Климат

Для того чтобы понять механизмы, которые формируют климат Земли, необходимо изучать взаимодействие компонентов в исключительно сложной системе, включающей не только сравнительно хорошо известное поведение атмосферы, но и менее известное поведение Мирового океана и ледяных массивов в сочетании с изменениями, происходящими на поверхности Земли и в атмосфере. Таким образом, дальнейшее внедрение физических методов исследования в климатологию показало тесную связь климатологии с другими отраслями географической науки.

Метеорологическая станция на леднике Федченко на Памире

Еще в 50-х годах Б. П. Алисов писал, что разработка физических методов климатологического анализа - неотложная задача климатологии, от разрешения которой зависят ее развитие как науки и практическое значение в народном хозяйстве. Под физическим анализом в климатологии он понимал исследования конкретных (неосредненных процессов), протекающих в атмосфере. Климатология немыслима без слияния с географией. Климатические характеристики, не увязанные с общей физико-географической обстановкой, теряют конкретный смысл и практическое значение. Вне географии климатология превращается в абстрактную науку.

Наука о климате - климатология. Место климатологии как отрасли географии утверждено еще трудами крупнейшего русского ученого А. И. Воейкова (1842-1916). Он показал, что только с географических позиций становится ясной физическая сущность климатологических процессов и явлений и что только на географической основе возможно строгое научное обоснование важнейших положений климата.

Климатология, будучи тесно связана с физической наукой об атмосфере - метеорологией, в то же время является географической наукой. Это и понятно: ведь климат - один из компонентов географической оболочки и понимание климатических явлений возможно только при учете географических факторов, взаимно связанных с климатом. Предмет климатологии в более узком смысле - видоизмененные под влиянием земной поверхности количественные характеристики метеорологических явлений.

Простор

Один из ведущих советских климатологов - Б. П. Алисов (1891-1972) считал, что развитие каждой из наук заставляет время от времени пересматривать взаимные связи между климатологией и метеорологией и между климатологией и географией. Это необходимо для расширения их контактов на более высоком уровне. В начале нашего столетия связь между климатологией и географией была значительно проще. В то время климатология была не столько физической, сколько статистической, что привело к выделению ее из более общей науки об атмосфере - метеорологии. Двадцатые годы XX столетия стали началом решительного проникновения физики в климатологию. Позже устанавливаются основные зависимости климата от прихода-расхода радиации, региональных особенностей циркуляции атмосферы и подстилающей поверхности; приводится в стройную систему разнообразный материал метеорологических наблюдений; расширяются экспедиционные исследования, особенно на океанах; ведутся работы по физическим основам теории климата, изменениям климата и т. д.

На современном уровне развития науки климат Земли представляют сложной системой, включающей в себя помимо атмосферы океан и поверхность суши, морские и континентальные льды, растительность, между которыми происходит обмен теплом, влагой и др.

Исследовательское судно

Современная климатология - обширная наука, базирующаяся, с одной стороны, на изучении физических основ многолетнего хода климатообразующих процессов, а с другой - на всесторонних географических исследованиях: геоботанических, почвенных, геоморфологических и др.

К международным научным программам относится программа исследования глобальных атмосферных процессов (ПИГАГТ). В рамках ПИГАП в Атлантическом океане была проведена международная экспедиция по подпрограмме Атлантического тропического эксперимента (АТЭП), а также региональные подпрограммы по исследованию полярных районов (ПОЛЭКС) и муссонных областей в тропиках (МОНЭКС). В 1979 г. был проведен первый глобальный эксперимент (ПГЭП). В организации и проведении международных экспедиций принимали участие СССР, ГДР, США, Великобритания, Франция и другие страны.

Хотя климат - составляющая географического ландшафта, основные его черты создаются не столько местными условиями, сколько крупными процессами планетарного значения: облучением земной поверхности солнцем, тепло- и влагообменом атмосферы с поверхностью материков и океанов, циркуляцией атмосферы и вод океана. Климат - понятие глобальное по своей природе. Так что глобальный климат не есть сумма локальных (местных) климатов, а, наоборот, локальные климаты суть проявление единого глобального процесса.

