Кіріспе
Климатты ғылыми зерттеу, белгілі бір уақыт аралығында орташаланған ауа райы жағдайы ретінде анықталады. Климатология (грекше κλίμα, klima, "еңіс"; және λογία, logia) немесе климат ғылымы – Жердің климатын ғылыми зерттеу, әдетте кем дегенде 30 жыл ішінде орташаланған ауа райы жағдайы ретінде анықталады. Климат – бұл ұзақ немесе белгісіз мерзімге созылған атмосфера жағдайы; ал ауа райы – салыстырмалы түрде қысқа мерзімдегі атмосфера жағдайы. Зерттеудің басты тақырыптары климаттың өзгеруін, климаттың өзгеру механизмдерін және қазіргі климаттың өзгеруін зерттеу болып табылады. Бұл зерттеу саласы атмосфера ғылымдарының бір бөлігі және Жер ғылымдарының бірі – физикалық географияның тармағы ретінде қарастырылады. Климатологияға мұхитты зерттеу (океанография) және биогеохимияның кейбір аспектілері де кіреді. Климатологтардың негізгі әдістері – бақылауларды талдау және климатты анықтайтын физикалық процестерді модельдеу. Қысқа мерзімді ауа райы болжамдарын климаттың ұзақ мерзімді құбылыстары туралы білім арқылы түсіндіруге болады, мысалы, климаттық циклдар: Эль-Ниньо-Оңтүстік тербелісі (ENSO), Мадден-Жулиан тербелісі (MJO), Солтүстік Атлантика тербелісі (NAO), Арктика тербелісі (AO), Тынық мұхитының онжылдық тербелісі (PDO) және Тынық мұхитының онжылдықтар аралық тербелісі (IPO). Климаттық модельдер ауа райы мен климат жүйесінің динамикасын зерттеуден бастап болашақ климатты болжауға дейін түрлі мақсаттарда қолданылады.
Climatology (from Greek κλίμα, klima, "slope"; and λογία, logia) or climate science is the scientific study of Earth's climate, typically defined as weather conditions averaged over a period of at least 30 years. Climate concerns the atmospheric condition during an extended to indefinite period of time; weather is the condition of the atmosphere during a relative brief period of time. The main topics of research are the study of climate variability, mechanisms of climate changes and modern climate change. This topic of study is regarded as part of the atmospheric sciences and a subdivision of physical geography, which is one of the Earth sciences. Climatology includes some aspects of oceanography and biogeochemistry. The main methods employed by climatologists are the analysis of observations and modelling of the physical processes that determine climate. Short term weather forecasting can be interpreted in terms of knowledge of longer term phenomena of climate, for instance climatic cycles such as the El Niño–Southern Oscillation (ENSO), the Madden–Julian oscillation (MJO), the North Atlantic oscillation (NAO), the Arctic oscillation (AO), the Pacific decadal oscillation (PDO), and the Interdecadal Pacific Oscillation (IPO). Climate models are used for a variety of purposes from studying the dynamics of the weather and climate system to predictions of future climate.
Тарих
Гректер климатты ғылыми тұрғыдан зерттей бастады; іс жүзінде, "климат" сөзі грек тіліндегі "клима" сөзінен шыққан, яғни "еңіс" деген мағынаны білдіреді, бұл Жер осінің еңістігіне қатысты. Климат туралы ең ықпалды классикалық еңбектердің бірі – шамамен 400 жыл бұрын Гиппократ жазған «Ауа, су және жерлер туралы» трактаты. Бұл еңбек климаттың адам денсаулығына және Азия мен Еуропа арасындағы мәдени ерекшеліктерге тигізетін әсерін талқылайды. Термометрлер мен барометрлердің ғылыми революция кезіндегі ойлап табылуы жүйелі жазбалар жүргізуге мүмкіндік берді, бұл 1640-1642 жылдары Англияда басталды. Гельмут Ландсберг (1906-1985) климаттануда статистикалық талдауды қолдануға үлкен үлес қосты. 20 ғасырдың басында климаттану көбінесе аймақтық климаттарды сипаттауға баса назар аударды. Бұл сипаттамалық климаттану негізінен қолданбалы ғылым болды, ол фермерлерге және басқа да қызығушыларға қалыпты ауа райының қандай болатыны және экстремалды құбылыстардың болу ықтималдығы туралы статистикалық мәліметтер берді. Мұны істеу үшін климаттанушылар климаттық норманы анықтауға тиіс болды, яғни әдетте 30 жылдық кезеңдегі ауа райы мен ауа райының шектен тыс құбылыстарының орташа көрсеткіштерін. Ғалымдар мұз дәуірі сияқты бұрынғы климат өзгерістерін білгенімен, климаттың өте біртіндеп өзгеретіні туралы түсінік сипаттамалық климаттану үшін пайдалы болды. Бұл кейінгі онжылдықтарда өзгерді, ал климаттың өзгеруі туралы ғылымның тарихы ертерек басталғанмен, климаттың өзгеруі 1970 жылдардан бастап климаттанушылардың негізгі зерттеу тақырыптарының біріне айналды.
Қосалқы салалар
Климатологияның әртүрлі тармақтары климаттың әртүрлі аспектілерін зерттейді. Климатология тармақтарын әртүрлі жіктеуге болады. Мысалы, Америка метеорологиялық қоғамы климатологияның үш кіші саласы ретінде сипаттамалық климатологияны, ғылыми климатологияны және қолданбалы климатологияны бөліп көрсетеді, бұл жіктеу зерттеудің күрделілігі мен мақсатына негізделген. Қолданбалы климаттанушылар өз білімдерін өндіріс және ауыл шаруашылығы сияқты салаларда қолданады. Палеоклиматология – мұз түйіршіктері мен ағаш сақиналары (дендроклиматология) сияқты деректерді зерттеу арқылы өткен климатты қалпына келтіру және түсінуге бағытталған әрекет. Палеотемпестология осы деректерді мыңжылдықтар бойындағы дауылдардың жиілігін анықтау үшін пайдаланады. Тарихи климатология климатты адамзат тарихымен байланысты зерттейді, сондықтан ол көбінесе соңғы бірнеше мың жылға қатысты. Шекаралық қабат климатологиясы бетке жақын жердегі су, энергия және импульс алмасуын зерттейді. Физикалық климаттану, динамикалық климаттану, торнадо климатологиясы, аймақтық климатология, биоклиматология және синоптикалық климатология да бөлек тармақтар ретінде қарастырылады. Ұзақ мерзімді гидрологиялық циклді зерттеуді кейде гидроклиматология деп атайды, әсіресе климаттың өзгеруінің су циклына тигізетін әсерін зерттегенде. Ғалымдар климатты тікелей және жанама түрде бақылайды, оның ішінде Жерді бақылайтын спутниктер мен термометрлердің жаһандық желісі сияқты ғылыми құралдардан бастап, мұздықтардан алынған ежелгі мұзды пайдаланады. Өлшеу технологиясы уақыт өте келе өзгеретіндіктен, деректерді тікелей салыстыру жиі мүмкін болмайды. Қалалар әдетте айналасындағы жерлерге қарағанда жылырақ болғандықтан, урбанизация осы қалалық жылу аралының әсерін ескере отырып деректерді үнемі түзетуді қажет етеді.
Зерттеу тақырыптары
Климатологтар зерттейтін тақырыптар үш негізгі санатқа бөлінеді: климаттың өзгеруі, климаттың өзгеру себептері және қазіргі климат өзгерістері.
Климаттық процестер
Әртүрлі факторлар белгілі бір жердегі атмосфераның орташа жағдайын анықтайды. Мысалы, орташа ендіктерде температураның айқын маусымдық өзгеруі байқалады, ал тропиктік аймақтарда жыл бойы температураның өзгеруі шамалы болады. Климаттың тағы бір маңызды факторы – континенттік фактор: мұхиттар сияқты ірі су кеңістіктеріне дейінгі қашықтық. Мұхиттар температураны теңдестіретін рөл атқарады, сондықтан оларға жақын жерлерде қыс пен жаз арасындағы температура айырмашылығы, олардан алыс жерлерге қарағанда әдетте аз болады. Атмосфера климат жүйесінің басқа да бөліктерімен байланыста болады, желдер мұхит ағыстарын тудырады, олар планета бойынша жылуды таратады.
Климаттық жіктеу
Классификация – күрделі процестерді жеңілдетудің маңызды әдісі. Климаттардың әртүрлі жіктелу жүйелері ғасырлар бойы дамып келді, алғашқылары ежелгі Грекияда пайда болды. Климаттар қалай жіктеледі, ол оның қолданылу мақсатына байланысты. Жел энергиясын өндірушіге жіктеуде жел туралы ақпарат қажет, ал ауыл шаруашылығымен айналысатын адамға жауын-шашын мен температура маңыздырақ. Ең көп тараған жіктеу жүйесі – Кёппен климаттық жіктеуі, ол тоғызыншы ғасырдың соңында жасалған және өсімдік жамылғысына негізделген. Ол температура және жауын-шашын туралы ай сайынғы деректерді қолданады.
