Изменения глобального и регионального климата: причины и следствия

Содержание метана в воздухе связано со сжиганием органического топлива и с сельскохозяйственным производством. Источниками поступления окислов азота являются атомные взрывы в атмосфере, полеты самолетов, использование минеральных удобрений, сжигание топлива, выбросы различных предприятий.

К парниковым газам относятся фреоны - это фтор- и хлорпроизводные метана, этана, циклобутана. Фреоны широко используются при производстве холодильников, кондиционеров, аэрозольных упаковок. Основными поставщиками фреонов являются США, Япония, Великобритания, Россия.

В настоящее время возросла концентрация метана и фреонов в атмосферном воздухе по сравнению с прединдустриальной концентрацией (табл.3). На национальном уровне 15 стран ответственны за 77 % выбросов парниковых газов [3, с.15]. Среди них на 1-м месте - США, на 2-м - страны СНГ. В результате увеличения количества указанных газов происходит повышение температуры.

В результате антропогенного воздействия изменяется аэрозольный состав атмосферы. Антропогенные аэрозоли влияют на поглощение и рассеивание солнечной радиации. Они увеличивают количество рассеянной радиации, уменьшают поступление прямой.

Атмосферные аэрозоли определяют количество облаков, так как продукты конденсации водяного пара скапливаются на аэрозолях. Поэтому в городах по сравнению с сельской местностью больше облачность и количество осадков. За послевоенные 60 лет в Минске среднегодовое количество осадков по сравнению с окружающими городами увеличилось на 80 мм [9]. Увеличение аэрозолей приводит к уменьшению температуры воздуха.

Непосредственное влияние на изменение климата оказывает тепловое загрязнение атмосферы. Этот вид загрязнения обусловлен, в первую очередь, развитием энергетики. Коэффициент полезного действия энергетических установок составляет 30 - 40 %, т.е. большая часть топлива сжигается впустую. Полученная энергия в конечном итоге превращается в тепловую и обусловливает соответствующее загрязнение окружающей среды.

Значительное влияние на температуру воздуха в городских условиях оказывает транспорт. Если в городе одновременно движется 100 тыс. автомашин, то это равно эффекту, производимому 1 млн. литров горячей воды.

В пределах крупных городов и промышленных центров тепловые нагрузки составляют 5 - 6 Вт/м2, в пределах ограниченных районов - до 100 Вт/м2 [11]. Поэтому над городом температура воздуха выше, чем над сельской местностью, образуется так называемый остров тепла. Например, средняя многолетняя интенсивность острова тепла изменяется для городов европейской территории России в пределах 2 - 4 0С, для городов Сибири - 1,5 - 5,5 0С [3, с.17].

Выделяют несколько причин образования городских островов тепла:

1. Загрязнение атмосферного воздуха, выражающееся в виде мглы или смогов. Мгла ослабляет солнечную радиацию днем, но ещё больше препятствует земному излучению ночью. С увеличением степени загрязнения атмосферного воздуха значительнее изменяется температура. Однако при скорости ветра в 8 м/с (для больших городов 11 - 12 м/с) исчезают температурные различия между городом и окрестностями.

2. Сам город, его здания и улицы. Прежде всего имеет значение материал, из которого построен город: кирпич, бетон, асфальт. Кирпич и асфальт обладают большей теплоемкостью. чем рыхлая почва на открытой местности, и большей теплопроводностью. Например, в середине дня асфальтированная улица теплее приповерхностного слоя воздуха на 18 0С (в некоторых случаях на 24 0С).

3. Производимая энергия. От стационарных источников тепла в сутки выделяется 77 относительных единиц, от подвижных - 33 единицы, от метаболизма организма - 0,1 единицы (относительная единица - это процент от полной суточной генерации антропогенного тепла). Например, средний суточный выброс искусственно произведенного тепла в пригородных районах Лондона составляет от 0 до 6 Вт/м2, в центре города на отдельных площадках 100 Вт/м2 [3]. В Лондоне 30-метровый слой воздуха нагревается промышленным теплом на 1,2 0С.

