Состояние атмосферы, типичное для данного места и выражающееся в определенном режиме погоды и ее изменений, называется климатом. Раньше под климатом понимали среднее состояние атмосферы. Климат характеризовался средними величинами значений метеорологических элементов, выведенными на основании многолетних наблюдений за погодой. Кроме средних вычислялись крайние значения (наибольшие и наименьшие) метеорологических элементов, определяющие пределы, в которых возможны отклонения от среднего состояния. Однако механическое деление погоды на ряд метеорологических элементов мешало изучению реального состояния атмосферы. Сочетания отдельно вычисленных значений метеорологических элементов оказывались искусственными. Поэтому на смену климатологии средних величин пришла комплексная климатология.
Сущность ее заключается в том, что климат характеризуется не отдельно взятыми осредненными метеорологическими элементами, а комплексами этих элементов, отражающими реальную погоду в конкретный период времени — комплексными типами погоды. Комплексный метод имеет свои недостатки: типы погод выделяются по внешним признакам, структура климата в погодах не отражает динамики процесса. На этот вопрос отвечает динамическая климатология, которая определяет климат как закономерную последовательность метеорологических процессов. Последние раскрываются с помощью синоптических карт. Динамическая климатология придает первостепенное значение в формировании климата движению воздушных масс, их трансформации, процессам, связанным с фронтами, циклонами и антициклонами. Но синоптико-динамический метод не дает возможность получить числовые показатели. Это привело к тому, что в настоящее время климатология пользуется всеми тремя указанными выше методами.
Географические факторы климата. Выше были рассмотрены три процесса, происходящие в атмосфере: теплооборот, влагооборот и общая циркуляция атмосферы. Эти процессы называются климатообразующими. Они зависят от ряда географических факторов: географической широты, высоты над уровнем моря, характера подстилающей поверхности и процессов, происходящих на ней. Климатообразующие процессы взаимосвязаны. Например, на тепловой режим подстилающей поверхности, а следовательно и атмосферы, влияет облачность, задерживающая приток прямой солнечной радиации. Образование облаков есть один из элементов влагооборота. Но он зависит в свою очередь от тепловых условий подстилающей поверхности и атмосферы, а эти последние в определенной степени зависят от адвекции тепла, т. е. от общей циркуляции атмосферы. Общая циркуляция создает перенос водяного пара и облаков и тем самым влияет как на влагооборот, так через него и на тепловые условия. Рассмотрим влияние географических факторов на климат. На первое место следует поставить влияние географической широты. Количество солнечной радиации, поступающей на верхнюю границу атмосферы, зависит от географической широты, которая определяет высоту Солнца и продолжительность облучения в данное время года. Радиация, поглощенная земной поверхностью, распределяется гораздо сложнее, так как зависит и от облачности, и от альбедо земной поверхности, и от степени прозрачности воздуха, но все же это не нарушает зональности в ее распределении. Следовательно, имеется известная зональность в распределении температуры воздуха, которая влечет за собой зональность и других элементов климата.
Влияние географической широты на распределение метеорологических элементов становится все заметнее с высотой, когда ослабевает влияние других факторов климата, связанных с земной поверхностью. Поэтому климат высоких слоев воздуха имеет лучше выраженную зональность, чем климат у земной поверхности.
Атмосферное давление с высотой падает, солнечная радиация возрастает, эффективное излучение также, температура, как правило, убывает, влажность убывает, ветер сложно меняется по скорости и направлению. Эти изменения относятся к свободной атмосфере, но с большими или меньшими возмущениями, связанными с близостью земной поверхности, они происходят и в горах. В результате создается высотная климатическая зональность.
Большое значение для климата имеет годовое обращение Земли, с чем связано изменение условий нагревания и изменение направления движений воздушных масс и морских течений (см. гл. I).
