Кліматологія. 
Основна інформація про географічні науки, що вивчають Землю

Кліматологія (від грец. клЯмб — «нахил» і -лпгЯб — «знання») — наука, що вивчає питання кліматоутворення, опис і класифікацію клімату земної кулі, антропогенні впливи на клімат. Відноситься до географічних наук, оскільки клімат є географічною характеристикою. Так само відноситься до географічної частиниметеорології, оскільки кліматотворні процеси мають геофізичну природу.

Кліматотвірні процеси розгортаються в конкретних географічних умовах земної кулі. У низьких і високих широтах, над сушею і над морем, над рівниною і гірськими областями кліматотвірні процеси протікають по-різному, тобто мають свою географічну специфіку.

Таким чином, і характеристики клімату, і їхній розподіл залежать від тих же географічних чинників клімату. Розглядаючи в попередніх розділах багаторічний режим радіації, температури, вологості, вітру, ми постійно зупинялися на географічній обумовленості їх добового і річного ходу, неперіодичної мінливості, просторовому розподілі. Тепер, підсумовуючи сказане, перерахуємо географічні чинники клімату і головні їхні ефекти.

Основними географічними чинниками клімату є: географічна широта; висота над рівнем моря; розподіл суші і води на поверхні земної кулі; орографія поверхні суші; океанічні течії; рослинний, сніговий і крижаний покрив. Особливе місце займає діяльність людського суспільства, яка у відомих межах також впливає на кліматотвірні процеси і тим самим на клімат шляхом зміни тих або інших географічних чинників.

Географічна широта Першим і дуже важливим чинником клімату є географічна широта. Від неї залежить зональність у розподілі елементів клімату. Сонячна радіація надходить на верхню межу атмосфери в суворій залежності від географічної широти, що визначає полуденну висоту Сонця і тривалість опромінення пори року. Поглинена радіація розподіляється набагато складніше, тому що залежить і від хмарності, і від альбедо земної поверхні, і від ступеня прозорості повітря; але визначене зональне тло є й у її розподілі.

По тій же причині зональність лежить і в основі розподілу температури повітря Правда, цей розподіл залежить не тільки від поглиненої радіації, але і від циркуляційних умов. Але й у загальній циркуляції є визначений ступінь зональності (у свою чергу температури, що залежить від зональності в розподілі. Згадаємо, до речі, що такий чисто кінематичний чинник загальної циркуляції атмосфери, як коріолісів параметр, також залежить від географічної широти.

Зональність у розподілі температури тягне за собою зональність і інших складових клімату, зональність неповну, але яка все ж таки лежить в основі розподілу цих складових по земній поверхні.

Вплив географічної широти на розподіл метеорологічних показників стає все помітніше з висотою, коли слабшає вплив інших чинників клімату, зв’язаних із земною поверхнею. Отже, клімат високих шарів атмосфери має краще виражену зональність, ніж клімат у земної поверхні.

Висота над рівнем моря Висота над рівнем моря також є географічним чинником клімату. Атмосферний тиск із висотою падає, сонячна радіація й ефективне випромінювання зростають, температура й амплітуда її добового ходи, як правило, убувають, масова частка водяної пари також убуває, а вітер досить складно змінюється по швидкості і напрямку.

Такі зміни відбуваються в атмосфері над рівнинною місцевістю, із великими або меншими збуреннями (пов'язаними з близькістю земної поверхні) вони відбуваються й у горах. У горах намічаються і характерні зміни з висотою хмарності й опадів. Опади, як правило, спочатку зростають із висотою місцевості, але починаючи з деякого рівня, убувають. У результаті в горах створюється висотна кліматична зональність, про яку ще буде сказано нижче.

Отже, у тому самому гірському районі кліматичні умови можуть сильно розрізнятися в залежності від висоти місця. При цьому зміни з висотою набагато сильніше, ніж зміни із широтою в горизонтальному напрямку.

Висотна кліматична зональність У зв’язку зі сказаним у попередньому розділі коротко розглянемо вертикальну, або висотну, кліматичну зональність. Це явище полягає в тому, що в горах зміни метеорологічних параметрів із висотою створює зміни всього комплексу кліматичних умов. Утворюються лежачі одна над одною кліматичні зони (або пояси) із відповідною зміною рослинності. Зміна висотних кліматичних зон нагадує зміну кліматичних зон у широтному напрямку. Різниця, однак, у тому, що для змін, що у горизонтальному напрямку відбуваються протягом тисяч кілометрів, у горах потрібна зміна висоти тільки на кілометри.