Мир нередко узнает о тех или иных стихийных бедствиях, постигших отдельные районы земного шара. Такие стихийные бедствия, как наводнения, засухи, суховеи, обильные снегопады, ветры ураганной силы, - аномалии погоды, которые нарушают наблюдающийся средний многолетний режим погоды, т. е. климат. Климат - многолетний режим атмосферных условий, характерный для каждого данного места Земли в силу его географического положения. Для характеристики климата следует учитывать режим погоды за много лет, а не в отдельные годы. Значительные отклонения температуры воздуха, количества осадков и других показателей климата от обычных наблюдаемых еще не свидетельствуют о тенденции к изменению климата. В то же время климат испытывает колебания от одного периода к другому, причем этот период может исчисляться как десятками, сотнями, так и миллиардами лет.

Климат - самый изменчивый компонент в природе. Однако изменчивость климата и его возможные колебания до сих пор точно непредсказуемы. А так как климатическими условиями определяются многие природные процессы, планирование развития сельского хозяйства, гидроэнергетики и другие задачи, имеющие народнохозяйственное значение, то вопросам климатообразования и тенденциям колебания и изменения климата как в глобальном, так и в местном масштабе уделяется очень большое внимание метеорологами и климатологами всего мира.

Атмосферные процессы на Земле взаимосвязаны, и климат каждой отдельной территории не существует самостоятельно. Поэтому для получения обширной метеорологической информации по большим районам земного шара создаются международные научные программы, по которым проводятся исследования.

Суммарная радиация - это совокупность прямой и рассеянной солнечной радиации. Прямая радиация - это солнечная радиация, доходящая до места наблюдения в виде пучка параллельных лучей, исходящих непосредственно от солнечного диска. Рассеянная радиация - это солнечная радиация, претерпевшая в атмосфере рассеивание и поступающая на земную поверхность со всего небесного свода.

Схема среднего теплового баланса Земли (в относительных единицах)

Восьмым конгрессом Всемирной метеорологической организации (ВМО) в 1979 г. одобрена Всемирная программа климатических исследований (ВПКИ). Главные цели программы состоят в том, чтобы определить, в какой мере можно предсказать изменение климата и какое влияние оказывает деятельность человека на климат. Для этого необходимо совершенствовать наши познания в области формирования климата.

В формировании климата принимают участие те же физические процессы, которые создают погоду. Важнейший из этих процессов - поступление тепла, основной источник которого - Солнце.

Солнечные лучи сильно поглощаются в атмосфере, особенно в нижней ее части - тропосфере. Достигает поверхности Земли и ею поглощается до 47 % общего количества радиации, а 25 % задерживается атмосферой.

Годовые величины поступающей на земную поверхность суммарной солнечной радиации изменяются от значений менее 2514 МДж/кв. м в высоких широтах до 10 056 МДж/кв. м в тропических. Распределение суммарной солнечной радиации имеет в основном зональный характер, так как количество достигающей земной поверхности радиации зависит от угла падения лучей, т. е. от широты места.

Зональный характер распределения солнечной радиации на Земле и соотношение между прямой и рассеянной радиацией нарушаются неравномерным распределением облачности.

Земля не только получает солнечное тепло, но и отдает его отражением и излучением. Количество отраженной солнечной радиации зависит от свойств поверхности: свежевыпавший снег отражает 70 - 85 %, загрязненный или влажный - 40 - 45 %; при отсутствии снежного покрова больше всего отражают солнечный свет пустыни.

Здесь отражение изменяется в широких пределах в зависимости от цвета почвы (30 - 50 %). Так как отражательная способность воды мала (6 - 10 %), отражение влажной почвы меньше, чем такой же сухой. Сплошной растительный покров отражает от 10 до 20 - 25 % солнечной радиации.

При отсутствии атмосферы средняя температура земной поверхности была бы -23°, в действительности она +15°.

Атмосферный аэрозоль - взвешенные в атмосфере твердые и жидкие коллоидные частички, по размерам превышающие молекулярные. В основном это пыль земного и космического происхождения, морская соль, дымы лесных пожаров, вулканических извержений и т. п., а также индустриального происхождения и продукты конденсации - водяные капли и ледяные кристаллы.