На климат оказывает влияние антропогенное изменение характера подстилающей поверхности: насаждение и вырубка лесов, осушительная и оросительная мелиорация, создание искусственных водоемов и т.д. Облесение территории (или лесонасаждение) изменяет радиационный баланс и температуру, влияет на испарение, влажность воздуха, количество осадков, изменяет ветровой режим, распределение снежного покрова и промерзания почвы. Лесная растительность по сравнению с травянистой и оголенной почвой имеет больший радиационный баланс за счет меньшего альбедо. Вырубка лесов влияет на отражательную способность поверхности, что могло бы понизить температуру на 0,4 0С. Кроме того, лесная растительность влияет на распределение осадков. В теплое время года количество осадков возрастает на каждые 10 % облесенности на 1,5%. Таким образом, вырубка лесов влияет на количественные характеристики метеорологических элементов.

В результате проведения осушительной мелиорации увеличивается альбедо поверхности, в связи с развитием ветровой эрозии уменьшается прозрачность атмосферы и приток суммарной радиации (на юге Беларуси на 4 - 7 ккал/см2/год), усиливается дневной перегрев и ночное выхолаживание почвы [11]. Изменение температурного режима почв обусловлено тем, что с понижением влажности и плотности торфа изменяется соотношение между твердой, жидкой и газообразной фазами. Вместо больших расходов тепла на испарение оно расходуется на прогревание почвы и воздуха. Этому способствует меньшая удельная теплопроводность осушенной почвы по сравнению с неосушенной. Тепловые свойства торфа увеличивают вероятность заморозков, их интенсивность и продолжительность. На осушенных и освоенных болотах заморозки на 3 - 4 0С ниже, чем на неосушенных. Изменение заболоченности территории влияет на баланс углекислого газа. Осушение 40 % площади болт привело к такому же эффекту, как вырубка лесов, равной половине территории Беларуси.

Из всех перечисленных антропогенных факторов изменения климата основными являются изменения газового состава атмосферы. По мнению многих ученых, в настоящее время в результате антропогенного воздействия отмечается потепление климата на 1,5 - 4,5 0С. Однако температура изменяется неоднозначно: в тропосфере - увеличивается, в стратосфере - уменьшается. В результате усиленного образования тепла в городах период с положительной температурой длится на 3 - 8 недель больше, чем в окрестностях.

Если влияние естественных факторов на современный климат характеризуется сравнительно небольшими изменениями средней глобальной температуры - на десятые градуса. то антропогенные факторы в течение нескольких десятилетий могут оказать влияние на изменение этой температуры на несколько градусов, т. е. на величину, соответствующую различиям между климатом ледниковых и межледниковых эпох. Такое изменение климата приведет к крупным изменениям всей среды, окружающей человека, и окажет глубокое влияние на его хозяйственную деятельность.

До середины ХХ века нелегко было обосновать идею климатических перемен, вызванных техногенезом. За последние десятилетия стали разрабатываться кибернетические модели глобальной системы климатов, моделироваться с помощью ЭВМ возможные климатические перемены. Подобные исследования приводят порой к любопытным результатам. Так, по сообщению английских климатологов, сделан прогноз изменений природных условий Сахары при условии, что треть территории пустыни будет покрыта лесами. Ответ ЭВМ примечателен: в Сахаре начнется "эпоха повышенной увлажненности", даже появятся обширные болота… Как не вспомнить, что несколько тысячелетий назад в Сахаре обитали крокодилы и бегемоты!

4. Региональные особенности климата

4.1 Радиационный режим

Годовая суммарная солнечная радиация в пределах Молодечненского района составляет 3600 - 3700 Мдж/м2. В годовой сумме суммарной солнечной радиации около 55 % составляет рассеянная солнечная радиация [4].

Прямая, рассеянная и суммарная солнечная радиация имеют плавный годовой ход, соответствующий годовому ходу высоты Солнца и продолжительности светового времени с минимумом в декабре и максимумом в июне.

Годовые суммы радиационного баланса по территории района изменяются слабо и равны 1500 Мдж/м2. Радиационный баланс имеет ярко выраженный годовой ход. В январе и феврале он отрицательный и составляет - 25 и - 15 Мдж/м2 соответственно. В марте, апреле и мае баланс резко увеличивается и достигает максимальны значений в июне (330 Мдж/м2). После августа он быстро уменьшается и вновь в ноябре становится отрицательным (- 13 Мдж/м2).

