Аймақтың ұзақ мерзімдік ауа райы статистикасы

Кіріспе

Белгілі бір аймақтағы ұзақ мерзімді ауа райының статистикасы

Климат – бұл аймақтағы ұзақ мерзімді ауа райы үлгісі, әдетте 30 жыл ішінде орташа есептелген. Нақтырақ айтқанда, ол бірнеше айдан миллиондаған жылдарға созылатын уақыт аралығындағы метеорологиялық айнымалылардың орташа көрсеткіштері мен өзгеруін білдіреді. Температура, ылғалдылық, атмосфералық қысым, жел және жауын-шашын сияқты метеорологиялық айнымалылардың көпшілігі өлшенеді. Кең мағынада климат – атмосфера, гидросфера, криосфера, литосфера және биосфераны, сондай-ақ олардың арасындағы өзара әрекеттесуді қамтитын климат жүйесінің құрамдас бөліктерінің жай-күйі. Климаттар орташа және ерекше айнымалыларға сәйкес жіктелуі мүмкін, ең көп қолданылатыны температура мен жауын-шашын. Ең көп тараған жіктеу жүйесі – Кёппен климаттық жіктелуі. 1948 жылдан бері қолданылып келе жатқан Торнтвейт жүйесі температура мен жауын-шашын ақпаратымен қатар булануды да қамтиды және биологиялық әртүрлілікті және климаттың өзгеруі оған қалай әсер ететінін зерттеуде пайдаланылады. Торнтвейт климаттық жіктелуіндегі негізгі жіктемелер – микротермиялық, мезотермиялық және мегатермиялық. Соңында, Бергерон және кеңістіктік синоптикалық жіктеу жүйелері аймақтың климатын анықтайтын ауа массаларының пайда болуына назар аударады. Палеоклиматология – ежелгі климатты зерттейтін ғылым. Палеоклиматологтар Жердің пайда болу кезінен бастап кез келген геологиялық кезеңдегі Жердің барлық бөліктері үшін климаттың өзгеруін түсіндіруге тырысады. 19 ғасырға дейін климатты тікелей бақылау мүмкіндігі шектеулі болғандықтан, палеоклиматтар туралы мәліметтер прокси-мәліметтер арқылы алынады. Оларға көл шөгінділері мен мұз түйіршіктері сияқты тірі емес дәлелдер, сондай-ақ ағаш сақиналары мен маржан сияқты тірі организмдердің қалдықтары жатады. Климаттық модельдер – өткен, қазіргі және болашақ климаттың математикалық модельдері. Климаттың өзгеруі әртүрлі факторларға байланысты ұзақ және қысқа мерзімді кезеңдерде жүруі мүмкін. Жақындағы жылыну жаһандық жылыну тұрғысынан қарастырылады, бұл биотаның қайта таралуына әкеледі. Мысалы, климаттанушы Лесли Энн Хьюз былай деп жазды: "Жылдық орташа температураның 3 °C-қа өзгеруі орташа ендікте изотермалардың шамамен солтүстікке немесе оңтүстікке қарай жылжуына немесе биіктік бойынша өзгеруіне сәйкес келеді. Сондықтан түрлер климат аймақтарының өзгеруіне жауап ретінде биіктік бойынша жоғарылап немесе ендік бойынша полюстерге қарай жылжуы күтілуде".