При цьому типи рослинності в горах змінюються в наступному порядку. Спочатку йдуть листяні ліси. У сухих кліматах вони починаються не від підніжжя гір, а з деякої висоти, де температура падає, а опади зростають настільки, наскільки це потрібно для зростання деревної рослинності. Потім йдуть хвойні ліси, чагарники, альпійська рослинність із трав і сланких чагарників. За сніговою лінією наступає зона постійного снігу і льоду.

Верхня межа лісу в районах із сухим континентальним кліматом піднімається вище, ніж у районах із вологим океанічним кліматом. На екваторі вона досягає 3800 м, а в сухих районах субтропіків вище 4500 м. Від помірних широт до полярних межа лісу швидко знижується в зв’язку з тим, що зростання лісу обмежено середньою липневою температурою 10−12°С.

У тундрі лісів взагалі немає. Вся зміна висотних кліматичних зон у горах за полярним колом зводиться до зміни зони тундри на зону постійного морозу.

Межа землеробства в горах близька до межі лісу; у сухому континентальному кліматі вона проходить значно вище, ніж у морському. У помірних широтах ця межа — біля 1500 м. У тропіках і субтропіках польові культури доходять до висот біля 4000 м, а на Тибетському нагір'ї - навіть вище 4600 м.

Істотно, що при зміні висотних кліматичних зон зберігаються загальні закономірності клімату, властиві тій широтній зоні, у якій знаходиться дана гірська система. Так, вище снігової лінії в горах тропічної зони річна амплітуда температури залишається характерно малою; отже, клімат там аж ніяк не ідентичний клімату полярних областей.

Розподіл суші і моря Розподіл суші і моря є ефективним чинником клімату. Саме з ним зв’язаний розподіл типів клімату на морський і континентальний. Розглядаючи в попередніх розділах розподіл температури, опадів і інших метеовеличин по земній поверхні, ми не разом переконувалися, що зональність цих кліматичних характеристик виявляється збуреною або перекритою впливом нерівномірного розподілу суші і моря. У південній півкулі, де океанська поверхня переважає, а розподіл суші більш симетрично щодо полюса, ніж у північній півкулі, зональність у розподілі температури, тиску, вітру виражена краще.

Центри дії атмосфери на багаторічних середніх картах тиску виявляють явний зв’язок із розподілом суші і моря: субтропічні зони високого тиску розриваються над материками влітку; у помірних широтах над материками яскраво виражене переважання високого тиску взимку і низького влітку. Це ускладнює систему циркуляції, а стало бути, і розподіл кліматичних умов на Землі.

Положення місця щодо берегової лінії саме по собі в сильному ступені впливає на режим температури (а також вологості, хмарності, опадів), визначаючи ступінь континентальності клімату. Потрібно, однак, пам’ятати, що справа не тільки у відстані від океану, але й в умовах загальної циркуляції. Остання може створювати винос морських повітряних мас далеко вглиб материка (або винос континентальних повітряних мас на океан) або, навпроти, виключати таку можливість.

Орографія На кліматичні умови в горах впливає не тільки висота місцевості над рівнем моря. На них впливають також висота і напрямок гірських хребтів, експозиція схилів щодо сторін світу і переважаючих вітрів, ширина долин і крутість схилів і ін.

Ми знаємо, що повітряні течії можуть затримуватися і відхилятися хребтами, а фронти — деформуватися. У вузьких проходах між хребтами швидкість повітряних течій змінюється. У горах виникають місцеві системи циркуляції - гірсько-долинні і льодовикові вітри.

Над схилами, по-різному експонованими, створюється різний режим температури. Форми рельєфу впливають і на добовий хід температури. Затримуючи перенос мас холодного або теплого повітря, гори створюють більш або менше різкі поділи в розподілі температури у великому географічному масштабі.

У зв’язку з перетіканням повітряних течій через хребет, на навітряних схилах гір створюється збільшення хмарності й опадів. На підвітряних схилах, напроти, виникають фени з підвищенням температури і зменшенням вологості і хмарності. Над горами виникають хвилясті збурення повітряних течій і особливі форми хмар. Над нагрітими схилами гір також збільшується конвекція і, отже, утворення хмар.

Багато з перерахованих явищ відбиваються й у багаторічному режимі клімату гірських районів і їхнього оточення.

Океанічні течії Океанічні течії створюють особливо різкі розходження в температурному режимі поверхні моря і тим самим впливають на розподіл температури повітря і на атмосферну циркуляцію. Усталеність океанічних течій приводить до того, що їхній вплив на атмосферу має кліматичне значення. Карти изаномал температури яскраво показують вплив отеплювання Гольфстріму на клімат східної частини північного Атлантичного океану і Західної Європи. Холодні океанські течії також визначаються середніх картах температури повітря відповідними збуреннями в конфігурації ізотерм — язиками холоду, направленими до південних широт.

Над районами холодних океанічних течій збільшується повторюваність туманів, як це особливо яскраво виявляється в Ньюфаундленді, де повітря може переходити з теплих вод Гольфстріму на холодні води Лабрадорської течії. Над холодними водами в пасатній зоні зникає конвекція і різко зменшується хмарність. Це у свою чергу є чинником, що підтримує існування так званих прибережних пустель.

Рослинний і сніговий покрив Говорячи про температуру землі і повітря, ми відзначали вплив на них рослинного і снігового покриву. Досить густий трав’яний покрив зменшує добову амплітуду температури ґрунту і знижує її середню температуру. Отже, він зменшує і добову амплітуду температури повітря. Більш значний, своєрідний і складний вплив на клімат має ліс. Мабуть, над лісом може навіть зростати кількість опадів за рахунок збільшення жорсткуватості поверхні, над якою тече повітря.

Однак впливи рослинного покриву мають в основному мікрокліматичне значення, розповсюджуючись переважно на приземний шар повітря і варіюючи на невеликих просторах.

Сніговий (і крижаний) покрив зменшує втрати тепла ґрунтом і коливання її температури. Але сама поверхня покриву сильно відбиває сонячну радіацію вдень і сильно прохолоджується випромінюванням уночі, тому вона охолоджує і повітря, що знаходиться над нею. Навесні на танення сніжного покриву витрачається велика кількість тепла, що береться із атмосфери. Таким чином, температура повітря над сніговим покривом, що тане, залишається близькою до нуля. Над сніговим покривом часті і сильні інверсії температури, взимку пов’язані з радіаційним вихолоджуванням, весною — з таненням снігу. Над постійним сніжним покривом полярних областей навіть влітку часті інверсії або ізотермії.

Діяльність людини Діяльність людини, строго кажучи, не відноситься до географічних чинників клімату. Людина впливає на клімат тільки через господарську діяльність. Вирубка лісів, нераціональне розорювання земель, неврахування наукових даних і розумінь при побудові міст і промислових підприємств — все це погіршує кліматичні умови. Тільки тепер, хоча «псування» клімату і продовжується, поставлено питання про свідоме її поліпшення.

Вплив людини на клімат починається кілька тисяч років тому в зв’язку з розвитком землеробства. У багатьох районах для обробки землі знищувалася лісова рослинність, що приводило до збільшення швидкості вітру біля земної поверхні, деякі зміні режиму температури і вологості нижнього шару повітря, а також до зміни режиму вологості ґрунту, випару вологи і річкового стоку. У порівняно сухих областях знищення лісів часто супроводжується посиленням пилових буревіїв і руйнуванням ґрунтового покриву, що помітно змінюють природні умови на цих територіях.

Разом з цим знищення лісів навіть на великих просторах впливає на метеорологічні процеси великого масштабу. Зменшення шорсткості земної поверхні і деяка зміна випару вологи на звільнених від лісів територіях трохи змінює режим опадів, хоча така зміна порівняно невелика, якщо ліси заміняються іншими видами рослинності.

Більш істотний вплив на опади може зробити повне знищення рослинного покриву на деякій території, що неодноразово відбувалося в минулому в результаті господарської діяльності людини. Такі випадки мали місце після вирубки лісів у гірських районах зі слабко розвитим ґрунтовим покривом. У цих умовах ерозія швидко руйнує не захищений лісом ґрунт, у результаті чого стає неможливим подальше існування розвинутого рослинного покриву. Схоже положення виникає в деяких областях сухих степів, де природний рослинний покрив, знищений унаслідок необмеженого випасу сільськогосподарських тварин, не відновляється, у зв’язку з чим ці області перетворюються в пустелі.