Средняя годовая продолжительность солнечного сияния для территории Молодечненского района составляет в среднем 1785 ч/год.

Особенно важное значение учет радиационного баланса имеет в строительстве и анализе воздействия климата на человека. Учет солнечной радиации при строительстве зданий необходим для оценки нагревания стен и внутренних помещений, освещенности и количества ультрафиолетовой радиации. Минимальным количеством ультрафиолетовой радиации, необходимым человеку в сутки, считается 8 - 10 мэр • ч/м2.

4.2 Особенности циркуляции атмосферы, давление и ветер

Над территорией Молодечненского района преобладают воздушные массы, перемещающиеся с Атлантического океана. В связи с изменчивостью атмосферной циркуляции, характерной для умеренных широт, и сменой воздушных масс, отличающихся по своим характеристикам, в Молодечненском районе наблюдается непостоянство погоды, иногда довольно резкая её смена.

Атмосферное давление имеет четко выраженный годовой ход с максимумом в наиболее холодном месяце - январе, минимумом в наиболее теплом - июле. Между этими основными экстремумами наблюдается несколько промежуточных максимумов. Из них наиболее характерны максимумы в мае и октябре - ноябре. Средние годовые величины давления достаточно устойчивы (табл. ). Годовая амплитуда давления невелика и составляет около 5 мбар. Межсуточные изменения давления в среднем небольшие - 2 - 3 мб, но при активной циклонической деятельности могут достигать 10 - 20 мб в теплое время года и 25 - 30 мб - в холодное.

Таблица 4

В зимний период на территории Молодечненского района преобладают юго-западные ветры. В холодный период года повторяемость ветров юго-западной ориентации составляет 45 - 50 %. Сравнительно часто (14 - 17 %) дуют юго-восточные ветры, связанные с юго-западной периферией сибирского антициклона или малоподвижными антициклонами Восточной Европы.

Летом преобладают северо-западные и западные ветры, связанные либо с тыловой частью западных циклонов, либо с восточной окраиной областей высокого давления, идущих с Атлантики на материк. В сумме ветры с западной составляющей отмечаются в течение почти 50 % времени теплого периода года (рис. 12).

Таблица 5

Среднемесячные температуры января, июля, среднегодовая температура и среднегодовые значения скорости ветра по данным Вилейской гидрометеостанции за последние 10 лет

Максимальные скорости ветра характерны для осенне-зимнего сезона, когда усиливается циклоническая деятельность. Минимальные скорости ветра наблюдаются в конце лета, когда уменьшается повторяемость и глубина циклонических образований.

Штилевые условия и тихие ветры (0 - 1 м/с) повторяются в Молодечненском районе в течение 14 - 30 % всего времени года. Наиболее характерны для данной территории слабые ветры (2 - 5 м/с), повторяемость которых составляет 60 - 75 % годового времени.

Учет скорости ветра необходим при оценке климата применительно к ветроэнергетике, эксплуатации транспорта, строительству и эксплуатации зданий и сооружений, воздействию на человека. Количество энергии, которую может выработать ветроагрегат, зависит в первую очередь от усредненной скорости ветра за определенный интервал времени. Циркуляция атмосферы, давление и скорость ветра оказывают существенное воздействие на человека. При низких температурах ветер усиливает теплоотдачу, что может привести к переохлаждению организма. По данным комплексных биоклиматических исследований при циклонической погоде число сердечных приступов в два раза выше, чем при антициклональной. Скорость ветра оказывает существенное влияние и на дорожное движение. При больших скоростях ветра и большой скорости движения транспорта на последний могут действовать заметные аэродинамические силы, возникающие за счет бокового ветра. Большие скорости ветра могут вызвать обрыв ЛЭП. Влияние ветра на мощность отопления оценивается в 5 - 10 %. При температуре -20 0С и скорости ветра 10 м/с и более теплоотдача зданий увеличивается в два раза.

