Текст книги "Большая Советская Энциклопедия (КЛ)"

Климат

Кли'мат (от греч. klíma, родительный падеж klímatos, буквально – наклон; подразумевается наклон земной поверхности к солнечным лучам), многолетний режим погоды, свойственный той или иной местности на Земле и являющийся одной из ее географических характеристик. При этом под многолетним режимом понимается совокупность всех условий погоды в данной местности за период в несколько десятков лет; типичная годовая смена этих условий и возможные отклонения от нее в отдельные годы; сочетания условий погоды, характерные для различных ее аномалий (засухи, дождевые периоды, похолодания и прочее). Около середины 20 в. понятие К., относившееся ранее только к условиям у земной поверхности, было распространенно и на высокие слои атмосферы.

  Условия формирования и эволюция климата. Основные характеристики К. 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 К. 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.

  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 водоёмов, испарение воды с земной поверхности в атмосферу, высоту и состояние снежного покрова, различные атм. явления и наземные гидрометеоры (росу, гололёд, 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.

  Характеристики К. свободной атмосферы (см. Аэроклиматология) относятся преимущественно к атмосферному давлению, ветру, температуре и влажности воздуха; к ним присоединяются и данные по радиации.

  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. Для характеристики К. применяются также комплексные показатели, т. е. функции нескольких элементов: различные коэффициенты, факторы, индексы (например, континентальности, засушливости, увлажнения) и пр.

  Специальные показатели К. применяются в прикладных отраслях климатологии (например, суммы температур вегетационного периода в агроклиматологии, эффективные температуры в биоклиматологии и технической климатологии, градусо-дни в расчётах отопительных систем и пр.).

  В 20 в. возникли представления о микроклимате, К. приземного слоя воздуха, местном климате и др., а также о макроклимате – К. территорий планетарного масштаба. Существуют также понятия «К. почвы» и «К. растений» (фитоклимат), характеризующие среду обитания растений. Широкую популярность получил также термин «городской климат», поскольку современный большой город существенно влияет на свой К.

  Основные процессы, формирующие К. Климатические условия на Земле создаются в результате следующих основных взаимосвязанных, циклов геофизических процессов глобального масштаба: теплооборота, влагооборота и общей циркуляции атмосферы.

  Теплооборот слагается из притока к Земле электромагнитной солнечной радиации, лучистая энергия которой при поглощении радиации в атмосфере и на земной поверхности переходит в теплоту; из обмена теплотой между атмосферой и земной поверхностью путем длинноволнового излучения, теплопроводности и фазовых преобразований воды (затраты теплоты почвой и водоемами на испарение воды и освобождение скрытой теплоты испарения при конденсации в атмосфере); из перераспределения теплоты на Земле путём переноса её воздушными и океаническими течениями; из отдачи как отражённой и рассеянной солнечной радиации, так и собственного длинноволнового излучения Земли и атмосферы в космическое пространство (см. также статьи Теплообмен в атмосфере, Теплообмен в море

и Теплообмен в почве).

  Влагооборот заключается в испарении воды в атмосферу с водоёмов и суши, включая и транспирацию растений; в переносе водяного пара в высокие слои атмосферы (см. Конвекция), а также воздушными течениями общей циркуляции атмосферы; в конденсации водяного пара в виде облаков и туманов; в переносе облаков воздушными течениями и в выпадении из них осадков; в стоке выпавших осадков и в новом их испарении, и т.д. (см. Влагооборот).

  Общая циркуляция атмосферы создаёт в основном режим ветра. 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 (см. Циркуляция атмосферы).

