Что изучает наука климатология кратко

Обновлено: 02.07.2024

Основные задачи климатологии состоят в изучении атмосферных процессов за длительный период, обобщении результатов измерений параметров погоды во всех пунктах наблюдений с определением их средних и экстремальных величин и повторяемости сочетаний отдельных метеоэлементов.
Прикладными отраслями климатологии являются: биоклиматология, агроклиматология, палеоклиматология, медицинская климатология и др.

Климатология - синтетическая наука, относящаяся к наукам о Земле, опирающаяся на фундаментальные представления термодинамики, статистической физики, гидромеханики, планетарной астрономии, географии, биогеохимии (ранее считалась частью атмосферных наук, предназначенной для характеристики географии климатов) . Компьютерным воплощением знаний о состоянии климата являются математические модели климатической системы, включающие связанные между собой потоками энергии, массы, количества движения блоки атмосферы, океана, суши, криосферы, биоты.

Климатология (от климат и логия) — наука, изучающая вопросы климатообразования, описания и классификации климатов земного шара, антропогенные влияния на климат. Ранее, будучи подразделом метеорологии, относилась к географическим наукам, т. к. изучение климата сводилось к рассмотрению его с географической точки зрения. Сейчас климатология представляет собой мультидисциплинарную науку - самостоятельный раздел наук об атмосфере. [1][2].

КЛИМАТОЛО́ГИЯ (от климат и… логия ), наука о климате, в задачи которой входят изучение генезиса климата, определяющих его факторов; характеристика климатов разл. областей земного шара, их классификация; исследование климатов прошлого (палеоклиматология), предсказание их изменений в будущем. К. относится к географич. наукам, поскольку климат – одна из важнейших географич. характеристик местности – формирует ландшафты; с другой стороны, подстилающая поверхность (суша, океан), рельеф, типы ландшафтов определяют, наряду с др. внешними факторами, формирование климатич. особенностей регионов. Климатообразующие процессы имеют геофизич. природу, поэтому К. опирается на метеорологию , в составе которой она возникла и с которой остаётся тесно связанной; иногда К. определяют как географич. часть метеорологии.

Климатология это наука о совокупности погодных характеристик в течение длительного периода. Ее истоки были заложены в древнем мире при изучении естественных наук.

Что изучает наука климатология

Климатология изучает анализ причин климатических различий и изменений и их практические последствия. Наука рассматривает те же атмосферные явления, как и в метеорологии, но стремится также определить медленно действующие воздействия и долгосрочные внешние изменения, в том числе циркуляцию вод океанов и небольшие, но измеримые изменения в интенсивности солнечного излучения.

Погода представляет состояние атмосферы в течение короткого периода времени. Например, мы говорим о сегодняшней погоде или на этой неделе. Климат представляет собой композитную изо дня в день погоду в течение длительного периода времени.

Климатология это наука о обнаружении и объяснении последствий изменения климата таким образом, чтобы общество могло планировать свою деятельность, проектировать здания и объекты инфраструктуры и предвидеть последствия неблагоприятных условий. Хотя наука климатология не погода, она оперирует теми же терминами, как температура, осадки, ветер и солнечная радиация.

Для чего нужна строительная климатология

Строительная климатология важная часть для обоснования проектных строительных решений учитывая безопасность и энергоэффективность:

дома должны проектироваться и строиться в зависимости от внешних условий
сельское хозяйство строит и создает планы, основанные на длине вегетации от весны до первых заморозков
коммунальные компании рассчитывают максимальную потребность отопления в зимний период и максимальная потребность для охлаждения в летнее время.

Климатология это наука об анализе климатических моделей для обеспечения понимания условий конкретного района с целью адаптации к окружающей обстановке.

Наука климатология изучает множество факторов, которые влияют на на окружающую среду. К ним относятся воды, атмосферы и геология. Климатология наука изучающая все эти вещи в течение времени, обычно 30-летнего цикла.

На изменение климата влияют не только действия человека, но и другие факторы: сложная физика атмосферы, взаимодействие между воздухом и землей, а также между воздухом и водой, изменение количества льда, пустыни и леса, а также природные процессы, которые изменили климат за эти 4,5 миллиарда лет.

Ученые климатологи

Для того чтобы понять все это, ученые должны воссоздать модель, потому что есть только одна Земля — создается компьютерная модель. Климатологи используют мощные компьютеры для построения программы, основанные на физике климатической системы. Эти модели позволяют ученым делать прогнозы и проверить гипотезу о том, какие процессы влияют на климат.

