Климат — это долгосрочный режим погоды в регионе, обычно усредненный за 30 лет. [1] [2] Более строго , это среднее значение и изменчивость метеорологических переменных за период от месяцев до миллионов лет. Некоторые из метеорологических переменных, которые обычно измеряются, — это температура , влажность , атмосферное давление , ветер и осадки . В более широком смысле климат — это состояние компонентов климатической системы , включая атмосферу , гидросферу , криосферу , литосферу и биосферу , а также взаимодействия между ними. [1] На климат местности влияют ее широта , долгота , рельеф , высота , землепользование , а также близлежащие водоемы и их течения. [3]
Климат можно классифицировать по средним и типичным переменным, чаще всего по температуре и осадкам . Наиболее широко используемой схемой классификации была климатическая классификация Кеппена . Система Торнтвейта [ 4] , используемая с 1948 года, включает суммарное испарение , а также информацию о температуре и осадках и используется при изучении биологического разнообразия и того, как на него влияет изменение климата . Основными классификациями климата Торнтвейта являются микротермальный, мезотермический и мегатермальный климат. [5] Наконец, системы Бержерона и пространственной синоптической классификации фокусируются на происхождении воздушных масс, которые определяют климат региона.
Палеоклиматология – это изучение древнего климата. Палеоклиматологи стремятся объяснить изменения климата во всех частях Земли в течение любого геологического периода, начиная со времени формирования Земли. [6] Поскольку до XIX века было доступно очень мало прямых наблюдений за климатом, палеоклимат выводится на основе косвенных переменных . Они включают в себя небиотические доказательства, такие как отложения, обнаруженные на дне озер и ледяных кернах , и биотические доказательства, такие как годичные кольца и кораллы. Климатические модели — это математические модели климата прошлого, настоящего и будущего. Изменение климата может происходить в течение длительного или короткого периода времени под воздействием различных факторов. Недавнее потепление обсуждается с точки зрения глобального потепления , которое приводит к перераспределению биоты . Например, как написал ученый-климатолог Лесли Энн Хьюз : «Изменение среднегодовой температуры на 3 °C [5 °F] соответствует сдвигу изотерм примерно на 300–400 км [190–250 миль] по широте (в умеренная зона) или 500 м [1600 футов] над уровнем моря. Таким образом, ожидается, что виды будут перемещаться вверх по высоте или к полюсам по широте в ответ на сдвиг климатических зон». [7] [8]
Климат (от древнегреческого κλίμα «наклон») обычно определяется как погода, усредненная за длительный период. [9] Стандартный период усреднения составляет 30 лет, [10] но в зависимости от цели могут использоваться и другие периоды. Климат также включает в себя статистические данные, отличные от среднего значения, такие как величина ежедневных или годовых изменений. Определение глоссария Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) 2001 г. следующее:
Климат в узком смысле обычно определяется как «средняя погода» или, более строго, как статистическое описание с точки зрения среднего значения и изменчивости соответствующих величин за период от месяцев до тысяч или миллионов лет. Классический период составляет 30 лет по определению Всемирной метеорологической организации (ВМО). Эти величины чаще всего представляют собой приземные переменные, такие как температура, осадки и ветер. Климат в более широком смысле – это состояние климатической системы, включая статистическое описание. [11]
Всемирная метеорологическая организация (ВМО) описывает « климатические нормы » как «точки отсчета, используемые климатологами для сравнения текущих климатологических тенденций с тенденциями прошлого или с тем, что считается типичным. Климатическая норма определяется как среднее арифметическое климатического элемента (например, 30-летний период используется, поскольку он достаточно длинный, чтобы отфильтровать любые межгодовые колебания или аномалии, такие как Эль-Ниньо – Южное колебание , но также и достаточно короткий, чтобы иметь возможность показать более длительные климатические тенденции. " [12]