Схема общей циркуляции атмосферы, представленная в вертикальном разрезе от полярных областей до экватора

Из-за того что температура земной поверхности в среднем выше температуры атмосферы, земное излучение всегда больше атмосферного. Разность между излучением земли и встречным излучением атмосферы называется эффективным излучением. Разность между поглощенной солнечной радиацией и эффективным излучением называется радиационным балансом земной поверхности. Годовые значения радиационного баланса для различных районов земного шара сильно отличаются и изменяются от значений меньших -210 МДж/кв. м в год в Антарктиде и близких к нулю в центральных районах Арктики до 3771-3980 МДж/кв. м в год в тропических широтах. Над океаном в связи с большей долей поглощенной радиации на тех же широтах радиационный баланс выше.

Оставшаяся после отражения радиация поглощается поверхностью. Поверхность земли, нагреваясь, сама становится источником излучения. Значительная часть излучения земной поверхности поглощается атмосферой. При отсутствии облаков поглощение определяется присутствием в воздухе водяного пара, углекислого газа и атмосферного аэрозоля. Нагретая таким образом атмосфера посылает к земной поверхности встречное излучение, которое компенсирует потерю тепла земной поверхностью и создает парниковый эффект.

Существенное значение в энергетическом балансе земной поверхности имеет затрата тепла на испарение. Кроме того, испарение влияет на тепловое состояние испаряющей поверхности. С увеличением тепла, затрачиваемого на испарение, температура поверхности понижается.

Несмотря на значительный приход тепла в низких широтах по сравнению с более высокими широтами (северными - в северном полушарии и южными -в южном), постоянного перегрева в низких широтах и постоянного охлаждения в высоких не происходит, так как кроме вертикального обмена теплом между земной поверхностью и атмосферой происходит горизонтальный перенос.

Ветры и морские течения, возникающие в результате неравномерного нагревания в атмосфере и в океане, переносят тепло из областей, где оно в изобилии, в области, где его недостаточно.

Много тепла в атмосфере и океане переносится также крупными вихрями. Вихри в атмосфере помимо тепла переносят и влагу.

В результате рожденных в атмосфере над земным шаром мощных воздушных течений возникает общая циркуляция атмосферы.

Основная причина общей циркуляции атмосферы - неодинаковое количество солнечной радиации на разных широтах на суше и на море, причем механизм ее усложняется под влиянием трения и вращения Земли. В приэкваториальных широтах (0 - 10° с. ш. и ю. ш.) в результате переноса влаги пассатами образуются мощные кучево-дождевые облака, возникают сильные грозы, выпадает много осадков.

Тропический циклон - это грандиозный атмосферный вихрь с низким давлением в центре (до 900 - 950 гПа). Воздух в нем вращается против часовой стрелки в северном полушарии и по часовой -в южном. В диаметре они имеют размеры 200-250 км. Скорости ветра в циклонах могут достигать 30-60 м/сек, а иногда доходят до 100 м/сек.

Вертикальная структура тропического циклона

Типичный тропический циклон, снятый с космической станции 'Салют-4' с высоты 350 км

Схематическое представление компонентов объединенной климатической системы 'атмосфера - океан - поверхность льда и суша - биомасса'

Б. П. Алисов (1891-1972)

Широко известна классификация климатов Б. П. Алисова, построенная на генетических принципах. На основании этих принципов тип климата рассматривается как результат условий общей циркуляции атмосферы. При этом важно, что общая циркуляция заметно меняет границы климатических зон, которые первично связаны с радиационными условиями, и создает внутризональное расчленение на климатические области. Выделение климатических зон произведено по средним (климатологическим) положениям главных фронтов тропосферы в экстремальные сезоны года и, следовательно, по круглогодичному или сезонному преобладанию воздушных масс.

Около 30° широты в обоих полушариях располагается зона повышенного давления. К северу и югу от нее в разных полушариях в умеренных широтах климатические условия определяются в основном движущимися с запада на восток атмосферными вихрями: циклонами и антициклонами (циклон - область пониженного давления, антициклон - область повышенного давления). Несмотря на то что направление ветра у поверхности Земли может меняться, во всей толще тропосферы в умеренных широтах преобладают западные ветры. В северном полушарии западный перенос часто нарушается влиянием больших пространств суши, в южном эта циркуляция более устойчива. Ветры здесь сохраняют западное направление и дуют с постоянной силой.