При построении таких моделей, климатологи начинают с фундаментальной науки: термодинамических принципов, орбитальной динамики, взаимодействия между инфракрасным излучением и двуокисью углерода и других газов, а также других подобных факторов, влияющих на основной баланс тепла на входе и выходе в атмосферу. Они сочетают в себе реальные измерения данных, таких как текущая концентрация парниковых газов в атмосфере. Они проверяют гипотезы о том, какие процессы влияют на какие явления. Затем ученые могут увидеть, как полученные программы предсказывают климатическую систему. Когда предсказания совпадают с наблюдениями считается, что модель подтверждена и лежит в основе допущений. Когда прогнозы расходятся от того, что наблюдается, климатологи пересматривают свои гипотезы. С помощью такого процесса проб и ошибок, они способны обеспечить, что их гипотезы становятся все более и более точными и надежными.

Такие модели могут быть применены к Земле в целом или в различных регионах планеты. Чтобы увидеть, как изменение климата влияет на различные части Земли, ученые-климатологи разбивают изучение на более мелкие части, рассчитывая, как небольшие участки поверхности Земли реагируют на Солнце и парниковые газы, а затем соединяют эти мелкие детали вместе, основанные на измерениях как атмосфера и океан взаимодействуют между собой.

Для того чтобы обеспечить точность моделей при проектировании будущей тенденции изменения климата, программы часто работают в обратном направлении во времени, чтобы прошлые изменения климата сравнить с климатическими наблюдениями. Модели в рамках этого процесса стали удивительно точными и дают климатическим исследованиям уверенность, что будущие прогнозы являются надежными.

Ученые могут сделать эксперименты с этими программами, что они не могут сделать на планете. Они могут установить атмосферу соответствующую условиям век назад, и посмотреть, соответствуют ли предсказание модели. Они могут устанавливать модели в соответствии с условиями миллионы лет назад, чтобы лучше понять, как в прошлом климат изменился. Это позволяет убедиться в том, что модели являются точными, для точной настройки выходного сигнала. Они также могут устранить последствия человеческой деятельности и посмотреть, какие изменения климата они наблюдают по предсказанной гипотезе. Эти модели показывают, что человеческая деятельность, особенно сжигание ископаемого топлива и в результате выброс углекислого газа в атмосферу существенно изменили климат на планете. Во многих различных видах климатических исследований имеется последовательный результат в том, что люди производят большую часть изменения климата, которые мы наблюдали в прошлом веке.

Один недавний анализ: по оценкам, по меньшей мере, три четверти изменений климата с 1950 года связаны с деятельностью человека.

Научное изучение климата, определяемого как усредненные за определенный период времени погодные условия.

Основные методы, используемые климатологами, - это анализ наблюдений и моделирование физических законов, определяющих климат. Основные темы исследований - изучение изменчивость климата, механизмы изменения климата и современное изменение климата. Базовые знания климата можно использовать в более короткие сроки прогноз погоды, например, о климатических циклах, таких как Эль-Ниньо – Южное колебание (ЭНСО), Осцилляция Мэддена – Джулиана (MJO), Североатлантическое колебание (НАО), Арктическое колебание (АО), Тихоокеанские десятилетние колебания (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]

Содержание

История

Изобретение термометр и барометр в течение Научная революция позволили вести систематический учет, который начался еще в 1640–1642 гг. Англия. [3] Ранние исследователи климата включают Эдмунд Галлей, опубликовавший карту пассатов в 1686 году после плавания в южное полушарие. Бенджамин Франклин (1706–1790) впервые нанесли на карту течение Гольфстрим для использования при отправке почты с Соединенные Штаты к Европа. Фрэнсис Гальтон (1822–1911) изобрел термин антициклон. [5] Гельмут Ландсберг (1906–1985) способствовал использованию статистический анализ в климатологии, что привело к ее 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 климат нормальныйили 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 изменении климата в прошлом, таком как ледниковые периодыконцепция климата как неизменного была полезна при разработке общей теории того, что определяет климат. Это начало меняться в последующие десятилетия, и пока история науки об изменении климата начавшееся раньше, изменение климата стало одной из средних тем для изучения климатологов в семидесятых годах и позже. [8]

Подполя

Различные разделы климатологии изучают различные аспекты климата. В климатологии есть разные категории областей. В Американское метеорологическое общество например, описывает описательную климатологию, научную климатологию и прикладную климатологию как три подкатегории климатологии, категоризацию, основанную на сложности и цели исследования. [9] Прикладные климатологи применяют свой опыт в различных отраслях, таких как производство и сельское хозяйство. [10]

Палеоклиматология стремится восстановить 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 как связанного с историей человечества и, таким образом, сосредоточено только на последних нескольких тысячах лет.

Климатология пограничного слоя занимается обменом водой, энергией и импульсом у поверхности. [11] Кроме того, выделенными подобластями являются физическая климатология, динамическая климатология, климатология торнадо, региональная климатология, биоклиматология, и синоптический климатология. Изучение гидрологический цикл в долгосрочном масштабе (гидроклиматология) далее подразделяется на подобласти климатологии снега и климатологии града. [9]

Методы

Изучение современного климата включает метеорологические данные, накопленные за многие годы, такие как записи об осадках, температуре и составе атмосферы. Знание атмосферы и ее динамики также воплощено в модели, либо статистический или математический, которые помогают объединить различные наблюдения и проверить, как они подходят друг другу. Моделирование используется для понимания климата прошлого, настоящего и потенциального будущего.

