Изменения глобального и регионального климата: причины и следствия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Минск 2014

Содержание

Введение

1. Определение понятия "климат". Типы климатов земли

2.1 Влияние географической широты на климат

2.2 Распределение суши и моря

2.3 Общая циркуляция атмосферы и климат

2.4 Морские течения и климат

1.5 Рельеф и климат

3. Изменения климата

3.1 Естественные изменения климата

3.2 Антропогенные изменения климата

4. Региональные особенности климата

4.2 Особенности циркуляции атмосферы, давление и ветер

4.3 Температурный режим

4.5 Опасные явления погоды

4.6 Изучение антропогенного воздействие на атмосферу

Заключение

Литература

Приложения

Введение

Изучение причин изменения климата позволяет глубже вникнуть в суть региональных и глобальных проблем современности, проследить грядущие последствия, вызванные этими изменениями и, в конечном итоге, составить географический прогноз для отдельной территории или планеты в целом на ближайшие 5, 10, 50 и даже 100 лет.

Актуальность данной работы неоспорима в наши дни, так как в условиях развития техносферы увеличивается загрязнение окружающей среды, что в свою очередь приводит к глобальным изменениям климата. Техногенные изменения климата в свою очередь негативно сказываются на формировании как локальных, так и планетарных природных комплексов, а также на здоровье и жизнедеятельности населения.

Выбор данной темы для написания курсовой работы обусловлен тем, что проблема климата в различных аспектах её проявления является одной из основных в современной географической науке. Практически нет ни одного научного направления в области географии, которое в той или иной степени не рассматривало бы эту проблему.

Объектом изучения выступают региональные и глобальные особенности климата.

Предметом изучения являются изменения глобального и регионального климата и причины их определяющие.

Научная значимость работы заключается в том, что в формировании облика планеты ведущая роль принадлежит климату.

Практическая актуальность работы исходит из того, что климат оказывает влияние на хозяйственную деятельность населения, которое, в свою очередь, своей хозяйственной деятельностью способствует изменению климата. Это можно проследить по схеме: "От ландшафта - к климату, от климата - к цивилизации, от цивилизации - к климату" [2, 274].

Цель работы - изучить причины изменения глобального и регионального климата и спрогнозировать последствия, вызванные этими изменениями.

· раскрыть сущность понятия "климат";

· изучить факторы, оказывающие влияние на формирование климата;

· изучить причины изменения климата и следствия, вызванные этими причинами.

· человек отрицательно воздействует на окружающую среду, что приводит к глобальным изменениям климата;

· климат, как один из компонентов окружающей среды оказывает воздействие на здоровье человека;

Теоретической основой для написания работы послужили разработки в области климатологии, изложенные в трудах Логинова В.Ф. "Причины и следствия климатических изменений", Кондратьева К.Я. "Глобальный климат и его изменения", Погосяна Х.П. "Атмосфера, погода, климат", Витвицкого Г.Н. "Зональность климата земли", Будыко М.И. "Климат. Естественные и антропогенные изменения", Галай Е.И. "Антропогенные факторы изменения климата".

Известный русский климатолог А.И.Воейков ещё в конце ХІХ века показал, что только с географических позиций становится ясной физическая сущность климатологических процессов и явлений и что только на географической основе возможно строгое научное обоснование важнейших положений климата [ 13, 172].

Другой не менее известный климатолог Б.П.Алисов в 50-х годах ХХ века писал, что климатология немыслима без слияния с географией. Климатические характеристики, не увязанные с общей физико-географической обстановкой, теряют конкретный смысл и практическое значение [1].

Теоретическая значимость работы заключается в том, что в результате детального изучения соответствующих научно-географических источников была получена ценная информация, способствующая расширению кругозора об особенностях развития природных процессов и явлений, в частности климата, в современном цивилизованном обществе.

Практическая значимость работы заключается в том, что полученные результаты и выводы могут выступать научным обоснованием практической деятельности метеослужб и природоохранных организаций. Также результаты работы могут быть полезны студентам географических специальностей ВУЗов, учителям географии и учащимся средних школ.

Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложения. В работе содержится 7 таблиц и 16 рисунков.

1. Определение понятия "климат". Типы климатов земли

На современном уровне развития науки климат представляет собой сложную систему, включающую в себя помимо атмосферы океан и поверхность суши, морские и континентальные льды, растительность и почвы, между которыми происходит обмен теплом, влагой и т.д.

Климат (от греч. klima (klimatos) - наклон, ориентация земной поверхности к солнечным лучам.

Климат - многолетний режим погоды, характерный для какой-либо местности и повторяющийся из года в год.

Климат является результатом физических процессов, происходящих в тропосфере (приток, превращение, отдача и перенос тепловой, кинетической и других форм энергии, испарение, конденсация, перенос влаги и т. д.). Как и погода, климат зависит от количества солнечной радиации, от перемещения воздушных масс, атмосферных фронтов, циклонов и антициклонов и от свойств подстилающей поверхности. Основными показателями климата являются температура воздуха (средняя годовая, января и июля), преобладающее направление ветров, годовое количество и режим выпадение осадков.