  Воздействие географических факторов на К. Климатообразующие процессы происходят при воздействии ряда географических факторов, основными из которых являются: 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 неё зависит отклоняющая сила вращения Земли. 2) Высота над уровнем моря. Климатические условия в свободной атмосфере и в горах меняются в зависимости от высоты. Сравнительно малые различия в высоте, измеряемые сотнями и тысячами м, эквивалентны в своём влиянии на К. широтным расстояниям в тысячи км. В связи с этим в горах прослеживаются высотные климатические пояса (см. Высотная поясность). 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 К. материков и океанов. Общая циркуляция атмосферы приводит затем к тому, что условия морского К. распространяются с воздушными течениями в глубь материков, а условия континентального К. – 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 её отражательная способность (альбедо) и влажность. 7) Растительный покров в определённой степени влияет на поглощение и отдачу радиации, увлажнение и ветер, 8) Снежный и ледовый покров. Сезонный снежный покров над сушей, морские льды, постоянный ледовый и снежный покров  таких территорий как Гренландия и Антарктида, фирновые поля и ледники в горах существенно влияют на температурный режим, условия ветра, облачности, увлажнения. 9) Состав воздуха. Естественным путём за короткие периоды он существенно не меняется, если не считать спорадических влияний вулканических извержений или лесных пожаров. Однако в промышленных районах отмечается повышение содержания углекислого газа от сжигания топлива и загрязнение воздуха газовыми и аэрозольными отходами производства и транспорта.

  Климат и человек. Типы К. и их распределение по земному шару, оказывают самое существенное влияние на водный режим, почву, растительный покров и животный мир, а также на распространение и урожайность с.-х. культур. К. в известной мере влияет на расселение, размещение промышленности, условия жизни и здоровье населения. Поэтому правильный учёт особенностей и влияний К. необходим не только в сельском хозяйстве, но и при размещении, планировании, строительстве и эксплуатации гидроэнергетических и промышленных объектов, в градостроительстве, в транспортной сети, а также в здравоохранении (курортная сеть, климатолечение, борьба с эпидемиями, социальная гигиена), туризме, спорте. Изучение климатических условий, как в целом, так и с точки зрения определённых потребностей народного хозяйства, обобщение и распространение данных о К. в целях их практического использования в СССР осуществляются учреждениями Гидрометеорологической службы СССР.

  Человечество пока еще не может существенно влиять на К. путем непосредственного изменения физических механизмов климатообразующих процессов. 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. Индустриальная деятельность человеческого общества приводит к возрастанию содержания в воздухе углекислого газа, промышленных газов и аэрозольных примесей. Это влияет не только на жизненные условия и здоровье людей, но и на поглощение радиации в атмосфере и тем самым на температуру воздуха. Постоянно возрастает и приток тепла в атмосферу за счет сжигания горючего. Эти антропогенные изменения К. особенно заметны в больших городах; в глобальном масштабе они еще незначительны. Но в близком будущем можно ждать их значительного возрастания. Помимо этого, воздействуя на тот или иной из географических факторов К., т. е. изменяя среду, в которой протекают климатообразующие процессы, люди, сами того не зная или не учитывая, с давних пор ухудшали К.  нерациональным сведением лесов, хищнической распашкой земель. Напротив, проведение рациональных оросительных мероприятий и создание оазисов в пустыне улучшало К. соответствующих районов. Задача сознательного, направленного улучшения К. поставлена главным образом в отношении микроклимата и местного К. Реальным и безопасным способом такого улучшения представляется целенаправленное расширение воздействий на почву и растительный покров (насаждение лесных полос, осушение и орошение территории).

