Климатические условия определение. Климат и погода. Влияние климатических условий на здоровье человека. Метеолабильность

Климатообразующие процессы развертываются в конкретных географических условиях Земного шара. Географическая обста­новка влияет на все три процесса. В низких и высоких широтах, над сушей и над морем, над равниной и горными областями кли­матообразующие процессы протекают по-разному, т. е. имеют свою географическую специфику.

Стало быть, и характеристики климатами их распределение зависят от тех же географических факторов климата. Рассматри­вая в предыдущих главах многолетний режим радиации, темпе­ратуры, влажности, ветра, мы постоянно останавливались на гео­графической обусловленности их суточного и годового хода, не­периодической изменчивости, пространственном распределении. Теперь, в качестве итога, систематически перечислим географи­ческие факторы климата и главные их эффекты. " Основными географическими факторами климата являются:iгеографическая широта; высота над уровнем моря; распределе­ние суши и воды на поверхности Земного шара; орография по­верхности суши; океанические течения; растительный, снежный и ледяной покров. Особое место занимаетдеятельность человеческого общества, в известных пределах также влияющая на климатообразующие процессы, и тем самым на климат, путем из­менения тех или иных географических факторов.

3. Географическая широта

Первым и очень важным фактором климата является геогра­фическая широта. От нее зависитзональность в распределении элементов климата. Солнечная радиация поступает на верхнюю границу атмосферы в строгой зависимости от географической широты, которая определяет полуденную высоту солнца и про­должительность облучения в данное время года. Поглощенная радиация распределяется гораздо сложнее, так как зависит и от облачности, и от альбедо земной поверхности, и от степени про­зрачности воздуха; но определенный зональный фон есть и в ее распределении.

По той же причине зональность лежит и в основе распреде­ления температуры воздуха. Правда, это распределение зависит не только от поглощенной радиации, но и от циркуляционных условий. Но и в общей циркуляции имеется определенная сте­пень зональности (в свою очередь зависящая от зональности в распределении температуры). Упомянем, кстати, что такой чисто кинематический фактор общей циркуляции атмосферы, как параметр Кориолиса, также зависит от географической широты.

Зональность в распределении температуры влечет за собой зональность и других элементов климата; зональность непол­ную, но все же лежащую в основе распределения этих элементов по земной поверхности.

Влияние географической широты на распределение метеоро­логических элементов становится все заметнее с высотой, когда ослабевает влияние других факторов климата, связанных с зем­ной поверхностью. Следовательно, климат высоких слоев воздуха имеет лучше выраженную зональность, чем климат у земной по­верхности.

4. Высота над уровнем моря

Высота над уровнем моря также является географическим фактором климата.

Атмосферное давление с высотой падает, солнечная радиация возрастает, эффективное излучение также, температура, как пра­вило, убывает, амплитуда ее суточного хода также, влажность убывает, а ветер достаточно сложно меняется по скорости и на­правлению.

Такие изменения происходят в свободной атмосфере. Но с большими или меньшими возмущениями (связанными с бли­зостью земной поверхности) они происходят ив горах. В горах намечаются и характерные изменения с высотой облачности и осадков. Осадки, как правило, сначала возрастают с высотой местности, но начиная с некоторого уровня убывают. В резуль­тате в горах создаетсявысотная климатическая зональность, о которой еще будет сказано ниже.

Итак, в одном и том же горном районе климатические усло­вия могут сильно различаться в зависимости от высоты места. При этом изменения с высотой намного сильнее, чем изменения с широтой - в горизонтальном направлении.

Толмачева Н.И.

Для самостоятельного изучения к Разделу 1.

Задание ответить на вопросы (письменно):

Вопрос 1. В чем отличие и схожесть понятий «климатическая система атмосфера-океан» или «атмосфера-океан-суша» и «климат»

Вопрос 2. Что изучает дисциплина «Климатология» и «Взаимодействие атмосферы и океана» (выявить отличия и подобия, проанализировать таблично)

Предмет и задачи климатологии. Климатология - учение о климате – является одной из важнейших частей метеорологии. Климатология изучает атмосферные процессы, формирующиеся под воздействием астрономических

и сложного комплекса физико-географических условий. Эти процессы возникают в основном под действием солнечной радиации, обусловливающей перенос воздуха и его трансформацию в результате обмена теплом и влагой с поверхностью моря и суши. В пределах нескольких часов или суток процессы в атмосфере протекают автономно. В более длительных временных интервалах они существенно зависят от притока тепла, и поэтому в каждой области земного шара характер процессов, частота их возникновения, длительность и порядок смены определяются географической широтой данного места, временем года, условиями рельефа

и таким глобальным фактором, как распределение океанов и суши.

