Klimatologija

Klimatologija – tai mokslas apie žemės klimatą, jo tipus, formavimosi veiksnius ir svyravimus. Kaip mokslas klimatologija susiformavo meteorologijos ir geografijos sandūroje. Mokslo objektas – astronominių ir geografinių sąlygų įtakoje vykstantys procesai, šilumos mainų apykait tarp žemės paviršiaus ir atmosferos bei vandennyno ir atmosferos. Laiko skalė – nuo dienos iki kelių milijonų metų. Erdvinė skalė – nuo lokalios iki globalios. Mokslas yra: Klimato formavimosi dėsningumų tyrimas empiriniais ir fizikiniais metodais (statistinė meteorologija; palydovinė meteorologija; teorinė meteorologija); Klimato formavimosi sąlygų keitimosi tyrimas. Veiksniai gali būti labai įvairūs (matematinis fizikinis modeliavimas; paleoklimatologija; dinaminė klimatologija). Klimatų klasifikikavimas, teritorijos rajonavimas – klimatografija. Mikroklimatinius dėsningumus analizuoja mikroklimatologija. Klimato ryšių su gamtos procesais ir žmogaus ūkine veikla – taikomoji klimatologija. Žmogaus organizmo priklausomybės nuo klimatologinių sąlygų – medicininė klimatologija, antropoklimatologija. Pitagoras ir Eleotas. Randama 6 a. pr. Kr. laikų rašytinių šaltinių apie klimato įvairovę. Hipokratas (400 m. pr. Kr.) „Orai, vandenys ir šalys“. Aristotelis (350 m. pr. Kr.) „Meteorologika“ – aptariamas klimato zoniškumas, išskiriamos 5 klimato zonos, svarstomi oro ir dirvos įšilimo dėsniai, vandens apytaka žemėje. Eristotenas (295–195 m. pr. Kr.) įrodė, kad žemė yra rutulys ir ją galima apiplaukti laivu, apskaičiavo žemės dydį. Aristarchas (320–250 m. pr. Kr.) sukūrė heliocentrinę sistemą (žemė sukasi apie Saulę). Hiparchas (190–150m. pr. Kr.) pasiūlė terminą klimatas (Saulės spindulių polinkis žemės paviršiaus atžvilgiu), apskaičiavo atstumus tarp žemės ir Saulės, tarp žemės ir mėnulio ir atrado precesiją. Klaudijus Ptolemajas (90–168 m.) atkreipė dėmesį, kad dienos ilgis skiriasi. Ibn Kouugal (IX a.), Al Biruni (X a.), Idrisi (XII a.) tyrinėjo klimato ir žmogaus sąveiką. Geografiniai atradimai XV–XVI a. Pirmasis termometras 1598 m. (Galilėjus). 1643 m. Torčelis sukuria barometrą. 1664 m. pirmieji meteorologiniai matavimai Paryžiuje. 1770 m. atliekami meteorologiniai matavimai Vilniaus Universitete. Jūrininkai nustatė pasatų kryptį. E.Hally pradėjo kurti bendrosios atmosferos cirkuliacijos teoriją, vėliau šią teoriją vystė Dz.Huddley (1735 m.) (jo veikalas „Koriolio jėga, nukreipiančioji jėga“). Iki pat XIII a. pabaigos buvo manyta, kad klimatas labiausiai priklauso nuo Saulės aukščio virš horizonto. 1831 m. Humboltas pasiūlė naują klimato apibrėžimą: klimatas – tai statistinių savybių visuma tokios sistemos, kuri susideda iš sąveikaujančių gamtos elementų (atmosferos, hidrosferos, kriosferos, biomasės, biosferos ir sausumos paviršiaus), turinčių ilgus, bet baigtinius periodus. Klimatas tai yra daugiametis orų režimas, kurioje nors vietovėje. Klimato sistema (klimatosfera) Vidiniai elementai: Atmosfera; Sausuma; Vandenynas. Vandenynas atlieka stabilizuojantįvaidmenį klimato sistemoje. Giluminis vandenynas turi didžiausią relaksacijos laiką. Visus šiuo komponentus sieja masės ir energijos apykaita. Klimatą formuojantys faktoriai (lemiantys veiksniai): IŠORINIAI: • astronominės priežastys (Saulės ir galaktikų spindėjimo intensyvumas; žemės orbitos padėtis Saulės sistemoje; žemės judėjimo savo orbitoje