Широко признанной в настоящее время является классификация климатов Б.П. Алисова, построенная на генетических принципах. На основании этих принципов тип климата рассматривается как результат условий общей циркуляции атмосферы. При этом важно, что общая циркуляция заметно меняет границы климатических зон, которые первично связаны с радиационными условиями, и создает внутризональное расчленение на климатические области. Выделение климатических зон произведено по средним (климатологическим) положениям главных фронтов тропосферы в экстремальные сезоны года и, следовательно, по круглогодичному или сезонному преобладанию воздушных масс.

В настоящее время на территории земного шара выделяют 13 климатических поясов. В каждом широтном климатическом поясе различают четыре основных типа климата: материковый, океанический, западных и восточных берегов (приложение 1).

Экваториальный климат характерен для бассейна рек Конго, Амазонка, побережья Гвинейского залива, Зондских островов (рис. 1). Для этого климата характерен экваториальный воздух при пониженном давлении, слабых ветрах и при высоких температурах на протяжении всего года. Ввиду небольшой разницы в высоте Солнца в течение года средняя температура колеблется от +25 до +28 0С. Сохраняется высокая относительная влажность 70 - 90 %. Годовое количество осадков превышает 2000 мм, а в отдельных местах (склоны вулкана Камерун) увеличивается до 5000 - 7000 мм.

Субэкваториальный климат характерен для Бразильского плоскогорья, Центральной Африки (к северу и востоку от бассейна реки Конго), полуостровов Индостан и Индокитай, Северной Австралии. Характерной особенностью этого климата является смена воздушных масс по сезонам: летом вся область занята экваториальным воздухом, зимой - тропическим. В результате выделяются два сезона: влажный (летний) и сухой (зимний). В летний сезон климат мало чем отличается от экваториального. Большая влажность воздуха, поднятие его на высоту создают условия для образования облаков и обильного выпадения осадков. Резко изменяются условия в зимний период, когда над территорией распространяется сухой тропический воздух. Устанавливается сухая погода, выгорают травы, а деревья сбрасывают листву.

Тропический климат формируется в условиях повышенного давления и малой облачности. Отличается высокими температурами. Средняя температура самого теплого месяца превышает +30 0С, в отдельные дни температура повышается до +50 0С. Ввиду повышенного давления и нисходящих потоков воздуха конденсации водяных паров почти не происходит, поэтому осадков выпадает мало, менее 200 мм в год. Однако тропический климат не везде засушлив. На восточных берегах материков, там, где пассаты дуют с океанов, выпадает большое количество осадков (восточное побережье Африки в Южном полушарии, восточное побережье Бразильского плоскогорья, Большие Антильские острова). Климат этих территорий немногим отличается от экваториального, хотя годовые колебания температуры значительны, так как больше разница в высоте Солнца по сезонам (рис. 2).

Субтропический климат простирается неширокой полосой между 250 и 400 широты в обоих полушариях. Для этого климата характерна смена воздушных масс по сезонам: летом вся территория занята тропическим воздухом, зимой - умеренным. Для субтропического климата характерно 4 подтипа: средиземноморский, муссонный, субтропический с равномерным увлажнением, субтропический континентальный.

Средиземноморский климат характерен для Средиземноморья, Клифорнии в Северной Америке, северного Чили, юго-запада Африки и Австралии. Особенности климата в этих областях состоят в том, что летом сюда перемещается область высокого давления из тропиков, где формируется тропический сухой воздух. В результате устанавливается сухая солнечная погода. Зимой сюда приходит воздух умеренных широт, проходит фронт, на котором образуются циклоны. С ними связана облачность и выпадение осадков. Зима теплая (средняя температура самого холодного месяца +8 0С), влажная (выпадают значительные дожди, нередко приводящие к наводнениям).

Иной климатический режим наблюдается в областях Восточной Азии, юго-восточной части Северной Америки. Летом сюда поступают влажные тропические массы воздуха с океанов (летние муссоны), приносящие большую облачность и осадки. Зимние муссоны приносят потоки континентального сухого воздуха умеренных широт. Температура самого холодного месяца выше 0 0С, но значительно ниже, чем в областях на западе материков. Такой климат называют субтропическим муссонным.

Для нижнего течения Миссисипи, Параны, юго-восточной Австралии характерен субтропический климат с равномерным увлажнением. Летом температуры поднимаются до +20 - +24 0С, зимой сильно понижаются (до +8 - +10 0С); в среднем за год выпадает от 500 до 600 мм осадков, главным образом в прибрежных районах.

В Восточной Турции, Иране, Афганистане, Большом Бассейне Северной Америки в течение всего года преобладают сухие массы воздуха: летом - тропического, зимой континентального воздуха умеренных широт. Лето здесь знойное, засушливое, зима короткая, влажная, хотя общее количество осадков не превышает 400 мм. Нередко в зимний период наблюдаются морозы, выпадает снег, но устойчивого снежного покрова не образуется. суточные амплитуды температур велики (до 30 0С), большая разница и между самым теплым и самым холодным месяцами.