В полярных широтах температура в приземном слое воздуха понижена, это вызывает опускание воздуха в нижней тропосфере и повышение атмосферного давления. На всем земном шаре благодаря перемещению циклонов и антициклонов возникает меридиональный воздухообмен.

В процессе перемещения циклонов и антициклонов происходит перенос воздушных масс как единого целого в одном из макротечений общей циркуляции атмосферы. Свойство воздушной массы определяется формированием ее над однородной подстилающей поверхностью и в однородных радиационных условиях. При выходе из очага формирования, перемещаясь в другие районы Земли, воздушная масса постепенно меняет свои свойства (температуру, влажность). Различают воздушные массы четырех широтных зон: арктический или антарктический воздух, полярный (или умеренный), тропический и экваториальный воздух. И в каждом из этих типов - океанический и континентальный, так как радиационные условия над океаном и континентом на одной и той же широте неодинаковы. Если воздушная масса приходит на относительно холодную поверхность, то для данного географического района ее называют теплой; если на относительно теплую - холодной воздушной массой. Поверхность раздела между двумя воздушными массами образует атмосферный фронт.

С взаимодействием солнечной радиации, общей циркуляции атмосферы и характера подстилающей поверхности связаны распределение на земном шаре температуры и влажности воздуха, осадков, направление и скорость ветра, другие показатели климата.

Обилие тепла и влаги - главная причина богатства растений тропических широт

В поясе субэкваториальных муссонов мы находим все четыре основных типа климата.

Муссонный климат как бы составлен из двух климатических самостоятельных режимов. Весна - самое жаркое, засушливое и неблагоприятное время года. Солнце весной достигает зенита и нещадно палит. Температура воздуха часто превышает 30-35°. Весенние засухи в муссонном климате особенно опасны для сельского хозяйства в годы, когда влажный экваториальный муссон запаздывает. В предгорьях и на склонах гор, обращенных к экваториальному муссону, увеличивается облачность, осадки резко возрастают и могут достигать, по-видимому, предельного для Земли количества (11 - 12 тыс. мм). В отдельные годы может выпасть до 20 тыс. мм.

В каждом широтном климатическом поясе различают четыре основных типа климата: материковый, океанический, западных и восточных берегов. В экваториальных широтах по сравнению с более высокими широтами материковый тип климата мало отличается от океанического. Приход солнечной радиации здесь равномерен в течение всего года.

Обилие света, тепла и влаги в тропиках создает здесь условия для развития богатой лесной растительности. Самый характерный тип ландшафта - влажные вечнозеленые леса.

В океаническом экваториальном климате в отличие от материкового дожди и грозы чаще проходят ночью. Это и понятно, поскольку ночью здесь температура водной поверхности выше температуры приземного слоя воздуха.

Климат в поясе субэкваториальных муссонов формируется под действием сезонного смещения ВЗК. Смена зимнего и летнего воздушных течений составляет своеобразие сезонных изменений. Летом в южном или северном полушарии в связи с изменением в распределении атмосферного давления экваториальный муссон распространяется в тропические широты. Возрастает влажность воздуха, уменьшается суточная амплитуда температуры, начинают выпадать обильные дожди. Во время зимнего муссона преобладает тропический воздух, влажность воздуха уменьшается, возрастает суточная амплитуда температуры, снижается количество осадков.

Воздушные массы тропического пояса содержат меньше водяного пара, чем экваториальные. Объясняется это небольшим испарением на материках, а на океанах - устойчивой стратификацией* пассатов (пассатной инверсией**).

*(Стратификация - распределение температуры воздуха в атмосфере с высотой. )

**(Инверсия температуры - повышение температуры воздуха с высотой в атмосфере вместо наблюдаемого падения. )

Поэтому облачность в тропическом поясе меньше, чем в экваториальном. До 7542 - 10056 МДж/кв. м в год возрастает суммарная солнечная радиация. Однако от того, что здесь велико отражение от поверхности пустынь, наблюдается большая сухость воздуха, радиационный баланс на материках составляет только 30 % от поступающей солнечной радиации. Радиационный баланс поверхности океанов почти в 2 раза больше.

