Климат

Описания климата различных местностей включались в географическое описание со времен Древней Греции. Бесценным источником являются летописи, в которых хронисты, как правило, отмечали природные явления. Современная система метеорологических наблюдений начала складываться с 18 в., а повсеместно распространилась лишь к началу 20 в. Поэтому пока для научно обоснованных выводов наблюдений накоплено зачастую недостаточно. Для выявления особенностей климата, как типичных, так и редко наблюдаемых, необходимы многолетние ряды метеорологических наблюдений. В умеренных широтах используются 25-50-летние ряды; в тропиках их длительность может быть меньше; иногда (например, для Антарктиды, высоких слоев атмосферы) приходится ограничиваться менее продолжительными наблюдениями, учитывая, что последующий опыт может внести уточнения в предварительные представления. При изучении климата океанов, помимо наблюдений на островах, используют сведения, полученные в разное время на судах в том или ином участке акватории, и регулярные наблюдения на кораблях погоды. Повсеместно используются данные спутникового наблюдения.

Представления о климате прошлого получают из данных археологических и геологических исследований. Достоверные результаты дает метод дендрохронологии. Ценнейшие результаты получены при исследовании кернов антарктических льдов, полученных российскими учеными при глубоком бурении в 1990-2000-х гг.

Характер климата оказывает огромное влияние на расселение человека и его деятельность, особенно на сельское хозяйство.

Климатические характеристики представляют собой статистические выводы из многолетних рядов наблюдений, прежде всего над следующими основными метеорологическими элементами: атмосферным давлением, скоростью и направлением ветра, температурой и влажностью воздуха, облачностью и атмосферными осадками. Учитывают также продолжительность солнечной радиации, дальность видимости, температуру верхних слоев почвы и водоемов, испарение воды с земной поверхности в атмосферу, высоту и состояние снежного покрова, различные атмосферные явления и наземные гидрометеоры (росу, гололед, туманы, грозы, метели и пр.). В 20 в. в число климатических показателей вошли характеристики элементов теплового баланса земной поверхности, таких, как суммарная солнечная радиация, радиационный баланс, величины теплообмена между земной поверхностью и атмосферой, затраты тепла на испарение. В последние годы добавляются такие параметры как контроль за содержанием CO, концентрацией загрязнений, толщина озонового слоя.

Многолетние средние значения метеорологических элементов (годовые, сезонные, месячные, суточные и т.д.), их суммы, повторяемости и прочие носят название климатических норм; соответствующие величины для отдельных дней, месяцев, лет и прочее рассматриваются как отклонение от этих норм.

Широко употребляется понятия микроклимата и макроклимата.

На сегодняшний день в понимании процессов формирования климата полной ясности нет, явно недостаточно данных для наблюдений. Предполагают, что климатические условия на Земле создаются в результате следующих основных взаимосвязанных, циклов геофизических процессов глобального масштаба: теплооборота, влагооборота и общей циркуляции атмосферы. Кроме того, влияние на климат Земли оказывают космические процессы. С переносом воздушных масс общей циркуляцией связан глобальный перенос теплоты и влаги, Местные атмосферные циркуляции (бризы, горно-долинные ветры и пр.) создают перенос воздуха лишь над ограниченными районами земной поверхности, налагающийся на общую циркуляцию и влияющий на климатические условия в этих районах.

На климат воздействуют географические факторы:

1) Географическая широта, определяющая зональность и сезонность в распределении приходящей к Земле солнечной радиации, а с нею и температуры воздуха, атмосферного давления и пр.; широта влияет на условия ветра и непосредственно, поскольку от нее зависит отклоняющая сила вращения Земли.

2) Высота над уровнем моря. Сравнительно малые различия в высоте, измеряемые сотнями и тысячами м, эквивалентны в своем влиянии на климат широтным расстояниям в тысячи км. В связи с этим в горах прослеживаются высотные климатические пояса.

3) Распределение суши и моря. Вследствие различных условий распространения тепла в верхних слоях почвы и воды и благодаря разной их поглощательной способности создаются различия между климатом материков и океанов. Общая циркуляция атмосферы приводит затем к тому, что условия морского климата распространяются с воздушными течениями в глубь материков, а условия континентального — на соседние части океанов.