Умеренный климат распространен между субтропиками и тундрой, т.е. примерно между 400 с. и ю.ш. и полярными кругами. В Южном полушарии преобладает океанический климат, в Северном на огромных пространствах суши климат довольно различен, в нем выделяют 4 подтипа: морской, умеренно-континентальный, континентальный, муссонный.

В Западной Европе, Западной Канаде, а также на юге Чили преобладает морской воздух умеренных широт, приносимый западными ветрами с океанов. Он содержит большое количество влаги и дает много осадков (500 - 1000 мм в год). Осадки распределяются в течение года равномерно, засушливых периодов не наблюдается. Ввиду большого влияния океанов температурный ход плавный, годовые амплитуды невелики. Похолодания приносят арктические воздушные массы, температура зимой бывает ниже 0 0С. В это время наблюдаются обильные снегопады. Лето длинное, прохладное, без резких изменений погоды.

Умеренно-континентальный климат характерен для восточной части Зарубежной Европы, Прибалтики, Беларуси, запада Русской равнины. В формировании этого климата большую роль играет сравнительно частая повторяемость морского воздуха умеренных широт, проникающего сюда со стороны Атлантического океана. Лето относительно теплое (+18 - +20 0С), зима мягкая, с частыми оттепелями, вследствие чего снежный покров маломощный, несмотря на значительное количество зимних осадков. Годовая сумма осадков составляет 600 - 700 мм (см. рис. 3, 4).

Рис. 3. Умеренно-континентальный климат Беларуси. (Зима. Лето.)

Для средней полосы России, Сибири, Северного Китая, юга Канады характерен континентальный климат. Нередко в холодное время года поступают арктические массы воздуха с низкими температурами. Зима здесь длинная, морозная, снежный покров удерживается в течение 2-6 месяцев. Лето короткое, теплое. Количество осадков составляет 200 - 600 мм в год. Характерные особенности климата этих районов - резкие перепады температур в течение всего года, неравномерное распределение осадков, засухи.

Рис. 4. Умеренно-континентальный климат Беларуси. (Весна. Осень.)

На северо-востоке Китая, Дальнем Востоке России климат муссонный. Зимой поступают холодные континентальные массы воздуха из центральных областей материка. Температура самого холодного месяца от -5 до -25 0С. Летом дуют влажные юго-восточные муссоны с Тихого океана, приносят большое количество осадков. На теплый период года (апрель - ноябрь) приходится 85 - 95 % годовой суммы атмосферных осадков.

К северу от умеренного климата в Северном полушарии и к югу в Южном расположены переходные субарктический и субантарктический климаты, для которых характерна смена воздушных масс по сезонам: летом - воздух умеренных широт, зимой - арктический (антарктический). Лето здесь короткое, прохладное, со средней температурой самого теплого месяца от +12 до 0 0С, с небольшим количеством осадков (в среднем 200 мм), с частыми возвратами холодов. Зима длинная, сильно морозная, метельная, с глубокими снегами.

Для полярных климатов (арктического и антарктического) характерны на протяжении всего года холодные массы воздуха в условиях повышенного давления. Характерная особенность полярного климата - наличие длинных полярных ночей и полярных дней. Их продолжительность увеличивается до 6 месяцев на полюсах. Климат отличается низкими температурами (до - 40 0С в Арктике и до - 70-80 0С в Антарктиде). На побережье температура воздуха повышается летом до 0 0С. Осадков выпадает 100 - 300 мм в год. За короткое лето снег и льды не успевают растаять, поэтому здесь сохраняются многолетние льды, покрывающие мощным слоем Гренландию и Антарктиду.

Климат играет исключительную роль в жизни географической оболочки. Под влиянием климата формируется почвенный покров и растительность. Климат в значительной степени влияет на животный мир, на условия жизни человека и его хозяйственную деятельность. Климат определяет режим рек, озер, болот, влияет на жизнь морей и океанов, а также оказывает влияние на формирование рельефа.

2. Факторы формирования климата

2.1 Влияние географической широты на климат

Обычно исследователи исходят из предположения, что особенности климата определяются почти исключительно глобальными и космическими факторами. Так полагали ещё в античности, судя по исходному смыслу термина: "климат - наклон, ориентация земной поверхности к солнечным лучам". Действительно, главнейший фактор климата - первичное распределение солнечной лучистой энергии, достигающей земной поверхности и нагревающей придонные слои воздушного океана. Однако на него накладываются вторичные, тоже очень важные факторы - динамика атмосферы и Мирового океана, зависящая от взаимной конфигурации суши и моря, рельефа континентов, вращения планеты.

В формировании климата принимают участие те же физические процессы, которые создают погоду. Важнейших из этих процессов - поступление тепла, основной источник которого - Солнце.

Солнечные лучи сильно поглощаются в атмосфере, особенно в нижней её части - тропосфере. Достигает поверхности Земли и ею поглощается до 47 % общего количества радиации, а 25 % задерживается атмосферой. Годовые величины поступающей на земную поверхность суммарной солнечной радиации изменяются от значений менее 2514 МДж/м2 в высоких широтах до 10 056 МДж/м2 в тропических. Распределение суммарной солнечной радиации имеет в основном зональный характер, так как количество достигающей земной поверхности радиации зависит от угла падения лучей, т.е. от географической широты. Зональный характер распределения солнечной радиации на Земле и соотношение между прямой и рассеянной радиацией нарушаются неравномерным распределением облачности.