rodikliai – ekscentricitetas ir precesija; žemės ašies polinkis į orbitos plokštumą; žemės apsisukimo greitis aplink savo ašį); • geofiziniai veiksniai (žemės dydis ir masė; gravitacinis ir magnetinis žemės laukas; globalinė tektonika; geoterminė šiluma ir vulkanizmas). VIDINIAI: • atmosferos dujinė sudėtis ir aerozolių kiekis; • sausumo reljefas; • paklotinio paviršiaus struktūra. Klimato sistema yra dinamiškai kintanti (nedeterminuota). Saulės ir galaktikų spindėjimo intensyvumas 1. Koks Saulės spindėjimo šviesumas (Saulės šviesis)? 2. Atstumas iki Saulės. Gaunami Saulės energijos kiekiai: Viršutinėje atsmosferoje: Saulės konstanta Io=1,370 kW/m2. Esant bet kokiam atstumui iki Saulės , kur r0 – vidutinis atstumas iki Saulės; r – faktinis atstumas iki Saulės. Saulės energijos kiekiai labiausiai skiriasi Žemei esant afelyje (tolimiausiame orbitos taške) ir perihelyje (artimiausiame). Afelyje: ir Perihelyje: ir . I* gali sudaryti iki 26% Io (Saulės konstantos) ir sumažėti iki 7% Io. Žemė perihelio dalyje skrieja greičiau, o afelyje – lėčiau. Svarbu žinoti, kiek laiko kurioje dalyje skrieja Žemė. Šiaurės pusrutulyje perihelio dalyje žiema, o afelio – vasara. Afelio astronominis pusmetis yra 7 dienomis ilgesni nei perihelio, todėl šiaurės pusrutulio vasara ilgesnė, tačiau vėsesnė nei pietų pusrutulyje, o žiema šiaurės pusrutulyje trumpesnė, bet šiltesnė. Precesija Žemės ašies judėjimas apie statmenį į orbitos plokštumą yra vadinamas precesija. Pilno rato periodas ~22 000 metų. Precesija susijusi su gravitacija ir Žemės rutulio (tiksliau geoido) formos ypatumais. Beveik pagrindinis precesijos faktorius yra Žemės gravitacijos ašies nesutapimas su mėnulio ir Saulės gravitacine ašimi. Dėl precesijos keičiasi perihelio ilguma, keičiasi žiemos ir vasaros saulėgrįžos bei lygiadienių vieta Žemės orbitoje. Saulėgrįžų taškai per metus pasislenka po 50``. Tiksliai perihelyje saulėgrįža buvo 1250 metais. Šiuo metu perihelyje Žemė būna sausio 4 dieną. Žemės sukimosi ašies polinkis į orbitos plokštumą (skaičiavimuose 23,5°). Reikšmė: nulemia Saulės spindulių kritimo kampą į Žemės paviršių; neviedoną dienos ilgumą per metus; nevienodą energijos kiekį; metų laikų kaitą. Saulės spindulių vektorius statmenas Žemės ašiai būna du kartus per metus (lygiadienių metu). Poliarinio rato platuma yra . Padidėjus polinkio kampui (pvz., ) poliarinėse srityse padidėja tarpsezoniniai temperatūrų konstrastai, tačiau vasarą sumažėja terminiai kontrastai tarp ašigalio ir pusiaujo, o žiemą šie kontrastai padidėja. Kampui sumažėjus (pvz., ), vidutinės platumos praplatėja ir t.t. (atvirkščiai nei kampui padidėjus). Pilnas ašies polinkio kitimo periodas yra 42 000 metų. Žemės sukimosi ašies polinkis į orbitos plokštumą reikalingas Saulės insoliacijų kiekio skaičiavimui bet kuriame taške, bet kurioje Žemės rutulio vietoje. Svarbiausia nustatyti Saulės kampinį aukštį (ho). Šilumos srautas, tenkantis Žemės paviršiaus ploto vienetui vadinamas insoliacija. Dažniausiai skaičiuojama insoliacija į horizontalų paviršių. Saulės kampinį aukštį parodo: • Metų laiką parodo deklinacijos rodiklis (kampas tarp pusiaujo plokštumos ir orbitos plokštumos) δ. Žiemos deklinacija rašoma su „–“ ženklu, vasaros – su „+“. Lygiadieių metu deklinacija 0°. • Platuma φ. Paros laikas ψ – paros laiko funkcija. Taip pat valandinis kampas, kuris