4) Орография. Горные хребты и массивы с различной экспозицией склонов создают крупные возмущения в распределении воздушных течений, температуры воздуха, облачности, осадков и пр.

5) Океанические течения. Теплые течения, попадая в высокие широты, отдают теплоту в атмосферу; холодные течения, продвигаясь к низким широтам, охлаждают атмосферу. Течения влияют и на влагооборот, содействуя или препятствуя образованию облаков и туманов, и на атмосферную циркуляцию, поскольку последняя зависит от температурных условий.

6) Характер почвы, в особенности ее отражательная способность (альбедо) и влажность.

7) Характер растительного покрова.

8) Снежный и ледовый покров.

9) Состав воздуха. Из-за повышенного содержания углекислоты в промышленных центрах климат здесь, как отмечено в последние десятилетия, отличается от неиндустриальных окрестностей на несколько градусов в сторону потепления. Из природных изменений состава воздуха существенное влияние оказывают выбросы вулканического пепла при извержениях, задымленность при лесных пожарах.

Весьма дискуссионным является вопрос о влиянии деятельности человека на климат в глобальных масштабах и связь этого влияния с индустриализацией. Активное физико-химическое воздействие человека на процессы образования облаков и выпадения осадков уже является реальностью, но климатического значения оно по своей пространственной ограниченности не имеет. Пока нельзя говорить о «глобальном потеплении», хотя оно является одной из наиболее обсуждающихся тем. Отмечаемые явления конца 1990-х гг., в частности, таяние гренландских ледников, наблюдались и ранее, как свидетельствуют данные геологических исследований. Проблема неоднократно обсуждалась на международном уровне, принята рамочная Конвенция ООН об изменении климата и Киотское соглашение.

Исследования осадочных отложений, ископаемых остатков флоры и фауны, радиоактивности горных пород и др. показывают, что климат Земли в различные эпохи существенно менялся. В течение последних сотен миллионов лет (до антропогена) Земля, по-видимому, была более теплой, чем в настоящее время: температура в тропиках была близка к современной, а в умеренных и высоких широтах гораздо выше современной. В начале палеогена (около 70 млн. лет назад) температурные контрасты между экваториальными и приполярными областями начали возрастать, однако до начала антропогена они были меньше ныне существующих. В антропогене температура в высоких широтах резко снизилась и возникли полярные оледенения. Последнее сокращение ледников в Северном полушарии закончилось, по-видимому, около 10 тыс. лет назад, после чего постоянный ледовый покров остался главным образом в Северном Ледовитом океане, в Гренландии и на др. арктических островах, а в Южном полушарии — в Антарктиде.

Для климата Европы нескольких последних тысячелетий (по другим континентам нет достаточного количества данных, но можно предположить, что тенденции совпадают с европейскими) характерны ритмичные колебания в сравнительно узких пределах. Сухие и теплые периоды несколько раз сменялись более влажными и прохладными. Примерно за 500 лет до н. э. осадки заметно увеличились, и климат стал более прохладным. В начале н. э. он был сходен с современным. В 12-13 вв. климат был более мягким и сухим, чем в начале н. э., но в 15-16 вв. опять произошло значительное похолодание и увеличилась ледовитость морей (вероятно, с этим связан упадок гренландской колонии викингов и природные катаклизмы царствования Бориса Годунова, приведшие к длительному голоду). С 17 до середины 19 вв. климат оставался холодным и влажным, ледники наступали. Со 2-й половины 19 в. началось новое потепление, особенно сильное в Арктике, но охватившее почти весь земной шар. Колебания климата происходят и с меньшими амплитудами — например, 1950-е гг. были теплее, чем предыдущее десятилетие.

Климат местности находится в тесной зависимости от географической широты. В связи с этим еще в древности сложилось представление о климатических (тепловых) поясах, границы которых совпадают с тропиками и полярными кругами. В тропическом поясе (между северным и южным тропиками) Солнце находится в зените дважды в год; продолжительность дневного времени суток на экваторе в течение всего года равна 12 ч, а внутри тропиков колеблется от 11 до 13 ч. В умеренных поясах (между тропиками и полярными кругами) Солнце восходит и заходит каждый день, но не бывает в зените. Его полуденная высота летом значительно больше, чем зимой, так же, как и продолжительность дневного времени суток, причем эти сезонные различия растут с приближением к полюсам. За полярными кругами Солнце летом не заходит, а зимой не восходит в течение тем большего времени, чем больше широта места. На полюсах год делится на шестимесячные день и ночь.

