Климатология - Climatology

«Исследование климата» перенаправляется сюда. Для журнала с таким названием см. Климатические исследования (журнал).
Климатология - это научное изучение климата.
Атмосферные науки
ShipTracks MODIS 2005may11.jpg

Физика атмосферы
Атмосферная динамика (категория)

Атмосферная химия (категория)
Метеорология

Погода (категория) · (портал)

Тропический циклон (категория)
Климатология

Климат (категория)
Изменение климата (категория)

Глобальное потепление (категория) · (портал)
Глоссарии
Глоссарий метеорологии  · Глоссарий терминов по тропическим циклонам  · Глоссарий терминов торнадо  · Глоссарий изменения климата

Климатология (от Греческий κλίμα, Клима, «место, зона»; и -λογία, -логия ) или климатология это научное исследование климат, с научной точки зрения определяемые как погодные условия, усредненные за определенный период времени.[1] Эта современная область исследований рассматривается как ветвь атмосферные науки и подполе Физическая география, который является одним из Науки о Земле. Климатология теперь включает аспекты океанография и биогеохимия.

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]

История

Дальнейшая информация: История науки об изменении климата

Греки начали формальное изучение климата; на самом деле слово «климат» происходит от греческого слова «клима», что означает «наклон», относящегося к наклону или наклону земной оси. Пожалуй, самым влиятельным классическим текстом о климате был В эфире, воде и местах[3] написано Гиппократ около 400 До н.э.. В этой работе прокомментировано влияние климата на здоровье человека и культурные различия между Азией и Европой.[3] Эта идея о том, что климат контролирует, какие страны выделяются в зависимости от своего климата, климатический детерминизм, оставался влиятельным на протяжении всей истории.[3] Китайский ученый Шен Куо (1031–1095) пришли к выводу, что климат естественным образом изменился в течение огромного промежутка времени после наблюдения окаменел бамбук найден под землей недалеко от Яньчжоу (современный Яньань, Шэньси провинция), район с сухим климатом, неподходящий для выращивания бамбука.[4]

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 нормальный или 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 периоды концепция 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

Карта средней температуры за 30 лет. Наборы данных, сформированные на основе долгосрочного среднего исторических параметров погоды, иногда называют «климатологией».

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

Основная статья: Климатические 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 лед глобальные климатические модели Дискретизируйте и решите полные уравнения переноса массы и энергии и лучистого обмена.
  • Модели земной системы также включают биосферу.

Темы исследований

Темы, изучаемые климатологами, можно разделить на три категории: изменчивость климата, механизмы изменения климата и современное изменение климата.[15]

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

Последствия Эль-Ниньо

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

Основная статья: Прогноз 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]

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Центр прогнозирования климата. Климатический глоссарий. В архиве 2006-10-06 на Wayback Machine Проверено 23 ноября, 2006.
  2. ^ «Что такое климатология?». засуха. unl.edu. Получено 2017-02-27.
  3. ^ а б c d Хейманн, Маттиас (2010). «Эволюция климатических идей и знаний». Междисциплинарные обзоры Wiley: изменение климата. 1 (4): 581–597. Дои:10.1002 / wcc.61. ISSN  1757-7799.
  4. ^ А. Дж. Боуден; Синтия В. Бурек; К. В. Бурек; Ричард Уилдинг (2005). История палеоботаники: избранные очерки. Геологическое общество. п. 293. ISBN  978-1-86239-174-1. Получено 3 апреля 2013.
  5. ^ Истории из жизни. Фрэнсис Гальтон. Проверено 19 апреля, 2007.
  6. ^ Варт, Спенсер (2008). «Климатология как профессия». history.aip.org. Американский институт физики. Получено 2019-10-25.
  7. ^ Робинсон и Хендерсон-Селлерс 1999, стр. 4-5.
  8. ^ Робинсон и Хендерсон-Селлерс 1999, стр. 5-6.
  9. ^ а б Коллинз, Дженнифер М. (25 октября 2018 г.). "Климатология - География - Оксфордские библиографии - обо". Дои:10.1093 / obo / 9780199874002-0096. Получено 2019-10-25.
  10. ^ Ван и Гиллис 2012, п. IX.
  11. ^ Рохли и Вега 2018, п. 6
  12. ^ «Как наблюдения за погодой превращаются в климатические данные? | NOAA Climate.gov». www.climate.gov. Получено 2020-01-13.
  13. ^ «Какие данные используют ученые для изучения климата?». Изменение климата: жизненно важные признаки планеты. Получено 2020-01-13.
  14. ^ Рохли и Вега 2011, п. 8.
  15. ^ Облак, Рашель; Макдугал, Холт; Погода. (3 июля 2019 г.). «Чем климатология отличается от метеорологии». ThoughtCo. Получено 2019-10-23.
  16. ^ Рохли и Вега 2018, п. 25.
  17. ^ Рохли и Вега 2018.
  18. ^ а б Rohli & Vega 2018, п. 54.
  19. ^ Rohli & Vega 2018, п. 159.
  20. ^ Рохли и Вега 2018, п. 160.
  21. ^ Центр прогнозирования климата (19 декабря 2005 г.). «Часто задаваемые вопросы ЭНСО: как часто обычно происходят Эль-Ниньо и Ла-Нинья?». Национальные центры экологического прогнозирования. Архивировано из оригинал 27 августа 2009 г.. Получено 26 июля, 2009.
  22. ^ «Эффекты глобального потепления». Национальная география. 2019-01-14. Получено 2020-01-02.
  23. ^ Другие методы прогнозирования: климатология, аналоговый и численный прогноз погоды. Проверено 16 февраля, 2006.
  24. ^ Кеннет С. Аллен. Методы распознавания образов, применяемые к задаче о проводке заказа NASA-ACTS. В архиве 2007-07-14 на Wayback Machine Проверено 16 февраля, 2007.
  25. ^ Weather Associates, Inc. Роль телесвязи и ансамблевого прогнозирования в прогнозировании от расширенного до среднего. Проверено 16 февраля, 2007.
  26. ^ Thinkquest.org. Телесвязь: связь Эль-Ниньо с другими местами. В архиве 2007-04-20 на Wayback Machine Проверено 16 февраля, 2007.

Книги

  • Робинсон, Питер Дж. Робинсон; Хендерсон-Селлерс, Энн (1999). Современная климатология. Харлоу, Англия: Пирсон Прентис Холл. ISBN  0582276314.
  • Рохли, Роберт. V .; Вега, Энтони Дж. (2018). Климатология (четвертое изд.). Джонс и Бартлетт Обучение. ISBN  9781284126563.
  • Рохли, Роберт. V .; Вега, Энтони Дж. (2011). Климатология (второе изд.). Джонс и Бартлетт Обучение.
  • Ван, Ши-Ю; Гиллис, Роберт Р., ред. (2012). Современная климатология. Риека, Хорватия: InTech. ISBN  978-953-51-0095-9.

дальнейшее чтение

  • Дженни Углоу, «Какая погода» (рецензия на Сару Драй, Воды мира: история ученых, которые раскрыли тайны наших океанов, атмосферы и ледяного покрова и сделали планету целым, University of Chicago Press, 2019, 332 стр.), Нью-Йоркское обозрение книг, т. LXVI, нет. 20 (19 декабря 2019 г.), стр. 56–58.

внешние ссылки