Климатические пояса и области

Температура воздуха в тропиках также мало различается по сезонам: средняя месячная температура воздуха - плюс 24 - 28°. Суточные амплитуды температур не превышают 10 - 15°. Влажность воздуха на низменностях очень велика. Относительная влажность в течение всего года держится выше 70 %, количество осадков (до 2 тыс. мм в год) превышает испарение, и на равнинах, где сток незначителен, создается избыточное увлажнение. По склонам гор количество осадков резко увеличивается - до 7 - 10 тыс. мм в год.

Пассаты - приземные потоки относительно холодного воздуха, непрерывно текущего к экватору. В северном полушарии они имеют северо-восточное направление, в южном - юго-восточное. Пассаты обоих полушарий сходятся у экватора, образуя так называемую внутритропическую зону конвергенции (ВЗК). В этой зоне ветер ослабевает, конвекция усиливается, увеличивается облачность и усиливается грозовая деятельность.

Облачность над океаном в зоне пассатов. Фиджи

Для материкового тропического климата характерны сильная сухость, жаркое лето, запыленность воздуха, большая, чем на экваторе, годовая, и особенно суточная, амплитуда температуры воздуха (40°) и поверхности почвы (80°). По всей Сахаре зимой возможны слабые морозы с выпадением снега при особенно мощных холодных вторжениях. Летом в этом типе климата встречаются самые высокие на всем земном шаре дневные температуры воздуха - около 60°. Осадки выпадают крайне редко, но дожди могут достигать большой интенсивности и даже вызвать наводнение. Причина скудости осадков - в удаленности от центров циклонической деятельности и в повышении уровня конденсации. Сильно развито физическое выветривание. Оно вызывается контрастами температур и особенно ветром, переносящим крупные твердые частицы. Несущиеся с большой скоростью частицы усиливают разрушительное действие ветра на горные породы.

Океанический тропический климат отличается от экваториального меньшей облачностью и устойчивыми пассатными ветрами. В зоне пассатов на океанах наблюдаются тропические циклоны и хотя они сравнительно редки, но представляют для этих широт типичное климатическое явление. Тропический климат западных побережий материков характеризуется преобладанием притока относительно холодного морского воздуха на восточной периферии океанических антициклонов. Здесь сравнительно низкая для тропических широт температура (18-20°), очень малое количество осадков (менее 100 мм в год) и высокая влажность воздуха. Это своеобразный климат прибрежных влажных пустынь. Скудная растительность получает влагу лишь за счет густых прибрежных туманов, а в горах - за счет редких дождей из набегающих облаков.

Климат восточных побережий материков отличается от западных более высокой температурой воздуха (20 - 25°), так как тропический воздух приходит сюда из экваториальных широт, и большим количеством осадков (800 - 1000 мм в год), так как пассатная инверсия здесь выражена слабее. Растительность на побережьях, попадающих под действие пассатов западной окраины антициклонов, представлена тропическими лесами, саваннами или степью в зависимости от условий рельефа и ветровой экспозиции.

Источник жизни - влага распределена в субтропиках крайне неравномерно, поэтому здесь можно увидеть и пышный вечнозеленый лес, и засухоустойчивые растительные сообщества. Крымские горы

Во внетропических широтах зональные климатические различия более резки, чем в тропиках. Это связано с усложнением атмосферной циркуляции, усилением широтных различий в приходо-расходе солнечной радиации. С увеличением географической широты возрастают и сезонные климатические различия.

Климат в субтропическом поясе зимой сходен с климатом умеренного пояса, летом - с климатом тропического. Зимой здесь преобладают циклоны. Летом пути циклонов смещаются в более высокие широты, на океанах развиваются антициклоны, а на материках - малоподвижные термические депрессии (области пониженного давления без атмосферных фронтов).

Материковый субтропический климат отличается жарким сухим летом и неустойчивой, довольно холодной зимой. В связи с тем, что летом уровень конденсации располагается очень высоко, облака образуются редко. Большая часть солнечного тепла расходуется на нагревание воздуха. Средняя температура летних месяцев 30° и более. Зимой из-за циклонов погода неустойчива. Наряду с дождями возможны снегопады, сопровождаемые иногда резкими похолоданиями. Однако устойчивого снежного покрова не образуется из-за частой адвекции теплого воздуха и испарения снега. Годовое количество осадков - около 500 мм, но есть области, где их выпадает меньше 200 мм. Растительность - сухие степи, полупустыни и пустыни.

