Текст книги "Вопросы о погоде"

Автор книги: Павел Астапенко

сообщить о нарушении

Текущая страница: 9 (всего у книги 32 страниц)

6.1. Что означает слово «климат»?

Слово «климат», по-видимому, происходит от одного из двух или от обоих близких по звучанию греческих слов – «клинейн» и «клима», означающих «наклонять» и «район», или «зона». По мнению одних ученых, древние греки считали, что климат определяется широтой места, то есть углом, под которым солнечные лучи обогревают данную местность, отсюда и возник этот термин; по мнению других, они просто понимали, что тот или иной климат присущ только определенному месту, то есть району или зоне. Современные же ученые рассматривают климат как понятие комплексное, целую совокупность состояний всей системы океан – суша – атмосфера на протяжении нескольких десятилетий.

6.2. Чем определяется разнообразие климатов на Земле?

Климат является одной из физико-географических характеристик местности, и, таким образом, он определяется прежде всего географическим положением последней, то есть широтой, распределением суши и моря, характером суши. В формировании климата любой местности большую роль играет ее высота над уровнем моря, а климата морских побережий и островных стран – течения в океане.

6.3. Что такое микроклимат?

Это климат небольшой территории внутри обширной климатической зоны. Обладая общими для всей зоны основными чертами, климат такой ограниченной территории отличается некоторыми особенностями, которые свойственны только этой территории. Например, климат оазисов в безводных пустынях, где в тени пальм у родника всегда прохладно и, в отличие от окружающей местности, есть почва, на которой произрастает растительность, и т. д. Своим микроклиматом обладают города, лесные полосы в степях и т. д. Добавим, что понятие «микроклимат» относится только к приземному слою воздуха над какой-то территорией. В последние годы вошел в употребление и термин «микроклимат помещения», под которым подразумевают искусственно поддерживаемый режим метеорологических элементов внутри закрытых помещений, в том числе парников, теплиц, зимних садов и др.

6.4. Какова наиболее известная классификация климатов?

Классификаций климатов несколько. Есть строго научные подробные классификации климатов всего земного шара, есть классификации для отдельных географических районов и даже для отдельных стран. Наиболее простая и известная классификация, которой пользуется большинство людей, хотя она не является официально признанной и не отличается полнотой, следующая: различают климаты холодный, умеренный, жаркий – по режиму температуры, кроме того, каждую из трех основных разновидностей климата можно в зависимости от режима осадков и влажности дополнительно характеризовать как морской (влажный, с ровным ходом температуры) или континентальный (сухой, с резкими колебаниями температуры). Например, в Антарктике по этой классификации климат холодный континентальный, в Арктике – холодный морской, в Восточной Европе – умеренный континентальный, а в Западной Европе – умеренный морской, в Северной Африке, на Ближнем Востоке, на юге Средней Азии – жаркий континентальный, а на Кубе и других островах Карибского моря – жаркий морской. Это упрощенная, очень приблизительная классификация земных климатов, не включающая многие важные климатические области, например зону муссонов или высокогорные районы и т. п.

6.5. Что лежит в основе общепризнанных научных классификаций климатов?

В основе очень распространенной классификации климатов, предложенной русским ученым В. Кеппеном, также лежат режим температуры и степень увлажнения, но одновременно эта классификация учитывает и ландшафты: выделено восемь климатических поясов с одиннадцатью типами климата. Каждый тип имеет точные критерии значений температуры, количества зимних и летних осадков.

Известный советский климатолог Б. П. Алисов создал классификацию климатов с учетом особенностей циркуляции атмосферы. Им выделено семь основных климатических зон – экваториальная, две тропические, две умеренные и две полярные. Между основными зонами, по Алисову, находится шесть переходных зон – две зоны тропических муссонов, две субтропические и две субполярные (субантарктическая и субарктическая). В каждой из названных зон в соответствии с преобладающей циркуляцией воздушных масс есть четыре типа климата: материковый, океанический, климат западных и климат восточных берегов.

Интересную и вместе с тем простую классификацию климатических режимов северного полушария предложили ученые А. А. Григорьев и М. И. Будыко. Эта классификация учитывает, помимо режимов температуры и увлажнения, еще и радиационный баланс. Она предусматривает всего пять климатических режимов:

1) арктический, с наличием снежного покрова, отрицательными температурами воздуха и отрицательным или близким к нулю радиационным балансом;

2) тундры, со средними месячными температурами от 0 до 10°C при положительном радиационном балансе;

3) лесных зон, со средними месячными температурами более 10°C при положительном радиационном балансе и достаточном увлажнении, когда испарение составляет не менее половины величины испаряемости (максимально возможного испарения);

4) засушливых зон (степей и сухих саванн), где при положительном радиационном балансе испарение составляет от одной десятой до половины величины испаряемости;

5) пустынь, где при положительном радиационном балансе испарение меньше одной десятой испаряемости.

