Климатология
 |
| Метеорология |
|---|
| Климатология |
| Аэрономия |
| Глоссарии |
Климатология (от греческого κλίμα , klima , «наклон» и -λογία , -logia ) или наука о климате Земли — это научное исследование климата , обычно определяемое как погодные условия, усредненные за период не менее 30 лет. [1] Климат касается состояния атмосферы в течение длительного или неопределенного периода времени; Погода – это состояние атмосферы в течение относительно короткого периода времени. Основными темами исследований являются изучение изменчивости климата , механизмов изменения климата и современных изменений климата . [2] [3] Эта тема исследования рассматривается как часть наук об атмосфере и раздел физической географии , которая является одной из наук о Земле . Климатология включает некоторые аспекты океанографии и биогеохимии .
Основными методами климатологов являются анализ наблюдений и моделирование физических процессов, определяющих климат. Краткосрочный прогноз погоды можно интерпретировать с точки зрения знания долгосрочных климатических явлений, например, климатических циклов, таких как Эль-Ниньо – Южное колебание (ENSO), колебание Мэддена – Джулиана (MJO), Североатлантическое колебание (NAO). ), Арктическое колебание (АО), Тихоокеанское десятилетнее колебание (PDO) и Междекадное Тихоокеанское колебание (IPO). Климатические модели используются для самых разных целей: от изучения динамики погоды и климатической системы до прогнозов будущего климата. [2]
История [ править ]
Греки начали формальное изучение климата; на самом деле слово «климат» происходит от греческого слова klima, что означает «наклон», имея в виду наклон или наклон земной оси. Вероятно, самым влиятельным классическим текстом о климате была книга « О воздухе, воде и местах». [4] написано Гиппократом около 400 г. до н.э. В этой работе прокомментировано влияние климата на здоровье человека и культурные различия между Азией и Европой. [4] Идея о том, что климат контролирует, какие популяции преуспевают в зависимости от их климата, или климатический детерминизм , оставалась влиятельной на протяжении всей истории. [4] Китайский учёный Шэнь Го (1031–1095) сделал вывод, что климат естественным образом менялся в течение огромного промежутка времени, наблюдая за окаменевшим бамбуком, найденным под землей недалеко от Яньчжоу (современный Яньань , провинция Шэньси ), области с сухим климатом, непригодной в то время для рост бамбука. [5]
Изобретение термометров и барометров во время научной революции позволило вести систематический учет, который начался еще в 1640–1642 годах в Англии. [4] Среди первых исследователей климата Эдмунд Галлей опубликовал карту пассатов в 1686 году после путешествия в южное полушарие. Бенджамин Франклин (1706–1790) первым нанес на карту течение Гольфстрима для отправки почты из Северной Америки в Европу. Фрэнсис Гальтон (1822–1911) изобрел термин антициклон . [6] Гельмут Ландсберг (1906–1985) способствовал использованию статистического анализа в климатологии.
В начале 20 века климатология в основном делала упор на описание региональных климатов. Эта описательная климатология была в основном прикладной наукой, предоставляющей фермерам и другим заинтересованным людям статистические данные о том, какая была нормальная погода и насколько велика вероятность экстремальных явлений. [7] Для этого климатологам пришлось определить климатическую норму или среднее значение погоды и экстремальных погодных явлений за период, обычно составляющий 30 лет. [8] Хотя ученые знали о прошлых изменениях климата, таких как ледниковые периоды , концепция климата, меняющегося лишь очень постепенно, была полезна для описательной климатологии. Ситуация начала меняться в последующие десятилетия, и хотя история науки об изменении климата началась раньше, изменение климата стало одной из основных тем исследований климатологов только в 1970-х годах и позже. [9]
Подполя [ править ]
Различные подтемы климатологии изучают различные аспекты климата. Существуют различные классификации подтем климатологии. Например, Американское метеорологическое общество определяет описательную климатологию, научную климатологию и прикладную климатологию как три подкатегории климатологии, категоризацию, основанную на сложности и цели исследования. [10] Прикладные климатологи применяют свой опыт в различных отраслях, таких как производство и сельское хозяйство . [11]
Палеоклиматология — это попытка реконструировать и понять климат прошлого путем изучения таких записей, как ледяные керны и годичные кольца ( дендроклиматология ). Палеотемпестология использует эти же записи, чтобы определить частоту ураганов на протяжении тысячелетий. Историческая климатология — это изучение климата в связи с историей человечества и, таким образом, касается в основном последних нескольких тысяч лет.