Из-за того, что температура земной поверхности в среднем выше температуры атмосферы, земное излучение всегда больше атмосферного. Разность между излучением Земли и встречным излучением атмосферы называется эффективным излучением. Разность между поглощенной солнечной радиацией и эффективным излучением называется радиационным балансом земной поверхности. Годовые значения радиационного баланса для различных районов земного шара сильно отличаются и изменяются от значений меньших - 210 МДж/м2 в год в Антарктиде и близких к нулю в центральных районах Арктики до 3771 - 3980 МДж/м2 в год в тропических широтах. Над океаном в связи с большей долей поглощенной радиации на тех же широтах радиационный баланс выше.

Земля не только получает солнечное тепло, но и отдает его отражением и излучением. Количество отраженной солнечной радиации зависит от свойств поверхности: свежевыпавший снег отражает 70-85 %, загрязненный или влажный - 40-45 %; при отсутствии снежного покрова больше всего отражают солнечный свет пустыни. Здесь отражение изменяется в широких пределах в зависимости от цвета почвы (30-50 %). Так как отражательная способность воды невелика (6-10 %), отражение влажной почвы меньше, чем такой же сухой. Сплошной растительный покров отражает от 10 до 20-25 % солнечной радиации.

Оставшаяся после отражения радиация поглощается поверхностью. Поверхность Земли, нагреваясь, сама становится источником излучения. Значительная часть излучения земной поверхности поглощается атмосферой. При отсутствии облаков поглощение определяется присутствием в воздухе водяного пара, углекислого газа и атмосферного аэрозоля. Нагретая таким образом атмосфера посылает к земной поверхности встречное излучение, которое компенсирует потерю тепла земной поверхностью и создает парниковый эффект.

2.2 Распределение суши и моря

Важными климатообразующими факторами являются распределение суши и океана и отдаленность территории от морей и океанов. Суша и океан нагреваются и охлаждаются по-разному. Морские воздушные массы существенно отличаются от континентальных; при движении вглубь материков они теряют свои свойства. Поэтому на одной и той же широте наблюдаются значительные отличия в температуре и распределении осадков (рис. 5).

Рис. 5. Изменение температуры и осадков с отдалением от океана

Так, на параллели 600 северной широты средняя температуры января в Атлантическом океане и возле западных берегов Европы равна 0 0С. Возле восточных берегов Балтийского моря - -8 0С, на востоке Восточно-Европейской равнины - -14 0С, на Енисее - -30 0С, на Лене - -40 0С. Уменьшается в этом направлении и количество осадков. На западе Европы их выпадает более 1000 мм в год, на Восточно-Европейской равнине около 500 мм в год, на востоке Сибири - 300 мм в год. Не меньшие отличия существуют и в амплитудах температур, давлении, характере и времени выпадения осадков. Поэтому отличают морской и континентальный климат.

Морской климат - это климат океанов, островов и западных частей материков в умеренных широтах. Он формируется при значительной повторяемости морских воздушных масс и характеризуется малыми годовой и суточной амплитудами температур, повышенной облачностью и большим количеством осадков. Самым теплым месяцем при типично морском климате в северном полушарии является август, самым холодным - февраль. С отдалением в глубь материков морской климат сменяется континентальным. В типично континентальном климате осадков выпадает мало, годовая и суточная амплитуды температур воздуха большие, самый холодный месяц года - январь, самый теплый - июль.

2.3 Общая циркуляция атмосферы и климат

Важным климатообразующим фактором является циркуляция атмосферы. Основная причина циркуляции атмосферы - неодинаковое количество солнечной радиации на разных широтах на суше и на море, причем механизм её усложняется под влиянием трения и вращения Земли. В приэкваториальных широтах (0 - 100 с.ш. и ю.ш.) в результате переноса влаги пассатами образуются мощные кучево-дождевые облака, возникают сильные грозы, выпадает много осадков (рис. 6).

В тропической зоне рождаются мощные вихри, получившие в Тихом океане названия тайфунов, а в Атлантическом - ураганов. Тропические циклоны возникают над океанами и обрушивают свой удар на прибрежные районы континентов и острова, приводя к катастрофическим последствиям. Циклоны сопровождаются сильными разрушениями, человеческими жертвами, наводнениями, поскольку во время тропических ураганов выпадает до 200 мм осадков.

Около 300 широты в обоих полушариях располагается зона повышенного давления. К северу и югу от неё в разных полушариях в умеренных широтах климатические условия определяются в основном движущимися с запада на восток атмосферными вихрями: циклонами и антициклонами. Несмотря на то, что направление ветра у поверхности Земли может меняться, во всей толще тропосферы в умеренных широтах преобладают западные ветры. В северном полушарии западный перенос часто нарушается влиянием больших пространств суши, в южном эта циркуляция более устойчива. Ветры здесь сохраняют западное направление и дуют с постоянной силой.