Очень эффективным фактором климата является распределение суши и моря. Зональность климатических характеристик при этом нарушается. Центры действия атмосферы обнаруживают связь с распределением суши и моря: субтропические зоны высокого давления разрываются над более теплыми материками летом; над материками в умеренных широтах ярко выражено преобладание высокого давления зимой и низкого летом. Удаленность места от берега влияет на режим температуры, влажности, осадков, определяя тем самым степень континентальности климата.
Океанические течения создают особенно резкие различия в температурном режиме поверхности моря и тем самым влияют на распределение температуры воздуха и на атмосферную циркуляцию. Карты температур ярко показывают отепляющее влияние Гольфстрима на климат восточной части севера Атлантического океана и Западной Европы. Холодные океанические течения являются причиной языков холода, направленных к низким широтам. Над районами холодных течений увеличивается повторяемость туманов, как это особенно ярко проявляется у Ньюфаундленда, где воздух может переходить с теплых вод Гольфстрима на холодные воды Лабрадорского течения. Над холодными водами в пассатной зоне ликвидируется конвекция и резко уменьшается облачность. Это в свою очередь является фактором, поддерживающим существование прибрежных пустынь.
Существенное воздействие оказывает на климат рельеф. Прежде всего климатические условия в горах сильно меняются в зависимости от высоты местности над уровнем моря. На них влияет также направление горных хребтов, экспозиция склонов относительно стран света и преобладающих ветров, ширина долин и крутизна склонов и пр. Воздушные течения могут задерживаться и отклоняться хребтами, возникают местные ветры. В узких проходах между хребтами скорость воздушных течений меняется. В горах возникают горно-долинные ветры. Над склонами, по-разному экспонированными, создается различный режим температуры. В связи с перетеканием воздушных течений через хребты на наветренных склонах гор создается увеличение облачности и осадков. На подветренных склонах, напротив, создаются фёновые процессы с повышением температуры и уменьшением влажности и облачности. Над нагретыми склонами гор также увеличивается конвекция и, следовательно, облакообразование.
На климат заметное влияние оказывает растительный и снежный покров. Растительный покров уменьшает суточную амплитуду температуры почвы, а следовательно, и воздуха. Снежный покров уменьшает потерю тепла почвой. Но поверхность снежного покрова сильно отражает солнечную радиацию днем и сильно охлаждается излучением ночью; поэтому она охлаждает и находящийся над ней воздух. Весной на таяние снежного покрова тратится большое количество тепла и поэтому температура воздуха над тающим снежным покровом остается близкой к нулю.
Деятельность человеческого общества в сильной степени зависит от климата. Климат способствует возделыванию сельскохозяйственных культур или же затрудняет эту возможность. В то же время человек постоянно изменяет климат. Поскольку он не в состоянии изменить количество солнечной радиации и повернуть мощные воздушные потоки, влияние человека осуществляется через посредство подстилающей поверхности. При этом изменениям подвергается главным образом микроклимат. Существуют проекты изменения макроклимата, которые пока технически не выполнимы.
Классификация климатов. Для того чтобы ориентироваться в многообразии климатических условий на Земле, необходимо разработать классификацию климатов и осуществить на основе ее климатическое районирование. Было предложено большое количество классификаций климатов, основанных на разных критериях. Наиболее распространены классификации, предложенные В. Кеппеном, Л. С. Бергом и Б. П. Алисовым.
Кеппен выделяет типы климатов по температурному режиму и по степени увлажнения, придавая им определенные количественные значения. Берг предложил при классификации климатов исходить из разработанной им классификации ландшафтно-географических зон суши. Границы климатических зон выделяются им по наиболее характерным признакам ландшафта. Например, в низинах он выделяет климат тундры, тайги, средиземноморский, тропических пустынь и т. д. Классификации климатов Кеппена и Берга основаны на внешних признаках и не вскрывают причин их образования.