4.3 Температурный режим

Температура воздуха для умеренно-континентального климата является одной из основных характеристик. В теплый период года солнечная радиация формирует широтный характер изменения температуры по территории Молодечненского района. В холодный - температурный режим определяется в основном циркуляцией атмосферы.

Среднемесячные значения температуры воздуха за 2007 год представлены в таблице 1 и на рис. 13.

Рис. 13. График годового хода температур и осадков для г.Молодечно

Среднегодовые значения температур за последние десять лет представлены в таблице 2 и рис.14.

Рис. 14. График многолетнего хода зимних, летних и среднегодовых температур воздуха (по данным Вилейской гидрометеостанции)

Как видно из графика, средние январские температуры колеблются в пределах 0,90, средние июльские - в пределах 20, среднегодовые - в пределах 1,30. Наибольшая амплитуда температур характерна для 2004 года - 25,70. Среднегодовая температура воздуха для Молодечненского района по итогам многолетних наблюдений составляет 6,22 0С.

Температурный режим оказывает влияние на все сферы деятельности человека: определяет сельскохозяйственное производство в данном регионе, оказывает влияние на человека, на строительство и эксплуатацию зданий и сооружений, транспорт и средства связи. Изменение теплового режима атмосферы вызывает соответствующие изменения теплообмена человека с окружающей средой. температура воздуха из всех климатических параметров наиболее существенное влияние оказывает на жилище. Температура воздуха определяет тип здания, термическое сопротивление его ограждающих конструкций, системы отопления и вентиляции, необходимое количество топлива. Инверсии температуры влияют на уровень загрязнения воздуха в городах.

4.4 Режим увлажнения

Молодечненский район расположен в зоне достаточного увлажнения. Распределение осадков определяется особенностями циркуляции атмосферы, рельефом местности, характером подстилающей поверхности. В среднем за год территория Молодечненского района получает 627 мм осадков (рис. 13). Годовые суммы осадков могут значительно изменяться из года в год.

На теплый период приходится около 70 % всей годовой суммы осадков. Месячные их нормы имеют четко выраженный годовой ход с минимумом в январе - феврале и максимумом в летние месяцы.

Осадки выпадают в жидком (дождь, морось), твердом (снег, снежная крупа, град) и смешанном виде (мокрый снег, снег с дождем). В целом за год доля жидких осадков составляет 60 % твердых - 25 %, смешанных - 15 %. Среднее число дней с осадками в среднем составляет 170 - 180, т.е. каждый второй третий день бывает с осадками.

Снежный покров залегает от 75 до 120 дней. Но вот уже на протяжении ряда лет снежный покров держится 60 - 70 дней. За холодный период он успевает несколько раз разрушиться и снова образоваться. Первый снежный покров чаще всего образуется в первой декаде ноября. Устойчивый снежный покров, залегающий не менее месяца, устанавливается лишь в декабре, а то и в конце января. Разрушение его происходит в марте, а в отдельные годы - в апреле. Высота снежного покрова достигает 15 - 25 см.

Молодечненский район характеризуется повышенной влажностью воздуха. В холодную часть года, с октября по март, средние месячные значения относительной влажности находятся в пределах 80 - 90 %. максимальные её значения наблюдаются в ноябре - декабре и составляют 87 - 97 %. Весной с увеличением температуры воздуха относительная влажность уменьшается от 80 - 85 % в марте до 63 - 65 % в мае, достигая минимума в годовом ходе. В летние месяцы происходит постепенное увеличение относительной влажности.

С высокой влажностью воздуха связана и значительная облачность над территорией Молодечненского района. В осенне-зимний период пасмурные дни составляют до 85 % времени, в весенне-летний - до 50 % (рис. 15).

Осадки и влажность воздуха оказывают существенное влияние на все сферы деятельности человека. При одной и той же температуре изменение содержания водяного пара в приземном слое воздуха может оказать значительное воздействие на состояние его организма. При повышении влажности воздуха, препятствующей испарению с поверхности тела человека, тяжело переносится жара и усиливается действие холода. Повышенная влажность воздуха ухудшает эксплуатационные качества конструкций, уменьшает срок их пригодности и отрицательно влияет на микроклимат жилища. Во влажном сооружении легко образуются плесень и грибки, поэтому деревянные части сооружения быстро гниют. Теплоотдача влажных стен может оказаться в несколько раз больше, чем предусмотрено СНиП. Сухие стены дольше сохраняются при любой температуре. Осадки и режим увлажнения территории являются определяющими факторами развития сельского хозяйства.