Климатология пограничного слоя касается обмена водой, энергией и импульсом вблизи поверхностей. [12] Далее определены подтемы: физическая климатология, динамическая климатология, климатология торнадо , региональная климатология, биоклиматология и синоптическая климатология. Изучение гидрологического цикла в длительных временных масштабах иногда называют гидроклиматологией, особенно при изучении влияния изменения климата на водный цикл. [10]
Методы [ править ]
Изучение современного климата включает метеорологические данные, накопленные за многие годы, такие как данные об осадках, температуре и составе атмосферы. Знания об атмосфере и ее динамике также воплощаются в моделях , статистических или математических , которые помогают интегрировать различные наблюдения и проверять, насколько хорошо они совпадают. Моделирование используется для понимания климата прошлого, настоящего и потенциального будущего.
Исследования климата осложняются крупномасштабными, длительными периодами времени и сложными процессами, которые управляют климатом. Климат регулируется физическими принципами, которые можно выразить в виде дифференциальных уравнений . Эти уравнения являются связанными и нелинейными, поэтому приближенные решения получаются с помощью численных методов создания глобальных климатических моделей . Климат иногда моделируют как случайный процесс , но обычно это считается приближением к процессам, которые в противном случае слишком сложны для анализа.
данные Климатические
Сбор долгосрочных данных о климатических переменных имеет важное значение для изучения климата. Климатология имеет дело с совокупными данными, записанными метеорологами. [13] Ученые используют как прямые, так и косвенные наблюдения за климатом: от спутников наблюдения за Землей и научных приборов, таких как глобальная сеть термометров , до доисторического льда, извлеченного из ледников . [14] Поскольку технология измерения со временем меняется, записи данных часто невозможно сравнивать напрямую. Поскольку в городах, как правило, теплее, чем в прилегающих районах, урбанизация привела к необходимости постоянной корректировки данных с учетом эффекта городского острова тепла . [15]
Модели [ править ]
Климатические модели используют количественные методы для моделирования взаимодействия атмосферы, океанов, поверхности суши и льда. Они используются для самых разных целей: от изучения динамики погоды и климатической системы до прогнозов будущего климата. Все климатические модели уравновешивают или почти уравновешивают поступающую на Землю энергию в виде коротковолнового (в том числе видимого) электромагнитного излучения с исходящей энергией в виде длинноволнового (инфракрасного) электромагнитного излучения Земли. Любой дисбаланс приводит к изменению средней температуры Земли. Большинство климатических моделей учитывают радиационное воздействие парниковых газов, таких как углекислый газ . Эти модели предсказывают тенденцию повышения температуры поверхности , а также более быстрое повышение температуры в более высоких широтах.
Модели могут варьироваться от относительно простых до сложных:
- Простая модель лучистой теплопередачи, которая рассматривает Землю как одну точку и усредняет исходящую энергию.
- Его можно расширить по вертикали (радиационно-конвективные модели) или по горизонтали.
- атмосфера-океан- морской лед Совместные модели глобального климата дискретизируют и решают полные уравнения переноса массы и энергии, а также радиационного обмена.
- Модели системы Земли также включают биосферу.