Рис. 6. Схема общей циркуляции атмосферы, представленная в вертикальном разрезе от полярных областей до экватора

В полярных широтах температура в приземном слое воздуха понижена, это вызывает опускание воздуха в нижней тропосфере и повышение атмосферного давления. На всем земном шаре благодаря перемещению циклонов и антициклонов возникает меридиональный воздухообмен. В процессе перемещения циклонов и антициклонов происходит перенос воздушных масс как единого целого в одном из макротечений общей циркуляции атмосферы. Свойство воздушной массы определяется формированием её над однородной подстилающей поверхностью и в однородных радиационных условиях. При выходе из очага формирования, перемещаясь в другие районы Земли, воздушная масса постепенно меняет свои свойства (температуру, влажность). Различают воздушные массы четырех широтных зон: арктический или антарктический воздух, полярный (или умеренный), тропический и экваториальный воздух. И в каждом из этих типов - океанический и континентальный, так как радиационные условия над океаном и континентом на одной и той же широте неодинаковы. Если воздушная масса приходит на относительно теплую поверхность, то для данного географического района её называют холодной; если на относительно холодную - теплой воздушной массой. Поверхность раздела между двумя воздушными массами образует атмосферный фронт.

С взаимодействием солнечной радиации, общей циркуляции атмосферы и характера подстилающей поверхности связаны распределения на земном шаре температуры и влажности воздуха, осадков, направление и скорость ветра, другие показатели климата.

2.4 Морские течения и климат

Большое влияние на климат оказывают морские течения. Они переносят тепло из одних широт в другие и приводят к охлаждению и потеплению климата. Побережья материков, которые омываются холодными течениями, более холодные, чем их внутренние части, расположенные на тех же широтах. Климат побережий, омывающихся теплыми течениями, более теплый и мягкий, чем внутри материка. Холодные течения, кроме того, усиливают сухость климата. Они охолаживают нижние слои воздуха, а холодный воздух, как известно, более плотный и тяжелый и не может подниматься, что не благоприятствует образованию облаков и осадков. От теплых течений воздух нагреется и увлажняется. При подъеме вверх он становится перенасыщенным, образуются облака, выпадают осадки (рис. 7).

Рис. 7. Температура и осадки на западном и восточном побережьях Южной Африки

Примером различного влияния на климат теплых и холодных течений может служить климат восточного побережья Северной Америки и западного побережья Европы между 550 и 700 северной широты. Американское побережье омывается холодным Лабрадорским течением, европейское - теплым Северо-Атлантическим. Первое лежит между годовыми температурами 0 и -10 0С, второе - +10 и 0 0С. Протяженность безморозного периода на американском побережье - 60 дней в году, на европейском от 150 до 210 дней. На полуостров Лабрадор - безлесные пространства (тундра), в Европе - хвойные и смешанные леса.

2.5 Рельеф и климат

Большое и разнообразное влияние на климат оказывает рельеф. Горные поднятия и хребты являются механическими препятствиями на пути воздушных масс. В ряде случаев горы являются границей областей с различным климатом, поэтому они препятствуют воздухообмену. Так, сухость климата центральной части Азии в значительной степени объясняются наличием крупных горных систем на её окраинах.

Распределение горных склонов и хребтов в отношении к океанам и сторонам горизонта является причиной неравномерного распределения осадков. Наветренные склоны гор получают осадков больше, чем подветренные, потому что воздух при поднятии по склонам гор охлаждается, перенасыщается и выделяет много осадков (рис. 8). Именно на наветренных склонах горных стран располагаются наиболее влажные районы Земли.

Например, южные склоны Гималаев задерживают летние муссоны, выпадает много осадков, поэтому там богат и разнообразен растительный и животный мир. Северные склоны Гималаев сухие и пустынные.

Климатические условия в горах зависят от абсолютной высоты. С высотой температура воздуха понижается, атмосферное давление и влажность падают, количество осадков до определенной высоты увеличивается, а затем уменьшается, изменяются скорость и направление ветра и все остальные метеорологические элементы. Это приводит к образованию высотных климатических поясов, расположение и количество которых тесно связано с географическим положением, высотой гор, направлением склонов. Климат в горах изменяется на сравнительно коротких расстояниях и существенно отличается от климата соседних равнин.

3. Изменения климата

3.1 Естественные изменения климата

В результате изучения материалов метеорологических наблюдений, выполняемых вол всех районах земного шара, установлено, что климат не является постоянным, а подвержен определенным изменениям. В частности, выяснилось, что в конце ХІХ в. началось потепление, которое особенно усилилось в 20-30-х годах ХХ века. В 40-х годах потепление закончилось и началось медленное похолодание, которое в 60-х годах прекратилось и, сменилось новым потеплением. Глобальное потепление продолжается и в наши дни.

Исследования палеогеографов и геологов, изучавших осадочные отложения земной коры, показали, что в прошедшие эпохи происходили гораздо больше изменения климата. В этих исследованиях было установлено. что в течение последних нескольких сот миллионов лет климат резко отличался от современного. В то же время разница температур между экватором и высокими широтами была сравнительно невелика. При этом температура в средних и высоких широтах была гораздо выше наблюдаемой в наше время.