Приток солнечной радиации связан только с широтой и с временем года. В пределах атмосферы солнечная радиация испытывает незональные влияния, обусловленные различным содержанием водяного пара и пыли, разной облачностью и другими особенностями газового и коллоидного состояния атмосферы. Отражением этих влияний является сложное распределение величин радиации, поступающей на поверхность Земли. Незональный характер имеют и многочисленные географические факторы климата (распределение суши и моря, особенности орографии, морские течения и прочее). Поэтому в сложном распределении климатических характеристик у земной поверхности зональность является лишь фоном, проступающим более или менее отчетливо через незональные влияния.

На основе климатического районирования Земли проведено разделение территорий на пояса, зоны и области с более или менее однородными условиями климата. Границы климатических поясов и зон не только не совпадают с широтными кругами, но и не всегда огибают земной шар (зоны в таких случаях разорваны на не смыкающиеся между собой области).

Глубокое влияние распределения суши и моря на климат видно уже из сравнения условий Северного и Южного полушарий. Суша в основном сосредоточена в Северном полушарии, поэтому климат здесь более континентальный, чем в Южном. Средние приземные температуры воздуха в Северном полушарии в январе 8 °С, в июле 22 °С; в Южном соответственно 17 °С и 10 °С. Для всего земного шара средняя температура 14 °С (12 °С в январе, 16 °С в июле). Наиболее теплая параллель Земли — термический экватор с температурой 27 °С — совпадает с географическим экватором только в январе. В июле он смещается до 20° северной широты, а его среднее годовое положение — около 10° северной широты. От термического экватора к полюсам температура падает в среднем на 0, 5-0, 6 °С на каждый градус широты (очень медленно в тропиках, быстрее во внетропических широтах). При этом внутри материков температура воздуха летом выше и зимой ниже, чем над океанами, особенно в умеренных широтах. Это не относится к климату над ледяными плато Гренландии и Антарктиды, где воздух круглый год значительно холоднее, чем над примыкающими к ним океанами.

Средние годовые суммы осадков наиболее велики в приэкваториальных широтах (1500-1800 мм), к субтропикам они снижаются до 800 мм, в умеренных широтах вновь увеличиваются до 900-1200 мм и резко уменьшаются в полярных областях (до 100 мм и менее).

Экваториальный климат охватывает полосу пониженного атмосферного давления (так называемую экваториальную депрессию), распространяющуюся на 5-10° к северу и к югу от экватора. Отличается очень равномерным температурным режимом с высокими температурами воздуха в течение всего года (обычно колеблются между 24 °С и 28 °С, причем амплитуды температуры на суше не превышают 5 °С, а на море могут быть менее 1 °С). Влажность воздуха постоянно высокая, годовая сумма осадков колеблется от 1 до 3 тыс. мм в год, но местами достигает на суше 6-10 тыс. мм.

По обе стороны от экваториальной депрессии, в областях высокого атмосферного давления, в тропиках над океанами преобладает пассатный климат с устойчивым режимом восточных ветров (пассатов), умеренной облачностью и достаточно сухой погодой. Средние температуры летних месяцев 20-27 °С, в зимние месяцы температура снижается до 10-15 °С. Годовая сумма осадков около 500 мм, их количество резко увеличивается на склонах гористых островов, обращенных к пассату, и при сравнительно редких прохождениях тропических циклонов.

Областям океанических пассатов соответствуют на суше территории с климатом тропических пустынь, отличающиеся исключительно жарким летом (средняя температура самого теплого месяца в Северном полушарии около 40 °С, в Австралии до 34 °С). Абсолютные максимумы температуры в Северной Африке и внутренних районах Калифорнии 57-58 °С, в Австралии — до 55 °С (наивысшие температуры воздуха на Земле). Средние температуры зимних месяцев от 10 до 15 °С. Суточные амплитуды температур велики (местами свыше 40 °С). Осадков немного (обычно меньше 250 мм, часто меньше 100 мм в год).

