Войти
Климатология - это научное изучение климата. Климатология (от греч. κλίμα, клима, «место, зона»; и -λογία, -logia ) или наука о климате - научная исследование климата, научно определяемого как погодные условия, усредненные за определенный период времени. Эта современная область исследований рассматривается как раздел наук об атмосфере и подполе физической географии, которая является одной из наук о Земле. Климатология теперь включает аспекты океанографии и биогеохимии.
Основными методами, используемыми климатологами, являются анализ наблюдений и моделирование физических законов, определяющих климат. Основные направления исследований - изучение изменчивости климата, механизмов изменения климата и современного изменения климата. Базовые знания климата можно использовать в краткосрочных прогнозах погоды, например о климатических циклах, таких как Эль-Ниньо – Южное колебание (ENSO), колебание Мэддена – Джулиана. (MJO), Североатлантическое колебание (NAO), Арктическое колебание (AO), Тихоокеанское десятилетнее колебание (PDO) и Меж десятилетнее тихоокеанское колебание (IPO).
Климатические модели используются для различных целей - от изучения динамики погоды и климатической системы до прогнозов будущего климата. Погода известна как состояние атмосферы в течение определенного периода времени, тогда как климат имеет отношение к атмосферным условиям в течение длительного или неопределенного периода времени.
Греки начали формальное изучение климата; на самом деле слово «климат» происходит от греческого слова «клима», что означает «наклон», относящегося к наклону или наклону земной оси. Вероятно, наиболее влиятельным классическим текстом о климате был «Воздух, вода и места», написанный Гиппократом около 400 до н.э.. В этой работе прокомментировано влияние климата на здоровье человека и культурные различия между Азией и Европой. Идея о том, что климатические системы лучше всех зависят от климата, или климатический детерминизм, оставалась влиятельной на протяжении всей истории. Китайский ученый Шэнь Куо (1031–1095) сделал вывод, что климат естественным образом изменился за огромный промежуток времени, после наблюдения окаменевшего бамбука, найденного под землей недалеко от Яньчжоу (современные дни Яньань, провинция Шэньси ), область с сухим климатом, не подходящая для выращивания бамбука.
Изобретение термометра и барометр во время научной революции позволил вести систематический учет, который начался еще в 1640–1642 годах в Англии. Среди первых исследователей климата Эдмунд Галлей, опубликовавший карту пассатов в 1686 году после путешествия в южное полушарие. Бенджамин Франклин (1706–1790) впервые нанес на карту течение Гольфстрима для использования при отправке почты из США в Европу. Фрэнсис Гальтон (1822–1911) изобрел термин антициклон. Гельмут Ландсберг (1906–1985) способствовал использованию статистического анализа в климатология, которая превратилась в физическую науку.
В начале 20 века климатология была в основном сосредоточена на описании регионального климата. Эта описательная климатология была в основном прикладной наукой, давая фермерам и другим заинтересованным людям статистические данные о том, какая была нормальная погода и насколько велика вероятность экстремальных явлений. Для этого климатологи должны были определить климатическую норму, или среднее значение погоды и экстремальных погодных явлений за период, обычно составляющий 30 лет.
Примерно в середине 20-го века многие предположения в метеорологии и климатологии климат считался примерно постоянным. Хотя ученые знали об изменениях климата в прошлом, таких как ледниковые периоды, концепция климата как неизменного была полезна при разработке общей теории того, что определяет климат. Ситуация начала меняться в последующие десятилетия, и хотя история науки об изменении климата началась раньше, изменение климата стало лишь одной из средних тем для изучения климатологов в семидесятые годы и позже.
Карта средней температуры за 30 лет. Наборы данных, сформированные из долгосрочного среднего исторических параметров погоды, иногда называют «климатологией». Различные области климатологии изучают различные аспекты климата. В климатологии есть разные категории областей. Американское метеорологическое общество, например, определяет описательную климатологию, научную климатологию и прикладную климатологию как три подкатегории климатологии, категоризацию, основанную на сложности и цели исследования. Прикладные климатологи применяют свои знания в различных отраслях, таких как производство и сельское хозяйство.