Факторы формирования климатов учтены в генетической классификации, разработанной Алисовым. В основу его классификации положены типы воздушных масс и их перемещение. В зависимости от этого выделяются основные климатические пояса — экваториальный, два тропических, два умеренных, арктический (антарктический) и переходные — два субэкваториальных, два субтропических, субарктический (субантарктический). Для основных поясов характерно господство одного и того же типа воздушной массы в течение всего года, для переходных — смена типов воздушных масс зимой и летом. В каждом климатическом поясе выделяются меридиональные типы климата: материковый, океанический, западных берегов и восточных берегов. Кроме того, выделяются высокогорные климаты (рис. 35).
В классификации Алисова несколько переоценивается значение воздушных масс как обособленных типов, обладающих каждый только ему присущими свойствами. Соответственно на границу климатических поясов принимаются фронты, отличающиеся расплывчатостью, прерывистостью и непостоянством. Вместе с тем в этой классификации раскрывается существо процесса климатообразования, показывается не только система климатов, но и причины их образования.
Краткая характеристика климата равнин суши и океана приведена в табл. 2.
Микроклимат. В одном и том же географическом районе с одним общим типом климата наблюдаются местные различия, обусловленные характером взаимодействия климатообразующих факторов с подстилающей поверхностью. Над лугом и соседним лесом, над пашней и болотом, над ровной степью и в балке, вблизи озера и в отдалении от него атмосферные условия будут в той или иной степени различаться. Такие местные особенности климата называются микроклиматом.
Микроклиматические различия распространяются на слой воздуха до нескольких десятков метров, но особенно ярко они проявляются в слое, непосредственно прилегающем к почве. Поэтому микроклиматические наблюдения над температурой, ветром и влажностью производятся на разных уровнях над почвой, начиная от нескольких сантиметров. При этом применяют переносные походные приборы, практикуют микроклиматические съемки. К ним относятся, в частности, съемки снежного покрова. Задача микроклиматических исследований заключается не в определении многолетнего режима, а в выявлении разностей между условиями в различных пунктах исследуемой местности и в сравнении наблюдений в отдельных точках с показаниями постоянно действующей метеорологической станции в данном районе.
Остановимся на особенностях метеорологического режима приземного слоя воздуха. Суточная амплитуда температуры на уровнях ниже, чем высота метеорологической будки (2 м), увеличивается. Температура над почвой может быть на несколько градусов выше или ниже, чем на высоте 2 м. Пониженные температуры в приземном слое наблюдаются особенно в ясные ночи, когда почва сильно выхолаживается эффективным излучением. Днем в солнечную погоду, напротив, может наблюдаться очень сильное падение температуры с высотой. С сильной дневной неустойчивостью приземного слоя связаны такие явления, как пыльные вихри, дрожание воздуха, миражи.
В приземном слое воздуха, в связи с трением, сильно снижается скорость ветра. С другой стороны, сильный ветер в приземном слое переносит пыль, снег и ухудшает видимость.
Большую роль в микроклимате играет рельеф. Интенсивность радиации на ориентированных по-разному склонах холмов существенно различна. Поэтому склоны разной экспозиции нагреваются по-разному, что может оказаться на характере растительности.
Свой микроклимат имеет лес. Максимальная температура днем будет непосредственно над кронами деревьев. Внутри леса днем летом температура значительно ниже, чем над кронами. Ночью же кроны сильно охлаждаются излучением, поэтому максимум температуры наблюдается в это время на высоте 1—2 м над ними.
Большой город загрязняет атмосферу, увеличивает ее мутность и тем самым уменьшает приток солнечной радиации. Дома и мостовые нагреваются днем сильнее, чем почва и трава, поэтому средние температуры воздуха в городах выше на 0,5—1°, чем в открытой местности. Так как город нагрет больше, чем окружающая местность, то над городом усиливается конвекция и это приводит к развитию кучевых облаков и к увеличению количества осадков.
Изменение климата во времени. Геологические данные показывают, что изменения климата в прошлом были очень большими. Это связано с коренным изменением расположения суши и моря, рельефа, распределения океанических течений, вулканической деятельности, состава атмосферы, а также с космическим влиянием на Землю.
