних источников энергии климатическая систе ­

ма мертва.Главнейшим источником энергии,приводящим

в движение весь механизм климатической системы,являет ­

ся Солнце.Количество усвоенной планетой солнечной

энергии в целом определяется соотношением отраженной и

поступающей от Солнца энергии,т.е.планетарным альбе ­

до.Роль же климатической системы состоит в перераспре ­

делении энергии между отдельными составляющими кли ­

матической системы.Поэтому глобальный климат Земли

определяется не только режимом поступающей от Солнца

энергии,а результатом сложных,многочисленных взаимо ­

связей между звеньями климатической системы,каждый

компонент которой,оказывая воздействия на остальные

компоненты (прямая связь),сам находится под их воздей ­

ствием (обратная связь).Обратные связи могут быть поло ­

жительными и отрицательными.При положительной об ­

ратной связи происходит усиление причины,породившей

процесс,а при отрицательной -ослабление.Это приводит к

сложности и неоднозначности связей между компонентами

внутри климатической системы и,следовательно,к неодно ­

значности конечного результата их взаимодействия,в связи

с чем при одних и тех же условиях поступления солнечной

радиации на Земле могут формироваться различные климаты.

Климатическая система является саморегулирующейся.

Возмущения системы,вызванные внешними или внутрен ­

ними причинами,со временем затухают,и система прихо ­

дит в равновесное состояние.Однако,как и в любой по ­

добной системе,могут возникать автоколебания,приводя ­

щие к периодическим изменениям климата.Так обстоит

дело с климатообразованием глобального масштаба..120 Глава 2.ОСНОВЫ КЛИМАТОЛОГИИ

Локальные климаты различных географических районов

являются результатом совместного действия ряда факто ­

ров,именуемых климатообразуюшими факторами,важ ­

нейшими из которых являются:

1)солнечная радиация;

2)свойства подстилающей поверхности;

3)циркуляция атмосферы и океанические течения;

4)рельеф местности.

2.1.2.СОЛНЕЧНАЯ РАДИАЦИЯ

КАК КЛИМАТООБРАЗУЮЩИЙ ФАКТОР

Солярный климат Земли.Если бы на Земле не было

атмосферы,а ее поверхность была однородной,то климат

земного шара определялся бы только количеством тепла

получаемого земной поверхностью от Солнца.В таком слу ­

чае климат зависел бы исключительно от географической

широты,определяющей высоту Солнца,и для всех точек,

находящихся на одной широте,был бы одинаковым.

Соответственно этому под солярным (солнечным)кли ­

матом понимают распределение солнечной радиации на

земной поверхности при отсутствии атмосферы в зависи ­

мости только от широты места q>и склонения Солнца бе

(времени года).Исходной величиной при расчете солярно ­

го климата является солнечная постоянная -плотность (ин ­

тенсивность)солнечной радиации на перпендикулярную к

лучам поверхность при отсутствии атмосферы при среднем

расстоянии Земли от Солнца.

Интенсивность солнечной радиации на горизонтальную

поверхность определяется по формуле:

где So -интенсивность солнечной радиации ва перпендику ­

лярную к лучам поверхность,кВт /м

2

,йв -высота Солнца.

Суточная амплитуда интенсивности солнечной радиа ­

ции на горизонтальную поверхность зависит от полуденной

высоты Солнца для районов,где нет полярного дня,а для

зон,расположенных за полярным кругом во время поляр ­

ного дня,суточная амплитуда интенсивности солнечной