Кроме того, они доступны с разным разрешением от > 100 км до 1 км. Высокие разрешения в моделях глобального климата требуют очень больших вычислительных ресурсов, и существует лишь несколько глобальных наборов данных. Примеры: ICON [16] или данные в механистическом масштабе, такие как CHELSA (климатология с высоким разрешением для участков поверхности суши Земли). [17] [18]
Темы исследований [ править ]
Темы, которые изучают климатологи, включают три основные категории: изменчивость климата , механизмы изменения климата и современные изменения климата. [19]
Климатологические процессы [ править ]
На среднее состояние атмосферы в конкретном месте влияют различные факторы. Например, в средних широтах будет ярко выраженный сезонный цикл температуры, тогда как в тропических регионах наблюдается небольшое изменение температуры в течение года. [20] Другой важной переменной климата является континентальность: расстояние до крупных водоемов, таких как океаны . Океаны действуют как смягчающий фактор, поэтому на суше, расположенной рядом с ним, разница температур между зимой и летом обычно меньше, чем на территориях, расположенных дальше от него. [21] Атмосфера взаимодействует с другими частями климатической системы : ветры создают океанские течения , которые переносят тепло по всему земному шару. [22]
классификация Климатическая
Классификация — важный метод упрощения сложных процессов. различные классификации климата На протяжении веков разрабатывались , первые из которых были созданы в Древней Греции . Классификация климатов зависит от приложения. Производителю энергии ветра потребуется другая информация (ветер) в классификации, чем тому, кто больше интересуется сельским хозяйством, для которого осадки и температура более важны. [23] Наиболее широко используемая классификация климата Кеппена была разработана в конце девятнадцатого века и основана на растительности. Он использует ежемесячные данные о температуре и осадках . [24]
климата Изменчивость
Существуют различные типы изменчивости: повторяющиеся закономерности температуры или других климатических переменных. Они количественно оцениваются различными индексами. Во многом подобно тому, как промышленный индекс Доу-Джонса , основанный на ценах акций 30 компаний, используется для представления колебаний цен на акции в целом, климатические индексы используются для представления основных элементов климата. Климатические индексы обычно разрабатываются с двойной целью: простота и полнота, и каждый индекс обычно отражает состояние и время действия климатического фактора, который он представляет. По своей природе индексы просты и объединяют множество деталей в обобщенное общее описание атмосферы или океана, которое можно использовать для характеристики факторов, влияющих на глобальную климатическую систему.
Эль-Ниньо – Южное колебание (ЭНСО) – это связанное явление океана и атмосферы в Тихом океане, ответственное за большую часть глобальной изменчивости температуры. [22] и имеет цикл от двух до семи лет. [25] Североатлантические колебания — это режим изменчивости, который в основном сосредоточен в нижних слоях атмосферы, тропосфере . Слой атмосферы над ним, стратосфера, также способен создавать свою собственную изменчивость, в первую очередь колебание Мэддена-Джулиана (MJO), цикл которого составляет примерно от 30 до 60 дней. Междесятилетние тихоокеанские колебания могут вызвать изменения в Тихом океане и нижних слоях атмосферы в десятилетних масштабах времени.
климата Изменение
Земли Изменение климата происходит, когда изменения климатической системы приводят к новым погодным условиям, которые сохраняются в течение длительного периода времени. Этот период времени может составлять от нескольких десятилетий до миллионов лет. Климатическая система получает почти всю свою энергию от Солнца. Климатическая система также отдает энергию в космическое пространство . Баланс поступающей и исходящей энергии, а также прохождение энергии через климатическую систему определяют энергетический бюджет Земли . Когда поступающая энергия превышает исходящую, энергетический баланс Земли положителен и климатическая система нагревается. Если больше энергии уходит, энергетический баланс становится отрицательным, и Земля охлаждается. [26] Изменение климата также влияет на средний уровень моря .
Современное изменение климата вызвано главным образом антропогенными выбросами парниковых газов в результате сжигания ископаемого топлива, что приводит к повышению глобальной средней приземной температуры . Повышение температуры является лишь одним из аспектов современного изменения климата, которое также включает наблюдаемые изменения количества осадков , следов штормов и облачности. Более высокие температуры вызывают дальнейшие изменения климатической системы , такие как повсеместное таяние ледников , повышение уровня моря и изменения флоры и фауны. [27]
Различия с метеорологией [ править ]
В отличие от метеорологии , которая уделяет особое внимание краткосрочным погодным системам, длящимся не более нескольких недель, климатология изучает частоту и тенденции этих систем. Он изучает периодичность погодных явлений на протяжении многих лет и тысячелетий, а также изменения многолетних средних погодных условий в зависимости от атмосферных условий. Климатологи изучают как природу климата – местного, регионального или глобального – так и естественные или антропогенные факторы, вызывающие изменение климата. Климатология учитывает прошлое и может помочь предсказать будущее изменение климата .
