1. Вступ

1.1. Загальні поняття

Атмосфера та атмосферні процеси. Атмосферою (від грец. слів άτμός – пара і σφαίρα – м’яч, куля) називається повітряна оболонка Землі, яка бере участь в її добовому і річному обертанні. За своїми властивостями атмосфера досить неоднорідна у просторі і надзвичайно мінлива у часі. Вона поступово переходить у міжпланетний простір, а тому верхня її межа вельми непевна.

В атмосфері безперервно відбуваються різноманітні фізичні, хімічні та ін. взаємопов’язані між собою процеси, які змінюють стан як нижніх, так і вищих її шарів. На перебіг цих процесів впливають космічний простір і поверхня Землі. Між земною поверхнею й атмосферою відбувається безперервний обмін газами, твердими і рідкими частинками, теплом, вологою, кількістю руху, електричними зарядами та іншими субстанціями, а необхідна для реалізації цих процесів енергія надходить на Землю головним чином ззовні – від Сонця. Найважливішими процесами, які визначають загальний характер фізичного стану атмосфери є атмосферна циркуляція, теплообмін та вологообіг.

Атмосферною циркуляцією називається сукупність рухів атмосферного повітря в масштабах усієї Земної кулі (загальна циркуляція атмосфери) або над невеликими ділянками земної поверхні з особливими властивостями (місцева циркуляція), за допомогою яких здійснюється обмін повітрям.

Теплообмін в атмосфері полягає у передаванні тепла від одних шарів або частин атмосфери до інших. Відбувається шляхом перенесення радіації (тобто поширення випромінювання у середовищі, яке саме випромінює, розсіює і поглинає променисту енергію), шляхом теплопровідності ¹, переважно турбулентної, а також при фазових перетвореннях води.

Вологообіг – безперервний обмін вологою між атмосферою та земною поверхнею, який складається з процесів випаровування, перенесення та конденсації водяної пари в атмосфері, випадання опадів та стоку. Завдяки цим процесам відбувається безперервний перехід водяної пари із земної поверхні в атмосферу і в протилежному напрямку.

Поверхня ґрунту (води, снігу, криги та ін.), яка взаємодіє з атмосферою у процесі теплообміну і вологообігу, називається підстильною поверхнею. Дуже близьким за смислом є поняття діяльної поверхні, у якості якої розглядається поверхня ґрунту (води, снігу, криги та ін.), яка безпосередньо поглинає сонячну й атмосферну радіацію та віддає випромінювання в атмосферу, чим регулює термічний режим прилеглих шарів повітря і ґрунту.

Атмосферні процеси підкоряються загальним законам природи, тобто відбуваються закономірно.

Погода та її зміни. Стан атмосфери над даною територією, який визначається фізичними процесами, що відбуваються у ній при взаємодії з підстильною поверхнею, називається погодою. Погоді властива значна мінливість у просторі і часі. У кожний окремий момент часу погода характеризується сукупністю значень метеорологічних величин, як-от атмосферний тиск, температура і вологість повітря, напрямок і швидкість вітру, хмарність, кількість та інтенсивність атмосферних опадів тощо. За деякий скінчений проміжок часу (хвилини, години, дні, інколи тижні, місяці і навіть цілі сезони) вона характеризується послідовною зміною цих величин або їхніми середніми значеннями за взятий проміжок.

Фізичні процеси в атмосфері, які супроводжуються значною якісною зміною її стану, називаються атмосферними явищами. Прикладами атмосферних явищ є туман, вітер, хуртовина, ожеледь, гроза, шквал, смерч, хмари, опади та ін.

Розподіл у просторі значень метеорологічної величини у певний момент часу називається полем метеорологічної величини.

Зміни метеорологічних величин і частота (повторюваність) метеорологічних явищ можуть мати періодичний або неперіодичний характер. Періодичні зміни метеорологічних величин, пов’язані з добовим обертанням Землі, називаються добовим ходом. Зміни погоди або окремих метеорологічних величин, відмінні від добового ходу і пов’язані з надходженням на дану територію повітря з іншими властивостями, називаються неперіодичними. Найбільшою їх інтенсивністю характеризуються помірні і полярні широти. Однак при значному часовому осереднені неперіодичні складові згладжуються й добовий хід метеорологічної величини проявляється значно чіткіше. Закономірні зміни метеорологічних величин упродовж року (як правило, за багаторічними даними) характеризуються річним ходом.

Щодо характеру перебігу атмосферних процесів, особливостей розподілу у просторі і часі різноманітних метеорологічних величин і явищ, а також їх періодичних і неперіодичних змін часто використовують збірний термін "режим", наприклад режим погоди, режим циркуляції атмосфери, режим опадів та ін.

Клімат і зміни клімату. Поняття "клімат" у різні часи трактувалося по-різному. В античну епоху різноманіття кліматів на Землі пояснювали нахилом сонячних променів до земної поверхні (від грец. χλίμα – нахил), тобто географічною широтою. У середні віки утвердилася думка, що кліматичні умови визначаються й іншими важливими чинниками. У 1831 р. видатний німецький географ Олександр фон Гумбольдт (1769–1859) запропонував розглядати клімат як сукупність атмосферних умов, які мають визначальний вплив на перебіг найважливіших природних процесів на поверхні Землі. З часом найбільше поширення отримали визначення клімату як режиму погоди, закономірної сукупності або послідовності погод. Підкреслюючи різноманітність типів клімату й зазначаючи найзагальнішу причину цієї різноманітності, можна дати загальне визначення клімату як статистичного режиму умов погоди, характерного для певного місця в силу його географічного положення.

Головні риси різних типів кліматів визначаються взаємодією основних кліматоутворювальних чинників: сонячної радіації, яка надходить на Землю переважно у вигляді променистої енергії Сонця, підстильної (діяльної) поверхні та циркуляції атмосфери й океану як системи повітряних та океанічних течій різних масштабів.

Таким чином, клімат даної місцевості – це характерний для неї багаторічний режим погоди, зумовлений сонячною радіацією, її перетвореннями у діяльному шарі земної поверхні та пов’язаною з ними циркуляцією атмосфери й океанів (Климатология, 1989).

Загальний характер кліматичних умов у масштабах усієї планети називається глобальним кліматом, а особливості кліматичного режиму порівняно невеликих ділянок земної поверхні, пов’язані з особливостями її будови або стану, – мікрокліматом.

Клімату притаманна певна мінливість – відносно короткочасні оборотні зміни, які охоплюють періоди, менші тих, які використовуються для визначення самого клімату (декілька десятиріч). Триваліші процеси слід віднести до коливань клімату (якщо вони оборотні) або до змін клімату (якщо вони мають необоротний характер).

По мірі подання нового навчального матеріалу наукове трактування деяких з представлених вище понять буде уточнено.