Climate is the long term weather pattern in a region, typically averaged over 30 years. More rigorously, it is the mean and variability of meteorological variables over a time spanning from months to millions of years. Some of the meteorological variables that are commonly measured are temperature, humidity, atmospheric pressure, wind, and precipitation. In a broader sense, climate is the state of the components of the climate system, including the atmosphere, hydrosphere, cryosphere, lithosphere and biosphere and the interactions between them. Climates can be classified according to the average and typical variables, most commonly temperature and precipitation. The most widely used classification scheme was the Köppen climate classification. The Thornthwaite system, in use since 1948, incorporates evapotranspiration along with temperature and precipitation information and is used in studying biological diversity and how climate change affects it. The major classifications in Thornthwaite's climate classification are microthermal, mesothermal, and megathermal. Finally, the Bergeron and Spatial Synoptic Classification systems focus on the origin of air masses that define the climate of a region. Paleoclimatology is the study of ancient climates. Paleoclimatologists seek to explain climate variations for all parts of the Earth during any given geologic period, beginning with the time of the Earth's formation. Since very few direct observations of climate were available before the 19th century, paleoclimates are inferred from proxy variables. They include non biotic evidence—such as sediments found in lake beds and ice cores—and biotic evidence—such as tree rings and coral. Climate models are mathematical models of past, present, and future climates. Climate change may occur over long and short timescales due to various factors. Recent warming is discussed in terms of global warming, which results in redistributions of biota. For example, as climate scientist Lesley Ann Hughes has written: "a 3 °C [5 °F] change in mean annual temperature corresponds to a shift in isotherms of approximately in latitude (in the temperate zone) or in elevation. Therefore, species are expected to move upwards in elevation or towards the poles in latitude in response to shifting climate zones."

Анықтама

Климат (көне грекше κλίμα – "еңіс") – ұзақ мерзімдегі ауа райының орташа көрсеткіші. Стандартты орташа мерзімі 30 жылды құрайды, бірақ мақсатына қарай басқа кезеңдер де қолданылуы мүмкін. Климатқа орташа мәннен өзге де статистикалық көрсеткіштер кіреді, мысалы, күннен күнге немесе жылдан жылға болатын өзгерістердің мөлшері. Климаттың өзгеруі жөніндегі үкіметаралық комиссияның (IPCC) 2001 жылғы анықтамасы төмендегідей: «Климат тар мағынада әдетте «орташа ауа райы» деп, ал қатаңырақ айтқанда, айлар, мыңдаған немесе миллиондаған жылдарға созылатын кезеңдегі тиісті шамалардың орташа және өзгергіштігінің статистикалық сипаттамасы ретінде анықталады. Әлемдік метеорологиялық ұйымның (WMO) анықтамасы бойынша классикалық кезең – 30 жыл. Бұл шамалар көбінесе температура, жауын-шашын және жел сияқты жер бетіндегі айнымалылар болып табылады. Климат кең мағынада – климаттық жүйенің жай-күйі, оның ішінде статистикалық сипаттамасы». Дүниежүзілік метеорологиялық ұйым (WMO) «климаттық нормаларды» «климатологтардың қазіргі климаттық тенденцияларды өткенмен немесе қалыпты деп есептелетінмен салыстыру үшін пайдаланатын анықтамалық көрсеткіштер» деп сипаттайды. Климаттық норма – климаттық элементтің (мысалы, температураның) 30 жылдық кезеңдегі арифметикалық орташасы. 30 жылдық кезең қолданылуының себебі – ол жылдық ауытқуларды немесе Эль-Ниньо сияқты аномалияларды сүзуге жеткілікті, сонымен қатар климаттық тенденцияларды көрсетуге де мүмкіндік береді. WMO 1929 жылы климатты зерттеу жөніндегі техникалық комиссия құрған Халықаралық метеорологиялық ұйымнан пайда болды. 1934 жылы Висбаденде өткен мәжілісте техникалық комиссия 1901 жылдан 1930 жылға дейінгі отыз жылдық кезеңді климаттық стандарттық нормалар үшін анықтамалық уақыт шеңбері деп белгіледі. 1982 жылы WMO климаттық нормаларды жаңартуға келісті, және олар 1961 жылдың 1 қаңтарынан 1990 жылдың 31 желтоқсанына дейінгі климаттық деректер негізінде аяқталды. 1961–1990 жылдар аралығындағы климаттық нормалар базалық кезең ретінде қолданылады. WMO жариялайтын климаттық нормалардың келесі жиынтығы 1991–2010 жылдар аралығын қамтиды. Ауа температурасы, қысым, жауын-шашын және жел сияқты ең көп таралған атмосфералық айнымалыларды жинаудан басқа, климаттық жағдайлардың өзгеруін өлшеу үшін ылғалдылық, көріну, бұлт мөлшері, күн сәулесі, топырақ температурасы, булану жылдамдығы, күн күркіреген және ақжайын болған күндер сияқты басқа да айнымалылар да жиналады. Климат пен ауа райының арасындағы айырмашылықты «Климат – күтетінің, ал ауа райы – алатының» деген танымал фраза арқылы түйіндеуге болады. Тарихи уақыт аралығында климатты анықтайтын бірқатар тұрақты айнымалылар бар, оларға ендік, биіктік, құрлық пен су арақатынасы және мұхиттар мен тауларға жақындық жатады. Бұл айнымалылардың барлығы тектоникалық плиталар сияқты процестерге байланысты миллиондаған жылдар бойы ғана өзгереді. Климатты анықтайтын басқа факторлар динамикалық: мұхиттың термохалиндік айналымы басқа мұхит алаптарына қарағанда Атлант мұхитының солтүстік бөлігінің жылынуына әкеледі. Басқа да теңіз ағымдары жер мен су арасындағы жылуды аймақтық деңгейде қайта бөледі. Өсімдік жамылғысының тығыздығы мен түрі күн жылуын сіңіруге, суды ұстауға және жауын-шашынға аймақтық деңгейде әсер етеді. Атмосферадағы парниктік газдардың (әсіресе көмірқышқыл газы мен метан) мөлшерінің өзгеруі планета сақтай алатын күн энергиясының мөлшерін анықтайды, бұл жаһандық жылынуға немесе жаһандық салқындауға әкеледі. Климатты анықтайтын айнымалылар көп, ал өзара әсерлесулер күрделі, бірақ жалпы түсініктеме бойынша, кем дегенде тарихи климаттың өзгеруін анықтайтын факторлар түсінікті.