Метеорологические условия изменяются ежегодно, поэтому закономерности географического распределения атмосферных процессов выявляются достаточно четко только при рассмотрении данных за длительный период времени. При этом радиационный режим Земли зависит не только от изменений светимости Солнца и колебания элементов земной орбиты, но и от эволюции состава атмосферы в геологическом прошлом, и от деятельности человека. Чтобы активно воздействовать на климат, человек должен изменить, по крайней мере, одно из слагаемых этого комплекса. В настоящее время антропогенная деятельность уже может являться одной из причин изменения климата. Деятельность человеческого общества (вырубка леса, эрозия почвы в связи с эксплуатацией земли, загрязнение атмосферы вследствие работы промышленности и транспорта) в течение тысячелетий вела к изменениям климата.

Климат данной местности можно определить как характерный для нее многолетний режим погоды, обусловленный солнечной радиацией, ее преобразованиями в деятельном слое земной поверхности и связанной с ними циркуляцией атмосферы и океанов.

В разное время различными учеными климат определялся неодинаково. Древние греки, учитывая шарообразность Земли, объясняли климат наклоном солнечных лучей к земной поверхности, т. е. географической широтой места. Они делили земной шар на ряд поясов по продолжительности дня. В дальнейшем было установлено, что на климат помимо широты влияют и другие важные факторы. По А. Гумбольдту (1831 г.), климат - это все изменения в атмосфере, воздействующие на органы

чувств, «важные не только для лучеиспускания Земли, органического развития растений и созревания плодов, но и для самочувствия и всего душевного настроения человека». Позднее многие ученые - Ю. Ханн, А.И. Воейков, Т.А. Любославский, В. Кеппен - стали определять климат как среднее состояние атмосферы (среднюю погоду).

Климат как атмосферный процесс (круговорот, среднее течение погоды, борьба между воздушными течениями и т. д.) определялся Н.И. Дове, Фицроем, Т. Бержероном, В.Н. Оболенским. Определение климата как режима погоды появилось позже. Его придерживались В.Н. Оболенский, Б.П. Алисов и другие ученые. П.И. Колосков рассматривал климат как географический объект: климат есть метеорологический компонент географической среды. Довольно своеобразно определил климат Л.С. Берг: «Под климатом следует понимать среднее состояние разных метеорологических явлений (или атмосферных процессов, или особенностей воздушных масс), поскольку это среднее состояние сказывается на жизни растений, животных и человека, а также на типе почвенного покрова. Было бы несколько необычно говорить о климате до появления жизни на Земле. Климатология не считается с теми физическими процессами, которые, насколько известно, не оказывают воздействия на организмы и на типы почвообразования».

До появления жизни на Земле и до формирования органических соединений и грунтов тоже существовал какой-то климат. Развитие теории формирования климата потребовало количественного учета взаимодействия процессов в атмосфере, океане, на суше, в ледяных покровах земного шара, в связи с чем стало необходимым введение понятияглобального климата как ансамбля состояний метеорологической составляющей системы атмосфера– океан–суша–криосфера-биосфера, который она проходит за длительное время (не менее нескольких десятилетий). В подобном определении обычное представление о климате становится учением олокальных климатах , которые в физико-математической теории являются частными проявлениями глобального климата. С позиций же физико-географического подхода «локальные климаты» и есть основной объект изучения, являющийся главной причиной многообразия природных условий. Глобальный климат в географии рассматривается как система климатов земного шара.

Основные задачи климатологии:

1. Изучение закономерностей формирования климата как путем эмпирического, так и физического исследования накопленного материала.

