ПОГОДА І КЛІМАТ

План

1. Елементи погоди.

2. Синоптичний аналіз і завбачення погоди.

3. Класифікація погоди.

4. Клімат.

5. Зміни і коливання клімату.

1. Елементи погоди.

Погодою називають сукупність атмосферних процесів і метеорологічних величин, які характеризують фізичний стан атмосфери в певний момент або проміжок часу. Закономірні зміни погоди - це режим погоди. Погода характеризується наступними метеорологічними елементами: сонячна радіація, тривалість сонячного сяяння в годинах, температура повітря і поверхні ґрунту, вологість повітря, атмосферний тиск, вітер, хмарність, опади /кількість, кількість днів з опадами, види опадів, час випадання/, сніговий покрив, горизонтальна видимість, наземні опади та інші атмосферні явища /іній, паморозь, ожеледиця, гроза, тумани, полярні сяйва. веселка, кола й вінці навколо Сонця і Місяця/.

Спостереження за елементами погоди проводяться синхронно на метеостанціях всього світу через кожних три години за гринвіцьким часом. Результати спостережень передаються телеграфом, телефоном або за допомогою радіозв'язку в організації Служби погоди для складання синоптичних карт. Служба погоди виникла в зв'язку з потребою в своєчасній інформації населення, адміністративних і господарських установ про стан погоди, її зміни і передбачення умов погоди на майбутній час. Служба погоди складається з сітки синоптичних станцій і центрально-республіканських, обласних, портових та інших бюро погоди.

2. Синоптичний аналіз і завбачення погоди

Відомості про метеоелементи передаються в Гідрометеорологічні центри в зашифрованому вигляді. Цифрами та значками ці дані наносять на синоптичні карти погоди, які складають 4 рази на добу або за кожний термін спостережень. Нині карти складають тільки в основних гідрометеоцентрах і передають за допомогою факсимільної передачі або комп’ютерного зв’язку в регіональні гідрометеоцентри. На синоптичних картах показують такі синоптичні об’єкти, як розподіл тиску, повітряні маси і фронти, розташування і властивості атмосферних хвилювань, характер і поширення хмарності та опадів, розподіл температури тощо. Синоптична карта дає інформацію про стан погоди в момент спостережень, а серія таких карт показує зміни стану атмосфери, рух і еволюцію атмосферних процесів, трансформацію і взаємодію повітряних мас. Головною метою синоптичного аналізу є завбачення погоди. Прогноз на 1 - 2 доби називають короткостроковим, а на тиждень, декаду, місяць, сезон - довгостроковим. Для завбачення погоди на 1 добу потрібні відомості на території всієї країни або материка, на 2 доби - відомості про всю півкулю, а на 3 доби - відомості про стан атмосфери на всій Земній кулі.

При завбаченнях погоди користуються передусім методом екстраполяції в часі й просторі на підставі зіставлення синоптичних карт. Іноді уточнюються результати за картами багатьох попередніх років виходячи із законів динаміки і термодинаміки атмосфери.

Короткострокові завбачення не вільні від помилок, але в цілому вважаються задовільними. Можливості поліпшення точності завбачення шукають у введенні обчислювальних методів прогнозу за допомогою електронно-обчислювальних машин, але в більшості випадків вони стосуються лише баричного поля. Прогноз погоди великої завчасності ґрунтується на доборі синоптичних карт - аналогів за минулі роки виходячи з міркувань, що атмосферним процесам властива ритмічність. Так складають прогнози на місяць. Важче скласти прогноз на сезон, оскільки потрібно аналізувати збурення полів температури і тиску на всій земній кулі.

Прогноз складається для великої території. В кожній місцевості його уточнюють за місцевими ознаками або прикметами, які ґрунтуються на зовнішньому вигляді неба, хмap, поведінці тварин, рослин тощо. Наприклад, роса вранці або туман в долинах - на добру погоду.

3. Класифікація погоди

Для комплексного і синоптичного методів кліматологічних досліджень на основі взаємозв'язку між метеоелементами виділяють три групи погоди: А - класи безморозних погод; Б - класи перехідних погод; В.- класи морозних погод. Серед безморозних погод розрізняють 8 класів:

І - засушлива суховійна погода / t > 22 °С, відносна вологість нижче 40%/; 2 - сонячна жарка, помірно-засушлива погода / t > 22 °С, відносна вологість 40 - 60%/; 3 - малохмарна, тепла, помірно - волога, без опадів; 4 - хмарна вдень, тепла волога погода, без опадів або з опадами; 5 - хмарна вночі, сонячна вдень, тепла, волога погода, також без опадів або з опадами; 6 - хмарна вдень і вночі, без істотних опадів, тепла або прохолодна; 7 - похмура вдень і вночі, з опадами - дощова погода; 8 - волога тропічна погода з температурою вище за 22 °С і відносною вологістю понад 80%. Погоди з переходом протягом доби температури повітря через 0 °С бувають: хмарна вдень, з вітром або без вітру, з опадами або без опадів, погода 9 класу; ясна вдень, без опадів, погода 10 класу. До групи морозних погод належать класи: 11 - слабо і помірно морозна з температурами від 0 до -12,4 °С; 12 - значно морозна з температурами від -12,5 до -22,4 °С; 13 – сильно морозна /від -22.5 до -32.4 °С/; 14 - жорстоко морозна /від -32,5 до -42,4 °С/: 15 - крайньо морозна з температурами нижче -42,5 °С.

Крім наведеної класифікації погод за елементами, є генетична класифікація. Залежно від циркуляційних процесів виділяють наступні генетичні типи погод: внутрішньомасові - залежать від конвекції, інверсії температури, підстеляючої поверхні; фронтальні - пов'язані з підняттям повітря на атмосферних фронтах, утворенням хмар, опадів, вітрів; циклонічні й антициклонічні погоди. Наприклад. 1 – 3, а також 13 - 15 класи погоди пов'язані з стійкими антициклонами, 6 і 7 класи-це фронтальні погоди, 8 клас - внутрішньомасова. Оскільки циклони залежать від атмосферних фронтів, то фронтальна погода, як правило, буває циклонічною, а антициклональна здебільшого внутрішньомасовою.

4. Клімат

Слово "клімат" походить від грецького "кліма", що означає "нахил" сонячних променів до площини горизонту. Давньогрецькі вчені першими відмітили кліматичні пояси за кутом падіння сонячних променів в полудень і тривалістю дня /від 12 годин на екваторі до 24 годин під час літнього сонцестояння на полярному колі/. На початку XX ст. кліматологи визначили клімат як багаторічний режим погоди, притаманний даній місцевості залежно від її географічних умов. У підручнику С.П.Хромова "Метеорологія і кліматологія для географічних факультетів" наведене географічне визначення: "Клімат - це сукупність атмосферних умов, характерних для даної місцевості залежно від її географічної обстановки". Клімат - це один з головних компонентів географічного ландшафту, він характеризується коливаннями, циклічними і ритмічними змінами. Основні кліматичні процеси: теплообіг, вологообіг, атмосферна циркуляція. Під географічною обстановкою розуміють фактори кліматоутворення: географічну широту, розподіл сущі і моря, характер підстеляючої поверхні й ґрунту, рослинний, .сніговий і льодовий покрив, океанічні течії, орографію, та ін. У фізиці атмосфери клімат визначається як середньостатистичний ансамбль станів, які проходить система "океан - суша - атмосфера" за кілька десятиліть.

Від клімату відрізняється мікроклімат, тобто місцеві особливості клімату, які істотно змінюються вже на невеликій відстані, наприклад, над лісом, ріллею, болотом, озером, балкою, населеним пунктом. Спостереження за мікрокліматом проводять за допомогою спеціальних приладів, які можна легко переносити.

5. Класифікація кліматів

Класифікація кліматів - це виділення їх типів за певними ознаками або за умовами формування. Найбільше наукове і практичне значення мають класифікації кліматів за В.П. Кеппеном /1933/ і Б.П. Алісовим /1936. 1974/.

В.П. Кеппен виділяє наступні кліматичні пояси й типи клімату:

1/ пояс вологого тропічного клімату з кліматом вологих екваторіальних лісів і кліматом саван; 2/ пояс сухих кліматів з кліматом пустель і кліматом степів; 3/ пояс помірно-теплого і вологого клімату з типами клімату теплого з сухим літом /середземноморського/, теплого клімату з сухою зимою /китайський/, теплого клімату з рівномірним розподілом опадів протягом року /західноєвропейський/; 4/ пояс помірно холодного клімату з типами східносибірського клімату з сухою зимою і достатньо вологого у всі місяці клімату Східної Європи і Канади, 5/ пояс снігового клімату з кліматом тундр, де температура найтеплішого місяця від 0 до 10 °С. і кліматом вічного морозу з температурою найтеплішого місяця нижче 0 °С.