Climate (from Ancient Greek κλίμα 'inclination') is commonly defined as the weather averaged over a long period. The standard averaging period is 30 years, but other periods may be used depending on the purpose. Climate also includes statistics other than the average, such as the magnitudes of day to day or year to year variations. The Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) 2001 glossary definition is as follows:

"Climate in a narrow sense is usually defined as the "average weather", or more rigorously, as the statistical description in terms of the mean and variability of relevant quantities over a period ranging from months to thousands or millions of years. The classical period is 30 years, as defined by the World Meteorological Organization (WMO). These quantities are most often surface variables such as temperature, precipitation, and wind. Climate in a wider sense is the state, including a statistical description, of the climate system." The World Meteorological Organization (WMO) describes "climate normals" as "reference points used by climatologists to compare current climatological trends to that of the past or what is considered typical. A climate normal is defined as the arithmetic average of a climate element (e. g. temperature) over a 30 year period. A 30 year period is used as it is long enough to filter out any interannual variation or anomalies such as El Niño–Southern Oscillation, but also short enough to be able to show longer climatic trends." The WMO originated from the International Meteorological Organization which set up a technical commission for climatology in 1929. At its 1934 Wiesbaden meeting, the technical commission designated the thirty year period from 1901 to 1930 as the reference time frame for climatological standard normals. In 1982, the WMO agreed to update climate normals, and these were subsequently completed on the basis of climate data from 1 January 1961 to 31 December 1990. The 1961–1990 climate normals serve as the baseline reference period. The next set of climate normals to be published by WMO is from 1991 to 2010. Aside from collecting from the most common atmospheric variables (air temperature, pressure, precipitation and wind), other variables such as humidity, visibility, cloud amount, solar radiation, soil temperature, pan evaporation rate, days with thunder and days with hail are also collected to measure change in climate conditions. The difference between climate and weather is usefully summarized by the popular phrase "Climate is what you expect, weather is what you get." Over historical time spans, there are a number of nearly constant variables that determine climate, including latitude, altitude, proportion of land to water, and proximity to oceans and mountains. All of these variables change only over periods of millions of years due to processes such as plate tectonics. Other climate determinants are more dynamic: the thermohaline circulation of the ocean leads to a warming of the northern Atlantic Ocean compared to other ocean basins. Other ocean currents redistribute heat between land and water on a more regional scale. The density and type of vegetation coverage affects solar heat absorption, water retention, and rainfall on a regional level. Alterations in the quantity of atmospheric greenhouse gases (particularly carbon dioxide and methane determines the amount of solar energy retained by the planet, leading to global warming or global cooling. The variables which determine climate are numerous and the interactions complex, but there is general agreement that the broad outlines are understood, at least insofar as the determinants of historical climate change are concerned.