Такое положение начало изменяться в третичный период - несколько десятков лет тому назад, когда температура в высоких широтах стала снижаться и возникли первые, сначала сравнительно небольшие, полярные ледяные покровы. В четвертичный период, в течение последнего миллиона лет, эти оледенения были подвержены значительным колебаниям, в ходе которых они несколько раз увеличивались, достигая средних широт, а затем опять отступали в высокие широты. Последнее наступление ледников закончилось около 10 тыс. лет тому назад, после чего постоянный ледяной покров в северном полушарии сохранился главным образом в Северном Ледовитом океане, а в южном полушарии - в Антарктиде и прилегающих к ней морях.

В последние годы для изучения вопроса о причинах изменений климата в работах ряда отечественных и зарубежных ученых были широко использованы методы физической климатологии. В этих исследованиях были выяснены многие закономерности изменений климата.

Установлено, что в том случае, когда океаны простираются на пространствах, охватывающих высокие и низкие широты, в них развиваются мощные течения, которые переносят много тепла из тропических широт к полюсам Земли. Это способствует поддержанию высоких температур в полярных районах. В противоположном случае, когда континенты занимают полярные области или окружают их, ограничивая приток теплых океанических вод к полюсам, температура в высоких широтах падает, что способствует образованию полярных льдов.

Большое влияние на климат оказывают колебания концентрации атмосферного углекислого газа (СО2), от которых зависит парниковый эффект атмосферы и, следовательно, температура нижнего слоя воздуха. Учеными установлено, что в геологическом прошлом количество углекислого газа в атмосферном воздухе заметно изменялось. На рисунке 9 представлены данные о количестве углекислого газа для различных интервалов времени в течение фанерозоя, т.е. последних 570 млн. лет. На этом же рисунке изображены колебания уровня вулканической активности, которые характеризуются изменениями количества изверженных пород в осадочных отложениях, образованных за единицу времени. Видно, что в эпохи максимумов вулканической активности количество СО2 в атмосфере возрастало. Это объясняется тем, что при извержении вулканов в атмосферу поступает много углекислого газа.

Рис. 9. Изменение концентрации СО2 и массы вулканических пород в геологическом прошлом

Начиная с конца мезозойской эры преобладала тенденция к понижению концентрации атмосферного углекислого газа, в связи с чем в современную эпоху эта концентрация составляет всего около 0,03 % от объема атмосферы. Это значение в несколько раз ниже среднего количества углекислого газа в атмосфере фанерозоя.

Так как углекислый газ практически прозрачен для солнечной радиации и существенно уменьшает длинноволновое излучение, уходящее от земной поверхности, увеличение количества СО2 приводит к усилению парникового эффекта и повышению температуры нижнего слоя воздуха. Есть основания считать, что уменьшение концентрации углекислого газа на протяжении кайнозойской эры было главной причиной изменения климата в сторону похолодания и появления в высоких широтах ледниковых покровов.

В исследованиях последних лет доказано, что полярные льды. возникшие в результате глобального похолодания, способствуют дополнительному понижению температуры воздуха в занимаемой ими зоне.

Льды обладают большой отражающей способностью для солнечной радиации, из-за этого при возникновении льдов количество поглощаемой радиации уменьшается, и температура воздуха падает. Таким образом, льды являются не только следствием похолодания климата, но и в некоторой мере его причиной.

Для объяснения особенностей климата, который существует последний миллион лет, большое значение имеет вопрос о причинах перемещений ледяного покрова, который в холодные, ледниковые эпохи спускался до широты Москвы, а в теплые, межледниковые эпохи отступал далеко к северу, в полярные широты.

Следует отметить, что в отдаленном прошлом, когда полярных льдов не было или они были сравнительно малы, периодические колебания количества солнечной радиации, получаемой в высоких широтах, не могли вызвать заметных изменений климата, т. е. ледниковые эпохи возникали в значительной мере в результате тенденции крупных ледяных покровов к саморазвитию.

На климатические условия влияют также колебания прозрачности атмосферы. В атмосфере содержатся разнообразные жидкие и твердые частицы - аэрозоли, количество которых в некоторые периоды возрастает, а в другие - уменьшается. Основная причина увеличения количества аэрозолей - вулканические извержения. При усилении вулканизма прозрачность атмосферы уменьшается, в связи с чем уменьшается количество солнечной радиации, достигающей поверхности Земли, и температура нижних слоев воздуха падает. В периоды с ослабленным вулканизмом атмосфера очищается от аэрозолей и температура воздуха растет. Это явление имеет существенное значение для современных изменений климата.

Рис. 10. Изменение солнечной радиации и средней температуры воздуха в Северном полушарии

Представления об этих изменениях можно получить из данных, изображенных на рисунке 10, где пунктиром охарактеризовано отклонение средней температуры воздуха в северном полушарии от нормы. Видно, что с конца ХІХ века до 30-х годов ХХ века температура воздуха повысилась приблизительно на 0,60С. После 30-х годов потепление сменилось похолоданием, в ходе которого к 60-м годам температура снизилась примерно на 0,3 0С, затем началось новое потепление.