Явления, представляющие климатологический интерес, включают пограничный слой атмосферы , характер циркуляции , перенос тепла ( радиационный , конвективный и скрытый ), взаимодействие между атмосферой, океанами и поверхностью суши (особенно растительность, землепользование и топография ), а также химический и физический состав атмосферы. атмосфера.
в прогнозировании погоды Использование
Относительно сложный метод прогнозирования, аналоговый метод требует запоминания предыдущего погодного явления, которое, как ожидается, будет имитировано предстоящим событием. Сложность этой техники заключается в том, что редко существует идеальный аналог события будущего. [28] Некоторые называют этот тип прогнозирования распознаванием закономерностей, которое остается полезным методом оценки количества осадков в пустотах данных, таких как океаны, с использованием знаний о том, как спутниковые изображения связаны с интенсивностью осадков над сушей. [29] а также прогнозирование количества и распределения осадков в будущем. Вариант этой темы, используемый для среднесрочного прогнозирования, известен как телесоединения , когда системы в других местах используются для определения местоположения системы в окружающем режиме. [30] Одним из методов использования телесвязи является использование климатических индексов, таких как явления, связанные с ЭНСО. [31]
См. также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ^ Центр прогнозирования климата. Климатический глоссарий. Архивировано 6 октября 2006 г. в Wayback Machine.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б «Что такое климатология?» . засуха.unl.edu . Архивировано из оригинала 2 августа 2019 года . Проверено 27 февраля 2017 г. .
- ^ «Архивная копия» . Архивировано из оригинала 6 октября 2006 года . Проверено 23 ноября 2006 г.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в качестве заголовка ( ссылка ) CS1 maint: bot: исходный статус URL неизвестен ( ссылка ) Получено 23 ноября 2006 г. - ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д Хейманн, Матиас (2010). «Эволюция климатических идей и знаний». Междисциплинарные обзоры Wiley: Изменение климата . 1 (4): 581–597. дои : 10.1002/wcc.61 . ISSN 1757-7799 . S2CID 126580528 .
- ^ Эй Джей Боуден; Синтия В. Бурек ; К.В. Бурек; Ричард Уайлдинг (2005). История палеоботаники: избранные очерки . Геологическое общество . п. 293. ИСБН 978-1-86239-174-1 . Проверено 3 апреля 2013 г.
- ^ Истории из жизни. Фрэнсис Гальтон. Архивировано 20 января 2019 г. на Wayback Machine . Проверено 19 апреля 2007 г.
- ^ Уарт, Спенсер (2008). «Климатология как профессия» . History.aip.org . Американский институт физики. Архивировано из оригинала 9 мая 2020 года . Проверено 25 октября 2019 г.
- ^ Робинсон и Хендерсон-Селлерс 1999 , стр. 4–5.
- ^ Робинсон и Хендерсон-Селлерс 1999 , стр. 5–6.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Коллинз, Дженнифер М. (25 октября 2018 г.). «Климатология – География – Оксфордская библиография – обо» . дои : 10.1093/обо/9780199874002-0096 . Архивировано из оригинала 25 октября 2019 года . Проверено 25 октября 2019 г.
- ^ Ван и Гиллис 2012 , с. IX.
- ^ Роли и Вега 2018 , с. 6
- ^ «Как метеорологические наблюдения становятся климатическими данными? | NOAA Climate.gov» . www.climate.gov . Архивировано из оригинала 13 января 2020 года . Проверено 13 января 2020 г. .
- ^ «Какие данные используют ученые для изучения климата?» . Изменение климата: жизненно важные признаки планеты . Архивировано из оригинала 13 января 2020 года . Проверено 13 января 2020 г. .
- ^ Рохли и Вега 2011 , с. 8.
- ^ Дипанкар, А.; Хайнце, Рике; Мозли, Кристофер; Стивенс, Бьорн; Зенгль, Гюнтер; Брдар, Славко (2015). «Версия ICON для моделирования больших вихрей (ICOsahedral Nonгидростатическая): описание и проверка модели». Журнал достижений в моделировании систем Земли . 7 .
- ^ Каргер, Д.Н.; Конрад, О.; Бёнер, Дж.; Каволь, Т.; Крефт, Х.; Сория-Ауза, RW; Циммерманн, штат Невада; Линдер, П.; Кесслер, М. (2017). «Климатология высокого разрешения для территорий суши Земли» . Научные данные . 4 (170122): 170122. doi : 10.1038/sdata.2017.122 . ПМЦ 5584396 . ПМИД 28872642 .