Осадки относятся к погодным явлениям, влияющим на безопасность движения, так как на мокрых дорогах ухудшается сцепляемость колес с покрытием, создается опасность заноса машин и увеличивается длина пути торможения. Дожди, особенно ливневые, размывают дорожное покрытие и насыпи, создают условия для сильных паводков, при которых возможно смывание дорожных мостов.

4.5 Опасные явления погоды

К наиболее опасным для хозяйства района относятся следующие погодные явления:

* шквалы и смерчи, повторяемость которых крайне редка;

* туманы, метели, оттепели, которые являются типичными погодными явлениями зимнего сезона.

Повторяемость опасных и неблагоприятных погодных условий на территории Молодечненского района невелика, что способствует развитию всех видов хозяйственной деятельности.

4.6 Изучение антропогенного воздействие на атмосферу в пределах Полочанского сельского региона

Основными источниками загрязнения атмосферного воздуха в микрорайоне являются автотранспорт и асфальтно-бетонный завод. В воздухе присутствуют аммиак, диоксид азота, сернистый ангидрид, фенол, формальдегид, ацетон, пыль. Суммарный выброс вредных веществ в атмосферу в целом снижен в пределах, предусмотренных действующими программами в районе, но в то же время в 2005 году на территории района составил 1895 тонн [8].

Полочанская средняя школа расположена на расстоянии 80 м от автострады Молодечно-Воложин. Автострада довольно оживленная, за час по ней в обе стороны проходит более 100 транспортных средств. Наиболее интенсивное движение приходится на 8 - 10 часов утра и 17 - 18 часов вечера. Известно, что один легковой автомобиль в течение суток выбрасывает до 1 кг выхлопных газов, в состав которых входит около 30 г угарного газа, 6 г оксида азота, соединения свинца, сера и другие загрязняющие вещества - более 200 наименований. Самая неприятная специфика воздействия транспортных выбросов заключается в том, что они совершаются на небольшой высоте - до 0,5 м у легковых автомобилей, до 1 м у грузовиков, до 1,5 м у автобусов и большегрузных автомобилей и до 2 м у тракторов. Таким образом, выбросы автотранспорта оказываются непосредственно в зоне дыхания человека. Был проведен учет движения автотранспорта в окрестностях школы с интервалом в 3 часа: с 8 до 9 часов, с 12 до 13 часов и с 17 до 18 часов. Средний показатель занесен в таблицу 1.

Таблица 6

Учитываемые типы автотранспорта [10, с.136 ]

Имея эти данные, можно оценить уровень загрязнения атмосферного воздуха отработанными газами (по концентрации СО). Для этого применяется формула следующего вида:

Ксо = (0,5 + 0,01N Ч Kт) Ч Ка Ч Ку Ч Кс ЧКв Ч Кп, где

0,5 - фоновое загрязнение атмосферного воздуха нетранспортного происхождения, мг / мі.

N - суммарная интенсивность движения автомобилей на дороге, экипажей / час.

Кт - коэффициент токсичности автомобилей по выбросам в атмосферный воздух оксида углерода, определяется как Кт = ? РіКті [10, c. 139].

Таблица 7

Коэффициент токсичности выбросов по типам автотранспорта[10, с.138 ]

Кт = 0,13 Ч 2,3 + 0,04 Ч 2,9 + 0,075 Ч 0,2 + 0,03 Ч 3,7 + 0,63 Ч 1 +

Ксо = (0,5 + 0,01 Ч 200 Ч 1,2) Ч 0,6 Ч 1,06 Ч 2,00 Ч 1,15 = 4,24 мг / м і.

При этом надо помнить, что ПДК (предельно допустимая концентрация выбросов автотранспорта) по оксиду углерода равна 5 мг / м і.