Толщи ископаемых морских известняков в средних широтах говорят о более теплом климате, существовавшем в этих широтах в разные эпохи жизни Земли. В пластах бурых углей в Европе обнаруживаются остатки таких теплолюбивых растений, как веерные пальмы. Богатство ископаемых видов пресмыкающихся и их огромные размеры также являются признаком теплых климатов. Одним из признаков холодных периодов являются характерные отложения и формы рельефа, связанные с оледенением.
В качестве общего вывода можно сказать, что в течение последнего полумиллиарда лет климат Земли в основном был более теплым в умеренных и высоких широтах, чем в настоящее время. Тропическая флора распространялась далеко в высокие широты. Однако на этом основном фоне теплого климата неоднократно происходили сравнительно кратковременные похолодания, которые в ряде случаев приводили к оледенению.
О причинах изменения климатов в истории Земли нет согласованных мнений. Были предложены астрономические и геологические гипотезы. Из возможных астрономических причин можно отметить следующие.
Периодические колебания элементов земной орбиты, благодаря чему должно было меняться общее количество тепла, приходящего к Земле от Солнца. Это — изменение эксцентриситета земной орбиты с периодом около 92 тысяч лет, изменение наклона эклиптики к экватору с периодом около 40 тысяч лет, перемещение земной оси, которая описывает коническую поверхность с периодом около 21 тысячи лет. Сюда же можно отнести колебания приливообразующей силы со средним периодом около 1700 лет, которые могут влиять на состояние ледового покрова полярных морей, а через него и на циклоническую деятельность.
Из других астрономических гипотез можно указать на предположение, что Земля в разные периоды своей жизни проходила через области мирового пространства с различным содержанием межзвездного вещества, которое, по-разному поглощая солнечную радиацию, меняло облучение Земли. Более вероятно, что геологические изменения климата зависели от изменений в солнечной активности, которые каким-то образом меняли систему общей циркуляции атмосферы. Обе гипотезы пока что невозможно проверить.
Геологические причины изменения климата связывались с изменением содержания углекислоты и вулканического пепла в атмосфере, с изменением облачности, с процессами внутри земной коры, с изменениями солености океанов и пр. Ни одна из таких гипотез не является достаточно состоятельной для объяснения холодных или теплых периодов в истории Земли, хотя указанные причины могли оказывать какое-то влияние на изменение климата.
Более реальной причиной изменения климата следует считать изменение земной поверхности: изменение размеров и взаимного расположения материков и океанов, горообразование, изменение океанических течений и пр. В связи с этим происходили изменения в радиационном балансе земной поверхности, в общей циркуляции атмосферы, в условиях влагооборота. Вероятнее всего, что сильные изменения климата были результатом совместного действия как внеземных, так и земных факторов.
В исторический период к природным свидетельствам изменений климата, таким, как наступание и отступание ледников, рост торфяников, изменение уровня воды в реках и озерах, изменение толщины годовых колец деревьев, присоединяются еще археологические данные, показывающие условия жизни людей, зависевшие от климата, фольклорные и литературные памятники, содержащие записи о выдающихся явлениях погоды и климата, о состоянии рек и урожае и т. п. Наконец, в последние два-три столетия к перечисленным свидетельствам присоединяются инструментальные метеорологические наблюдения.
По указанным выше данным установлено, что изменения климата за исторический период имели характер колебаний с ритмичностью порядка нескольких столетий. На фоне этих вековых колебаний происходили колебания более кратковременные. За исторический период не было существенных изменений в распределении суши и моря, в рельефе, которые могли бы иметь значение для изменений климата. Поэтому можно увереннее связывать исторические изменения климата с изменениями солнечной активности.
—Источник—
Богомолов, Л.А. Общее землеведение/ Л.А. Богомолов [и д.р.]. – М.: Недра, 1971.- 232 с.
Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава
