5.1 Основные понятия и определения.

Климатические ресурсы являются важнейшими в обеспечении жизни на Земле. Это видно из рисунка 4.2. Приток солнечной энергии и энергия недр Земли поддерживает круговорот вещества, сохраняющий биосферу.

Тот факт, что климат, в основном, зависит от деятельности Солнца, люди отметили еще в древности. И поэтому слово климат происходит от греческого слова - klima, что буквально означает наклон земной поверхности к солнечным лучам.

На более поздних этапах развития естествознания под климатом стали понимать многолетний режим погоды в том или ином регионе Земли.

Климат является результатом процессов притока тепловой, кинетической и других видов энергии к границе атмосферы. В результате притока солнечной энергии происходят испарение и конденсация, образуются ветры, происходит перенос влаги в атмосфере, формируются морские течения, поддерживается течение рек.

При изменении потоков солнечной энергии, за счет внутренних процессов на Солнце или извержения вулканов возможно похолодание, интенсивное накопление льда или потепление за счет противоположных процессов. К счастью для всего живого на земле поток излучения от Солнца изменяется весьма незначительно – не более 0.1% за десятилетие.

В бытовом смысле под климатом понимают многолетний режим погодных факторов, присущий данной местности (климат данной местности).

Погода - совокупность процессов, происходящих в атмосфере данного района в определенный момент времени. Характеризуется температурой и влажностью воздуха, осадками и другими мгновенными характеристиками воздушных масс.

Климат данной местности - характерный для определенной местности многолетний режим погоды, обусловленный солнечной радиацией, характером подстилающей поверхности и связанной с ними циркуляции

Изучением климата занимается климатология. Климатология - наука о закономерностях метеорологических процессов, определяемых комплексом физико-географических условий, и выражающаяся в многолетнем режиме погоды данной местности.

Данные климатологии используются для многих областей человеческой деятельности, например, для расчетов ресурсов тепла, ресурсов влаги, элементов баланса подземных вод, режима их питания, кругооборота воды в природе, количественной оценки биологической продуктивности и много другого.

В задачи климатологии входит:

· выяснение генезиса климата (климатообразования), в результате климатообразующих процессов и под влиянием географических факторов климата;

· описание климатов различных областей земного шара, их классификация и изучение их распределения;

· изучение климатов исторического и геологического прошлого (палеоклиматология);

· прогноза изменений климата.

Выяснение влияний климата на растительный и животный мир, на человеческий организм является задачей прикладных отраслей климатологии, таких, как биоклиматология, сельскохозяйственная климатология, медицинская климатология.

Будучи тесно связана с физической наукой об атмосфере - метеорологией, климатология в то же время является географической наукой (иногда говорят - географическим разделом метеорологии).

Метеорология – наука об атмосфере, о ее строении, свойствах и протекающих в ней физических процессов. Таких процессов, как теплооборот и тепловой режим в атмосфере и на земной поверхности, влагооборот в атмосфере и в почве, атмосферные движения – общая циркуляция и многих других процессов.

Образование определенных климатических условий на Земле в целом или в определенных ее районах в результате тех атмосферных процессов, которые называются климатообразующими и, протекают при воздействии определенных географических факторов климата.

Ареной развертывания этих процессов является атмосфера Земли.

Атмосфера земли (от греч. atmos — пар и сфера), воздушная среда вокруг Земли и вращающаяся вместе с нею. Масса атмосферы около 5,15·1015 т. Состав ее у поверхности Земли: 78,1% азота, 21% кислорода, 0,9% аргона, в незначительных долях процента углекислый газ (0.003%), водород, гелий, неон и другие газы. В нижних слоях атмосферы (до 20 км) содержится водный пар. В тропиках у поверхности земли его — 3%, а в Антарктиде - 2·10-5 %. Количество паров воды с высотой быстро убывает. На высоте 20-25 км расположен слой озона, который предохраняет живые организмы на Земле от вредного коротковолнового излучения. Выше 100 км растет доля легких газов, и на очень больших высотах преобладают гелий и водород. На этих высотах часть молекул разлагается на атомы и ионы, образуя ионосферу. Давление и плотность воздуха в атмосфере Земли с высотой убывают. В зависимости от распределения температуры атмосферу Земли подразделяют на тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу, экзосферу (рис 5.1). Атмосфера Земли обладает электрическим полем. Неравномерность ее нагревания способствует общей циркуляции атмосферы, которая влияет на погоду и климат Земли.

Рисунок 5.1 Распределение температуры и давления по высоте в атмосфере Земли

Атмосфера принимает участие в суточном и годовом вращении Земли вокруг Солнца. В воздушной оболочке постоянно происходят разнообразные физические процессы, непрерывно меняющие ее состояние (вихри, циклоны и т.п.).

