Климатология

Климатология, отдел геофизики (смотрите), изучающий среднее состояние метеорология. элементов (смотрите Метеорология) в различных частях земного шара.

Поскольку главнейшим фактором климата является тепловая энергия, получаемая землей от солнца, имеется возможность составить нек-рые теоретич. суждения о количестве тепла, приходящегося на различные части земного шара в зависимости от их ориентировки относительно падающих сол-нечн. лучей. Не принимая во внимание по-глощающ. действия атмосферы, получим выражение для количества тепловой энергии: J — J₀ cos Z,

где J—количество тепловой энергии, приходящееся на единицу поверхн., J₀—количество тепловой энергии, приходящееся на единицу поверхности, ориентированной перпендикулярно падающим лучам на границе атмосферы, и характерн. для земли как планеты (т. н. солнечная постоянная= =2 cal /см² мин.), Z—зенитное расстояние солнца, обусловливающее наклон солнечных лучей. Простое преобразование дает:

J=J₀ ("Т(sin φ sin δ + COS φ COS δ COS tj,

где а₀ и а—видимые радиусы солнца в среднем и данном положении земли относительно солнца, ψ — широта места наблюдения, δ—склонение солнца, ί—его часовой угол. Анализ ф-лы можно вести в двух направлениях: полагая постоянными φ и <5 и интегрируя по t, получим величину солнечной энергии для какой-либо точки земной поверхности в зависимости от часового угла солнца, что при суммировании от момента восхода до захода даст ее величину за весь день; с другой стороны, меняя φ и <5, получим изменение количества энергии с широтой и со временем года. Поглощение тепловой энергии атмосферой, общая ее циркуляция, различие теплоемкости различных видов поверхности (водная поверхность, почва), океанич. течения, рельеф—вносят существенные изменения в теоретическ. величины и вместе с тем обусловливают все разнообразие климатов на земной поверхности.

Современное состояние К. позволяет различать несколько ее концентров. Различие их обусловливается величиной пространства, подвергающегося изучению, необходимой аппаратурой и методами исследования. Первый концентр—м а к р о к л и м а т о л о-г и я—охватывает климатологии, изучение земли как целого и изучает типы климатов и их распределение. Сравнительное рассмотрение является ее методом и целью, в результате получаются картография. представление и системы классификации. Свои выводы и обобщения макроктиматология строит на сравнительном анализе огромного числового материала, получаемого с метеорологич. станций; для его обработки К. применяет методы статистики, вводя осреднение месячных, годовых и многолетних величин, центральные и вершинные значения, средние отклонения, характеризующие изменчивость элемента и устанавливающие необходимый период наблюдений для получения результатов определенной точности, находя кривые распределения, сопоставляя ряды наблюдений и тому подобное. Необходимой предпосылкой для этого является однородность наблюдений, которая зависит: 1) от Идентичности приборов, их установки и метода наблюдений; 2) от одинаковости периодов наблюдений. Первое приводит к необходимости организации обширных поставленных и направляемых государством сетей метеорологич. станций с централизованным изготовлением и проверкой приборов, а также проверкой получаемого материала. Что же касается второго, то, стремясь охватить возможно больший период наблюдений, стараются о данных недавно организованных метеорологич. станций судить по данным соседних, обладающих более длинным рядом лет наблюдений.

Такие «приведения к длинным рядам лет наблюдений» основываются на закономерности, имеющей достаточные геофизич. основания и на деле довольно хорошо оправдывающейся, согласно которой разности величин метеорологич. элементов на двух станциях, находящихся друг от друга на известном экспериментально устанавливаемом для отдельных областей расстоянии, приблизительно постоянны—и след. Bn—An=B_h—А„, где Bn—среднее значение какого-нибудь метеорологич. элемента за N лет на станции с большим числом лет наблюдений, An—искомое значение элемента за N лет на станции, обладающей только п годами наблюдений (при N>n); В_п—среднее значение на первой станции за п лет, легко вычисляемое; А_п—среди, значение, имеющееся для второй станции. Отсюда: An= Bn — {В_п — А_п). Для Европейской части Союза можно привести станции, находящиеся друг от друга на расстоянии до 200 км; в горных местностях, на берегах морей, рек, в тех случаях, когда климат распределяется более изменчиво, расстояние значительно сокращается.

