Метеорологія та кліматологія

     Ми розглянули типові відміни у формуванні клімату над водною поверхнею та суходолом. У свою чергу ці поверхні також неоднорідні. В океанах існують теплі та холодні течії, які своєрідно впливають на клімат.

     Морські течії виникають переважно під дією циркуляції атмосфери, особливо це помітно в середині тропічних широт, де на східній периферії субтропічних антициклонів (біля західних берегів материків) існують потужні холодні течії у бік екватора, а на західній периферії антициклонів (біля східних берегів материків) – теплі течії від екватора. Це потужні механізми міжширотного обміну теплом. Близько половини адвекції тепла з низьких широт у високі відбувається завдяки морським течіям, а решта тепла переноситься завдяки циркуляції атмосфери. В оберненому напрямку відбувається така ж потужна адвекція холоду. Тому усі течії впливають на температуру повітря та його стратифікацію.

      Теплові та радіаційні властивості води спричиняють дуже малі добові коливання температури її поверхні. Так, поблизу екватора добова амплітуда поверхні води становить близько 0,4⁰С і зменшується до 0,1⁰С у високих широтах. У внутрішніх морях вона більша, але не перевищує 1⁰ . Тому над океанами й морями незначні й добові коливання температури повітря, які в районі екватора становлять 1-2⁰, на широті 30⁰пн. ш. близько 2⁰ , а на широті 60-70⁰пн. ш. 1⁰С.

Добові ж коливання температури грунту й повітря на суходолі значно більші:

Ми уже розглядали чому водна поверхня та суходіл нагріваються й охолоджуються не однаково. Адже вони мають зовсім різні механізми теплопровідності. На суходолі тепло вглиб передається внаслідок молекулярної теплопровідності. У товщі води тепло передається значно ефективнішим методом, а саме завдяки турбулентній теплопровідності, тобто поверхневі шари води перемішуються і одержане тепло розподіляється на велику товщу води.

      Водна поверхня та суходіл мають також різну теплоємність: теплоємність води у 3-4 рази більша, ніж теплоємність грунту. Ці поверхні також неоднаково засвоюють сонячну радіацію. У товщу води промені проникають на значну глибину і енергія променя засвоюється поступово.

     Взагалі вода засвоює сонячного тепла більше, ніж суходіл, оскільки альбедо води менше. Середнє альбедо води змінюється від кількох відсотків у тропічних широтах до 20 % на межі плаваючої криги. У північних широтах альбедо більше через меншу висоту Сонця. Отже, альбедо води на 10-20 % менше від альбедо суходолу без снігового покриву. Ефективне випромінювання води значно менше, ніж суходолу через нижчу температуру водної поверхні та більший вміст водяної пари в атмосфері. Через це на одній і тій широті радіаційний баланс на океанах більший, ніж на суходолі. Особливо велика ця різниця в тропічних широтах, де вона досягає 30-35 % від величини радіаційного балансу океанів.

      Радіаційний баланс земної поверхні визначає запаси тепла в атмосфері. Повітряні течії загальної циркуляції атмосфери сприяють міжширотному обміну повітряних мас, а отже є причиною адвективних впливів. Повітряні течії різного масштабу виникають і підтримуються різним нагріванням і охолодженням водної поверхні та суходолу, а також поверхні Землі і повітря на різних широтах. Тому екватор і полюси, водна поверхня та суходіл є різними полюсами теплової машини Землі, яка змушує рухатись повітряну оболонку.

      Циркуляція атмосфери – це складне поняття. Воно включає формування повітряних мас, їх перенесення та трансформацію, циклонічну діяльність, фронтальну діяльність. Циркуляція атмосфери ускладнює схему широтної зміни клімату. Завдяки особливостям циркуляції на одній і тій же широті на західних і східних берегах континентів формуються зовсім різні кліматичні умови. Наприклад, тепла зима південної Франції і сувора зима Приамур’я, сухе літо Сицилії і дощове літо Японії. Те ж саме стосується території в середині тропічного поясу. Тут зональні кліматичні відміни зумовлені також циркуляцією атмосфери. Різне зволоження екваторіальної Африки й Сахари обумовлено не широтними відмінами надходження сонячної радіації, а особливостями циркуляції атмосфери.

          Фізичною основою формування клімату є сонячна радіація. Найменше сумарної радіації надходить до земної поверхні в Атлантико-Європейському секторі Арктики – менше 2400 МДж/м² рік. У цьому районі пролягають шляхи Атлантичних циклонів і тому тут переважає хмарна погода. При зменшенні широти і збільшенні висоти Сонця річні величини сумарної радіації досить швидко зростають. Уже в Україні ці величини досягають 3400 МДж/м² у Передкарпатті, збільшуючись поступово до понад 5000 МДж/м²  на західному узбережжі Криму. Найбільша сумарна радіація спостерігається в тропічних пустелях земної кулі та поблизу екватора в Тихому океані. Тут вона перевищує 8000 МДж/м² . Слід відмітити, що поблизу хмарного екватора сумарна радіація відносно мала. Так, на півострові Малакка вона менше 6400 МДж/м² , на узбережжі Гвінейської затоки менше 5600 МДж/м² , а в районі екваторіальної частини Анд навіть менше 4800 МДж/м² . У високогірній Антарктиді переважає малохмарна погода і тому тут  сумарна сонячна радіація така, як і в Україні. На решті території земної кулі розподіл сумарної радіації має зональний характер.

           У самому визначені поняття клімат називається чинники його формування. Перш ніж розглядати чинники формування клімату та його особливості, необхідно вказати на те, що атмосфера, як одна із оболонок Землі як планети, не ізольована від інших. Взаємодію всіх оболонок планети розглядають у кліматичній системі. Кліматична система – це атмосфера, гідросфера, літосфера, кріосфера та біосфера. Ці ланки кліматичної системи мають різні фізичні властивості. Так, об’єм атмосфери становить 3,82?10¹² км³ і 99,8% цього об’єму зосереджено в шарі висотою до 60 км. Маса повітря в цьому об’ємі становить 5,2?10¹⁸ кг. 97,2% гідросфери зосереджено у світовому океані: тут її об’єм становить 1,37?10⁹ км³, а маса 1,43?10²¹ кг. Тобто об’єм гідросфери майже в 279 разів менший ніж об’єм атмосфери, а її маса в 275 разів більша за масу атмосфери.

          Зараз радіо та телебачення широко розповсюджують прогнози погоди. Але часто виникає необхідність уточнити прогноз погоди на найближчий час або коли людина перебуває в полі без приймача. Таке уточнення можна зробити за спостереженнями в одному місці, тобто за місцевими ознаками погоди.

           Місцевими ознаками погоди називаються такі атмосферні процеси і явища, які вказують на можливість збереження поточного стану погоди або її зміни у найближчий час. Передбачити погоду за місцевими ознаками можна на найближчі 20-30хв, а можна і на 6-24 год. Слід пам’ятати, що користуючись місцевими ознаками, не можна робити категоричних висновків, цей висновок найімовірніший, отже і прогнози будуть справджуватись не завжди. Рослини, тварини та комахи своєрідно реагують на відповідні зміни в атмосфері. Ця реакція добре відома сільському населенню і передається із покоління в покоління. Цих ознак ми не розглядаємо, а розглядаємо лише фізично обґрунтовані.