skaičiuojamas: į vakarus nuo kokio nors meridiano plokštumos iki plokštumos, einančios per Saulę. Insoliacija: , kur . Insoliacijos kiekiai tam tikrose platumose: δ ir φ. Lygiadieniais , tada didžiausias energijos kiekis ties pusiauju (~ 37,7 MJ/m²). Kovo mėnesio insoliacija šiek tiek didesnė nei rugsėjo. Insoliacija ašigaliuose lygi 0. Žiemą Saulės aukščiausia būna pietų atogrąžoje, o maksimalus insoliacijos kiekis – pietų ašigalyje (42 MJ/m²) ir atvirkščiai vasarą. Klimatiniu požiūriu tarp 15° lygiagrečių yra 2 insoliacijų maksimumai, o aukštesnėse platumose po 1. Didžiausi gradientai tarp poliaus ir ekvatoriaus susidaro žiemą (ašigalyje radiacija apie 0, o ties pusiauju ~34 MJ/m²). Vasarą gradientai mažiausi (~44 MJ/m² ašigalyje ir ~32MJ/m² ties pusiauju). Lygiadienių metu ašigaliuose 0, ties pusiauju 37,7 MJ/m². Laikas Insoliacija, MJ/m² Ašigalis 90° Pusiaujas 0° Žiemą 0 34 Vasarą 44 32 Lygiadieniais 0 37,7 Energetinė klimato sistemos grandžių sąveika Saulės energijos transformacija Žemės atmosferoje Saulės spektras ties viršutine atmosferos riba: UV 0,1–0,39 μm (8%); VIS 0,39–0,76 μm (56%) IR 0,76–4 μm (36%) Trumpesnių nei 0,36 μm bangų ties Žemės paviršiumi nėra. Saulės energiją sugeria: azotas, deguonis, debesų dalelės, dulkės, ozonas. Išsklaido: viso oro molekulės, aerozoliai, vandens ir rūko lašeliai. Žemės paviršių pasiekia dvejopi spinduliniai srautai: tiesioginė spinduliuotė ir išsklaidytoji. , kur S – bendroji spinduliuotė, I – tiesioginė, i – išsklaidytoji. Bendrosios spinduliuotės kiekiai (integraliniai srautai) priklauso nuo kampinio Saulės aukščio ho (su tuo susijęs atmosferos optinės masės rodiklis m – kai ho=90°, m=0; kai ho=30°, m=2; ho=0°, m~35,4). Ypač maži spinduliuotės kiekiai gaunami ten, kur aktyvi cikloninė veikla. Atmosfera sugeria ~20% Saulės energijos, o debesys dar apie 20–30% energijos. Žemės paviršių pasiekia 50–60% šios energijos. Paklotinio paviršiaus radiacijos balansas Sugėrimas; atspindėjimas; išspinduliavimas. , kur A – atspindėtoji radiacija ; E – efektyvusis spinduliavimas. Radiacijos balanso lygtis , kur S(1–a) – sugertoji radiacija. Naktį Br= –E. Bendrąją radiaciją įtakoja: Saulės kampinis aukštis, debesuotumas bei albedas. Albedas teoriškai kinta intervale [0; 1], tačiau gamtoje – [0,05; 0,95]. Švarus sniegas 0,85–0,95 Užterštas sniegas 0,4–0,5 Ledas 0,3–0,4 Pieva 0,15–0,25 Spygliuočių miškas 0,10–0,15 Vanduo 0,05*–0,4 *Vandens albedas bus 0,05, kai Saulės kampinis aukštis 90°, o vandens paviršius ramus. Albedo kitimas per parą didžiausias, kai mažas Saulės kampinis aukštis. Albedui taip pat būdingas zoninis kitimas, ypač vidutinėse platumose, kurs susdiaro sniego danga (tuomet svyravimų amplitudė siekia 40–60%). Ež↑ – ilgabangis Žemės spinduliavimas (λ>4 μm); Ea↓ – priešpriešinis atsmoferos spinduliavimas. E= Ež↑– δEa↓, kur δ – sugėrimo (pilkumo) koeficientas. Dieną ir vasarą Ež>Ea, Naktį ir žiemą Ež

Daugiau informacijos...

★ Klientai rekomenduoja

Šį rašto darbą rekomenduoja mūsų klientai. Ką tai reiškia?

Mūsų svetainėje pateikiama dešimtys tūkstančių skirtingų rašto darbų, kuriuos įkėlė daugybė moksleivių ir studentų su skirtingais gabumais. Būtent šis rašto darbas yra patikrintas specialistų ir rekomenduojamas kitų klientų, kurie po atsisiuntimo įvertino šį mokslo darbą teigiamai. Todėl galite būti tikri, kad šis pasirinkimas geriausias!