Из анализа наблюдений получается, что для выяснения особенностей климата того или иного места необходимо иметь величины климатическ. элементов, полученные из многолетних наблюдений, исключая так. образ, влияние случайных отклонений, обусловленных погодой. Кроме осредненных значений элемента рассматриваются пределы его колебаний, различно вычисленные максимальные и минимальные отклонения и амплитуды, что дает увеличение числа величин, характеризующих климат, сравнительно с метеорологическими характеристиками.

Общая с наблюдений но всему земному шару позволила определить в общих чертах его климат и дать, несмотря на огромные трудности, зависящие от разнообразия и объёма материала, первые попытки его классификации, выражая ее некоторой^про-извольной символикой. Одной из наиболее общепринятых схем является классификация, предложенная Кеппеной, в виде особых структурных формул, выражающих главнейшие особенности климата в порядке их значительности. Кеппен характеризует климат прежде всего двумя его основными чертами: <° и влажностью. Будем обозначать

И А РТА КЛИМАТОВ ЗЕМНОГО ШАРА В. КЕППЕНА.

символами А, В, С, D, Е (° тропического, сухого, умеренно теплого, умеренных и полярных климатов, характеризуемые определенными числовыми пределами; второй буквенный знак "характеризует среднюю влажность климата, причем символ f характеризует достаточность влаги во все времена года, w или s—ее недостаток в зимние или летние месяцы. На основании таких обобщений получим, таблицу, заключающую и со-ответств. флорогбографич. характеристики. Тропич. дождливый климат. А/. Тропич. лес » » ». Aw. Саванны

Сухой климат.. Bs. Степной

» » .. В w. Пустынный

Умеренно теплый дождливый климат.. С w. Теплый, зи мой сухой

Умеренный теплый дождливый климат.. С s,. Теплый, ле том сухой

Умеренно теплый дождливый климат.. Cf. Влажный равномерно

Северный климат. Dw. Зима сухая и холодная

* ». Df. Зима влаж ная

Полярный (снежный) климат ЕТ. Тундра » » » EF. Лишайная растительность (веч-ныеморозы)

Прибавляя новые символы, дающие более детальную характеристику, получим выражения вида: Csa—климат Неаполя—умеренно теплый, морской, Dfb—климат Москвы; Dwd—климат Якутска. Здесь a, b, d—еще более деталирующие символы, обозначающие: а—ί° самого теплого месяца — выше + 22°; b — t° самого теплого месяца—ниже + 22°, но 4 месяца в году имеют среднюю t° выше + 10°, и наконец d—t° самого холодного месяца ниже—38°. На прилагаемой карте (фигура 1) видно распределение типов климатов на земном шаре по Кеппену. В этой же классификации находят свое выражение и прежние определения климатов—морского и горного с меньшим колебанием элементов, континентального с резко выраженными амплитудами и т. д. В эту статическую картину внесен в последнее время работами E. Е. Федорова принцип динамичности учетом различных типов погод, характерных для отдельных областей и стран, и определением климата как «совокупности погод».

Одним из важных вопросов макроклиматологии является исследование изменяемости климата со временем; можно считать установленным, что в течение предшествующих геологическ. эпох основные черты климата и его распределение по земному шару менялись. На основании геолого-палеонтоло-гическ. соображений выделяются периоды, значительно отличающиеся от современных по ί° и по влажности, господствовавшей на земле. Что касается исторических периодов существования человека, то, наоборот, ни о каких сколько-нибудь заметных изменениях климата говорить повидимому не приходится. Анализ климатич. указаний, имеющихся в древнейших памятниках, не дает основания делать заключение о значительных си-стематич. уклонениях существовавших в те времена климатическ. условий от современных, но, с другой стороны, обнаруживает некоторые периодические их колебания.

Интенсивность и длина периодов различными исследователями принимались разные; наиболее установленным считается период в 33—35 лет Боголепова и Брюкнера, согласующийся с периодичностью деятельности солнца. Окончательное суждение возможно по мере накопления инструментальных наблюдений на метеорологии. станциях и обсерваториях.

