РЕКРЕАЦІЙНА КЛІМАТОЛОГІЯ Викладач: Бойченко Світлана Григорівна професор кафедри міжнародного туризму, доктор географічних наук
ОБ'ЄКТ ДОСЛІДЖЕНЬ РЕКРЕАЦІЙНОЇ КЛІМАТОЛОГІЇ: Øклімат і властивості атмосфери, як фактор навколишнього середовища; Ø вплив метеорологічних елементів і геофізичних факторів на людину; Ø явища метеотропності, адаптації та акліматизації людини; Ø еколого-кліматична оцінка умов комфортної життєдіяльності, рекреації, лікування населення
Клімат – статистичний опис середньої величини і мінливості відповідних кількісних параметрів протягом періоду часу, який може коливатися від декількох місяців до тисяч і мільйонів років (за визначенням ВМО, класичним періодом вважається 30 років) Climate change, 2007 Лекція 1 ОСОБЛИВОСТІ СУЧАСНИХ ЗМІН КЛІМАТУ
“ Основи сучасної кліматології ” Клімат – це статистичний ансамбль станів, які проходить система атмосфера-океан-суходіл за періоди часу в декілька десятиліть. Монін О. С. , 2005 Клімат – статистичний опис середньої величини і мінливості відповідних кількісних гідрометеопараметрів протягом періоду часу, який може коливатися від декількох місяців до тисяч і мільйонів років (за визначенням ВМО, класичним періодом вважається 30 років) Climate change, 2001
ОСНОВНІ КЛІМАТОУТВОРЮВАЛЬНІ ФАКТОРИ Вплив природних фізичних і фізико-хімічних факторів, які відповідальні за формування різномасштабних і різноперіодних коливань глобального та регіонального клімату, слід вивчати у всіх ланках земної кліматичної системи (ближній космос–атмосфера–океан–кріосфера–біосфера-літосфера ), ці фактори розбивають на наступні три групи: Ø астрономічні фактори, обумовлені варіаціями параметрів земної орбіти (ексцентриситету, нахилу земної осі до екліптики, зміною моменту часу рівнодень, коливаннями центру інерції Сонячної системи тощо), а також фізичними процесами і в Сонячній системі, і, безпосередньо, в Сонці;
Ø геофізичні фактори, пов’язані зі змінами властивостей Землі, як планети: ефективний розмір, маса планети, швидкість її обертання навколо осі, трансформація гравітаційних і електромагнітних полів, внутрішні джерела тепла, властивості земної поверхні, тектонічна і вулканічна діяльність, інтенсивність обміну між різними ланками земної кліматичної системи; Ø метеорологічні фактори, пов’язані з фізичними і фізико-хімічними процесами безпосередньо в атмосфері, а також процесами, які пов’язані з характером загальної циркуляції атмосфери і Світового океану, та взаємообміном теплом і речовиною між Океаном і підстилаючою поверхнею.
МОДЕЛЬ СТАЦІОНАРНОГО ГЛОБАЛЬНОГО КЛІМАТУ Т* – температура (радіаційна) електромагнітного випромінювання планети в космос (К); Планетарне альбедо ± 20 Вт/м Солнечна стала S = 1360= 0, 30± 0, 012 Сонячною сталою називають повний потік енергії сонячного електромагнітного випромінювання, що проходить через одиничну площадку, розташовану перпендикулярно до сонячних променів на середній відстані Землі від Сонця за межами атмосфери (в сучасну епоху S=1360 20 Вт/м 2 – результат Фрьоліха) = 0. 30 Альбедо (лат. albus – білий) – безрозмірна величина, що характеризує відбивну здатність тіла або системи тіл Стала Больцмана = 5, 67 10 -8 Вт/(м 2 К 4)