2. Исследование изменений климата, происходящих как естественным путем, так и вызванных деятельностью человека. В этих исследованиях ведущее значение имеют физико-математические модели изменений климата. Однако их соответствие реальным, конкретным географическим условиям должно определяться на основании материалов метеорологических наблюдений, а в геологическом прошлом - по косвенным индикаторам, достаточно тесно связанным с климатом.

3. Классификация климатов, а также районирование территорий для решения практических задач.

4. Характеристика географического распределения климатов (климатография) на основе выявленных закономерностей.

5. Установление закономерностей образования микроклиматов и их классификация.

6. Исследование взаимодействия климата с природными факторами, сельским хозяйством и производственной деятельностью человека.

7. Подготовка характеристик климата, необходимых для долгосрочных прогнозов состояния атмосферы, а также для обеспечения отраслей народного хозяйства.

Важное значение имеют теоретические и эмпирические работы на базе международного сотрудничества по анализу вероятных изменений климата в будущем под влиянием антропогенных факторов.

Интенсивное развитие промышленности, сопровождающееся выбросом

в атмосферу колоссальных количеств тепла, газов, различных примесей; изменение свойств подстилающей поверхности вследствие увеличения площади распаханных земель - все это не может не влиять на климат значительных ареалов Земли. Антропогенные изменения климата происходят на фоне естественных, вызванных различными климатообразующими факторами.

Исследования естественных изменений климата были начаты в ГГО в 1946 г. Е.С. Рубинштейн, продолжены О.А. Дроздовым, Т.В.Покровской, Л.А. Вительсом, Л.Г. Полозовой. Позже, когда возникла необходимость оценки антропогенных воздействий на климат, исследования в этом направлении, проводимые преимущественно под руководством М.И. Будыко, вызвали широкий размах в международном масштабе. Были созданы международная программа «Физические основы климата и его моделирование» и несколько национальных программ, привлекающих к исследованиям не только метеорологов, геофизиков, математиков, но и других специалистов. В настоящее время работает «Международная климатологическая программа», проводится большое количество совместных комплексных исследований: международные проекты ПИГАП - программа исследований глобальных атмосферных процессов, МОНЭКС - муссонная подпрограмма и другие, которые позволили получить ценный материал по ранее не изученным районам, особенно океаническим, как во внутритропической зоне, так и в полярной (ТРОПЭКС, ПОЛЭКС).

Климатические данные используются при строительстве и эксплуатации железнодорожного и водного транспорта, обслуживании авиации, строительстве зданий и сооружений, планировании городов и курортов, в здравоохранении, а также при организации различных производственных процессов в таких отраслях, как текстильная, деревообрабатывающая, торфяная, табачная. Климатические данные и карты входят в нормы и стандарты строительной промышленности.

Макро–, мезо–, микро–, фитоклиматы. Климатические условия местности в значительной степени определяются родом и характером подстилающей поверхности. Климат, формирующийся на большой территории, например, на территории физико-географической провинции,

называется макроклиматом

Однако природные условия любой физико-географической провинции не бывают однородными. Каждая из них состоит из нескольких типов местности, разных по своим природным особенностям. Так, в любой провинции лесостепной и степной зон могут быть выделены пойменный, надпойменно-террасовый, водораздельный и другие типы местности. Каждому из этих типов соответствуют и более частные особенности климата.

Климат отдельных типов местности называется местным климатом. Он заметно проявляется на фоне общих климатических условий данной физикогеографической провинции. Но и в каждом типе местности имеются небольшие участки, на которых под влиянием природных различий могут

возникать особые проявления местного климата. Так, в пойменном типе местности всегда имеются участки, занимаемые лугом, лесом, озером, болотом, песками. На этих участках создаются свои климатические особенности. Климат, создающийся на отдельных участках под влиянием соответствующих природных различий, называется микроклиматом данного участка. Говорят, например, о микроклимате озера, болота, песков. Он особенно резко проявляется в приземном слое воздуха в ясную тихую погоду. Критерии разделения мезо- и микроклимата представлены в табл. 1.

Местный климат характеризует некоторые средние условия между макро- и микроклиматом. Часто различия между проявлениями местного климата и микроклимата устанавливаются с трудом, особенно в тех случаях, когда лес, болото, луг, озеро и другие природные объекты занимают сравнительно большие участки.

Микроклимат в среде обитания растений называется фитоклиматом. Он формируется из микроклимата приземного слоя воздуха, в котором находится надземная часть растений, и микроклимата верхнего слоя почвы, в котором располагается их корневая система. Разные растения создают и разные фитоклиматы.

Большое влияние на микроклиматические условия оказывают рельеф и экспозиция склонов. В долинах наблюдаются днем более высокие, а ночью более низкие температуры воздуха, чем на возвышенностях. В долинах чаще бывают туманы, росы, иней и заморозки.

Наибольшее количество тепла и света получают склоны, обращенные к югу. На этих склонах большая освещенность, повышенная температура и пониженная влажность почвы. Наименьшее количество тепла и света получают склоны, обращенные на север. Влияние экспозиции на нагревание склонов может быть настолько значительным, что на склонах, обращенных на север, наблюдаются черты климата более северных районов, а на склонах, обращенных на юг, - черты климата более южных районов.

Особые микроклиматические условия образуются в поймах рек: ниже температуры, выше относительная влажность воздуха. Высота снежного покрова в пойме больше, чем на прилегающих к ней террасах, так как снег с них сдувается в пойму. Грунтовые воды в пойме обычно залегают неглубоко. Большая высота снежного покрова и неглубокое залегание грунтовых вод способствуют зимой повышению температуры пойменных вод. Почва в пойме промерзает на меньшую глубину.

В долинах больших рек заморозки весной заканчиваются раньше, а осенью появляются позже, чем на высоких берегах, так как река оказывает отепляющее действие.

На болотах создаются иные микроклиматические условия. Верхний слой болот часто состоит из разложившегося торфа, имеющего малую теплопроводность. Вследствие этого на таком болоте летом в ясную погоду верхний слой днем значительно нагревается, ночью же сильно охлаждается. Однако резкие колебания температуры болота быстро уменьшаются и на

глубине около 50 см они уже малозаметны. На торфяных болотах бывают более частые и интенсивные заморозки.

Для песков характерен также свой микроклимат. Термический режим их зависит от цвета, влажности, структуры. Верхний слой песка обычно бывает сухим, что не вызывает затрат тепла на испарение, и поглощенная песком солнечная радиация идет главным образом на его нагревание. Песок при таких условиях днем сильно прогревается. Этому способствует еще и его малая теплопроводность, препятствующая уходу тепла из верхнего слоя в глубокие слои. Ночью же верхний слой песка значительно охлаждается. Большие колебания температуры песка отражаются и на температуре приземного слоя воздуха. Зимой пески быстро охлаждаются и глубоко промерзают. Пески обладают большой водопроницательностью. Они почти полностью поглощают выпадающие осадки, которые даже при небольшом количестве проникают на значительную глубину. Поверхностный сток воды на песках отсутствует.

Особый микроклимат создается под влиянием полезащитных лесных полос. Такие полосы значительно уменьшают скорость ветра и ослабляют перемешивание приземного слоя воздуха. В связи с этим в приземном слое на защищенных участках на 10–20% сокращается испарение. В лесных полосах повышается влажность воздуха, зимой задерживается и накапливается снег на межполосных участках. Это защищает почву от глубокого промерзания, а зимующие растения - от вымерзания. Весной полезащитные полосы повышают уровень грунтовых вод, уменьшают сток талых вод, а летом –– ливневых.

Специфические микроклиматические условия создаются в районе водохранилищ. Проявление их зависит от погоды, времени суток и года, размера и глубины водохранилища, характера берегов. Наиболее заметные микроклиматические различия между водохранилищем и его берегами возникают в теплое время года, в солнечную тихую погоду. Обычно при таких условиях температура воздуха днем над водой бывает ниже, чем над сушей. Ночью же наблюдается обратное явление. Возникающая при этом бризовая циркуляция воздуха вызывает днем приток менее теплого воздуха к берегам и на сушу. Глубина проникновения таких воздушных масс на сушу зависит от рельефа и времени суток. Если берега водохранилища пологие, то приходящий днем со стороны водохранилища воздух будет дальше распространяться на сушу, чем при наличии крутых берегов. Осадков в теплое время года над крупными водоемами выпадает меньше, чем на побережье, так как более холодная поверхность воды препятствует развитию над ней конвекции. Можно говорить о микроклимате сада, парка, пруда. С микроклиматическими условиями необходимо считаться при проведении различных мероприятий –– озеленении городов, разведении новых растений и т. д.

