Климатология (от греческого κλίμα , klima , «место, зона»; и -λογία , -logia ) или наука о климате - это научное исследование климата , которое с научной точки зрения определяется как погодные условия, усредненные за определенный период времени. [1] Эта современная область исследований рассматривается как раздел атмосферных наук и подраздел физической географии , которая является одной из наук о Земле . Климатология теперь включает аспекты океанографии и биогеохимии .
Основные методы, используемые климатологами, - это анализ наблюдений и моделирование физических законов, определяющих климат. Основные темы 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), колебание в Арктике. (АО) Тихоокеанская декадная осцилляция (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, в то время как климат имеет отношение к атмосферным условиям в течение длительного или неопределенного периода времени. [2]
История [ править ]
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. Пожалуй, самым влиятельным классическим текстом о климате был « О воздухе, воде и местах» [3], написанный Гиппократом около 400 г. до н . Э. В этой работе прокомментировано влияние климата на здоровье человека и культурные различия между Азией и Европой. [3] Идея о том, что климатический контроль, который страны превосходит в зависимости от своего климата или климатического детерминизма , оставался влиятельным на протяжении всей истории. [3] Китайский ученый Шен Куо(1031–1095) сделали вывод, что климат естественным образом изменился в течение огромного промежутка времени, после наблюдения окаменевшего бамбука, найденного под землей возле Яньчжоу (современный Яньань , провинция Шэньси ), области с сухим климатом, непригодной для роста бамбука. [4]
Изобретение термометра и барометра во время научной революции позволило вести систематический учет, который начался еще в 1640–1642 годах в Англии . [3] 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 использования при отправке почты из Соединенных Штатов в Европу . Фрэнсис Гальтон (1822–1911) изобрел термин антициклон . [5] Гельмут Ландсберг (1906–1985) способствовал использованию статистического анализа в климатологии, что привело к его превращению 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. [6] Для этого климатологи должны были определить климатическую норму или среднее значение погоды и экстремальных погодных явлений за период, обычно составляющий 30 лет. [7]
Примерно в середине 20-го века многие метеорологические и климатологические допущения считали климат 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 изучения климатологов в семидесятые годы и позже. [8]
Подполя [ править ]
Различные разделы климатологии изучают различные аспекты климата. В климатологии есть разные категории областей. Американского метеорологического общества , например , отождествляет описательной климатологии, научный климатологии и прикладной климатологии в качестве трех подкатегорий климатологии, категоризации на основе сложности и цели исследования. [9] Прикладные климатологи применяют свой опыт в различных отраслях промышленности, таких как производство и сельское хозяйство . [10]
Палеоклиматология стремится реконструировать и понять прошлый климат, исследуя такие записи, как ледяные керны и кольца деревьев ( дендроклиматология ). Палеотемпестология использует эти же записи, чтобы определить частоту ураганов на протяжении тысячелетий. 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. [11] Далее выделенные подполя включают физическую климатологию, динамическую климатологию, климатологию торнадо , региональную климатологию, биоклиматологию и синоптическую климатологию. Изучение гидрологического цикла в долгосрочном масштабе (гидроклиматология) далее подразделяется на суб-области климатологии снега и климатологии града. [9]
Методы [ править ]
Изучение современного климата включает в себя метеорологические данные, накопленные за многие годы, такие как записи осадков, температуры и состава атмосферы. Знания об атмосфере и ее динамике также воплощаются в моделях , статистических или математических , которые помогают объединять различные наблюдения и проверять, как они сочетаются друг с другом. Моделирование используется для понимания климата прошлого, настоящего и потенциального будущего.
Климатические исследования затрудняются крупномасштабными, длительными периодами и сложными процессами, которые управляют климатом. Климат регулируется физическими законами, которые можно выразить в виде дифференциальных уравнений . Эти уравнения являются связанными и нелинейными, поэтому приближенные решения получаются с использованием 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.
Климатические данные [ править ]
Сбор длинных записей климатических переменных необходим для изучения климата. Климатология имеет дело с совокупными данными, собранными метеорологами. [12] Ученые используют как прямые, так и косвенные наблюдения за климатом, от спутников наблюдения Земли и научного оборудования, такого как глобальная сеть термометров , до доисторического льда, добытого из ледников . [13] Поскольку со временем измерительная техника меняется, записи данных нельзя сравнивать напрямую. Поскольку в городах, как правило, теплее, чем в прилегающих районах, урбанизация вызвала необходимость постоянно корректировать данные с учетом эффекта городского теплового острова .[14]
Модели [ править ]
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 на Землю энергию в виде коротковолнового (включая видимое) электромагнитного излучения и исходящую энергию в виде длинноволнового (инфракрасного) электромагнитного излучения от 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:
- Простая модель лучистой теплопередачи, которая рассматривает землю как единую точку и усредняет исходящую энергию
- это может быть расширено по вертикали (радиационно-конвективные модели) или по горизонтали
- Совместные модели глобального климата атмосфера- океан - морской лед дискретизируют и решают полные уравнения для переноса массы и энергии и лучистого обмена.