Естественные колебания термического режима в современную эпоху сами по себе оказывали сравнительно небольшое влияние на природные условия и хозяйственную деятельность. Это влияние было более заметным в высоких широтах, где изменения температуры значительно больше их средних планетарных значений. В связи с этим естественные изменения температуры воздуха приводили к некоторому увеличению или уменьшению площади морских полярных льдов.

Наибольшее значение для хозяйственной деятельности имели связанные с естественными колебаниями температуры воздуха изменения режима атмосферной циркуляции, приводящие к росту или уменьшению выпадающих осадков. При этом во внутриконтинентальных районах средних широт наблюдалась тенденция к увеличению количества осадков при похолодании и к уменьшению осадков при потеплении. Хотя зависимость режима осадков от естественных колебаний температуры в современную эпоху отчетливо проявляется только в ограниченных районах, эти районы. включающие, в частности, степные и лесостепные зоны, имеют большое значение для сельского хозяйства. В результате этого при потеплении заметно увеличивается частота засух, охватывающих большие пространства в зонах недостаточного увлажнения и наносящих значительный ущерб сельскому хозяйству.

Гораздо большие естественные изменения климата происходили за периоды в десятки и сотни тысяч лет, когда на протяжении четвертичного периода ледниковые эпохи сменялись межледниковыми. Исследования этих изменений климата показали, что средняя температура у поверхности Земли при переходе от межледниковых эпох к ледниковым изменялась на величину в несколько градусов. При переходе от сравнительно теплого климата конца третичного периода к гораздо более холодному климату плейстоцена средняя температура у земной поверхности также изменялась на несколько градусов. Если учесть, что эти изменения климата приводили к перестройке природных условий на большей части поверхности Земли, то очевидно, что колебания климата такого масштаба могут оказать очень большое влияние на хозяйственную деятельность.

Установлено, однако, периодичность колебаний климата, чередование более дождливых и засушливых, более жарки и холодных периодов. Известны вековые колебания: примерно через каждые 100 лет наблюдается потепление, сменяющееся затем похолоданием. В среднегодовом балансе эти изменения выражаются всего долями градуса, в тропических и умеренных странах практически мало заметны. Зато в полярных странах в последние 30-35 лет наступило заметное потепление: отступила мерзлота, уменьшилось количество льда. В Антарктиде появились "оазисы" - участки, свободные ото льда. В умеренных широтах в течение последних десятилетий заметно сократилась продолжительность залегания снегового покрова и замерзания рек. Установлены также 35-летний и особенно хорошо выраженный 11-летний периоды колебания климата.

Все эти изменения связаны с колебаниями активности процессов, происходящих на Солнце. В периоды наиболее активной деятельности Солнца особенно сильно проявляются все геофизические процессы.

Однако геофизические колебания не свидетельствуют об изменениях климата. В результате этих колебаний отдельные годы по метеорологическим условиям не похожи один на другой.

3.2 Антропогенные изменения климата

Наряду с естественными факторами на глобальные климатические условия оказывает возрастающее влияние хозяйственной деятельности. Впервые это влияние стало проявляться тысячи лет тому назад, когда в связи с развитием земледелия в засушливых районах начало широко применяться искусственное орошение. Распространение земледелия в лесной зоне также приводило к некоторым изменениям климата вследствие вырубки лесов на больших пространствах.

В дальнейшем на климатические условия некоторое влияние оказывало строительство городов, создание новых водоемов и осуществление различных мелиоративных мероприятий, а также лесонасаждение.

Следует отметить, что изменения климата в основном ограничивались изменениями метеорологических условий только в нижнем слое воздуха в тех районах, где осуществлялись перечисленные выше хозяйственные мероприятия.

В настоящее время в связи с быстрым развитием промышленности и ростом энерговооруженности возникли перспективы изменений климата на всей планете.

В 1979 году вопрос об антропогенном изменении климата рассматривался на Всемирной конференции по климату в Женеве. В докладе на этой конференции академик Е.К. Федоров сказал: "Изменения климата в будущем неизбежны. Они станут заметными и, может быть, необратимыми в ближайшие несколько десятилетий… В связи с этим очевидно, что необходимо было бы выработать некоторую стратегию, т. е. систему заранее спланированных действий, которые обеспечили бы для человечества избежание негативных последствий возможны изменений климата… Каковы основные элементы такой стратегии? Первым и основным является, разумеется, прогноз изменений климата…"1

Практическое значение вопроса о климатических условиях будущего определяется, в частности, тем, что экономика всех стран существенно зависит от современных климатических условий, причем заметные изменения климата потребуют больших капиталовложений, чтобы обеспечить приспособление хозяйственной деятельности к новым условиям.

В современных исследованиях установлено, что влияние хозяйственной деятельности на глобальный климат связано с действием нескольких факторов, из которых наибольшее значение могут иметь:

* увеличение количества атмосферного углекислого газа, а также некоторых других газов, поступающих в атмосферу в ходе хозяйственной деятельности, что изменяет парниковый эффект в атмосфере;

* увеличение массы атмосферного аэрозоля, усиливающего рассеивание и поглощение радиации на его частицах;

* рост количества образуемого в ходе хозяйственной деятельности тепла, которое расходуется на нагревание атмосферы.

