Лекция 3. Климатическая система Земли и влияние отдельных ее компонент на динамику климата.
В климатическую систему входят: атмосфера, гидросфера, литосфера,
криосфера, биосфера.
Основные свойства атмосферы
20.9% О2
1)Парниковые газы поглощают и излучают инфракрасную радиацию (Н2О, СО2 и О3 поглощают и коротковолновую)
2)Озоновый слой на высоте 25-35 км поглощает ультрафиолетовую радиацию.
0.1% парниковые газы (малые газовые компоненты): СО2 – углекислый газ,
CH4 – метан,
N2O – закись азота,
О3 - озон
Н2O – водяной пар (1%)
0.93% Ar
Увеличивают приземную температуру.
Основная роль в радиационном балансе стратосферы. Отфильтровывает опасную часть радиации.
3) |
Аэрозоли и облака |
Сложное взаимодействие с приходящей |
|
и уходящей радиацией и |
|||
|
|
||
|
|
неоднородное по пространству и времени |
|
4) |
Водяной пар (пар, облачные капли, |
Большое выделение и поглощение |
|
ледяные кристаллы) |
энергии при фазовых переходах. |
||
Основные свойства гидросферы (70%)
Вода:
1). Поверхностная и подповерхностная.
2). Пресная (реки, озера, водоносные горизонты) и соленая.
1) Сток пресных вод в океан |
Состав и |
|
циркуляция |
||
|
||
|
океана. |
2) Океаны |
Запасают энергию. |
мировой океан (96%), |
|
Транспортируют энергию. |
|
|
подземные воды (2%), |
Запасают и растворяют углекислый газ. |
лед и снег (2%), |
|
поверхностные воды (0.02%) |
||
|
||
Сглаживает большие температурные изменения. |
||
Циркуляция океана, движимая ветром и плотностными контрастами, обусловленными градиентами солености и температуры (термоклинная циркуляция) является много более медленной, чем атмосферная.
Источник естественной климатической изменчивости долгопериодных масштабов .
Основные свойства криосферы (10% Земли)
-ледниковые щиты Гренландии и Антарктики и континентов (11% суши),
-снежный покров (14% суши),
-морской лед (7% океана), айсберги (19%) океана,
-вечная мерзлота (подземные льды) – 25% суши.
Важное влияние на климатическую систему:
-высокая отражающая способностью (альбедо) солнечной радиации,
-низкая теплопроводность,
-большая тепловая инерция,
-движение глубоководной океанической циркуляции.
Изменения объема ледниковых щитов являются потенциальным источником колебаний уровня моря.
Основные свойства литосферы (30%)
Растительность и почва контролируют возвращение солнечной энергии в атмосферу разным способами.
длинноволновое (инфракрасное) излучение |
нагревание воздуха |
|
от нагретой поверхности. |
||
|
||
испарение с почвы и листьев |
возвращение воды в атмосферу |
|
испарение с почвы и листьев |
затраты энергии, изменение |
|
температуры поверхности |
||
|
шероховатость поверхности
рельеф, растительность
формирование ветров
формирование пыли, влияние на радиацию
- поглощение и отражение солнечной радиации; -регулирование
влагооборота атмосферы; - регулирование газового состава и режима атмосферы.
Основные свойства биосферы
поглощение и выброс парниковых газов
накопление углерода из углекислого газа морскими и наземными растениями (лесами)
центральная роль биосферы в углеродном цикле, в балансе метана, закиси азота и т.д.
обратные связи |
Изменение климата |
|
химический состав атмосферы, аэрозоли
Влияние климата на биосферу идентифицируется в ископаемых, годовых кольцах деревьев, пыльце и других индикаторах.
Основная информация о климатах прошлого
Характеристики отдельных подсистем климатической системы
(Saltzman, 1983)
Три основные комплекса климатообразующих процессов: теплооборот, влагооборот, циркуляция атмосферы и океана.
Солнечная радиация – основной двигатель климатической системы.
-580С(верх.тропосфера) |
излучение |
31% |
климатической |
системы |
+140С
49%
Годовой глобальный тепловой баланс
За продолжительный период количество приходящей солнечной радиации, поглощаемой Землей компенсируется тем же количеством уходящей длинноволновой радиации. Около половины приходящей радиации поглощается поверхностью Эта энергия передается в атмосферу нагревая воздух от поверхности, путем испарения и длинноволновой радиацией, которая поглощается облаками и парниковыми газами. Атмосфера же возвращает длинноволновую энергию как обратно к Земле, так и отражает (излучает) в космос. (Kiehl and Trenberth, 1997).
Обратные связи в климатической системе
|
Механизм |
Физические связи |
Знак обратной |
|
|
|
связи |
1. |
Альбедо - температура |
Уменьшение Т – увеличение альбедо - |
Положительная |
|
|
охлаждение |
|
2. |
Температура – |
Увеличение Т – увеличение потока |
Отрицательная |
уходящее |
радиации – выхолаживание – |
|
|
длинноволновое |
уменьшение Т |
|
|
излучение |
|
|
|
3. |
Водяной пар - |
Увеличение Т – увеличение поглощения |
Положительная |
температура |
ИК излучения - потепление. |
|
|
4. |
Облачность - |
Изменение баланса облачности – |
Неопределенная |
температура |
изменение радиационного баланса – |
|
|
|
|
изменение температуры |
|
5. |
Изменение свойств |
Увеличение доли земной поверхности, |
Положительная |
поверхности живыми |
занятой растениями, уменьшение |
|
|
организмами |
альбедо поверхности – увеличение |
|
|
(биоальбедные) |
температуры. |
|
|
6. |
Изменение |
Уменьшение Т – уменьшение высоты |
Положительная |
вертикального градиента |
облачности – увеличение уходящего |
|
|
Т - изменение приземной |
длинноволнового излучения – |
|
|
Т. |
|
уменьшение Т. |
|
7. |
Тепловая инерция |
Поглощение и выделение тепла при |
Отрицательная |
океанов |
изменениях Т |
|
|
8. |
Парниковый эффект за |
Увеличение Т за счет парникового |
Отрицательная |
счет увеличения |
эффекта – увеличение скорости |
|
|
содержания СО2 в |
поглощения СО2 – уменьшение |
|
|
атмосфере. |
парникового эффекта |
|
|