- Модели земной системы также включают биосферу.
Темы исследований [ править ]
Темы, которые изучают климатологи, можно разделить на три категории: изменчивость климата , механизмы изменения климата и современные изменения климата . [15]
Климатологические процессы [ править ]
На среднее состояние атмосферы в определенном месте влияют различные факторы. Например, в средних широтах будет ярко выраженный сезонный цикл температуры, тогда как в тропических регионах температура будет незначительно изменяться в течение года. [16] 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 нему, обычно бывает мягкая зима и умеренное лето. [17] Атмосфера взаимодействует с другими сферами климатической системы , при этом ветры создают океанические течения , переносящие тепло по всему миру. [18]
Классификация климата [ править ]
Классификация - важный аспект многих наук как инструмент упрощения сложных процессов. На протяжении веков разрабатывались различные климатические классификации , первая из которых возникла в Древней Греции . Классификация климата 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. [19] Наиболее широко используемая классификация климата Кеппена была разработана в конце девятнадцатого века и основана на растительности. Он использует данные о месячной температуре и осадках . [20]
Изменчивость климата [ править ]
Существуют разные режимы изменчивости: повторяющиеся модели температуры или других климатических переменных. Их количественно оценивают разными индексами. 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 можно использовать для характеристики факторов, влияющих на глобальную климатическую систему.
Эль-Ниньо – Южное колебание (ЭНСО) - это взаимосвязанное явление океана и атмосферы в Тихом океане, ответственное за большую часть глобальной изменчивости температуры [18], и имеет цикл от двух до семи лет. [21] в Северной Атлантике колебаний представляет собой режим изменчивости , который в основном содержится в нижней атмосфере, в тропосфере . Слой атмосферы над стратосферой также способен создавать свою собственную изменчивость, в первую очередь в колебании Мэддена – Джулиана (MJO), цикл которого составляет приблизительно 30-60 дней. Междесятилетние тихоокеанские колебания может вызвать изменения в Тихом океане и нижних слоях атмосферы в десятилетних масштабах.
Изменение климата [ править ]
Изменение климата происходит, когда изменения в климатической системе Земли приводят к новым погодным условиям, которые сохраняются 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 космос . Баланс входящей и исходящей энергии, а также 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 парниковых газов в результате сжигания ископаемого топлива в результате антропогенных выбросов, что приводит к повышению средней глобальной температуры поверхности . Однако повышение температуры - это лишь один из аспектов современного изменения климата, включая наблюдаемые изменения в осадках , штормовых траекториях 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. [22]
Различия с метеорологией [ править ]
В отличие от метеорологии , которая сосредотачивается на краткосрочных погодных системах, длящихся до нескольких недель, климатология изучает частоту и тенденции этих систем. Он изучает периодичность погодных явлений на протяжении многих тысячелетий, а также изменения долгосрочных средних погодных условий в зависимости от атмосферных условий. Климатологи изучают как природу климата - местный, региональный или глобальный, - так и природные или антропогенные факторы, вызывающие изменение климата. Климатология учитывает прошлое и может помочь предсказать изменение климата в будущем .
Явления, представляющие климатологический интерес, включают атмосферный пограничный слой , характер циркуляции , теплопередачу ( радиационную , конвективную и скрытую ), взаимодействие между атмосферой и океанами и поверхностью суши (особенно растительность, землепользование и топографию ), а также химический и физический состав атмосфера.
Использование в прогнозировании погоды [ править ]
Более сложный способ составления прогнозов, аналоговый метод требует запоминания предыдущего погодного события, которое, как ожидается, будет имитировано предстоящим событием. Сложность использования этой техники состоит в том, что идеального аналога события в будущем не существует. [23] Некоторые называют этот тип распознавания шаблонов прогнозов, который остается полезным методом наблюдения за осадками над пустыми данными, такими как океаны, со знанием того, как спутниковые снимки связаны с интенсивностью осадков над сушей, [24], а также прогнозированием количества осадков. и распространение в будущем. Вариант этой темы используется в среднесрочном прогнозировании, известном как телесоединения., когда системы в других местах используются для определения местоположения системы в окружающем режиме. [25] Одним из методов использования телесвязи является использование климатических индексов, таких как явления, связанные с ЭНСО. [26]
См. Также [ править ]
- Биогеохимия
- Климат как сложные сети
- Климатическая геоморфология
- Климатический реанализ
- Геофизика
- Климатология осадков тропических циклонов
- Городская климатология
Ссылки [ править ]
- ^ Центр прогнозирования климата. Климатический глоссарий. Архивировано 6 октября 2006 г.на Wayback Machine. Проверено 23 ноября 2006 г.