  Изменения климата. Исследования осадочных отложений, ископаемых остатков флоры и фауны, радиоактивности горных пород и др. показывают, что К. Земли в различные эпохи существенно менялся. В течение последних сотен миллионов лет (до антропогена) Земля, по-видимому, была более тёплой, 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 характеристики К. нескольких последних тыс. лет имеется обширный материал, полученный с помощью палеографических методов исследования (дендрохронология, палинологический анализ и пр.), на основании изучения археологических данных, фольклорных и литературных памятников, а в более позднее время – и летописных свидетельств. Можно заключить, что за последние 5 тыс. лет К. Европы и близких к ней районов (а вероятно, и всего земного шара) колебался в сравнительно узких пределах. Сухие и тёплые периоды несколько раз сменялись более влажными и прохладными. Примерно за 500 лет до н. э. осадки заметно увеличились и К. стал более прохладным. В начале н. э. он был сходен с современным. В 12—13 вв. К. был более мягким и сухим, чем в начале н. э., но в 15—16 вв. опять произошло значительное похолодание и увеличилась ледовитость морей. За последние 3 столетия накоплен всё возрастающий материал инструментальных метеорологических наблюдений, получивших глобальное распространение. С 17 до середины 19 вв. К. оставался холодными влажным, ледники наступали. Со 2-й половины 19 в. началось новое потепление, особенно сильное в Арктике, но охватившее почти весь земной шар. Это так называемое современное потепление продолжалось до середины 20 в. На фоне колебаний К., охватывающих сотни лет, происходили кратковременные колебания с меньшими амплитудами. Изменения К. имеют, таким образом, ритмический, колебательный характер.

  Климатический режим, господствовавший до антропогена, – тёплый, с малыми температурными контрастами и отсутствием полярных оледенений – был устойчивым. Напротив, К. антропогена и современный К. с оледенениями, их пульсациями и резкими колебаниями атмосферных условий – неустойчив. По выводам М. И. Будыко, совсем небольшое повышение средних температур земной поверхности и атмосферы может привести к уменьшению полярных оледенений, а проистекающее отсюда изменение отражательной способности (альбедо) Земли – к дальнейшему потеплению их сокращению льдов до полного их исчезновения.

  Климаты Земли. Климатические условия на Земле находятся в тесной зависимости от географической широты. В связи с этим ещё 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.

  Особенностями видимого движения Солнца определяется приток солнечной радиации на верхнюю границу атмосферы на разных широтах и в разные моменты и времена года (так называемый солярный климат). В тропическом поясе приток солнечной радиации на границу атмосферы имеет годовой ход с небольшой амплитудой и двумя максимумами в течение года. В умеренных поясах приток солнечной радиации на горизонтальную поверхность на границе атмосферы летом сравнительно мало отличается от притока в тропиках: меньшая высота солнца компенсируется увеличенной продолжительностью дня. Но зимой приток радиации быстро уменьшается с широтой. В полярных широтах, при длительном непрерывном дне, летний приток радиации также велик; в день летнего солнцестояния полюс получает на границе атмосферы даже больше радиации на горизонтальную поверхность, чем экватор. Зато в зимнее полугодие приток радиации на полюсе отсутствует вовсе. Таким образом, приток солнечной радиации на границу атмосферы зависит только от географической широты и от времени года и обладает строгой зональностью. 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 отчётливо через незональные влияния.

  В основе климатического районирования Земли лежит 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). Районирование может проводиться или по собственно климатическим признакам (например, по распределению средних температур воздуха и сумм атмосферных осадков у В. Кеппена), или по другим комплексам климатических характеристик, а также по особенностям общей циркуляции атмосферы, с которыми связаны типы климата (например, классификация Б. П. Алисова), или по характеру географических ландшафтов, определяемых климатом (классификация Л. С. Берга). Приводимая ниже характеристика климатов Земли в основном соответствует районированию Б. П. Алисова (1952).

  Глубокое влияние распределения суши и моря на климат видно уже из сравнения условий Северного и Южного полушарий. В Северном полушарии сосредоточены основные массивы суши и поэтому его климатические условия более континентальны, 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 тёплая 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 температуры воздуха снижаются до —35 °С, —45 °С).

  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 С. и к Ю. от экватора. Отличается очень равномерным температурным режимом с высокими температурами воздуха в течение всего года (обычно колеблются между 24 °С и 28 °С, причём 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. Осадки выпадают обычно в виде ливней, они, особенно во внутритропической зоне конвергенции, разделяющей пассаты двух полушарий, как правило, равномерно распределяются в течение года. Облачность значительная. Преобладающие естественные ландшафты суши – влажные экваториальные леса.

  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.