Оскільки земна поверхня без рослинного покриву сильно нагрівається сонячною радіацією, відносна вологість повітря на ній падає, що підвищує рівень конденсації і може зменшувати кількість опадів, що випадають. Імовірно, саме цим можна пояснити випадки невідновлення природної рослинності в сухих районах після її знищення людиною.

Інший шлях впливу діяльності людини на клімат зв’язаний із застосуванням штучного зрошення. У посушливих районах зрошення використовується протягом багатьох тисячоріч, починаючи з епохи найдавніших цивілізацій, що виникли в долині Нілу і межиріччя Тигру й Євфрату.

Застосування зрошення різко змінює мікроклімат зрошуваних полів. Через значне збільшення витрати тепла на випар знижується температура земної поверхні, що приводить до зниження температури і підвищенню відносної вологості нижнього шару повітря. Проте така зміна метеорологічного режиму швидко загасає за межами зрошуваних полів, тому зрошення приводить тільки до змін місцевого клімату і мало впливає на метеорологічні процеси великого масштабу.

Інші види діяльності людини в минулому не робили помітного впливу на метеорологічний режим скільки-небудь великих просторів, тому донедавна кліматичні умови на нашій планеті визначалися в основному природними факторами. Таке положення початок змінюватися в середині XX століття через швидкий ріст чисельності населення й особливо через прискорення розвитку техніки й енергетики.

Сучасні впливи людини на клімат можна розділити на дві групи, з яких до першої відносяться спрямовані впливи на гідрометеорологічний режим, а до другої - впливи, що є побічними наслідками господарської діяльності людини.

Мова йде про мікроклімат, оскільки поки практично можливо лише його поліпшення. Реальні способи цього поліпшення перебувають у впливі на такий географічний чинник мікроклімату, як рослинний покрив (насадження лісів і лісосмуг).

Протягом року полуденна висота сонця над горизонтом змінюється. Це пов’язано з тим, що вісь Землі нахилена до площини орбіти під кутом 66о 33' і під час свого річного руху не змінює напрямку своєї осі (північний полюс завжди напрямлений на Полярну зірку). Наслідком є зміна пір року.

В одну і ту ж пору року на різних широтах висота сонця також різна, адже Земля кулястої форми.

В будь-який момент часу сонце знаходиться в зеніті (під кутом 90о до поверхні землі) на одній із широт в межах 23о 27' пн. ш. і 23о 27' пд. ш. (північного і південного тропіків). 22 червня сонце в зеніті на північному тропіку (день літнього сонцестояння), 22 грудня — на південному тропіку (день зимового сонцестояння). 21 березня і 23 вересня сонце в зеніті на екваторі (двічі на рік воно перетинає екватор, рухаючись то з північної півкулі і південну, то навпаки). Це дні весняного і осіннього рівнодень відповідно. Широта, на якій сонце в певний момент часу знаходиться в зеніті називається схиленням. Широта місцевості - це кут між радіусом екваторіальним і радіусом, проведеним у точку спостереження…

На якій широті Сонце буває о 12 годині в березні на півдні, а у червні - на півночі?

• — 0* ш.
• — 10* пн.ш.
• — 23*30' пд.ш.
• — 66*30' пд.ш.

Для розв’язання задачі потрібно звернутися до таблиць схилення сонця, які я вам відсилала. З таблиці видно, що схилення сонця в березні коливається протягом місяця від — 07°44'' до +04°00'', це значить, що Сонце в зеніті буває в березні місяці на проміжку від 7°пд.ш. до 4° пн.ш. Далі сонце «рухається» на північ і в червні Сонце в зеніті знаходиться на проміжку від 22° пн. ш. до 23°12'' пн. ш. Отже, шукана широта знаходиться приблизно між екватором і північним тропіком. Методом виключення шукаємо широту, що входить в межі цього проміжку.

Для широти 23°30'' пд. ш. в ці місяці сонце завжди буде на півночі. Для широти 66°30'' тим паче.