Генетична класифікація кліматів Б.П. Алісова ґрунтується на географічних типах повітряних мас та їх циркуляції. В кожній півкулі Б.П.Алісов виділив по чотири основних кліматичних пояси: І/ екваторіального повітря; 2/ тропічного повітря; 3/ помірного повітря; 4/ арктичного /антарктичного/ повітря. В кожному поясі формуються континентальні й морські типи повітряних мас і відповідно кліматів. Крім того, виділено по три перехідних пояси в кожній півкулі: субекваторіальний, субтропічний і субарктичний/субантарктичний/, де по півроку панують повітряні маси сусідніх поясів.

Уся система Б.П.Алісова включає наступні кліматичні пояси й типи кліматів: І/ екваторіальний пояс; І - континентальний вологих екваторіальних лісів; 2 - високогірний /в Андах/: 3 - океанічний /над океанами і островами, в Індонезії/;

П/ - субекваторіальний пояс, 4 - континентальний; 5 - високогірний; 6 - океанічний; Ш/ - тропічний пояс; 7 - континентальний; 8 - високогірний; 9 - західних узбереж; 10  - східних навітряних берегів; 11 - океанічний; ІУ/ - субтропічний пояс; 12 - континентальний; ІЗ - високогірний /мусонний/; 14 - середземноморський; 15 - мусонний східних берегів; 16 -океанічний;

У/ - помірний пояс; 17 - континентальні типи; 18 - високогірний;

19 - західних частин материків; 20 - мусонних східних берегів з відносно холодною зимою; 21 - океанічний з відносно теплою вітряною зимою і прохолодним літом; УІ/ - субарктичний пояс.; 22 - континентальний з дуже холодною зимою і відносно теплим літом; 23 - океанічний з нехолодною, але дуже вітряною зимою і прохолодним літом; УП/ - арктичний пояс; 24 - континентальний /наприклад, у Гренландії/ з виключно холодною зимою і морозним літом; 25 - океанічний з холодною зимою і туманним сирим літом; УШ/ - антарктичний і субантарктичний пояси; 26 - континентальний клімат внутрішньої Антарктиди з виключно холодною зимою і морозним літом; 27 - океанічний клімат прибережної Антарктиди з помірно вологим холодним кліматом зі стоковими вітрами до 15 - 20 м/с.

Найпростішою і зручною є класифікація кліматів, запропонована Л..С. Бергом. Вона побудована на географічних принципах; кліматичні зони Берга відповідають ландшафтним зонам. Класифікація Берга показує, що між кліматом, рельєфом, ґрунтовим покривом і рослинністю спостерігається тісна взаємодія і зв'язки. За Л.С.Бергом, на рівнинах розрізняють наступні клімати: 1/ вічного морозу, 2/ тундри, 3/ тайги, 4/ листяних лісів помірної зони, 5/ мусонний клімат помірних широт, 6/ степів; 7/ середземноморський, 8/ субтропічних лісів, 9/ зовні тропічних пустель, 10/ субтропічних пустель, 11/ саван; 12/ вологих тропічних лісів.

Далі наведена коротка характеристика кліматичних зон земної кулі за класифікацією Л.С.Берга.

5. Зміни і коливання клімату

Вся природа Землі перебуває в процесі безперервних змін і розвитку. Зміни клімату відбуваються в тісному взаємозв'язку і взаємодії з іншими компонентами географічної оболонки. Показниками змін клімату в геологічному минулому є викопні флора і фауна, пилок доісторичних рослин, ознаки процесів вивітрювання і нагромадження осадових відкладів, розподіл суші й моря в різні геологічні епохи, рельєф тощо. Питання про клімат геологічного минулого розглядаються в історичній геології та палеонтології, а в цій книзі наведено лише деякі відомості.

Геологічні дані свідчать про дуже глибокі зміни клімату: протягом сотень мільйонів років докорінно змінювалися положення суші і моря, орографії, розподіл океанічних течій, вулканічна діяльність, склад атмосфери, міг змінитися і вплив Космосу.

При вивченні органічних і неорганічних викопних ознак кліматів виходять з принципу актуалізму, тобто з положення, що в минулому існували такі самі зв'язки флори, фауни, вивітрювання, ґрунтоутворення з кліматом, які існують тепер. Наприклад, коралові рифи утворюються в мілководних тропічних морях. Місцезнаходження потужних товщ морських вапняків і коралових рифів в шарах кембрію Центральної Європи, наприклад, свідчить про більш теплий клімат, який існував у даних широтах. В горизонтах бурого вугілля в Європі трапляються рештки таких теплолюбних рослин, як пальми. Родовища кам'яного вугілля є і в Антарктиді. Ознаками теплого клімату є також величезні розміри викопних видів плазунів. Про холодний клімат свідчить незначне хімічне вивітрювання з великою кількістю уламкового матеріалу в відкладах. Моренні відклади, викопні льоди, а також відповідні флора і фауна є показниками ландшафтів, пов'язаних із зледенінням .З сухими арідними періодами зв'язані відклади солей, особливо коли клімат жаркий. Родовища викопних солей на Землі змінюють положення протягом геологічних періодів. Явища пустельного вивітрювання, переносу пісків, дюноутворення можна простежити в геологічних шарах. Сухі періоди визначаються також за рештками ксероморфної рослинності й степових тварин. Для вологого клімату характерні такі ознаки, як інтенсивне хімічне вивітрювання та його продукти /каолін, залізні, марганцеві та бокситові руди/, а також формування торфу, кам'яного вугілля, рештки буйної деревної рослинності.