Изучение действия этих факторов на климат показало, что влияние второго и третьего из них в настоящее время и в течение ближайших десятилетий ограничено и, по-видимому, не превосходит влияния факторов, вызывающих современные естественные колебания климата. Большее значение может иметь первая из указанных причин антропогенного изменения климата.

Рост концентрации углекислого газа в атмосфере в значительной мере определяется образованием СО2 в результате сжигания угля, нефти и других видов топлива.

Изменение производства СО2 во времени в ходе указанных процессов отображено на рисунке 11. Количество углекислого газа, производимого за год, представлено в миллионах тонн углерода.

Рис. 11. Ожидаемые изменения количества углекислого газа в будущем (І, ІІ, ІІІ, ІV - кривые, характеризующие четыре варианта расчета, основанного на разных предположениях о темпах расходования углеродного топлива в будущем)

Из рисунка 11 видно, что, за исключением трех сравнительно коротких интервалов времени (первая мировая война, экономический кризис 30-х годов, вторая мировая война), общее поступление углекислого газа в атмосферу росло, увеличиваясь на 4 - 5 % в год.

Очевидно, что из-за ограниченности запасов углеродного топлива скорость этого роста рано или поздно должна уменьшиться. Заслуживает внимание, однако, что из данных рисунка следует наличие обратной тенденции в росте производства углекислого газа: скорость роста этого производства во второй половине ХХ века оказалась несколько больше скорости его увеличения в начале века.

Анализируя график, можно сделать заключение, что изменения концентрации атмосферного углекислого газа за годы и десятилетия сейчас полностью определяются антропогенными факторами. Считается, что дополнительным антропогенным источником углекислого газа для атмосферы является уменьшение под влиянием хозяйственной деятельности запасов углерода в растительном покрове (главным образом при вырубке лесов) и в почве (убывание количества гумуса при обработке почвы).

Данные наблюдений и результаты расчетов показывают, что с середины прошлого века концентрация СО2 в атмосфере повысилась на 15-20 % по сравнению с её первоначальным значением. Принимая это во внимание, можно заключить, что увеличение массы углекислого газа уже привело к повышению средней температуры воздуха на величину около 0,50. Это значение сравнительно невелико и пока ещё сравнимо с амплитудой колебаний средней температуры под влиянием изменений прозрачности атмосферы.

Очевидно, однако, что дальнейший рост концентрации углекислого газа приведет к гораздо большим изменениям климата. Эти изменения, прежде всего, будут связаны с глобальным потеплением. Так, по подсчетам ученых, средняя глобальная температура в 2000 году повысилась по сравнению с доиндустриальной эрой примерно на 1,20, а к 2030 году повысится на 2,60.

Существенное значение имеет вопрос влияния роста концентрации СО2 на режим увлажнения. Для ответа на этот вопрос кроме моделей теории климата можно использовать эмпирические данные о климатических условиях прошлого. В расчетах сравнительно небольших изменений климата, которые произошли в конце ХХ века, были выяснены тенденции изменения режима осадков для ряда географических районов. Оказалось, в частности, что сравнительно небольшое потепление влияет на сумму зимних осадков, которые возрастают на 10 - 20 % на юге Украины и в Молдове и уменьшаются на 20 - 30 % в Среднем и Нижнем Поволжье и Казахстане. В других районах и в другие сезоны изменения средних сумм осадков незначительны. Для последующих десятилетий этот метод применить трудно, так как величина потепления, ожидаемая за этот период, заметно превзойдет амплитуду колебаний температур, наблюдающихся за последние столетия.

Антропогенными источниками СО2 являются промышленность, транспорт, изменение подстилающей поверхности. Среди отраслей промышленности на первом месте по уровню загрязнения воздуха во многих странах стоит теплоэнергетика. При переработке и сжигании топлива образуется углекислый газ, оксиды серы, азота, различных металлов, твердые частицы. Использование нефти и продуктов нефтепереработки в качестве топлива на ТЭС почти на 60 % определяет уровень загрязнения воздуха в Западной Европе. ТЭС мощностью 2,4 млн. кВт выбрасывает в сутки 680 т SO2 и SO3, 120-140 т твердых частиц (золы, сажи, пыли), 200 т оксида азота [3, с.13].

Сильным загрязнителем воздуха является автотранспорт. Доля автотранспорта в загрязнении атмосферы показана в табл. 1.

Объем выбросов продуктов сгорания, млн. т год [3, с. 14]

Выбросы автомобильного транспорта существенно зависят от режима работы двигателя и качества используемого топлива. Примерный состав выхлопных газов автомобилей представлен в табл. 2.

Состав (% по объему) выхлопных газов автомобилей [3, с. 14]

За время эксплуатации одного усредненного автомобиля в течение 6 лет в атмосферу выбрасывается 9 т СО2, 0,9 т СО, 0,25 т оксидов азота 80 кг углеводородов. Автотранспорт является мощным фактором загрязнения атмосферного воздуха, так как количество автомобилей увеличивается из года в год, а структура выбросов представлена 200 веществами.