Для их характеристики используют ряд метеорологических величин: температура воздуха, атмосферное давление, плотность и влажность воздуха, скорость и направление ветра, количество, высота и толщина облаков, интенсивность осадков и т.д. Кроме метеорологических величин выделяют ещё такие атмосферные явления как туман, гроза, гололед, изморозь, роса, шквал, смерч, полярные сияния и т.д.

Поверхность Земли нагревается неравномерно. Поток солнечной радиации зависит от высоты Солнца над горизонтом. Чем выше оно поднимается над горизонтом, тем больший поток радиации падает на Землю. Кроме того, Земля покрыта горами, лесами, равнинами, реками, озерами и морями, которые различно поглощают солнечные лучи. Поглощающая способность зависит от отражающих свойств поверхности, которая измеряется в долях отраженной радиации и называется альбедо.

Альбедо – безразмерная величина, характеризующая отражательную способность тела. А. – отношение интенсивности отраженной радиации к интенсивности падающей (прямой) радиации.

Чем меньше величина альбедо, тем большее количество тепла расходуется на нагревание поверхности.

Сильнее и быстрее нагревается сухая, темная, открытая почва и расположенный над ней воздух. Значительно медленнее прогревается поверхность воды, но зато вода дольше остывает из-за большей, по сравнению с воздухом, теплоемкости и теплопроводности.

Отражение и поглощение солнечного излучения различными подстилающими поверхностями можно оценить по таблице 5.1. Здесь видно, что чем больше величина альбедо, тем меньше тепла накапливается.

Таблица 5.1 Альбедо естественных поверхностей суши.

Вид поверхности

Альбедо

1. Устойчивый снежный покров в высоких широтах (более 600).

0.80

2. Устойчивый снежный покров в умеренных широтах (менее 600).

0.70

3. Лес при устойчивом снежном покрове.

0.45

4. Лес при неустойчивом снежном покрове весной.

0.25

5. Лес при неустойчивом снежном покрове осенью

0.30

6. Неустойчивый снежный покров весной

0.38

7. Неустойчивый снежный покров осенью

0.50

8. Степь и лес в период между сходом снежного покрова и переходом средней суточной температуры через 100С.

0.13

9. Тундра в период между сходом снежного покрова и переходом средней суточной температуры через 100С.

0.18

10. Тундра, луг, степь и лиственный лес в период между сходом снежного покрова и переходом средней суточной температуры через 100С весной до появления снежного покрова осенью.

0.18

11. Хвойный лес в период от перехода средней суточной температуры через 100С весной до появления снежного покрова осенью..

0.14

12. Леса, сбрасывающие листву, саванны, полупустыни в сухой время года.

0.24

13. Леса, сбрасывающие листву, саванны, полупустыни во влажное время года.

0.18

14. Пустыня

0.28

15. Влажные тропические леса

0.12

16.Влажная почва

0.05 -0.1

17Чернозем

0.15

18Сухая глинистая почва

0.30

19 Светлый песок

0.35- 0.4

20Полевые культуры

0.1 - 0.25

21 Травяной покров

0.2 — 0.25

22 Лес

0.5 — 0.20

23Верхняя поверхность облаков.

0.5 — 0.65

Общее перераспределение энергии, поступающей от Солнца можно представить в виде схемы, показанной на рис. 5.2

Рис. 5.2 Перераспределение и использование энергии, поступающей от Солнца

Накопление тепла (энергии) или отражение ее в атмосферу способствует тому, что между нагревающимся телом и атмосферой происходит непрерывный обмен влагой. Испаряясь из океанов и морей, водяной пар восходящими движениями воздуха поднимается вверх. Там, благодаря низким температурам он конденсируется в капли, образуя облака.

Облака переносятся ветром на континент, где из них выпадают осадки, которые частично впитываются в почву, улавливаются корнями растений, частично испаряются (Испарение может происходить либо с поверхности воды, почвы (грунта) или с поверхности растительности. Тогда это называется транспирацией. ) или стекают в реки, а оттуда в море.

Происходит известный круговорот воды в природе, непрерывный процесс перемещения воды в атмосфере, гидросфере и земной коре. Схематически это можно представить следующим образом рис 5.3.

Рисунок 5.3. Глобальный водообмен

Итак, накопление энергии Солнца на Земле существенным образом зависит от климата, а так как энергия долгосрочно может запасаться только живым веществом, то и от биоты.

Солнечная энергия для биосферы является основным источником движения. Передача этой энергии осуществляется процессами, происходящими сначала в атмосфере, потом в гидросфере, а в конечном итоге в биосфере. Таким образом, Солнце влияет на климат, климата на водообмен, а водообмен на процессы, происходящие в биосфере.

На основании сказанного выше можно полагать, что климат существенным образом влияет на все и от его стабильности зависит продуктивность биологических процессов на Земле. Изменение климата может привести к существенным нарушениям биотических процессов и, в конечном счете, повлиять на существование человека на Земле.