Климаттық жіктеу

Климаттық жіктелімдер – әлемдік климаттарды жіктеуге арналған жүйелер. Климаттық жіктеу биомдардың жіктелуімен тығыз байланысты болуы мүмкін, себебі климат аймақтағы тіршілікке маңызды ықпал етеді. Ең көп қолданылатыны – 1899 жылы алғаш рет жасалған Кёппен климаттық жіктелім схемасы. Климаттарды ұқсас режимдерге жіктеудің бірнеше тәсілі бар. Ежелгі Грецияда климаттар белгілі бір жердің ендігіне байланысты ауа райын сипаттау үшін анықталған. Қазіргі заманғы климаттық жіктеу әдістерін климаттың себептерін зерттейтін генетикалық әдістерге және климаттың салдарына назар аударатын эмпирикалық әдістерге бөлуге болады. Генетикалық жіктеуге мысал ретінде әртүрлі ауа массаларының жиілігіне немесе синоптикалық ауа райының өзгеру орындарына негізделген әдістерді келтіруге болады. Эмпирикалық жіктелімдерге өсімдіктердің қырысуға төзімділігі, булану мөлшері немесе жалпы алғанда, бастапқыда нақты биомдармен байланысты климаттарды анықтау үшін құрылған Кёппен климаттық жіктелімі жатады. Бұл жіктелім схемаларының жиі кездесетін кемшілігі – олар табиғаттағы климаттық қасиеттердің біртіндеп өзгеруіне қарағанда, анықталған аймақтар арасында нақты шекаралар жасау.

Палеоклиматология

Палеоклиматология – Жер тарихының кең ауқымындағы өткен климатты зерттеу ғылымы. Ол мұздықтардан, ағаш сақиналарынан, шөгінділерден, гүл тозаңынан, кораллдардан және тау жыныстарынан алынған, әртүрлі уақыт өлшемдерін (ондаған жылдардан мыңжылдықтарға дейін) қамтитын мәліметтерді пайдаланып, климаттың бұрынғы жағдайын анықтайды. Ол климаттың тұрақты және өзгеріс кезеңдерін көрсетеді, сондай-ақ өзгерістердің белгілі бір циклдар сияқты үлгілерге сәйкес келіп-келмейтінін анықтауға мүмкіндік береді.

Қазіргі заманғы

Қазіргі заманғы климат туралы мәліметтер соңғы бірнеше ғасырлар бойы термометрлер, барометрлер және анемометрлер сияқты ауа райы құралдарынан алынған өлшемдер арқылы белгілі. Ауа райын қазіргі заманғы кезеңде зерттеуге қолданылатын құралдар, олардың бақылау жиілігі, белгілі қателіктері, жақын айналасы және орналасуы жылдар бойы өзгеріп келді, бұл өткен ғасырлардың климатын зерттегенде ескерілуі тиіс. Ұзақ мерзімді қазіргі заманғы климаттық деректер көбінесе халық тығыз қоныстанған және әулетті елдерге қарай бұрышып келеді. 1960 жылдардан бері спутниктерді ұшыру бүкіл әлем бойынша, адамның аз немесе мүлдем жоқ болмаған Арктика аймағы және мұхиттар сияқты аймақтарды қоса, деректерді жинауға мүмкіндік берді.