Субтропический климат западных побережий материков характеризуется умеренно теплым (температура воздуха в июле 22 - 24°), сухим солнечным летом и относительно теплой (температура воздуха в январе 8 - 13°) дождливой зимой. Этот тип климата часто называют средиземноморским. За год здесь выпадает 600 - 800 мм осадков, в отдельных местах под влиянием рельефа - более 4 тыс. мм. Летом средиземноморский климат отличается некоторой засушливостью. В результате местные растительные сообщества имеют в своем составе много засухоустойчивых видов.

Климат восточных побережий материков в субтропическом поясе муссонный. Он хорошо выражен только в северном полушарии. Для него характерна холодная для этих широт и относительно сухая зима и жаркое влажное лето. Действие зимнего континентального муссона особенно выражено на восточном побережье Азии. В январе здесь температура отрицательная, близкая к 0°, в отдельные дни она может падать до -10°.

Для летнего муссона характерны высокая относительная влажность воздуха (80 - 85 %), значительная облачность, уменьшающая на 20 % суммарную солнечную радиацию. Однако летом средняя месячная температура воздуха достигает 20 - 25°. Годовая сумма осадков составляет 1000-1500 мм. Максимум осадков в основном приходится на лето. Запаздывание летнего муссона или перебои в его развитии приводят к засухам на восточных побережьях континентов. Благодаря жаркому влажному лету здесь богатая растительность.

Континентальный умеренный климат характерен для северного полушария. Лето в средней полосе России

В умкренном поясе взаимодействуют различные типы воздушных масс: тропические, умеренные, океанические и континентальные арктические (антарктические). Тропические и арктические воздушные массы могут глубоко проникать в зону умеренных широт, создавая резкие изменения температуры и условий погоды

В умеренном климатическом поясе уменьшается радиационный баланс, увеличиваются сезонные различия, отличаются от тропических широт условия циркуляции атмосферы. Особое значение здесь приобретает циклоническая деятельность, усиливается меридиональный обмен воздушными массами. В результате возникает временная и пространственная изменчивость всех метеорологических характеристик и погоды.

Материковый (континентальный) умеренный климат характерен для северного полушария. Для него типичны холодная снежная зима и теплое лето. Зимой внутри материков часто формируются антициклоны. В этих антициклонах воздух сильно охлаждается и распространяется на юг.

Особенно велико термическое влияние огромных пространств суши в условиях, где формируется азиатский антициклон. В Азии даже в южных районах умеренного пояса средняя суточная температура воздуха может понижаться до минус 30-40°. Огромное влияние на климатические процессы умеренных широт оказывает снежный покров, который предохраняет почву от глубокого промерзания, создает запас влаги, используемый растениями.

Летом здесь осадков выпадает больше, чем зимой. Годовое их количество в умеренном континентальном климате изменяется в пределах 300-600 мм. В поступлении осадков во внутренние пространства материков в умеренных широтах наблюдается неравномерность и изменчивость. Засушливые годы чередуются с годами достаточного и даже избыточного увлажнения. Материковый умеренный климат характеризуется большой годовой амплитудой температуры (50 - 60°), значительной междусуточной ее изменчивостью. Умеренный климат западных побережий материков складывается в основном под воздействием западного переноса океанического воздуха на материк в циклонах и антициклонах. Циклоническая деятельность в течение всего года определяет изменчивость погоды. Роль солнечной радиации из-за значительной облачности отступает на второй план.

Поверхность океана в полярных областях всегда покрыта льдами

В горных районах климатические условия существенно изменяются. Летом температура воздуха в горах быстро падает с высотой, а зимой, наоборот, на равнинах нередко оказывается ниже, чем в горах, особенно во время прохождения холодных воздушных масс. На наветренных склонах гор и в предгорьях наблюдается увеличение осадков. Положение верхней границы леса и снеговой линии в горах в материковом умеренном климате сильно колеблется в зависимости от географической широты, температуры воздуха в летние месяцы, степени увлажнения.