- ^ Каргер, Д.Н.; Ланге, С.; Хари, К.; Рейер, CPO; Циммерманн, штат Невада (2021 г.). «CHELSA-W5E5 v1.0: масштаб W5E5 v1.0 уменьшен с помощью CHELSA v2.0». Репозиторий ISIMIP . дои : 10.48364/ISIMIP.836809 .
- ^ Облэк, Рашель; Макдугал, Холт; погода. (3 июля 2019 г.). «Чем климатология отличается от метеорологии» . МысльКо . Архивировано из оригинала 23 октября 2019 года . Проверено 23 октября 2019 г.
- ^ Роли и Вега 2018 , с. 25.
- ^ Роли и Вега 2018 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Рохли и Вега 2018 , с. 54.
- ^ Роли и Вега 2018 , с. 159.
- ^ Роли и Вега 2018 , с. 160.
- ^ Центр прогнозирования климата (19 декабря 2005 г.). «Часто задаваемые вопросы по ENSO: Как часто обычно возникают Эль-Ниньо и Ла-Нинья?» . Национальные центры экологического прогнозирования . Архивировано из оригинала 27 августа 2009 года . Проверено 26 июля 2009 г.
- ^ «Климат и энергетический бюджет Земли» . Earthobservatory.nasa.gov . 14 января 2009 г. Архивировано из оригинала 2 октября 2019 г. . Проверено 3 декабря 2021 г.
- ^ «Последствия глобального потепления» . Нэшнл Географик . 14 января 2019 года. Архивировано из оригинала 2 декабря 2019 года . Проверено 2 января 2020 г.
- ^ Другие методы прогнозирования: климатология, аналоговый и численный прогноз погоды. Архивировано 19 мая 2007 г. на Wayback Machine . Проверено 16 февраля 2006 г.
- ^ Кеннет К. Аллен. Методы распознавания образов, применяемые к проблеме заказа проводов НАСА-ACTS. Архивировано 14 июля 2007 года в Wayback Machine. Проверено 16 февраля 2007 года.
- ^ Weather Associates, Inc. Роль телекоммуникаций и ансамблевого прогнозирования в расширенном и среднесрочном прогнозировании. Архивировано 22 июня 2007 г. в Wayback Machine . Проверено 16 февраля 2007 г.
- ^ Thinkquest.org. Телесвязь: связь Эль-Ниньо с другими местами. Архивировано 20 апреля 2007 года в Wayback Machine. Проверено 16 февраля 2007 года.
Книги [ править ]
- Робинсон, Питер Дж. Робинсон; Хендерсон-Селлерс, Энн (1999). Современная климатология . Харлоу, Англия: Пирсон Прентис Холл. ISBN 0582276314 .
- Роли, Роберт. В.; Вега, Энтони Дж. (2018). Климатология (четвертое изд.). Джонс и Бартлетт Обучение. ISBN 9781284126563 .
- Роли, Роберт. В.; Вега, Энтони Дж. (2011). Климатология (второе изд.). Джонс и Бартлетт Обучение.
- Ван, Ши-Ю; Гиллис, Роберт Р., ред. (2012). Современная климатология . Риека, Хорватия: InTech. ISBN 978-953-51-0095-9 .
Дальнейшее чтение [ править ]
- Дженни Аглоу , «Что такое погода» (рецензия на книгу Сары Драй, « Воды мира: история ученых, которые разгадали тайны наших океанов, атмосферы и ледяных щитов и сделали планету целостной» , University of Chicago Press, 2019 г.) , 332 стр.), The New York Review of Books , vol. LXVI, нет. 20 (19 декабря 2019 г.), стр. 56–58.
Внешние ссылки [ править ]
- Специальный отчет по науке о климате - Программа исследования глобальных изменений США
- KNMI Climate Explorer Программа Climate Explorer Королевского метеорологического института Нидерландов отображает климатологические взаимосвязи пространственных и временных данных.
- Климатология как профессия. Архивировано 13 июля 2007 г. в Wayback Machine Amer. Инст. Физического изложения истории дисциплины климатологии в ХХ веке.