В разных географических зонах в течение года может быть несколько климатических режимов, например зимой – арктический, а летом – засушливых зон. Есть и другие классификации, построенные на другой основе, например классификация ландшафтно-географических зон суши (Л. С. Берга).

6.6. Какие климаты есть в Советском Союзе?

У нас в стране большое разнообразие климатов. Из одиннадцати типов климата по Кеппену представлены девять. Это сухие климаты пустынь и степей на юге Азиатской и Европейской частей СССР; умеренно теплые климаты с сухой зимой в восточных районах Европейской части РСФСР, с сухим летом – в некоторых районах Средней Азии и с равномерным в течение года увлажнением – на Южном берегу Крыма, на Черноморском побережье Кавказа и в Приморье на Дальнем Востоке; умеренно холодные климаты лесной зоны с сухой зимой в Забайкалье и с равномерным увлажнением в таежной зоне Сибири и Европейской части Союза; полярные климаты тундры на арктическом побережье страны и постоянного мороза на арктических островах в Ледовитом океане.

Нет у нас лишь климатов влажных тропических лесов и саванн, присущих приэкваториальным областям.

6.7. Чем характерен средиземноморский климат?

Средиземноморский климат по Кеппену – умеренно теплый с сухим летом; Алисов относит его к климату субтропическому на западных берегах континентов. Для этого климата характерна мягкая зима со значительным количеством осадков и относительно сухое, достаточно жаркое лето. Зимой может выпадать снег, но без образования снежного покрова. У нас в стране близкий к такому климат на Южном берегу Крыма. Так, например, в районе Ялты средняя температура июля 24°C, января 4°C, годовая сумма осадков 600 мм, но за летние месяцы выпадает 230 мм. Климат на Черноморском побережье Кавказа севернее Туапсе приближается к средиземноморскому в меньшей степени.

Средиземноморский климат (по Алисову) наблюдается и за пределами Средиземноморья: на побережьях штатов Калифорния, Орегон и Вашингтон в США, в Южной Австралии, Южной Африке (Капский п-ов). В районах со средиземноморским климатом своеобразная растительность, сочетающая засухоустойчивые виды и вечнозеленые деревья и кустарники.

6.8. Каковы отличительные черты континентального климата?

Основной чертой континентальности климата является большая амплитуда колебаний температуры между зимой и летом. В умеренных широтах континентальный климат отличается большой суровостью зимы и более жарким по сравнению с климатом морских побережий или океанских островов летом. Вторая отличительная черта континентальности климата – ограниченность количества осадков и часто недостаточность последних в те или иные сезоны или в целом за год. Однако распределение осадков – не определяющий признак континентальности климата; рельеф и особенности атмосферной циркуляции могут существенно влиять на осадки и режим температуры, искажая общую картину условий погоды, характерных для данной местности. В горах во внутренних континентальных областях осадков иногда выпадает больше, чем на побережьях; известны также засушливые области на берегу океана, такие, как пустыня Атакама в Чили, где протекающее вдоль берега холодное Перуанское течение умеряет летнюю жару и годовая амплитуда температуры очень невелика – всего 5-6°C, осадков же выпадает в условиях преобладания антициклонической циркуляции и постоянства сухих ветров юго-западного пассата ничтожное количество.

6.9. Что такое индекс континентальности?

Индексом континентальности называют числовую характеристику климата, указывающую степень его континентальности. Известно несколько вариантов вычисления этого индекса, предложенных различными авторами. Все они основаны на учете годовой амплитуды температуры, функцией которой и является индекс континентальности K. Например, по Горчинскому,

; по Хромову,

; где А – годовая амплитуда температуры; φ – географическая широта места.

Значения индекса континентальности по Горчинскому выражаются двузначными числами, возрастающими с увеличением континентальности. Теоретически они могут изменяться от нуля до бесконечности. Индекс континентальности по Хромову обычно положителен и составляет доли единицы, а его предельное максимальное значение равно единице (что возможно только на экваторе). В случае морского климата индекс континентальности может иметь даже отрицательное значение.

6.10. Где климат более континентальный – в северном полушарии или в южном?

Решающее преобладание океана над сушей в южном полушарии делает климат южного полушария гораздо менее континентальным, чем климат северного; исключение составляет лишь Антарктика, где картина становится прямо противоположной в связи с существованием континента у Южного полюса.

Хотя в целом северное полушарие теплее южного и средняя температура воды в океанах северного полушария также на 2°C теплее, чем в океанах южного полушария, зима в южном полушарии более мягкая, чем в северном полушарии в поясе между широтами от 30 до 70°. Средние зональные температуры воздуха в северном полушарии выше, чем в южном, на всех широтах, за исключением пояса между 60 и 50°. Это видно из следующей таблицы (А. С. Монин, Ю. А. Шишков, 1979).