Климаттың өзгергіштігі

Климаттың өзгергіштігі – климаттың орташа жағдайы және басқа да сипаттамаларының (мысалы, ауа-райының экстремалды болу мүмкіндігі сияқты) "жекелеген ауа-райы құбылыстарынан тыс, барлық кеңістіктік және уақыттық масштабтардағы" өзгерістерін сипаттау үшін қолданылатын термин. Өзгергіштіктің кейбір бөлігі жүйелі түрде туындамайды және кездейсоқ уақыттарда пайда болады. Мұндай өзгергіштік кездейсоқ өзгергіштік немесе шу деп аталады. Екінші жағынан, кезеңдік өзгергіштік салыстырмалы түрде тұрақты және нақты өзгергіштік түрлері немесе климаттық үлгілерде байқалады. Жердің климаттық тербелістері мен астрономиялық факторлар (барийцентрдің өзгеруі, күннің активтілігінің өзгеруі, ғарыш сәулелерінің ағыны, бұлттың альбедо кері байланысы, Миланкович циклдары) және мұхит-атмосфера климаттық жүйесіндегі жылу таралу режимдері арасында тығыз байланыс бар. Кейде қазіргі, тарихи және палеоклиматтық табиғи тербелістер күшті жанартаулық жарылыстар, соқтығысу оқиғалары, климаттық прокси-деректердің дұрыс еместігі, оң кері байланыс процестері немесе парниктік газдар сияқты заттардың антропогендік эмиссиялары салдарынан жасырылуы мүмкін. Климаттың өзгергіштігі және оған байланысты климаттың өзгеруі анықтамалары жылдар бойы өзгеріп келді. Климаттың өзгеруі термині қазір ұзақ мерзімді және адамның әрекетінен туындаған өзгерістерді білдірсе, 1960 жылдары климаттың өзгеруі термині қазір климаттың өзгергіштігі деп аталатын, яғни климаттың тұрақсыздығы мен аномалияларын сипаттау үшін қолданылған.

Климаттың өзгеруі

Климаттың өзгеруі – уақыт өте келе жаһандық немесе аймақтық климаттардың өзгеруі. Бұл атмосфераның өзгеруі немесе орташа күйінің ондаған жылдардан миллион жылдарға дейінгі уақыт аралығындағы өзгерісін көрсетеді. Бұл өзгерістерге Жердің ішкі процестері, сыртқы күштер (мысалы, күн сәулесінің қарқындылығының өзгеруі) немесе, соңғы кезде анықталғандай, адамның қызметі себеп болуы мүмкін. Ғалымдар Жердің энергия теңгерімсіздігін (ЖЭТ) жаһандық өзгерістердің негізгі көрсеткіші деп анықтады. Соңғы уақытта, әсіресе қоршаған орта саясаты аясында, «климаттың өзгеруі» термині көбінесе қазіргі заманғы климаттың өзгеруіне, соның ішінде жер бетінің орташа температурасының көтерілуіне, яғни жаһандық жылынуға қатысты қолданылады. Кейбір жағдайларда бұл термин, Біріккен Ұлттар Ұйымының Климаттық өзгерістер жөніндегі конвенциясында (БҰҰКЖ) сияқты, адамның себепкерлігі туралы болжаммен қолданылады. БҰҰКЖ адамның әрекетінен туындамаған өзгерістер үшін «климаттың өзгермелілігі» терминін пайдаланады. Жер бұрын да мерзімді климаттық өзгерістерге ұшыраған, оның ішінде төрт ірі мұз дәуірі болған. Бұл мұздық кезеңдерден тұрады, онда жағдай қалыптыдан суық, ал олар мұз аралық кезеңдермен бөлінеді. Мұздық кезеңде қар мен мұздың жиналуы жер бетінің альбедосын арттырады, бұл Күн энергиясының көбірек бөлігін ғарышқа шағылыстырып, атмосфераның төмен температурасын сақтайды. Жылыжай газдарының көбеюі, мысалы, жанартаулық белсенділік, жаһандық температураны арттырып, мұз аралық кезеңді тудыруы мүмкін. Мұз дәуірі кезеңдерінің себептері ретінде құрлықтардың орналасуы, Жер орбитасының өзгеруі, күн сәулесінің өзгеруі және вулканизмді қарастыруға болады. Дегенмен, климаттың табиғи түрде болатын өзгерістер адамның қызметінен туындаған парниктік газдардың шығарылуынан болатын қазіргі өзгерістердің қарқынына қарағанда әлдеқайда баяу жүреді. Еуропалық Одақтың «Коперник» климаттық өзгерістер қызметінің мәліметінше, 2023 жылдың ақпан айынан 2024 жылдың қаңтар айына дейінгі кезеңде ауаның орташа жаһандық температурасы 1,5°C-қа жетті.