Важная черта климата - сильный ветер, который в сочетании с низкой температурой придает особую суровость климату, вызывает метели, уплотняет снег. Средние месячные скорости ветра достигают 15 м/сек, а в отдельных случаях - 30 м/сек. Летом приток солнечной радиации при антициклональной погоде - около 1005,6 МДж/кв. м, однако отражение настолько велико, что радиационный баланс в декабре составляет около 83,8 МДж/кв. м. На поверхности обнаженных скал радиационный баланс равен 377,1 МДж/кв. м, в результате чего скалы обтаивают. Температура воздуха у нагретой солнцем каменистой поверхности может достигать 35°, а уже на высоте 2м - минус 12°. Годовое количество осадков во внутренней Антарктиде - 40 - 50 мм. По мере приближения к антарктическому побережью оно увеличивается до 600 - 700 мм. Средняя месячная температура воздуха в январе во внутренней Арктике - минус 30 - 32°. В результате циклонической деятельности наблюдается большая междусуточная изменчивость температуры воздуха, особенно зимой. Летом температура близка к 0°. При поступлении более теплого воздуха с юга возможно повышение температуры до плюс 6°. Летом преобладает пасмурная погода, что усиливает рассеивание солнечной радиации. Часты туманы. Незначительное содержание влаги в воздухе - причина того, что во внутренней Арктике выпадает лишь 150 - 200 мм осадков.

В наше время существует ряд гипотез, пытающихся объяснить причины колебания климата. Но пока нет ни одной физически обоснованной теории, которая позволила бы окончательно решить этот вопрос.

Средняя месячная температура воздуха в зимние месяцы положительная (от +1° на севере до +5 - 6° на юге). Летом в северном полушарии 15 - 20°, в южном - около 10°. Годовое количество осадков на равнинах составляет 500 - 600 мм, на гористых берегах может превышать 2 тыс. мм.

На восточных берегах материков в умеренном поясе четко выражен муссонный характер климата. Летом здесь развита циклоническая деятельность, с которой связаны значительная облачность и осадки, максимальное количество которых приходится на это время года.

Зимой же преобладает антициклональная циркуляция. По восточной периферии континентальных антициклонов далеко на юг распространяется холодный воздух. Зима холодная, сухая.

К северу от умеренного климатического пояса в северном полушарии и к югу - в южном полушарии располагаются переходные к полярным областям субарктический (материковый и океанический) и субантарктический (океанический) климаты.

Важнейшая особенность полярных областей (арктический и антарктический климатические пояса) - полярный день и полярная ночь, а также наличие в течение круглого года снежного и ледяного покровов. Большая отражательная и излучающая способности подстилающей поверхности приводят к тому, что годовые суммы радиационного баланса отрицательные, а летом большая часть тепла расходуется на таяние снега и льда. Поэтому температура воздуха остается низкой. В Центральной Арктике она редко поднимается выше 0°. Во внутренних районах Антарктиды летом -минус 30 - 35°.

Материковый полярный климат представлен в Антарктиде, в Арктике - океанический. В Антарктиде исключительно суровая зима и холодное лето. Средняя температура воздуха всех месяцев отрицательная. Во внутренних районах Антарктиды зарегистрирована самая низкая для земного шара температура воздуха около -90°.

Арктика теплее Антарктиды, несмотря на то что поверхность океана в полярной области всегда покрыта льдами. Океанские воды дают дополнительное тепло.

Современный климат конкретных территорий необходимо рассматривать на фоне общей глобальной тенденции изменения климата.

Палеогеографические исследования показывают, что климат довольно сильно изменялся на протяжении истории нашей планеты. В различных районах земного шара происходили крупные потепления, а также похолодания, приводившие к оледенению значительной территории. Чтобы понять современный климат, необходимо установить причины его изменения в геологическом прошлом. Распределение климатических зон существовало и в прошлом, но по разным причинам происходило их смещение к югу или северу. Изменение климата может происходить и под влиянием естественных причин - тектонических, астрономических, радиационных, химических, и под влиянием хозяйственной деятельности человека.

Астрономическая гипотеза объясняет изменение климата Земли изменениями наклона и перемещением земной оси, изменениями орбиты, эксцентриситет которой испытывает колебания с периодом около 92 тыс. лет. Радиационный фактор - изменение количества солнечной энергии, поступающей на Землю. Оно может быть связано с изменениями светимости Солнца или с прозрачностью атмосферы. Изменение прозрачности атмосферы может быть вызвано извержением вулканов, выбрасывающих в атмосферу вулканическую пыль. Вулканическая пыль может достигать стратосферы и оставаться там во взвешенном состоянии длительное время. Запыляется атмосфера и в результате хозяйственной деятельности человека.