6.11. Что такое географические климатические зоны?

На поверхности нашей планеты выделены географические зоны на основе учета комплекса характеристик: геоботанической, тепловой, энергетической, условий увлажнения. Географических зон, согласно такой классификации, насчитывается 13: с отрицательным радиационным балансом – одна (вечный снег); с радиационным балансом до 209 • 10³ Дж/(год • см²) – четыре (арктическая пустыня; тундра – тайга – смешанные леса – лиственный лес и лесостепь; степь; полупустыня умеренного пояса, пустыня умеренного пояса); с радиационным балансом от 209 • 10³ до 314 • 10³ Дж/ (год • см²) – четыре (субтропические болота и дождевые леса; жестколистные субтропические леса и субтропическая степь; субтропическая полупустыня; субтропическая пустыня); с радиационным балансом больше 314 • 10³ Дж/(год • см²) – четыре (экваториальные болота и леса; сухая саванна; опустыненная саванна; тропическая пустыня). Указанная классификация географических климатических зон предложена А. А. Григорьевым и М. И. Будыко (1962). Она достаточно полно и детально характеризует все разнообразие географических зон земного шара, давая каждой из них объективные количественные критерии наряду с качественными характеристиками.

6.12. Каковы объективные показатели различных геоботанических зон?

Хотя распределение растительности по поверхности земного шара само по себе – убедительный довод в пользу выделения геоботанических зон: тундры, лесов, степей, полупустынь и пустынь, – для каждой из зон можно указать и количественные критерии, характеризующие их климатические особенности, которые в конечном счете и определяют условия развития растительности. Один из таких критериев – предложенный М. И. Будыко (1955) радиационный индекс сухости, представляющий собой безразмерную величину – отношение радиационного баланса земной поверхности к затратам тепла на испарение годовой суммы осадков R/Lr, где R – радиационный баланс Дж/ (год • см²), L – теплота испарения воды, r – годовая сумма выпадающих осадков.

Геоботанической зоне тундры соответствуют значения индекса меньшие 0,35, леса – от 0,35 до 1, степи – от 1 до 2, полупустыни – от 2 до 3, пустыни – большие 3.

Более детальное деление лесной зоны на тропическую, влажной саванны, субтропическую, лиственную умеренных широт и хвойную, а степной зоны – на саванну, степь (прерию) возможно по дополнительному показателю – радиационному балансу R, значения которого могут колебаться от 0 до 418 • 10³ Дж/(год • см²).

6.13. Что такое коэффициент стока и как с его помощью можно характеризовать геоботанические зоны?

Известно, что выпадающие на земную поверхность осадки частично испаряются, а частично стекают через гидрографическую сеть (реки, озера, болота, каналы и т. п.) в океан. Разность между количеством выпадающих осадков и испарением составляет величину стока, которая связана также с радиационным режимом. Отношение величины стока к количеству выпадающих осадков называется коэффициентом стока. Чем меньше испаряемость осадков, тем больше коэффициент стока, который в геоботанических зонах убывает по мере роста радиационного индекса сухости, то есть ухудшения условий увлажнения

В тундре коэффициент стока больше 0,7, в лесной зоне он равен 0,3-0,7, в степной зоне 0,1-0,3, а в полупустынях и пустынях он менее 0,1. Абсолютная величина стока с ухудшением условий увлажнения, или с ростом значений радиационного индекса сухости, также убывает от 200-50 см/год в лесной зоне до 20-5 см/год в степной зоне и менее 1 см/год в пустынях. Все указанные данные приведены для равнинной местности. В горах значения могут быть существенно иными.

6.14. Какие климатические условия определяют северную границу распространения леса?

Граница распространения лесов в средних широтах северного полушария проходит по линии, соответствующей годовой сумме температур воздуха за все дни, когда она превышала 10°C, равной 600-700°C. В горных районах лес поднимается до высот с гораздо более низкими температурами воздуха. Сумма температур воздуха за все дни периода вегетации, когда она превышала 10°C, составляет здесь всего 200-300°C. Как установили Ф. Ф. Давитая и Ю. С. Мельник (1962), важную роль в распространении леса играет не только температура воздуха, но и условия радиационного нагрева растений: и в горах, и на равнине, независимо от широты места, граница леса соответствует одной и той же сумме температур на поверхности растительного покрова.

6.15. Что можно узнать по годичным кольцам на спиле дерева?

Годичные кольца на спиле дерева (рис. 21) – своеобразная летопись условий роста и развития растения.

21. Годичные кольца на спиле дерева

В благоприятные, то есть в теплые и богатые осадками, годы годовой прирост ствола дерева больше, чем в неблагоприятные, холодные и засушливые.