Існують спроби реконструкції кліматів геологічного минулого. Найбільш розроблені уявлення про зміну кліматів четвертинного періоду /плейстоцену/, а про більш давні геологічні епохи наявні відомості більш загального характеру. Протягом останнього мільярда років клімат Землі в помірних і високих широтах був в основному теплішим, льоди протягом переважаючої частини даного періоду були відсутні, кліматична зональність не була виражена так чітко, як нині, тропічна флора була поширена до високих широт. На фоні цього теплого клімату неодноразово відбувалися порівняно короткочасні похолодання протягом кількох сот тисяч або мільйонів років. В ці періоди кліматична зональність ускладнювалась, посилювалися контрасти між високими полярними і тропічними широтами. Останнім таким холодним періодом був четвертинний, під час якого льодовикові епохи змінювалися міжльодовиковими. Від початку першого четвертинного зледеніння минуло 600 - 700 тисяч років, а останнє закінчилось 10 - 12 тисяч років тому. Ми живемо у міжльодовиковий період, хоча великі площі Землі в полярних широтах перебувають під льодовиковим покривом.

Існують гіпотези, які пояснюють зміни клімату впливом космічних, астрономічних та геологічних факторів. Серед космічних факторів називають коливання сонячної сталої внаслідок безпосередніх змін інтенсивності та спектрального складу сонячного випромінювання залежно від еволюції Сонця, а також в зв'язку з тим, що Сонячна система на своєму шляху у космічному просторі зустрічала більш або менш прозорі ділянки для проходження сонячної радіації.

Гіпотези, які зважають на дію астрономічних факторів, пояснюють коливання клімату змінами деяких астрономічних положень Землі. Наприклад, нахил площини земного екватора до площини земної орбіти змінюється від 22 до 24,5° з періодичністю близько 40000 років. Земна орбіта має форму еліпса, в одному з фокусів якого міститься Сонце. Співвідношення фокусної відстані та великої осі, тобто, ексцентриситет земної орбіти змінюється від 0,017 до 0,068 з періодом приблизно в 92000 років. При зменшенні ексцентриситету орбіта стає близькою до кола, і відстань до Сонця взимку і влітку змінюється. Третій астрономічний фактор - це зміни положення точки весняного рівнодення на орбіті, яка обходить орбіту приблизно за 21000 років, що спричиняє коливання сонячної радіації за окремі сезони року. Циклічність названих факторів приводить до протилежної дії кожного з них або до збігання і взаємопідсилення одного фактора іншими.

Більшість гіпотез основною причиною змін клімату вважають зміни характеру підстеляючої поверхні - розподіл суші і моря, зміни абсолютної висоти над рівнем моря, берегової лінії. рельєфу, рослинного покриву. Одна з гіпотез пояснює причину коливань клімату переміщенням полюсів Землі, інші гіпотези - рухом літосферних плит і материків, внаслідок цього змінювалося положення географічних широт, материки перебували то біля полюса, то в теплих шпротах біля екватора. Ця гіпотеза дозволяє пояснити такі явища, як наявність решток тропічних рослин в полярних і субполярних широтах та наслідків полярного клімату в тропіках. Стає зрозумілим, що кам'яне вугілля з рештками рослин вологого тропічного клімату на архіпелазі Шпіцберген не могло утворитися за умов полярної ночі, а тоді, коли цей архіпелаг був у відповідних широтах, значно віддалених від полюса.

Існують гіпотези, які пояснюють коливання клімату змінами газового складу атмосфери, особливо кількості вуглекислого газу, який пропускає короткохвильову сонячну радіацію до земної поверхні, а затримує і поглинає довгохвильове теплове випромінювання Землі, що сприяє підвищенню температури земної поверхні. Деякі гіпотези вважають, що імовірними факторами змін клімату були періоди підсилення вулканічної діяльності, внаслідок чого зменшувалася прозорість атмосфери, але водночас зменшувалось і ефективне випромінювання.