Исследования климата затрудняются крупномасштабными, длительными периодами и сложными процессами, которые управляют климатом. Климат регулируется физическими законами, которые можно выразить как дифференциальные уравнения. Эти уравнения являются связанными и нелинейными, поэтому приближенные решения получаются с использованием численных методов для создания глобальные климатические модели. Климат иногда моделируется как случайный процесс но это общепринято как приближение к процессам, которые иначе слишком сложно анализировать.

Климатические данные

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, начиная с Спутники наблюдения Земли и научное оборудование, такое как глобальная сеть термометры, чтобы доисторический лед извлекается из ледники. [13] Поскольку со временем измерительная техника меняется, записи данных нельзя сравнивать напрямую. Поскольку в городах обычно теплее, чем в окрестностях, урбанизация сделал необходимым постоянно корректировать данные для этого городской остров тепла эффект. [14]

Модели

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 парниковые газы такие как углекислый газ. Эти модели предсказывают тенденцию к росту температура 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
Связанная атмосфера – океан–морской ледглобальные климатические модели Дискретизируйте и решите полные уравнения переноса массы и энергии и лучистого обмена.
Модели земной системы также включают биосферу.

Темы исследований

Климатологические процессы

На среднее состояние атмосферы в конкретном месте влияют различные факторы. Например, в средних широтах будет ярко выражен сезонный цикл по температуре, тогда как тропические регионы показывают небольшие колебания температуры в течение года. [16] Еще один важный фактор, влияющий на климат, - это континентальность: расстояние до основных водоемов, таких как океаны. Океаны действуют как сдерживающий фактор, поэтому на суше рядом с ним обычно наблюдается умеренная зимы и умеренное лето. [17] Атмосфера взаимодействует с другими сферами мира. климатическая система, с ветрами, порождающими Океанские течения которые переносят тепло по всему миру. [18]

Классификация климата

Классификация - важный аспект многих наук как инструмент упрощения сложных процессов. Другой климатические классификации разрабатывались веками, первые в Древняя Греция. Классификация климата зависит от приложения. А энергия ветра Производитель потребует иную информацию (ветер) в классификации, чем тот, кто интересуется сельским хозяйством, для которого осадки и температура более важны. [19] Наиболее широко используемая классификация - Классификация климатов Кеппена, был разработан в конце девятнадцатого века и основан на растительности. Он использует месячную температуру и атмосферные осадки данные. [20]

Изменчивость климата

Существуют разные режимы изменчивости: повторяющиеся модели температуры или других климатических переменных. Их количественно оценивают разными индексами. Во многом Промышленный индекс Доу-Джонса, который основан на котировках акций 30 компаний, используется для представления колебаний фондового рынка 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 (ENSO) - 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 Североатлантическое колебание это режим изменчивости, который в основном содержится в нижних слоях атмосферы, тропосфера. Слой атмосферы выше, стратосфера также способен создавать свою собственную изменчивость, что наиболее важно в Осцилляция Мэддена – Джулиана (MJO), цикл которого составляет примерно 30-60 дней. В междекадные тихоокеанские колебания может вызвать изменения в Тихом океане и нижних слоях атмосферы в десятилетних масштабах.

Изменение климата

Изменение климата происходит, когда изменения в земных климатическая система привести к новым Погода шаблоны, которые остаются в силе 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 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 антропогенными выбросами парниковый газ от сжигания ископаемого топлива, поднимающегося вверх глобальные средние приземные температуры. Однако повышение температуры - лишь один из аспектов современного изменения климата, включая наблюдаемые изменения в атмосферные осадки, следы шторма и облачность. Более высокие температуры вызывают дальнейшие изменения в климатическая система, такой как повсеместное таяние ледников, повышение уровня моря и сдвиги во флоре и фауне. [22]

Различия с метеорологией

В отличие от метеорология, который ориентирован на краткосрочные Погода системы, длящиеся 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 изучать как природу климата - местный, региональный или глобальный - так и естественные или антропогенные факторы, вызывающие изменение климата. Климатология учитывает прошлое и может помочь предсказывать будущее изменение климата.

Явления, представляющие климатологический интерес, включают пограничный слой атмосферы, схемы обращения, теплопередача (радиационный, конвективный и скрытый), взаимодействия между атмосферой и океанами и поверхностью суши (особенно растительностью, землепользование и топография), химический и физический состав атмосферы.

Использование в прогнозировании погоды

Более сложный способ составления прогноза, 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. [23] Некоторые называют этот тип распознавания моделей прогнозирования, который остается полезным методом наблюдения за осадками над пустотами данных, такими как океаны, со знанием того, как спутниковые изображения связаны с интенсивностью осадков над сушей. [24] а также прогноз количества и распределения осадков 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]

Читайте также: