Статистика погодных условий и классификация климата

Введение

Статистика погодных условий в данном регионе за длительный период времени. Климат – это долгосрочный погодный режим в регионе, обычно усредненный за 30 лет. Более строго, это среднее значение и изменчивость метеорологических переменных за период времени от месяцев до миллионов лет. К числу обычно измеряемых метеорологических переменных относятся температура, влажность, атмосферное давление, ветер и осадки. В более широком смысле климат – это состояние компонентов климатической системы, включая атмосферу, гидросферу, криосферу, литосферу и биосферу, а также взаимодействия между ними. Климаты можно классифицировать в соответствии со средними и типичными переменными, чаще всего температурой и осадками. Наиболее широко используемой системой классификации является климатическая классификация Кёппена. Система Торнтвейта, используемая с 1948 года, включает в себя эвапотранспирацию вместе с информацией о температуре и осадках и используется для изучения биологического разнообразия и влияния на него изменения климата. Основными классификациями в климатической классификации Торнтвейта являются микротермальные, мезотермальные и мегатермальные. Наконец, системы классификации Бержерона и пространственной синоптики фокусируются на происхождении воздушных масс, определяющих климат региона. Палеоклиматология – это изучение древних климатов. Палеоклиматологи стремятся объяснить изменения климата для всех частей Земли в течение любого геологического периода, начиная с момента формирования Земли. Поскольку до XIX века было очень мало прямых наблюдений за климатом, палеоклиматы восстанавливаются на основе прокси-переменных. К ним относятся абиотические свидетельства, такие как отложения, найденные в донных отложениях озер и кернах льда, и биотические свидетельства, такие как годичные кольца деревьев и кораллы. Климатические модели – это математические модели климата прошлого, настоящего и будущего. Изменение климата может происходить в течение длительных и коротких периодов времени под воздействием различных факторов. Недавнее потепление рассматривается в контексте глобального потепления, которое приводит к перераспределению биоты. Например, как пишет климатолог Лесли Энн Хьюз: «Изменение среднегодовой температуры на 3 °C соответствует сдвигу изотерм примерно на широту (в умеренной зоне) или на высоту. Следовательно, ожидается, что виды будут перемещаться вверх по высоте или к полюсам в широту в ответ на сдвиг климатических зон».

Statistics of weather conditions in a given region over long periods

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."

Определение

Климат (от древнегреческого κλίμα «наклон») обычно определяется как погода, усреднённая за длительный период времени. Стандартный период усреднения составляет 30 лет, но для разных целей могут использоваться и другие периоды. Климат также включает в себя статистические данные, отличные от среднего значения, такие как размах колебаний погоды от дня к дню или от года к году. Глоссарий Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) 2001 года даёт следующее определение:

«Климат в узком смысле обычно определяется как «средняя погода», или, более строго, как статистическое описание в терминах среднего значения и изменчивости соответствующих величин за период от месяцев до тысяч или миллионов лет. Классический период составляет 30 лет, как это определено Всемирной метеорологической организацией (ВМО). Эти величины чаще всего представляют собой поверхностные переменные, такие как температура, осадки и ветер. Климат в более широком смысле – это состояние климатической системы, включая её статистическое описание». Всемирная метеорологическая организация (ВМО) описывает «климатические нормы» как «ориентиры, используемые климатологами для сравнения текущих климатических тенденций с прошлыми или с тем, что считается типичным. Климатическая норма определяется как арифметическое среднее значение климатического элемента (например, температуры) за 30-летний период. 30-летний период используется, поскольку он достаточно длителен, чтобы исключить любые межгодовые колебания или аномалии, такие как Эль-Ниньо – Южная осцилляция, но при этом достаточно короткий, чтобы отражать долгосрочные климатические тенденции». ВМО возникла из Международной метеорологической организации, которая в 1929 году создала техническую комиссию по климатологии. На встрече в Висбадене в 1934 году техническая комиссия определила тридцатилетний период с 1901 по 1930 год в качестве базового временного интервала для стандартных климатологических норм. В 1982 году ВМО согласилась обновить климатические нормы, которые впоследствии были дополнены данными о климате с 1 января 1961 года по 31 декабря 1990 года. Климатические нормы 1961–1990 годов служат базовым периодом отсчёта. Следующий набор климатических норм, который будет опубликован ВМО, охватывает период с 1991 по 2010 год. Помимо сбора данных о наиболее распространённых атмосферных переменных (температура воздуха, давление, осадки и ветер), для измерения изменений климатических условий также собираются данные о других переменных, таких как влажность, видимость, облачность, солнечная радиация, температура почвы, скорость испарения с водной поверхности, дни с грозой и дни с градом. Разницу между климатом и погодой хорошо иллюстрирует популярная фраза: «Климат – это то, чего ты ожидаешь, а погода – то, что ты получаешь». На протяжении исторических периодов времени существует ряд почти постоянных переменных, определяющих климат, включая широту, высоту над уровнем моря, соотношение суши и воды, а также близость к океанам и горам. Все эти переменные изменяются лишь в течение миллионов лет из-за таких процессов, как тектоника плит. Другие факторы, определяющие климат, более динамичны: термохалинная циркуляция океана приводит к потеплению северной части Атлантического океана по сравнению с другими океаническими бассейнами. Другие океанические течения перераспределяют тепло между сушей и водой в региональном масштабе. Плотность и тип растительного покрова влияют на поглощение солнечного тепла, удержание воды и количество осадков на региональном уровне. Изменения в количестве атмосферных парниковых газов (особенно углекислого газа и метана) определяют количество солнечной энергии, удерживаемой планетой, что приводит к глобальному потеплению или глобальному охлаждению. Переменные, определяющие климат, многочисленны, а их взаимодействие сложно, но существует общее мнение, что основные принципы понятны, по крайней мере, в отношении факторов, определяющих исторические изменения климата.

"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.

Классификация климата

Классификации климата – это системы, категоризирующие климаты мира. Классификация климата может тесно коррелировать с классификацией биомов, поскольку климат является основным фактором, влияющим на жизнь в регионе. Одной из наиболее широко используемых является схема классификации климата Кёппена, впервые разработанная в 1899 году. Существует несколько способов классифицировать климаты по схожим режимам. Изначально понятие климата было определено в Древней Греции для описания погоды в зависимости от географической широты. Современные методы классификации климата можно условно разделить на генетические методы, фокусирующиеся на причинах возникновения климата, и эмпирические методы, фокусирующиеся на его проявлениях. Примеры генетической классификации включают методы, основанные на относительной частоте различных типов воздушных масс или расположении в зонах синоптических возмущений. Примеры эмпирических классификаций включают климатические зоны, определяемые морозостойкостью растений, испароиспарением или, в более широком смысле, классификацию климата Кёппена, которая изначально была разработана для определения климатов, связанных с определенными биомами. Распространенным недостатком этих схем классификации является то, что они создают резкие границы между выделяемыми зонами, в то время как в природе чаще наблюдается постепенный переход климатических характеристик.

Палеоклиматология

Палеоклиматология – это изучение климата в прошлом на протяжении значительного периода истории Земли. Она использует данные, охватывающие различные временные масштабы (от десятилетий до тысячелетий), полученные из ледяных щитов, годичных колец деревьев, отложений, пыльцы, кораллов и горных пород, для определения состояния климата в прошлом. Палеоклиматология позволяет выявить периоды стабильности и периоды изменений, а также установить, подчиняются ли эти изменения закономерностям, например, регулярным циклам.

Современный

Подробности современных климатических данных известны благодаря измерениям, сделанным с помощью таких метеорологических приборов, как термометры, барометры и анемометры, на протяжении последних нескольких столетий. Инструменты, используемые для изучения погоды в современном масштабе времени, частота наблюдений, известные погрешности, непосредственное окружение и условия размещения этих приборов менялись с годами, что необходимо учитывать при изучении климата прошлых веков. Долгосрочные современные климатические данные смещены в сторону густонаселенных районов и экономически развитых стран. С 1960-х годов запуск спутников позволил собирать данные в глобальном масштабе, включая районы с малым или отсутствующим присутствием человека, такие как Арктика и океаны.

Изменчивость климата

Изменчивость климата – это термин, описывающий вариации среднего состояния и других характеристик климата (таких как вероятность или возможность экстремальных погодных явлений и т.д.) "во всех пространственных и временных масштабах, превышающих масштабы отдельных погодных событий". Часть этой изменчивости, по-видимому, не имеет систематической причины и возникает случайным образом. Такая изменчивость называется случайной изменчивостью или шумом. С другой стороны, периодическая изменчивость происходит относительно регулярно и в различных режимах изменчивости или климатических паттернах. Существуют тесные корреляции между колебаниями климата Земли и астрономическими факторами (изменениями барицентра, солнечной активностью, потоком космических лучей, обратной связью альбедо облаков, циклами Миланковича), а также способами распределения тепла в системе взаимодействия океана и атмосферы. В некоторых случаях текущие, исторические и палеоклиматологические естественные колебания могут быть замаскированы значительными извержениями вулканов, событиями столкновения, нерегулярностями в климатических прокси-данных, процессами положительной обратной связи или антропогенными выбросами веществ, таких как парниковые газы. За прошедшие годы определения изменчивости климата и связанного с ним термина "изменение климата" претерпели изменения. В то время как термин "изменение климата" теперь подразумевает изменения, которые являются долгосрочными и вызваны деятельностью человека, в 1960-х годах словосочетание "изменение климата" использовалось для описания того, что мы сейчас называем изменчивостью климата, то есть климатическими несоответствиями и аномалиями.

Изменение климата

Изменение климата – это изменение глобального или регионального климата с течением времени. Оно отражает изменения в изменчивости или среднем состоянии атмосферы в масштабах времени от десятилетий до миллионов лет. Эти изменения могут быть вызваны процессами, происходящими внутри Земли, внешними факторами (например, изменениями интенсивности солнечного излучения) или деятельностью человека, как было установлено в последнее время. Ученые определили энергетический дисбаланс Земли (EEI) как фундаментальный показатель состояния глобальных изменений. В последнее время, особенно в контексте экологической политики, термин «изменение климата» часто относится только к изменениям в современном климате, включая повышение средней температуры поверхности, известное как глобальное потепление. В некоторых случаях этот термин также используется с подразумеваемой антропогенной причиной, как в Рамочной конвенции Организации Объединенных Наций об изменении климата (РКИК ООН). РКИК ООН использует термин «изменчивость климата» для обозначения вариаций, не вызванных деятельностью человека. Земля переживала периодические сдвиги климата в прошлом, включая четыре крупных ледниковых периода. Эти периоды состоят из ледниковых фаз, когда условия холоднее нормы, разделенных межледниковыми периодами. Накопление снега и льда в течение ледниковой фазы увеличивает поверхностное альбедо, отражая больше солнечной энергии обратно в космос и поддерживая более низкую температуру атмосферы. Увеличение концентрации парниковых газов, например, в результате вулканической активности, может повысить глобальную температуру и привести к межледниковому периоду. Предполагаемые причины ледниковых периодов включают положение континентов, изменения в орбите Земли, колебания солнечной активности и вулканизм. Однако эти естественные изменения климата происходят гораздо медленнее, чем нынешние изменения, вызванные выбросами парниковых газов в результате деятельности человека. Согласно данным Службы по мониторингу климата ЕС "Коперник", средняя глобальная температура воздуха превысила 1,5°C потепления в период с февраля 2023 года по январь 2024 года.

Климатические модели

Климатические модели используют количественные методы для моделирования взаимодействия и передачи радиационной энергии между атмосферой, океанами, поверхностью суши и льдом посредством ряда физических уравнений. Они применяются для решения широкого спектра задач – от изучения динамики погодной и климатической системы до прогнозирования будущего климата. Все климатические модели балансируют, или почти балансируют, входящую энергию в виде коротковолнового (включая видимое) электромагнитного излучения, достигающего Земли, с исходящей энергией в виде длинноволнового (инфракрасного) электромагнитного излучения, исходящего от Земли. Любой дисбаланс приводит к изменению средней температуры Земли. Климатические модели доступны с различным разрешением, от >100 км до 1 км. Высокое разрешение в глобальных климатических моделях требует значительных вычислительных ресурсов, поэтому существует лишь несколько глобальных наборов данных. Глобальные климатические модели могут быть динамически или статистически понижены до региональных климатических моделей для анализа последствий изменения климата в локальном масштабе. Примерами служат ICON или механически пониженные данные, такие как CHELSA (климатологии высокого разрешения для суши). В последние годы наиболее обсуждаемым применением этих моделей стало их использование для оценки последствий увеличения концентрации парниковых газов в атмосфере, прежде всего углекислого газа (см. парниковый газ). Эти модели прогнозируют тенденцию к повышению глобальной средней температуры поверхности, причем наиболее быстрое потепление ожидается на высоких широтах Северного полушария. Модели могут быть как относительно простыми, так и весьма сложными. Простые модели передачи тепла рассматривают Землю как единую точку и усредняют исходящую энергию. Это можно расширить в вертикальном направлении (как в радиационно-конвективных моделях) или в горизонтальном. Наконец, более сложные (связанные) модели глобального климата атмосфера-океан-морской лед дискретизируют и решают полные уравнения для передачи массы и энергии, а также для обмена излучением.