У післяльодовиковий час за останніх 11000 років теж відбувалися зміни клімату. Спочатку кліматичні умови поліпшились, що сприяло поширенню лісів, потім настав кліматичний оптимум, коли широколистяні ліси досягли максимальної площі в межах лісової та лісостепової зон. У лісах Східно-Європейської рівнини в цей час панували дуб, ліщина і в'яз. Середні річні температури повітря під час кліматичного оптимуму були майже на 3 °С вищими за сучасні. Після цього знову почалося похолодання з коливаннями зволоження і збільшенням ступеня континентальності клімату.

В історичний період до природних свідоцтв про зміни клімату /наступання і відступання льодовиків, розростання торфяників, зміни стану озер і річок, нагромадження стрічкових глин з озерах, зміна товщини кілець деревини/ приєднуються археологічні дані про умови життя і діяльність людини. Крім того. фольклорні та літературні пам'ятки, особливо літописи, містять описи різних явищ погоди і клімату, стану рік, інших природних процесів. За останні 100 - 200 років проведені інструментальні метеорологічні спостереження. Встановлено, що протягом 5000 років до н.е. сухий і теплий клімат кілька разів змінювався на вологий і прохолодний з періодичністю 800 - 900 років /повний цикл близько 1700 років/. Ці зміни пов'язують з циклічними змінами припливотворної сили Місяця і Сонця.

Визначено, що в ХІ - ХШ ст. клімат Європи був більш м'яким і сухим. ніж сучасний, льодовики мали найменше поширення, в Гренландії було розвинуто скотарство. В ХУ - ХУІ ст. почалося похолодання. В ХУП - ХІХ ст. клімат був холодним і вологим, льодовики наступали. У 50-х або 70-х роках XIX ст. почалося сучасне потепління клімату, про що свідчать інструментальні спостереження па більшій частині земної поверхні. Свого максимуму потепління досягло в 1930 - 1939 pp. Середньорічні температури в Східній Європі підвищилися за період 1881 - 1995 pp. на кілька десятих долей градуса, а в Петербурзі на 1,1 С, зменшилася також континентальність. В Західній Європі середня температура зими збільшилась на 2,6 °С з кінця XIX ст. до 1920 p. В Арктиці зазначено зростання середньорічної температури за цей самий період на 2 °С. а в Гренландії більш як на 3 °С. Сучасне потепління супроводжували істотні зміни природи, особливо площі зледеніння, з'явилися теплолюбні риби в Баренцовому та Карському морях. Водночас з потеплінням у високих широтах на півдні почалося падіння рівня Каспійського моря, рівень якого з 1930 по 1976 p. упав на 2 м, внаслідок зменшення кількості опадів у басейні Волги.

Причини названих коливань клімату криються в змінах системи загальної циркуляції атмосфери. Виявлено тісні зв'язки між коливаннями загальної циркуляції й клімату протягом кількох десятків років. Яка ж причина коливань загальної циркуляції? Причину шукають переважно в змінах сонячної активності. В змінах клімату чітко проявляються 11- і 80- річні цикли, які відповідають основним ритмам коливань сонячної активності. Можливо, до тих циклів приєднуються й періодичні зміни швидкості обертання Землі, які впливають на силу Коріоліса. Зв'язки клімату та загальної циркуляції з сонячною активністю встановлені тільки статистично, а механізм впливу ще не вивчений, хоча відомо, що сонячна. активність безпосередньо впливає на фізичний стан іоносфери.

Великий вплив на місцевий клімат і мікроклімат чинить господарська діяльність людини, яка розглядається зараз як антропогенний фактор клімату. Дія цього фактора відбивається в додатковому надходженні теплоти в атмосферу, вуглекислого газу та аерозолів при спалюванні великої кількості палива, а також у змінах характеру земної поверхні та її відбиваючої і поглинаючої властивості. Продукти викиду літаків впливають на озоновий шар. підсилюючи тим самим ультрафіолетову радіацію. Випробування ядерної зброї також негативно впливає на погоду і клімат. Всі антропогенні причини спричинюють територіально обмежені, але помітні зміни місцевого клімату. Наприклад, клімат міст, особливо великих, значно відрізняється від клімату навколишніх районів.

Для прогнозування змін клімату на майбутнє необхідна єдина фізична теорія клімату. Для розв'язання проблеми прогнозу клімату потрібні об'єднані зусилля різних спеціалістів - метеорологів, кліматологів, океанологів, гідрологів, геофізиків, астрономів, математиків, фізиків, біологів, палеогеографів, економістів. Для вирішення даних проблем проводяться Всесвітні конгреси. Такий конгрес відбувся в кінці серпня 2003 року в Москві.