Климат: определение, формирующие факторы и современная классификация

Климат представляет собой многолетний статистический режим погоды, характерный для определенной территории на протяжении десятилетий, столетий и более длительных периодов. Этот термин восходит к греческому слову «клима», означающему наклон солнечных лучей, что напрямую указывает на ключевую роль широты. Основными климатообразующими характеристиками являются средние значения и изменчивость температуры, количества осадков, атмосферного давления, облачности и скорости ветра. На их формирование влияет комплекс взаимосвязанных факторов: географическая широта, распределение суши и моря, рельеф местности и высота над уровнем моря, интегрированные в региональную климатическую систему.

На глобальном уровне климат определяется энергией Солнца, вращением Земли, циркуляцией атмосферы и океана, а также геохимическими циклами. Например, вулканическая деятельность и химические реакции между горными породами, водой и атмосферой регулируют уровень диоксида углерода (CO₂), влияя на парниковый эффект и глобальные температуры. В современную эпоху антропогенный фактор (деятельность человека) стал значительной силой, повышающей концентрацию парниковых газов и ускоряющей глобальное потепление. Научное изучение этих процессов и закономерностей, как прошлых (палеоклиматология), так и современных, составляет предмет климатологии.

Климатологи исследуют широкий спектр вопросов: от классификации современных климатических зон до реконструкции древних климатов по геологическим данным — ледниковым кернам, донным отложениям, ископаемым. Ключевой активно развивающейся дисциплиной является моделирование климата, прогнозирующее последствия человеческой деятельности. В этих исследованиях используются сложные модели общей циркуляции (GCM), работающие на суперкомпьютерах. Они рассчитывают взаимодействия между миллионами точек пространственной сетки, симулируя реакцию климатической системы на изменение различных параметров, например, рост выбросов CO₂.

Эффективная классификация климата должна учитывать не только среднемноголетние метеорологические показатели, но и экстремальные явления, их частоту и интенсивность. Наиболее влиятельной современной системой является классификация Владимира Кеппена, впервые опубликованная в 1900 году и позднее неоднократно уточнявшаяся. Она выделяет такие зоны, как влажные тропики, пустыни, степи и тундру, используя местную растительность как интегральный индикатор преобладающих температурных режимов и режимов увлажнения. Позднее метеоролог Тор Бержерон усовершенствовал системный подход, включив в анализ влияние мигрирующих воздушных масс и атмосферных фронтов на формирование регионального климата.

Фундаментальную основу для понимания климата дает модель глобальной атмосферной циркуляции. В XVIII веке Джордж Хэдли описал простую конвективную ячейку с подъемом воздуха у экватора и опусканием у полюсов. Современная наука выделяет в каждом полушарии три основные циркуляционные ячейки: экваториальную ячейку Хэдли, среднюю ячейку Феррела и полярную ячейку. Эти ячейки формируют планетарные климатические пояса: восходящие потоки создают зоны обильных осадков (как во внутритропической зоне конвергенции), а нисходящие — области высокого давления и сухого климата, такие как субтропические пустыни.

Вращение Земли модифицирует циркуляцию посредством силы Кориолиса, отклоняющей движущиеся воздушные массы. В Северном полушарии отклонение происходит вправо, в Южном — влево. Это создает устойчивые системы преобладающих ветров: пассаты в тропиках, западные ветры в умеренных широтах и восточные — в полярных областях. Данные ветры, наряду с океаническими течениями, осуществляют глобальный перенос тепла и влаги. Неравномерный прогрев суши и океана также формирует сезонные региональные ветровые режимы — муссоны, делая климатическую систему динамичной и взаимосвязанной.

Температура — первичный фактор, определяющий климат, главным образом через количество поступающей солнечной радиации, которое зависит от широты. Полярные регионы испытывают экстремальные сезонные колебания из-за резкой разницы в продолжительности дня и ночи и малого угла падения солнечных лучей. Моря и океаны оказывают смягчающее (морское) влияние благодаря высокой теплоемкости воды, снижая годовую амплитуду температур на побережьях по сравнению с удаленными континентальными районами. Аналогичный эффект оказывает высота: с увеличением абсолютной высоты местности температура воздуха закономерно понижается.

Климат изменчив на всех временных масштабах под влиянием как естественных циклов, так и долгосрочных трендов. К главным природным факторам относятся: вариации солнечной активности, периодические изменения орбитальных параметров Земли (циклы Миланковича) и колебания концентрации парниковых газов вследствие геологических процессов. Значительную межгодовую изменчивость вносят феномены Эль-Ниньо и Ла-Нинья в Тихом океане. Понимание сложных взаимодействий в системе «атмосфера — гидросфера — криосфера — биосфера — литосфера» критически важно для построения точных прогнозов будущих климатических изменений и оценки их последствий для человечества и экосистем.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Тимоти Куски

Источник: Энциклопедия наук о Земле и космосе

Данные публикации будут полезны студентам и аспирантам геологических специальностей, профессиональным геологам-тектонистам, специалистам в области геодинамики и региональной геологии, а также всем, кто интересуется фундаментальными процессами формирования и эволюции земной коры.