Палеоклиматология стремится реконструировать и понять прошлый климат, исследуя такие записи, как ледяные керны и годичные кольца (дендроклиматология ). Палеотемпестология использует те же записи, чтобы определить частоту ураганов за тысячелетия. Историческая климатология - это изучение климата, связанного с историей человечества, и поэтому фокусируется только на последних нескольких тысячах лет.
Климатология пограничного слоя занимается обменом водой, энергией и импульсом у поверхности. Кроме того, выделенными подобластями являются физическая климатология, динамическая климатология, климатология торнадо, региональная климатология, биоклиматология и синоптическая климатология. Изучение гидрологического цикла в долгосрочном масштабе (гидроклиматология) далее подразделяется на суб-области климатологии снега и климатологии града.
Изучение современного климата включает метеорологические данные, накопленные за многие годы, такие как записи об осадках, температуре и составе атмосферы. Знания об атмосфере и ее динамике также воплощены в моделях, либо статистических, либо математических, которые помогают путем интеграции различных наблюдений и проверки их соответствия друг другу. Моделирование используется для понимания климата прошлого, настоящего и потенциального будущего.
Исследование климата затруднено из-за больших масштабов, длительных периодов времени и сложных процессов, которые управляют климатом. Климат регулируется физическими законами, которые могут быть выражены как дифференциальные уравнения. Эти уравнения являются связанными и нелинейными, поэтому приближенные решения получаются с помощью численных методов для создания глобальных климатических моделей. Климат иногда моделируется как случайный процесс, но это обычно принимается как приближение к процессам, которые в противном случае слишком сложны для анализа.
Сбор длинных записей климатических переменных важен для изучения климата. Климатология имеет дело с совокупными данными, собранными метеорологами. Ученые используют как прямые, так и косвенные наблюдения за климатом, от спутников наблюдения Земли и научных приборов, таких как глобальная сеть термометров, до доисторического льда, извлеченного из ледники. Поскольку со временем измерительная технология меняется, записи данных нельзя сравнивать напрямую. Поскольку в городах, как правило, теплее, чем в прилегающих районах, урбанизация вызвала необходимость постоянно корректировать данные для этого эффекта городского теплового острова.
В климатических моделях используются количественные методы для моделирования взаимодействия атмосферы, океанов, поверхности суши и льда. Они используются для различных целей - от изучения динамики погоды и климатической системы до прогнозов будущего климата. Все климатические модели уравновешивают или почти уравновешивают поступающую энергию в виде коротковолнового (включая видимое) электромагнитного излучения на Землю с исходящей энергией в виде длинноволнового (инфракрасного) электромагнитного излучения Земли. Любой дисбаланс приводит к изменению средней температуры земли. Большинство климатических моделей включают радиационные эффекты парниковых газов, таких как двуокись углерода. Эти модели предсказывают тенденцию к повышению температуры поверхности , а также более быстрое повышение температуры в более высоких широтах.
Модели могут варьироваться от относительно простых до сложных:
Темы, которые изучают климатологи, можно разделить примерно на три категории: изменчивость климата, механизмы климата изменение и современное изменение климата.
На среднее состояние атмосферы в конкретном месте влияют различные факторы. Например, в средних широтах будет четко выражен сезонный цикл температуры, тогда как в тропических регионах температура будет незначительно изменяться в течение года. Еще одним важным фактором, влияющим на климат, является континентальность: расстояние до основных водоемов, таких как океаны. Океаны действуют как сдерживающий фактор, поэтому на суше, расположенной близко к ним, обычно бывает мягкая зима и умеренное лето. Атмосфера взаимодействует с другими сферами климатической системы, при этом ветры генерируют океанские течения, переносящие тепло по всему земному шару.
Классификация является важным аспектом многих наук как инструмент упрощения сложных процессов. Различные климатические классификации разрабатывались веками, первая из которых возникла в Древней Греции. Как классифицируются климаты, зависит от приложения. Производитель энергии ветра потребует в классификации иную информацию (ветер), чем тот, кто интересуется сельским хозяйством, для которого более важны осадки и температура. Наиболее широко используемая классификация, классификация климата Кеппена, была разработана в конце девятнадцатого века и основана на растительности. В нем используются данные о месячной температуре и осадках.