В некоторых районах тропиков (Экваториальная Африка, Южная и Юго-Восточная Азия, Северная Австралия) климат пассатов замещается климатом тропических муссонов. Внутритропическая зона конвергенции смещается здесь летом далеко от экватора и вместо восточного пассатного переноса между нею и экватором возникает западный перенос воздуха (летний муссон), с которым связана большая часть осадков. В среднем их выпадает почти столько же, сколько и в экваториальном климате (в Калькутте, например, 1630 мм в год, из которых 1180 мм выпадает за 4 месяца летнего муссона). На склонах гор, обращенных к летнему муссону, выпадают рекордные для соответствующих районов осадки, а на Северо-Востоке Индии (Черапунджи) максимальное их количество на земном шаре (в среднем около 12 тыс. мм в год). Лето жаркое (средние температуры воздуха выше 30 °С), причем наиболее теплый месяц обычно предшествует наступлению летнего муссона. В зоне тропических муссонов, в Восточной Африке и Юго-Западной Азии наблюдаются и самые высокие средние годовые температуры на земном шаре (30-32 °С). Зима в некоторых районах прохладная. Средняя температура января в Мадрасе 25 °С, в Варанаси 16 °С, а в Шанхае — всего 3 °С.

В западных частях материков в субтропических широтах (25-40° северной широты и южной широты) климат характеризуется высоким атмосферным давлением летом (субтропические антициклоны) и циклонической деятельностью зимой, когда антициклоны несколько смещаются к экватору. В этих условиях формируется средиземноморский климат, наблюдающийся, кроме Средиземноморья, в западной Калифорнии, на юге Африки, юго-западе Австралии. При жарком, малооблачном и сухом лете здесь прохладная и дождливая зима. Количество осадков обычно невелико и некоторые районы с этим климатом полузасушливы. Температуры летом 20-25 °С, зимой 5-10 °С, годовые суммы осадков обычно 400-600 мм.

Внутри материков в субтропических широтах зимой и летом преобладает повышенное атмосферное давление. Поэтому здесь формируется климат сухих субтропиков, жаркий и малооблачный летом, прохладный — зимой. Летние температуры, например, в Туркмении доходят в отдельные дни до 50 °С, а зимой возможны морозы до -10, -20 °С. Годовая сумма осадков составляет местами всего 120 мм.

На высоких нагорьях Азии (Памир, Тибет) формируется климат холодных пустынь с прохладным летом, очень холодной зимой и скудными осадками. В Мургабе на Памире, например, в июле 14 °С, в январе -18 °С, осадков около 80 мм в год.

В восточных частях материков в субтропических широтах формируется муссонный субтропический климат (Восточный Китай, Юго-Восток США, страны бассейна р. Парана в Южной Америке). Температурные условия здесь близки к районам со средиземноморским климатом, но осадки обильнее и выпадают преимущественно летом, при океаническом муссоне (например, в Пекине из 640 мм осадков в год 260 мм выпадает в июле и только 2 мм в декабре).

Для умеренных широт весьма характерна интенсивная циклоническая деятельность, приводящая к частым и сильным изменениям давления и температуры воздуха. Преобладают западные ветры (особенно над океанами и в Южном полушарии). Переходные сезоны (осень, весна) продолжительны и выражены хорошо.

В западных частях материков (главным образом Евразии и Северной Америки) преобладает морской климат с прохладным летом, теплой (для этих широт) зимой, умеренным количеством осадков (например, в Париже в июле 18 °С, в январе 2 °С, осадков 490 мм в год) без устойчивого снежного покрова. Осадки резко возрастают на наветренных склонах гор. Так, в Бергене (у западных подножий Скандинавских гор) осадков свыше 2500 мм в год, а в Стокгольме (к востоку от Скандинавских гор) — всего 540 мм. Влияние орографии на осадки выражено еще сильнее в Северной Америке с ее меридионально вытянутыми хребтами. На западных склонах Каскадных гор выпадает местами от 3 до 6 тыс. мм, тогда как за хребтами сумма осадков уменьшается до 500 мм и ниже.