Вековой ход аномальной температуры воздуха (пятилетнее скользящее осреднение)

Чтобы познать процессы изменения климата, важно изучить его колебания, происходившие за последнее столетие, т. е. с того самого момента, когда начались регулярные метеорологические измерения.

На особенности циркуляции атмосферы большое влияние оказывает подстилающая поверхность. Поэтому ее искусственное или естественное изменение может привести к изменению направления воздушных потоков, тепло- и влагообмена в атмосфере, а соответственно и характера общей циркуляции атмосферы. В связи с этим возможны изменения составляющих теплового баланса поверхности Земли, условий влагооборота и тем самым климата.

Самое крупное колебание климата за последнее столетие началось с конца XIX в. Оно выразилось в постепенном повышении температуры воздуха на всех широтах северного полушария во все сезоны года. Особенно значительное потепление происходило в высоких широтах зимой. Оно достигло максимума в 30-х годах, а в 40-х сменилось похолоданием, которое продолжалось до недавнего времени. Это похолодание было довольно медленным и не достигло масштабов предшествующего потепления. Потепление в северном полушарии сопровождалось сокращением площади полярных льдов, отступанием границы вечной мерзлоты в более высокие широты, продвижением к северу границы леса и тундры и другими изменениями природных условий, зависящими от климата. Наблюдения показали, что в эпоху потепления районы, недостаточно увлажненные, испытывали нехватку атмосферных осадков, особенно зимой. Кроме того, во внутриконтинентальных районах умеренных широт Европы, Азии и Северной Америки возросла частота засух. Такое, хотя и относительно кратковременное, изменение климатических условий оказало влияние на хозяйство ряда стран.

Влияние человека на климат может происходить в результате его хозяйственной деятельности: вырубки лесов, распашки обширных пространств, мелиоративных мероприятий и т. д. Изменяя поверхность планеты, человек прежде всего воздействует на ее отражательную способность, которая может привести к изменению радиационного баланса. Изменение влагооборота происходит в результате интенсивного орошения, уменьшающего сток воды в океан и увеличивающего испарение с континентов. В процессе сжигания топлива увеличивается содержание углекислоты в атмосфере, которое приводит к усилению парникового эффекта и может привести к изменению климата. Кроме того, в создании парникового эффекта кроме углекислого газа принимают участие и такие загрязняющие атмосферу компоненты, как фреоны, окислы азота и некоторые углеводородные соединения.

Радуга над тундрой

В связи с непреднамеренным воздействием на климат возникает очень важная задача охраны атмосферы, которая должна рассматриваться в глобальном масштабе, так как атмосфера не знает границ. Изменение климатических условий (непреднамеренное или целенаправленное) в одном районе земного шара может повлиять на изменение климата в другом.

Образование сульфатного аэрозоля в атмосфере, поглощающего и задерживающего солнечную радиацию, ведет к ее уменьшению и может привести к похолоданию.

Для слежения за загрязнением атмосферы создается система станций. Их наблюдения позволяют установить степень воздействия человека на климат. Кроме того, радикальное средство слежения за атмосферой - наблюдения со спутников и орбитальных станций. Все эти методы исследования позволят лучше понять механизм формирования погоды и климата, уточнить краткосрочные и долгосрочные прогнозы погоды, предусмотреть возможные изменения климата в обозримом будущем.

Изменения климата сказываются на деятельности различных отраслей народного хозяйства и жизни людей. От засухи, например, страдают миллионы людей, но время от времени они подвергают опасности существование целых народов. В некоторых тропических районах тропические циклоны уничтожают урожаи культур на огромных площадях. Рыболовство тоже сильно зависит от колебаний климата. Изменение климата сказывается на развитии транспорта, потреблении энергии и т. д.

Климатические прогнозы, особенно долгосрочные и сверхдолгосрочные (например, предсказание изменений климата), будут недостаточно надежны до тех пор, пока не появится физическая теория формирования климата, не возникнут принципиально новые методы математического моделирования климатических процессов. Однако ни физики, ни математики, ни гидродинамики, ни астрономии недостаточно для того, чтобы выявить весь комплекс, природу процессов, которые мы называем климатом. Завершающее, цельное представление о климате дает лишь климатология.