ВМО возникла на базе Международной метеорологической организации , которая создала техническую комиссию по климатологии в 1929 году. На своем заседании в Висбадене в 1934 году техническая комиссия определила тридцатилетний период с 1901 по 1930 год в качестве эталонного периода времени для климатологических стандартных норм. В 1982 году ВМО согласилась обновить климатические нормы, и впоследствии они были завершены на основе климатических данных с 1 января 1961 года по 31 декабря 1990 года. [13] Климатические нормы 1961–1990 годов служат базовым базовым периодом. Следующий набор климатических норм, который будет опубликован ВМО, будет с 1991 по 2010 годы. [14] Помимо сбора наиболее распространенных атмосферных переменных (температура воздуха, давление, осадки и ветер), другие переменные, такие как влажность, видимость, количество облаков солнечная радиация, температура почвы, скорость испарения с поверхности воды, дни с грозой и дни с градом также собираются для измерения изменений климатических условий. [15]
Разницу между климатом и погодой удачно резюмирует популярная фраза: «Климат — это то, что вы ожидаете, погода — это то, что вы получаете». [16] На протяжении исторических периодов времени существует ряд почти постоянных переменных, определяющих климат, включая широту , высоту, соотношение суши и воды, а также близость к океанам и горам. Все эти переменные изменяются только в течение миллионов лет из-за таких процессов, как тектоника плит . Другие детерминанты климата более динамичны: термохалинная циркуляция океана приводит к потеплению северной части Атлантического океана на 5 ° C (41 ° F) по сравнению с другими океанскими бассейнами. [17] Другие океанские течения перераспределяют тепло между сушей и водой в более региональном масштабе. Плотность и тип растительного покрова влияют на поглощение солнечного тепла, [18] удержание воды и количество осадков на региональном уровне. Изменения в количестве парниковых газов в атмосфере (особенно углекислого газа и метана) определяют количество солнечной энергии, сохраняемой планетой, что приводит к глобальному потеплению или глобальному похолоданию . Переменные, определяющие климат, многочисленны, а взаимодействия сложны, но существует общее мнение. что общие контуры понятны, по крайней мере, в той мере, в какой это касается факторов, определяющих исторические изменения климата. [19] [20]
.png/1280px-K%C3%B6ppen-Geiger_climate_classification_(1980-2016).png)
Климатические классификации — это системы, которые классифицируют климат мира. Классификация климата может тесно коррелировать с классификацией биомов , поскольку климат оказывает большое влияние на жизнь в регионе. Одной из наиболее часто используемых является схема классификации климата Кеппена, впервые разработанная в 1899 году. [21]
Есть несколько способов классифицировать климаты по схожим режимам. Первоначально климат был определен в Древней Греции для описания погоды в зависимости от широты места. Современные методы классификации климата можно в общих чертах разделить на генетические методы, которые фокусируются на причинах климата, и эмпирические методы, которые фокусируются на последствиях климата. Примеры генетической классификации включают методы, основанные на относительной частоте различных типов воздушных масс или мест в пределах синоптических погодных возмущений. Примеры эмпирических классификаций включают климатические зоны , определяемые устойчивостью растений , [22] суммарным испарением, [23] или, в более общем плане, климатическую классификацию Кеппена , которая изначально была разработана для определения климата, связанного с определенными биомами . Общим недостатком этих схем классификации является то, что они создают четкие границы между определяемыми ими зонами, а не постепенный переход свойств климата, более распространенных в природе.
Палеоклиматология – это изучение климата прошлого на протяжении большого периода истории Земли . Он использует данные в разных временных масштабах (от десятилетий до тысячелетий) из ледниковых щитов, годичных колец, отложений, пыльцы, кораллов и камней, чтобы определить прошлое состояние климата. Он демонстрирует периоды стабильности и периоды изменений и может указать, следуют ли изменения закономерностям, таким как регулярные циклы. [24]
Подробности современных климатических данных известны благодаря измерениям с помощью таких погодных инструментов, как термометры , барометры и анемометры , в течение последних нескольких столетий. Инструменты, используемые для изучения погоды в современном временном масштабе, частота их наблюдений, их известная ошибка, их непосредственная среда и их воздействие с годами изменились, что необходимо учитывать при изучении климата прошлых столетий. [25] Долгосрочные современные климатические данные ориентированы на населенные пункты и богатые страны. [26] С 1960-х годов запуск спутников позволил собирать данные в глобальном масштабе, в том числе в районах практически без человеческого присутствия, таких как Арктический регион и океаны.