Внутриконтинентальный климат умеренных широт в Евразии и Северной Америке характеризуется более или менее устойчивым режимом высокого давления воздуха, особенно в зимнее время, теплым летом и холодной зимой с устойчивым снежным покровом. Годовые амплитуды температуры велики и растут в глубь материков (главным образом за счет нарастания суровости зим). Например, в Москве в июле 17 °С, в январе -10 °С, осадков около 600 мм в год; в Новосибирске в июле 19 °С, в январе -19 °С, осадков 410 мм в год (максимум осадков везде летом). В южной части умеренных широт внутренних районов Евразии засушливость климата увеличивается, формируются степные, полупустынные и пустынные ландшафты, снежный покров неустойчив. Наиболее континентальный климат в северо-восточных районах Евразии. В Якутии район Верхоянска-Оймякона является одним из зимних полюсов холода Северного полушария. Средняя температура января понижается здесь до -50 °С, а абсолютный минимум около -70 °С. В горах и на высоких плоскогорьях внутренних частей материков Северного полушария зимы очень суровы и малоснежны, господствуют антициклоны, лето жаркое, осадки сравнительно невелики и выпадают преимущественно летом (например, в Улан-Баторе в июле 17 °С, в январе -24 °С, осадков 240 мм в год). В Южном полушарии из-за ограниченной площади материков на соответствующих широтах внутриконтинентальный климат не получил развития.

Муссонный климат умеренных широт формируется на восточной окраине Евразии. Он характеризуется малооблачной и холодной зимой при преобладающих северо-западных ветрах, теплым или умеренно теплым летом с юго-восточными и южными ветрами и достаточными или даже обильными летними осадками (например, в Хабаровске в июле 23 °С, в январе -20 °С, осадков 560 мм в год, из них лишь 74 мм выпадает в холодную половину года). В Японии и на Камчатке зима намного мягче, осадков много и зимой, и летом; на Камчатке, Сахалине и острове Хоккайдо образуется высокий снежный покров.

Климат Субарктики формируется на северных окраинах Евразии и Северной Америки. Зимы продолжительны и суровы, средняя температура самого теплого месяца не выше 12 °С, осадков менее 300 мм, а на северо-востоке Сибири даже менее 100 мм в год. При холодном лете и многолетней мерзлоте даже небольшие осадки создают во многих районах избыточное увлажнение и заболачивание почвы. В Южном полушарии подобный климат развит только на субантарктических островах и на Антарктическом полуострове.

Над океанами умеренных и субполярных широт в обоих полушариях преобладает интенсивная циклоническая деятельность с ветреной облачной погодой и обильными осадками.

Климат Арктического бассейна суровый, средние месячные температуры меняются от 0 °С летом до -40 °С зимой, на плато Гренландии от -15 до -50 °С, а абсолютный минимум близок к -70 °С. Средняя годовая температура воздуха ниже -30 °С. Осадков мало (на большей части Гренландии менее 100 мм в год). Приатлантические районы европейской Арктики отличаются сравнительно мягким и влажным климатом, т. к. сюда часто проникают теплые воздушные массы с Атлантического океана (на Шпицбергене в январе -16 °С, в июле 5 °С, осадков около 320 мм в год); даже на Северном полюсе возможны временами резкие потепления. В азиатско-американском секторе Арктики климат более суровый.

Климат Антарктиды наиболее суровый на Земле. На побережьях дуют сильные ветры, связанные с непрерывными прохождениями циклонов над окружающим океаном и со стоком холодного воздуха из центральных районов материка по склонам ледяного щита. Средняя температура в Мирном -2 °С в январе и декабре, -18 °С в августе и сентябре. Осадков от 300 до 700 мм в год. Внутри Восточной Антарктиды на высоком ледяном плато почти постоянно господствует высокое атмосферное давление, ветры слабые, облачность мала. Средняя температура летом около -30 °С, зимой около -70 °С. Абсолютный минимум на станции Восток близок к -90 °С (полюс холода всего земного шара). Осадков менее 100 мм в год. В Западной Антарктиде и у Южного полюса климат несколько мягче.