Воздействие Эль-Ниньо Существуют разные режимы изменчивости: повторяющиеся модели температуры или других климатических переменных. Их количественно оценивают разными индексами. Во многом так же, как Промышленный индекс Доу-Джонса, который основан на ценах акций 30 компаний, используется для представления колебаний на фондовом рынке в целом, климатические индексы используются для представления основных элементов климата. Климатические индексы обычно разрабатываются с двумя целями - простотой и полнотой, и каждый индекс обычно представляет статус и время климатического фактора, который он представляет. По самой своей природе индексы просты и объединяют многие детали в обобщенное общее описание атмосферы или океана, которое может использоваться для характеристики факторов, влияющих на глобальную климатическую систему.
Эль-Ниньо – Южное колебание (ENSO) - это взаимосвязанное явление океан-атмосфера в Тихом океане, ответственное за большую часть глобальной изменчивости температуры, и имеет цикл от двух до семи лет. Североатлантическое колебание представляет собой режим изменчивости, который в основном распространяется на нижние слои атмосферы, тропосферу. Слой атмосферы выше, стратосфера, также способен создавать свою собственную изменчивость, что наиболее важно в колебании Мэддена – Джулиана (MJO), которое имеет цикл приблизительно 30-60 дней. Междекадные тихоокеанские колебания могут создавать изменения в Тихом океане и нижних слоях атмосферы в десятилетних временных масштабах.
Изменение климата происходит, когда изменения в климатической системе Земли приводят к новым погодным моделям, которые остаются неизменными в течение длительного периода времени. Этот отрезок времени может составлять от нескольких десятилетий до миллионов лет. Климатическая система получает почти всю энергию от солнца. Климатическая система также отдает энергию в космическое пространство. Баланс входящей и исходящей энергии и прохождение энергии через климатическую систему определяет энергетический бюджет Земли. Когда поступающая энергия превышает исходящую, энергетический баланс Земли положительный, а климатическая система нагревается. Если больше энергии уходит, энергетический бюджет становится отрицательным, и земля охлаждается. Изменение климата также влияет на средний уровень моря.
Современное изменение климата вызвано выбросами парникового газа в результате антропогенного выброса в результате сжигания ископаемого топлива, что приводит к повышению глобальной средней температуры поверхности. Однако повышение температуры является лишь одним из аспектов современного изменения климата, включая наблюдаемые изменения в осадках, следах штормов и облачности. Более высокие температуры вызывают дальнейшие изменения в климатической системе, такие как повсеместное таяние ледников, повышение уровня моря и сдвиги во флоре и фауне.
В отличие от метеорологии, в которой основное внимание уделяется краткосрочным погодным системам, длящимся до нескольких недель, климатология изучает частоту и тенденции эти системы. Он изучает периодичность погодных явлений на протяжении многих лет и тысячелетий, а также изменения долгосрочных средних погодных условий в зависимости от атмосферных условий. Климатологи изучают как природу климата - локальный, региональный или глобальный - так и природные или антропогенные факторы, вызывающие изменение климата. Климатология учитывает прошлое и может помочь предсказать будущее изменение климата.
Явления, представляющие климатологический интерес, включают пограничный слой атмосферы, схемы циркуляции, теплопередача (радиационная, конвективная и скрытая ), взаимодействия между атмосферой и океанами и поверхностью суши (особенно растительностью, сушей используйте и топография ), а также химический и физический состав атмосферы.
Более сложный способ составления прогнозов, аналоговый метод требует запоминания предыдущего погодного явления, которое, как ожидается, будет имитировано предстоящим событием. Сложность использования этой техники состоит в том, что идеального аналога события в будущем не существует. Некоторые называют этот тип распознавания образов прогнозирования, который остается полезным методом наблюдения за осадками над пустотами данных, такими как океаны, со знанием того, как спутниковые снимки связаны с интенсивностью осадков над сушей, а также с прогнозированием количества и распределения осадков в будущем. Вариант этой темы используется в среднесрочном прогнозировании, известном как телесвязь, когда системы в других местах используются, чтобы помочь определить местоположение системы в окружающем режиме. Одним из методов использования телесвязи является использование климатических индексов, таких как явления, связанные с ENSO.