Климаттың өзгергіштігі
Түрлі өзгергіштіктер бар: температураның немесе басқа климаттық айнымалылардың қайталама үлгілері. Олар әртүрлі индекс арқылы сандық түрде бағаланады. 30 компанияның акция бағасына негізделген Доу Джонс индустриялық индексі сияқты, климаттық индекстер де климаттың маңызды элементтерін көрсетеді. Климаттық индекстер әдетте қарапайымдық пен толықтық екі мақсатты ұстанып жасалады, және әр индекс көбінесе ол көрсететін климаттық фактордың күйін және уақытын көрсетеді. Өздерінің мәні бойынша индекстер қарапайым болады, көптеген егжей-тегжейлі мәліметтерді атмосфераның немесе мұхиттың жалпы сипаттамасына біріктіреді, осы арқылы жаһандық климат жүйесіне әсер ететін факторларды сипаттауға болады. Эль-Ниньо – Оңтүстік тербелісі (ENSO) – Тынық мұхитындағы атмосфера мен мұхиттың байланысты құбылысы, ол температураның жаһандық өзгергіштігінің көп бөлігіне жауапты және екі жылдан жеті жылға дейінгі циклға ие. Солтүстік Атлантика тербелісі – бұл негізінен төменгі атмосферада, тропосферада жүзеге асатын өзгергіштік түрі. Атмосфераның жоғары жағындағы қабат, стратосфера да өзінің өзгергіштігін тудыра алады, ең маңыздысы – шамамен 30-60 күндік циклы бар Мадден-Жулиан тербелісі (MJO). Тынық мұхиттың онжылдық тербелісі Тынық мұхиты мен төменгі атмосферада он жылдық мерзімде өзгерістер тудыруы мүмкін.
Климаттың өзгеруі
Климаттың өзгеруі Жердің климат жүйесінің өзгеруі нәтижесінде ұзақ мерзімге сақталатын жаңа ауа-райы үлгілерінің пайда болуымен жүзеге асады. Осы мерзім бірнеше онжылдықтан миллиондаған жылдарға дейін созуы мүмкін. Климат жүйесі энергияның көбісін күннен алады. Климат жүйесі сондай-ақ энергияны сыртқы кеңістікке шығарады. Келіп түсетін және шығып жатқан энергияның арасалмақтылығы және энергияның климат жүйесі арқылы өтуі Жердің энергия бюджетін анықтайды. Егер кіріс энергиясы шығыс энергиясынан артық болса, Жердің энергия бюджеті оң болады және климат жүйесі жылынады. Егер энергия шығыны көп болса, энергия бюджеті теріс болады және Жер суынады. Климаттың өзгеруі сонымен қатар теңіз деңгейінің орташа көрсеткішіне де әсер етеді. Қазіргі заманғы климаттың өзгеруіне көбінесе адамның қызметінен туындаған, жанар майды өртеу нәтижесінде пайда болатын парниктік газдардың шығарылымы себеп болады, бұл жаһандық жер бетінің температурасын арттырады. Температураның жоғарылауы – қазіргі заманғы климаттың өзгеруінің бір ғана көрінісі, сонымен қатар жауын-шашынның, дауылдардың жолдарының және бұлттылықтың байқалатын өзгерістерін де қамтиды. Жылы температуралар климат жүйесінің одан әрі өзгеруіне, мысалы, мұздықтардың кең ауқымда еруіне, теңіз деңгейінің көтерілуіне және флора мен фаунаның таралуындағы өзгерістерге әкеп соқтырады.
Метеорологиямен айырмашылықтар
Метеорологиядан өзгеше, ол бірнеше аптадан аспайтын қысқа мерзімді ауа райы жүйелеріне назар аударады, климаттану осы жүйелердің қайталану жиілігі мен тенденцияларын зерттейді. Ол ауа райы құбылыстарының жылдардан мыңжылдықтарға дейінгі мерзімділігін, сондай-ақ атмосфера жағдайларына байланысты ұзақ мерзімді орташа ауа райы үлгілерінің өзгеруін зерттейді. Климатологтар климаттың сипатын – жергілікті, аймақтық немесе жаһандық – және климаттың өзгеруіне себеп болатын табиғи немесе адамның қызметінен туындаған факторларды зерттейді. Климаттану өткенді зерделейді және болашақ климаттың өзгеруін болжауға мүмкіндік береді. Климаттануға қатысты құбылыстарға атмосфераның шекаралық қабаты, айналым үлгілері, жылу алмасу (сәулелі, конвекциялық және жасырын), атмосфера мен мұхиттар және құрлық беті арасындағы (әсіресе өсімдіктер, жер пайдалану және жер бедері) өзара әрекеттесу, сондай-ақ атмосфераның химиялық және физикалық құрамы жатады.
Ауа райы болжаудағы қолдану
Болжам жасаудың қиын әдісінің бірі – аналогтық әдіс, ол болашақ оқиғаға ұқсас бұрынғы ауа-райы құбылысын еске түсіруді қажет етеді. Бұл әдісті қиын ететіні – болашақ оқиға үшін толық аналогты табу сирек кездеседі. Кейбір мамандар мұндай болжамды үлгіні тану деп атайды, ол мұхиттар сияқты деректер жетіспейтін жерлерде жауын-шашын мөлшерін бағалау үшін пайдалы. Орташа мерзімді болжамдар үшін қолданылатын осы әдістің бір түрі – телебайланыстар, онда басқа аймақтардағы жүйелер ағымдағы жүйенің орналасуын анықтауға көмектеседі. Телебайланыстарды қолданудың бір жолы – ENSO сияқты климаттық индекстерді пайдалану.