Рис.16. Динамика недельного движения транспорта по центральной улице д. Полочаны

Вывод: как видно из рис.16, максимальная загруженность центральной улицы транспортом приходится на пятницу и воскресенье в промежутке времени между 17 и 19 часами. Это объясняется тем, что в пятницу из города на выходные к родителям в деревню едут дети, а в весеннее - осенний период возрастает поток дачников. В воскресенье они, естественно, возвращаются обратно.

Заключение

Современный климат конкретных территорий необходимо рассматривать на фоне общей глобальной тенденции изменения климата. В наше время существует ряд гипотез, пытающихся объяснить причины колебания климата. Но пока нет ни одной физически обоснованной теории, которая позволила бы окончательно решить этот вопрос. Климатические прогнозы, особенно долгосрочные и сверхдолгосрочные (например, предсказание изменений климата), будут недостаточно надежны до тех пор, пока не появится физическая теория формирования климата, не возникнут принципиально новые методы математического моделирования климатических процессов.

В своей работе автор дал общую характеристику климата и факторов, его определяющих, на конкретных примерах показал естественные и антропогенные изменения климата как отдельных территорий, так и в планетарном масштабе. Локальные изменения климата, на первый взгляд, могут показаться не весьма существенными, однако сумма незначительных величин может оказаться гигантской, если их достаточно много.

Известно, что в городах, или над обширными осушенными болотами формируются аномалии микроклимата. Ну, а если, скажем, человек меняет микроклиматы в миллионах и более точек на земном шаре, а размеры этих очагов составляют порой сотни квадратных километров? Разве не произойдут в результате глобальные климатические перестройки?

Таким образом, результаты данной работы не исчерпывают возможностей решения рассматриваемой проблемы климата, как одной из глобальных проблем современности.

Исходя из всего вышесказанного в данной работе, можно сделать следующие выводы:

· климат, как составляющий компонент как отдельно взятого ландшафта, так и биосферы в целом, претерпел значительные изменения со времен развития цивилизации;

· несмотря на то, что региональный климат является весьма благоприятным для всесторонней хозяйственной деятельности, порой "неразумное" вмешательство в него человека приводит к негативным последствиям;

· атмосфера, и в первую очередь её приземный слой, в котором сосредоточена жизнь, нуждается во всесторонней охране, так её загрязнение является первопричиной возникновения различного рода заболеваний.

В заключение хочется отметить, что отдельные вопросы, затронутые в данной работе, требуют специального изучения, и составляют, по мнению автора, перспективу исследований климатических условий отдельных регионов. К их числу, например, относятся вопросы влияния болотной и лесной формаций на микроклимат сельского региона, плотность и высота застройки на микроклимат города и многие другие.

1. Алисов Б.П., Полтораус В.В. Климатология. - М.: Изд. МГУ, 1974.

2. Баландин Р.К., Бондарев Л.Г. Природа и цивилизация. - М.: Мысль, 1988.

3. Галай Е.И. Антропогенные изменения климата. // Геаграфія: праблемы выкладання. 2002, № 2.

4. Геаграфія ў тэрмінах і паняццях: Энцыклапедычны даведнік / Рэдкал.: Г.П.Пашкоў і інш. - Мн.: БелЭн, 2003.

5. Географический атлас для учителей средней школы. М.: 1978.

6. Географический атлас Беларуси. Мн.: 2004.

7. Данные зонального Вилейского гидрометеоцентра. Вилейка. 2006.

8. Данные зонального центра гигиены и эпидемиологии. - "Маладзечанская газета" № 263 от 18.10.06.

9. Климат Беларуси / под ред. В.Ф.Логинова. - Мн.: Институт геологических наук АН Беларуси, 1996.

10. Колбовский Е.Ю. Изучаем природу в городе. - Ярославль. Академия развития, 2006.

11. Логинов В.Ф. Основы экологии и природопользования. - Полоцк:

12. Логинов В.Ф. Причины и следствия климатических изменений. - Мн.: Навука і тэхніка, 1992.

13. Мир географии: География и географы. Природная среда / Редкол.:

14. Ратобыльский Н.С., Лярский П.А. Землеведение и краеведение. -

15. Страны и народы. Земля и человечество. Глобальные проблемы.

16. Хабарова Е.И., Панова С.А. Экология в таблицах. - М.: Дрофа, 1999