Мезоклимат города. Большой современный город представляет собой довольно протяженную мезонеоднородность. Он формирует свой местный климат, а на отдельных улицах и площадях создаются своеобразные

микроклиматические условия, определяемые городской застройкой, покрытием улиц, распределением зеленых насаждений и т. д.

Солнечная радиация оказывается пониженной в среднем на 20% вследствие уменьшения прозрачности атмосферы из-за дыма и пыли. Особенно сильно ослаблен приход ультрафиолетовой радиации. С другой стороны, в городе к рассеянной радиации присоединяется отраженная. Вследствие загрязнения воздушного бассейна снижено эффективное излучение, следовательно, и ночное выхолаживание. Изменение радиационного баланса, дополнительное поступление в атмосферу тепла за счет сжигания топлива и малый расход тепла на испарение приводит к более высоким температурам внутри города по сравнению с окрестностями. Выполнено много исследований, в которых отмечается существование «острова тепла» над городом. Интенсивность и размеры острова тепла изменяются во времени и в пространстве под влиянием фоновых метеорологических условий и местных особенностей города. Большая часть города представляет «плато» теплого воздуха с небольшим повышением температуры по направлению к центру города. Термическая неоднородность этого плато нарушается, что обусловлено влиянием парков и озер (области холода) и плотной застройкой промышленных и административных зданий (области тепла). Разность между температурой центра города и фоновой температурой окружающей сельской местности называется интенсивностью городского острова тепла. При достаточно устойчивых погодных условиях интенсивность острова тепла имеет четко выраженный суточный ход с максимумом через несколько часов после захода Солнца и минимумом в середине дня. Усиление ветра и рост облачности в дневные часы способствуют выравниванию горизонтальной неоднородности температуры в городе и сельской местности.

По данным различных исследователей, высотное тепловое влияние городов четко проявляется в пределах 100–500-метрового слоя. Одновременно с этим в климате всего города обнаруживается много общих признаков, иногда и до высоты 1км . Большая шероховатость подстилающей поверхности и наличие острова тепла обусловливают и особенности ветрового режима в условиях города. При слабых ветрах до 2–3 м /с может возникнуть местная городская циркуляция. У поверхности земли течения направлены к центру, где располагается остров тепла, а наверху наблюдается отток воздуха к окраинам города.

В самом городе различия в нагреве освещенных и затененных частей улиц и дворов обусловливают местную циркуляцию воздуха. В ней восходящие ветви формируются над поверхностью освещенных стен, а нисходящие - над затененными стенами и частями улиц или дворов. Наличие в городах водоемов также способствует формированию дневной местной циркуляции от водоема к городским участкам, а ночью –– наоборот.

Большинство исследователей отмечают, что скорость ветра в городе снижается по сравнению с открытой местностью. Однако в городах, расположенных на холмистой территории, а также при направлениях ветра,

совпадающих с направлением улиц, ограниченных многоэтажными зданиями, ветер усиливается.

Влажность воздуха в крупных городах ниже, чем в окрестностях, что связано с повышением температуры и уменьшением испарения. Экспериментальные исследования в различных городах показали, что в отдельных случаях различия в абсолютной влажности могут достигать 2,0– 2,5 гПа , а в относительной влажности воздуха 11–20% .

Летом наибольшие суммы осадков выпадают над городом, но не в его центральных частях, а на окраинах. Если влажность воздуха достаточно высокая, то повышенная конвективная неустойчивость и загрязненность воздуха над городом способствуют образованию облачности. В процессе преобразования облаков из кучевых в мощные кучевые и кучево-дождевые происходит их смещение под влиянием преобладающего переноса в атмосфере, и осадки выпадают в подветренных районах города и за его пределами на расстоянии нескольких километров. Исследования грозовой деятельности в различных районах показали, что средняя суммарная продолжительности всех гроз за год в городе в 1,5–2,5 раза меньше, чем в его окрестностях.