Повністю цьому проміжку протягом цілих вказаних місяців відповідає широта 10° пн.ш.

Для широти 0°, тобто для Екватора, сонце буде знаходитися в березні на півдні лише до 21 березня виключно, потім 21.03 схилення вже дорівнюватиме +00°05'', тобто буде над екватором, а не на півдні.

Відповідь: 10°пн.ш.; ля широти 0° - лише до 21 березня виключно.

Встановіть полуденну висоту сонця над горизонтом у Полтаві 23 вересня.

Розв’язання Пояснення до задачі. Для подібних задач застосовується формула, яку слід запам’ятати:

H=90°-ц+(-) Д, де ц (фі) — це географічна широта об'єкта, а Д (дельта) — схилення сонця. Грецькі букви часто застосовуються в географічних формулах, так що як додаток я надрукую Вам основні грецькі літери в таблиці. Для розрахунку за формулою потрібна географічна широта м. Полтава: ц (Полтава)=49°35'пн.ш. ;також треба запам’ятати, що 23 вересня та 21 березня — дні рівнодення, тобто сонце знаходиться в зеніті над екватором, там кут падіння сонячних променів дорівнює 90°.День і ніч за тривалістю в обох півкулях однакові. Схилення сонця в ці дні вважається 0°:

Дано:

ц =49°35'пн.ш.

Д=+00°05'.

h (висота сонця)=90°-49°35'+00°05'=89°60'-49°35'+00°05'=40°25'+00°05'.

h-?= 40°30'.

Відповідь: h=40°30'.

Кут падіння сонячних променів у полудень 22 червня буде однаковим у точках, що розташовані на паралелях:

• — 0* і 47* пд.ш.
• — 0* і 47* пн.ш.
• — 10* пн.ш. і 10* пд.ш.
• — 23,5* пн.ш. і 23,5* пд.ш.

Розв’язання.

22 червня сонце знаходиться в зеніті над північним тропіком 23°27''пн.ш. Точки з однаковою висотою сонця повинні знаходитися по «обидва боки» від тропіка, на північ і на південь від 23°27'' пн.ш. Цим умовам відповідає другий варіант — 0° і 47°пн.ш.

Відповідь: 0° і 47°пн.ш.

Визначте висоту полуденного сонця у місті Одеса 22 грудня.

Розв’язання Задача вирішується за тією ж формулою, що й задача 4. Тільки різниця полягає в тому, що 22 грудня, як і 22 червня — дні сонцестояння.

22 червня схилення сонця максимальне — +23°27'. В цей день Сонце знаходиться над Північним тропіком, тобто тропіком Рака, день найдовший, ніч найкоротша.

Взимку 22 грудня (за умовою задачі) схилення дорівнює -23°27', мінімальне. В цей день сонце знаходиться над тропіком Козерога, тобто південним. Ніч найдовша.

Слід запам’ятати: зазвичай на олімпіадах, конкурсах і т.д. схилення сонця цих днів (рівнодення та сонцестояня) не зазначають в умові, тобто це треба запам’ятати!!! Координати міст мають обов’язково зазначати в умові, окрім загальновідомих (координати Лондона, озера Вікторія і т. д.).

Напевне треба знати координати Києва, Москви.

Щоб краще запам’ятати схилення сонця, то буквально значення схилення сонця — це широта, на якій сонце знаходиться в зеніті. Тобто вже на широті 24° пн.ш. сонце в зеніті знаходитися не може, а на нашій широті тим паче це неможливо. Сонце «гуляє» в межах від північного до південного тропіка, що виявляється в зміні тривалості дня і ночі та змін пір року.

Широта північного тропіка — 23°27'пн.ш.

Широта південного тропіка — 23°27'пд.ш.

Широта екватора -0°, тобто і схилення в дні рівнодення (задача 4) буде 0°.

По науковому:

Схилення сонця (Д) — це кут між термінатором і земною віссю, який змінюється протягом року.

Термінатор — це світодільна лінія між днем і ніччю.

Але я думаю, що краще запам’ятати варіант, зазначений вище, хоча це не наукове визначення.

Широта міста Одеса =46°28'.

Схилення Сонця =-23°27'.

Висота =90°-46°28'-23°27'=89°60'-46°28'-23°27'=20°05'.