Климаттық модельдер

Климаттық модельдер физикалық теңдеулер сериясы арқылы атмосфера, мұхиттар, жер беті және мұз арасындағы сәулелік энергияның өзара әрекеттесуін және ауысуын симуляциялау үшін сандық әдістерді қолданады. Олар ауа райы мен климат жүйесінің динамикасын зерттеуден бастап болашақ климатты болжауға дейін әртүрлі мақсаттарда қолданылады. Барлық климаттық модельдер кіретін энергияны – қысқа толқынды (көрінетін) электромагниттік сәулелену түрінде Жерге келетін энергияны, және шығатын энергияны – ұзақ толқынды (инфрақызыл) электромагниттік сәулелену түрінде Жерден шығатын энергияны теңестіреді немесе дерлік теңестіреді. Кез келген тепе-теңдіктің бұзылуы Жердің орташа температурасының өзгеруіне алып келеді. Климаттық модельдер >100 км-ден 1 км-ге дейінгі әртүрлі ажыратымдылықта қолжетімді. Жалпы климаттық модельдердегі жоғары ажыратымдылыққа елеулі есептеу ресурстары қажет, сондықтан тек бірнеше жаһандық деректер жиынтығы бар. Жергілікті масштабта климаттың өзгеруінің әсерін талдау үшін жаһандық климаттық модельдерді аймақтық климаттық модельдерге динамикалық немесе статистикалық түрде төмендетуге болады. Мысалдар: ICON немесе CHELSA (жер бетінің жоғары ажыратымдылықтағы климаттық мәліметтері) сияқты механикалық түрде төмендетілген деректер. Соңғы жылдары осы модельдердің ең көп талқыланған қолданысы атмосферадағы көмірқышқыл газдарының, негізінен көмірқышқыл газының (көмірқышқыл газ) артуының салдарларын анықтау үшін пайдаланылды. Бұл модельдер жаһандық жер бетінің орташа температурасының жоғарылауын болжайды, температураның ең жылдам өсуі Солтүстік жарты шардың жоғары ендіктерінде күтілуде. Модельдер салыстырмалы түрде қарапайымнан өте күрделіге дейін болуы мүмкін. Қарапайым сәулелік жылу алмасу модельдері Жерді бір нүкте ретінде қарастырады және орташа шығыс энергиясын есептейді. Бұл тік (радиациялық-конвективтік модельдерде) немесе көлденең бағытта кеңейтілуі мүмкін. Соңында, күрделі (қоспалы) атмосфера-мұхит-теңіз мұзы климаттық модельдері масса мен энергия алмасу және сәулелік алмасудың толық теңдеулерін дискреттейді және шешеді.