- ^ "Что такое климатология?" . засуха . unl.edu . Проверено 27 февраля 2017 .
- ^ a b c d Хейманн, Маттиас (2010). «Эволюция климатических идей и знаний». Междисциплинарные обзоры Wiley: изменение климата . 1 (4): 581–597. DOI : 10.1002 / wcc.61 . ISSN 1757-7799 .
- ^ AJ Bowden; Синтия В. Бурек ; CV Бурек; Ричард Уилдинг (2005). История палеоботаники: избранные очерки . Геологическое общество . п. 293. ISBN 978-1-86239-174-1. Проверено 3 апреля 2013 года .
- ^ Истории из жизни. Фрэнсис Гальтон. Проверено 19 апреля, 2007.
- ^ Weart, Спенсер (2008). «Климатология как профессия» . history.aip.org . Американский институт физики . Проверено 25 октября 2019 .
- ↑ Робинсон и Хендерсон-Селлерс 1999 , стр. 4-5.
- ↑ Робинсон и Хендерсон-Селлерс 1999 , стр. 5-6.
- ^ a b Коллинз, Дженнифер М. (25 октября 2018 г.). «Климатология - География - Оксфордские библиографии - обо» . DOI : 10.1093 / obo / 9780199874002-0096 . Проверено 25 октября 2019 .
- ^ Wang & Гиллис 2012 , стр. IX.
- ^ Rohli & Vega 2018 , стр. 6
- ^ «Как наблюдения за погодой становятся климатическими данными? | NOAA Climate.gov» . www.climate.gov . Проверено 13 января 2020 .
- ^ "Какие типы данных ученые используют для изучения климата?" . Изменение климата: жизненно важные признаки планеты . Проверено 13 января 2020 .
- ^ Rohli & Vega 2011 , стр. 8.
- ^ Облак, Рашель; Макдугал, Холт; Погода. (3 июля 2019 г.). «Чем климатология отличается от метеорологии» . ThoughtCo . Проверено 23 октября 2019 .
- ^ Rohli & Vega 2018 , стр. 25.
- ^ Rohli & Vega 2018 .
- ^ a b Rohli & Vega 2018 , стр. 54.
- ^ Rohli & Vega 2018 , стр. 159.
- ^ Rohli & Vega 2018 , стр. 160.
- ^ Центр прогнозирования климата (19 декабря 2005). «Часто задаваемые вопросы ЭНСО: как часто обычно происходят Эль-Ниньо и Ла-Нинья?» . Национальные центры экологического прогнозирования . Архивировано из оригинального 27 августа 2009 года . Проверено 26 июля 2009 года .
- ^ «Эффекты глобального потепления» . National Geographic . 2019-01-14 . Проверено 2 января 2020 .
- ^ Другие методы прогнозирования: климатология, аналоговый и численный прогноз погоды. Проверено 16 февраля, 2006.
- ^ Кеннет С. Аллен. Методы распознавания образов, применяемые к задаче о проводке заказа NASA-ACTS. Архивировано 14 июля 2007 годана Wayback Machine. Проверено 16 февраля 2007 года.
- ^ Weather Associates, Inc. Роль телесвязи и ансамблевого прогнозирования в прогнозировании от расширенного до среднего. Проверено 16 февраля, 2007.
- ^ Thinkquest.org. Телесвязь: связь Эль-Ниньо с другими местами. Архивировано 20 апреля 2007 годана 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.
- Рохли, Роберт. V .; Вега, Энтони Дж. (2018). Климатология (четвертое изд.). Джонс и Бартлетт Обучение. ISBN 9781284126563.
- Рохли, Роберт. V .; 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 Углоу , «Какая погода» (рецензия на книгу Сары Драй, « Воды мира: история ученых, которые раскрыли тайны наших океанов, атмосферы и ледяного покрова и сделали планету целым» , University of Chicago Press, 2019 , 332 стр.), The New York Review of Books , vol. LXVI, нет. 20 (19 декабря 2019 г.), стр. 56–58.
Внешние ссылки [ править ]
- Специальный доклад по науке о климате - Программа исследований глобального изменения США
- KNMI Climate Explorer Программа Climate Explorer Королевского метеорологического института Нидерландов отображает климатологические взаимосвязи пространственных и временных данных.
- Климатология как профессия амер. Inst. of Physics счет истории дисциплины климатологии в 20 веке
| vтеФизическая география | ||
|---|---|---|
| ||
| ||
Категория
Портал
Commons