Изменчивость климата — это термин, описывающий изменения среднего состояния и других характеристик климата (таких как вероятность или возможность экстремальных погодных явлений и т. д.) «во всех пространственных и временных масштабах, помимо индивидуальных погодных явлений». [27] Некоторая изменчивость, по-видимому, не является систематической и возникает в случайное время. Такая изменчивость называется случайной изменчивостью или шумом . С другой стороны, периодическая изменчивость происходит относительно регулярно и в различных режимах изменчивости или климатических моделях. [28]
Существуют тесные корреляции между колебаниями климата Земли и астрономическими факторами ( изменения барицентра , вариации солнечной активности , поток космических лучей , обратная связь альбедо облаков , циклы Миланковича ) и режимами распределения тепла между климатической системой океан-атмосфера. В некоторых случаях текущие, исторические и палеоклиматологические природные колебания могут быть замаскированы значительными извержениями вулканов , ударными явлениями , неточностями в косвенных климатических данных, процессами положительной обратной связи или антропогенными выбросами таких веществ, как парниковые газы . [29]
С годами определения изменчивости климата и связанного с ним термина «изменение климата» изменились. Хотя термин «изменение климата» сейчас подразумевает изменения, которые являются одновременно долгосрочными и вызванными деятельностью человека, в 1960-х годах слово «изменение климата» использовалось для обозначения того, что мы сейчас называем изменчивостью климата, то есть климатическими несоответствиями и аномалиями. [28]
Изменение климата — это изменение глобального или регионального климата с течением времени. [34] Он отражает изменения в изменчивости или среднем состоянии атмосферы во временных масштабах от десятилетий до миллионов лет. Эти изменения могут быть вызваны внутренними процессами Земли , внешними силами (например, изменениями интенсивности солнечного света) или, в последнее время, деятельностью человека. [35] [36] Ученые определили энергетический дисбаланс Земли (EEI) как фундаментальный показатель состояния глобальных изменений. [37]
В последнее время, особенно в контексте экологической политики , термин «изменение климата» часто относится только к изменениям современного климата, включая повышение средней приземной температуры , известное как глобальное потепление . В некоторых случаях этот термин также используется с презумпцией антропогенной причинности, как, например, в Рамочной конвенции Организации Объединенных Наций об изменении климата (РКИК ООН). РКИК ООН использует термин «изменчивость климата» для обозначения изменений, не вызванных деятельностью человека. [38]
В прошлом Земля претерпевала периодические климатические изменения, включая четыре крупных ледниковых периода . Они состоят из ледниковых периодов, когда условия холоднее обычных, разделенных межледниковыми периодами. Накопление снега и льда во время ледникового периода увеличивает альбедо поверхности , отражая больше солнечной энергии в космос и поддерживая более низкую температуру атмосферы. Увеличение выбросов парниковых газов , например, в результате вулканической активности , может повысить глобальную температуру и вызвать межледниковый период. Предполагаемые причины ледниковых периодов включают положение континентов , изменения орбиты Земли, изменения солнечной активности и вулканизм. [39] Однако эти естественные изменения климата происходят в гораздо более медленном временном масштабе, чем нынешняя скорость изменений, вызванная выбросами парниковых газов в результате деятельности человека. [40]
Климатические модели используют количественные методы для моделирования взаимодействия и передачи лучистой энергии между атмосферой , [41] океанами , поверхностью суши и льдом посредством ряда физических уравнений. Они используются для различных целей; от изучения динамики погоды и климатической системы до прогнозов будущего климата. Все климатические модели уравновешивают или почти уравновешивают поступающую на Землю энергию в виде коротковолнового (в том числе видимого) электромагнитного излучения с исходящей энергией в виде длинноволнового (инфракрасного) электромагнитного излучения Земли. Любой дисбаланс приводит к изменению средней температуры Земли.
Климатические модели доступны с разным разрешением от > 100 км до 1 км. Высокие разрешения моделей глобального климата требуют значительных вычислительных ресурсов, поэтому существует лишь несколько глобальных наборов данных. Глобальные климатические модели можно динамически или статистически масштабировать до региональных климатических моделей для анализа последствий изменения климата в местном масштабе. Примерами являются ICON [42] или механически уменьшенные данные, такие как CHELSA (Климатология с высоким разрешением для участков земной поверхности). [43] [44]
Наиболее обсуждаемым применением этих моделей в последние годы было их использование для вывода о последствиях увеличения выбросов парниковых газов в атмосферу, в первую очередь углекислого газа (см. Парниковый газ ). Эти модели предсказывают тенденцию к повышению глобальной средней приземной температуры , при этом наиболее быстрое повышение температуры прогнозируется в более высоких широтах Северного полушария.
Модели могут варьироваться от относительно простых до весьма сложных. Простые модели лучистой теплопередачи рассматривают Землю как одну точку и среднюю исходящую энергию. Его можно расширить по вертикали (как в радиационно-конвективных моделях) или по горизонтали. Наконец, более сложные (связанные) модели глобального климата атмосфера-океан- морской лед дискретизируют и решают полные уравнения переноса массы и энергии и радиационного обмена. [45]
{{cite book}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