Второй концентр климатологии, исследований—К.отдельных областейи стран(част-н а я климатология), не всегда ограниченных однородным физико-географическим районом, благодаря существованию государственных и административных делений. Требование однородности наблюдений и организация сетей остаются в данном случае в полной силе. Главной целью т. н. частной К. является наиболее подробное изучение климата данной области; соответственно растущим запросам практич. жизни становится необходимым значительно расширить число климатических характеристик. Кроме изучения распределения ί°, влажности воздуха, осадков и других простейших элементов, особенно в последнее время обращается внимание на учет плотности воздуха (в связи с запросами военного дела), недостатка насыщения воздуха водяным паром, ί° почвы, •высоты и плотности снегового покрова и тому подобное. Нек-рые из этих климатич. элементов, являясь некоторой ф-ией наблюдаемых, непосредственно не наблюдаются и требуют вычисления своих значений; при дальнейшем их использовании, например при осреднении, возникает вопрос, насколько точными получаются подобные результаты. В общем случае очевидно

/(МЖ/(ж)],

где ж— отдельное значение вычисляемого элемента, [ж]·—его осредненное значение, [/(*)]—осредненные значения некоторой ф-ии элемента. Проф. Келлер показал существование равенства:

[/(*)]=(/И) + σ²(χ)/"(|), где а(х)—среднее квадратичное уклонение элемента, ξ—некоторое его значение,удовлетворяющее условию [ж]<{<ж_ь причем х_к— одно из значений ж. Аналогичные выражения получим и для элементов, являющихся функцией нескольких непосредственно наблюдаемых величин. Например для плотности воздуха ρ=где р—давление воздуха, Т—абсолютная температура, и R—газовая постоянная, получим:

г.-. №1 U _ а(Т)-о(Р>г(р,Т), °ЧТ) ^ιΰί~ήΐΤ] ^ι тш ^т [г]»)’ где г(р,Т)—коэф. корреляции между р и Т. Пользуясь только первым множителем, мы очевидно внесем некоторые ошибки, зависящие от характера входящих элементов, практически иногда допустимые, иногда нет, смотря по цели исследования. Результаты климатическ. изучения стран обычно картографируют при помощи метода изолиний (смотрите). Так. обр. получаются карты изотерм (смотрите), изобар, изоамплитуд ит.п., которыми удобно выделяются влияния морей и морских течений, континентов и тому подобное. На фигуре 2 и 3

приведено распределение t° воздуха у поверхности земного шара в январе и июле.

Однако запросы практич. жизни предъявляют требования в смысле гораздо более детального изучения климата: врачу, земледельцу, лесоводу, транспортнику необходимо знать климатические особенности небольших участков—курорта, отдельного жилища, поля, луга, леса, города, ж.-д. полотна. Из этих запросов возникла третья отрасль К.—микро климатология. В ней география. и статистич. элемент теряет особое свое значение, долгие ряды наблюдений заменяются экспериментальными наблюдениями, обычные установки и аппаратура становятся недостаточными; переходят к чисто физическим методам исследования, видоизменяется самое понятие климатическ. элементов. Особую важность приобретает изучение особенностей непосредственно прилегающего к земле слоя атмосферы, высотой до 1,5—2 м—м икроатмосферы. Оказывается, что в микроатмосфере можно наблюдать на расстоянии нескольких ем по вертикали огромные изменения (° (до одного-двух десятков градусов), влажности воздуха и других климатич. элементов; в ней же достигают максимума суточные амплитуды, превосходя в несколько раз наблюдаемые в обычных метеорологических установках; горизонтальный перенос масс воздуха почти отсутствует и заменяется вертикальными перемещениями. Микроклимат изменяется с рельефом,различно ориентированные склоны холма имеют температурные различия, иногда достаточные для изменения флоры, климат полей различных злаков—различен, но на это мы почти не найдем указаний в обычных метеорологич. установках.

Лит.: Воейков А. И., Климаты земного шара, в особенности Воссии, СПБ, 1884; Берг Л. С., Основы климатологии, М. — Л., 1927; Федоров Б. Е., Климат как совокупность погод, «Метеороло^ гический вестник», Л., 1925, 7; Климатологический атлас Российск. империи, СПБ, 1900; Н a η n J., Hand-buch d. Klimatologie, В. 1—3, 3 Aufl., Stg., 1908—11; Geiger R., Das Klima d. bodennahen Luftschicht, Brschw., 1927; К 6 p p e n W. und Wegener A. Die Klimate d. geologischen Vorzeit,B.,1924; Brooks С. E., The Evolution of Climate, 2 ed., London, 1928; Кбрреп W., Die Klimate d. Erde. Grundriss d. Klima-Kunde, Berlin—Lpz., 1923; Bartholomew J. G. a. Herbertson A. J., Atlas of Meteorology, Edinburg, 1899. С. Бастамов.