Еще Леонардо да Винчи обнаружил прямую связь между шириной годичных колец и осадками. Двумя столетиями позже, в XVIII веке, шведский естествоиспытатель Карл Линней установил существование зависимости между шириной колец деревьев, растущих на севере Европы, и температурой воздуха в летние сезоны. В середине нашего столетия рядом ученых была замечена также связь между шириной колец деревьев и продолжительностью солнечного сияния.

Вместе с тем оказалось, что метеорологические условия произрастания деревьев сказываются не только на ширине годичных колец, но и на плотности весенней и летней древесины каждого кольца. Для анализа плотности древесины колец понадобилась разработка специальной методики, основанной на использовании рентгеновских лучей.

Таким образом, изучая годичные кольца на срезе дерева, можно судить о климате прошлых лет, его изменениях.

6.16. Что такое дендроклиматология?

Это наука, изучающая взаимосвязь между годичными кольцами деревьев и метеорологическими величинами – температурой, осадками и солнечным сиянием. Возникла она на основе развития другой научной дисциплины – дендрохронологии, занимающейся определением возраста лесов путем исследования годичных колец деревьев.

Поскольку некоторые деревья живут многие сотни и даже тысячи лет (например, мамонтово дерево в Калифорнии, как показал срез его пня, имело возраст более 3000 лет, а остистая сосна, росшая в предгорьях Уайт-Маунтинс в Северной Америке и спиленная в 1956 году, имела возраст более 4500 лет!), изучение их годичных колец позволяет судить о климате прошлого, о колебаниях температуры, режима осадков и солнечного сияния. Кроме того, сопоставление свежих срезов «живых» деревьев со срезами погребенных деревьев более ранних времен открывает возможность продления хронологии изменения климата далеко за пределы возраста современных деревьев. Для Северной Америки и Средней Европы по годичным кольцам остистой сосны, дуба, лиственницы, ели и кедровой сосны восстановлена непрерывная хронология за период, превышающий 8000 лет, хронология с некоторыми пробелами – почти за 12 000 лет.

Численными методами с использованием ЭВМ была рассчитана количественная связь между данными ежегодных измерений характеристик древесины и летними температурами. Расхождение с фактическими данными оказалось меньше одного градуса. Удалось также сопоставить данные о колебаниях климата (а именно, о колебаниях температуры) с данными об изменениях фронта ледников в Альпах. Согласованность между всеми этими изменениями очень хорошая, что говорит о перспективности методов дендроклиматологии.

6.17. Что такое климатические справочники и для чего они нужны?

Климатические справочники – источник информации о климате той или иной местности. Они содержат средние обобщенные за длительный период наблюдений цифровые данные о режиме основных метеорологических величин, а также предельные максимальные и минимальные их значения, характеризующие их состояние и колебания на протяжении суток, месяцев и сезонов.

В климатических данных нуждаются все отрасли народного хозяйства. Особенно остро они необходимы при планировании строительства новых предприятий, транспортных магистралей, линий связи и электропередачи, жилых массивов, а также при выполнении многих других работ, в том числе связанных с освоением земельных площадей, осушением болот, лесонасаждениями, созданием водохранилищ, ирригационных и мелиоративных или оросительных систем.

Практически любые работы – строительные, сельскохозяйственные и т. д. – требуют учета характерных для той или иной конкретной местности условий погоды: режима температуры, осадков, ветра, повторяемости и интенсивности различных метеорологических явлений (например, туманов, метелей, гроз, гололеда, шквалов, ураганных ветров и т. п.).

Различные строительные и эксплуатационные нормы рассчитываются исходя из средних характеристик метеорологических условий и возможных отклонений от них, так называемых экстремальных значений, содержащихся в климатических справочниках. Культивирование наиболее пригодных сортов злаков, фруктов и овощей, разведение тех или иных пород домашних животных также невозможно без знания и учета климатологической информации, содержащейся в справочниках. Даже разработка туристских маршрутов или планов горных восхождений альпинистов требует подробных данных, имеющихся в климатических справочниках!

6.18. За сколько лет наблюдений берутся данные для климатических справочников?

В климатологии принято считать, что для осреднения достаточным является ряд наблюдений за 30 лет. Желательно, чтобы для всех пунктов, помещаемых в справочниках, это были данные за одни и те же годы. Но это практически недостижимо. В справочниках используются данные за все имеющиеся годы наблюдений, для отдельных пунктов ряды наблюдений составляют более 100 лет, для других – несколько десятков лет. Для строгих сопоставлений данных разных пунктов климатологи используют так называемые реперные периоды наблюдений за устанавливаемые на международных конференциях рекомендуемые годы. В 30-е годы пользовались наблюдениями с 1901 по 1930 год, сейчас – с 1931 по 1960 год. Если необходимо использовать данные пункта с меньшим рядом наблюдений, то его данные «приводятся» к стандартному ряду наблюдений особым образом, согласно разработанной климатологами методике.