Відносний розподіл потоку енергії Сонця за довжинами хвиль Спектрал ь-ний інтервал, мкм Щільніст ь потоку, Вт/м 2 Внесок у сонячн у сталу, % Ультрафіолето вий діапазон 0, 15 -0, 21 0, 18 0, 013 0, 21 -0, 30 15, 5 1, 13 Оптичний і ближній інфрачервоний діапазон 0, 30 -0, 33 22, 0 1, 60 0, 33 -0, 66 540 39, 3 0, 66 -0, 88 272 19, 8 0, 88 -1, 25 248 18, 1 1, 25 -2, 50 228 16, 6 2, 50 -10, 0 46, 5 3, 4 >10, 0 0, 78 0, 057 Клас Інфрачервоний діапазон Далекий інфрачервоний діапазон і радіодіапазон Відносний внесок різних середовищ Землі в планетарне альбедо Середови ще Внесок, % Безхмарна атмосфера Хмарний покров Земна поверхн я 26, 7 50 23, 3 Відносний внесок у засвоєння енергії різними середовищами Землі Середовищ е Внесок, % Безхмарн а атмосфер а Хмарний покрив Земна поверхня 32 8 60
Типові значення альбедо різних складових земної поверхні і планет Сонячної системи Поверхня Ареали і ґрунти: Сніг, що тільки випав Сніг, випав декілька днів назад Морський лід Арктичний лід Піщані дюни, сухі Піщані дюни, вологі Грунт темний Чорнозем вологий Чорнозем сухий Грунт вологий сірий Грунт, сухий глина або сірий Грунт сухий, світлий пісок Бетон сухий Дорога з чорним покриттям Альбедо, % 75 -95 40 -70 30 -40 51 -43 35 -45 20 -30 5 -15 8 14 10 -20 20 -35 35 -45 17 -27 5 -10 Поверхня Планети Сонячної системи: Меркурій Марс Венера Земля Місяць Юпітер Сатурн Уран Нептун Плутон Альбедо, % 5 -6 16 76 34 -42 6 -7 73 76 93 84 14? Природна поверхня: Шкіра людини темна блондин брюнет 16 -22 43 -45 35 Пустеля Саванна в сухий сезон Саванна у вологий сезон Зелений лук Ліс листяний Ліс хвойний Тундра Культивований ландшафт Польові культури зернові 25 -30 15 -20 10 -20 5 -15 15 -20 14 10 -25 15 -25
МОДЕЛЬ СТАЦІОНАРНОГО ГЛОБАЛЬНОГО КЛІМАТУ Потік енергії Сонця, що засвоюється Землею Q Т*4 = 1/4 S (1 - ) 238 Вт/м 2 = 0, 30, S = 1360 Вт/м 2, =5, 67 10 -8 Вт/(м 2 К 4)), Земля випромінює енергію в Космос так, начебто її температура Т*= 254, 5 К або – 18, 5 о. С Але сучасна глобальна температура То = +15 о. С. Різниця між реальною температурою і температурою випромінювання Tо=33, 5 о. С формується атмосферним парниковим ефектом
РОЛЬ ПАРНИКОВИХ ГАЗІВ У ФОРМУВАННІ ТЕРМІЧНОГО РЕЖИМУ ПЛАНЕТИ Відносний внесок різних парникових газів в атмосферний парниковий еф Газ H 2 O CO 2 O 3 (троп) N 2 O CH 4 NH 3+фреони +CCl 4+CF 4 +NOx+… Центри основних смуг поглинання, мк 1 2, 3 -3, 9; 2 8 -12 1 4, 184, 6; 2 13 -18 1 4, 75; 2 9, 6 1 7, 8 0, 3 ; 2 8, 6 0, 3 2 7, 6 1 3 -3, 6 Тривалість життя молекули, роки 8 -10 днів 5 -100 Декілька годин 90 -150 10 -20 50 -500 К 20, 4 7, 1 2, 3 1, 3 0, 7 1, 7 % 61 21 7 4 2 5 28 -30% 5 -10% За останні 30 років 200 -215 % 1 -2% За останні 30 років Внесок парникового газу в T(X) в Підвищення вміст газу в атмосфері за останні 100 -150 років на 5 -10% 12 -15%
Термін «радіаційний форсинг» використовується в матеріалах IPCC - з метою відокремлення впливу різних зовнішніх і внутрішніх факторів, які можуть вносити різний вклад у бюджет енергії земної кліматичної системи. Оцінюють радіаційний форсинг (радіаційний вплив), як величину змін (відхилень від якогось визначеного рівня) в потоці енергії радіаційного випромінювання знизу вверх через тропопаузу - внаслідок внутрішніх або зовнішніх змін у різних ланках кліматичної системи, наприклад, через зміни концентрації парникових газів в тропосфері, або вмісту атмосферних аерозолів, або потоку енергії від Сонця (виражають у Вт/м 2 – для тропопаузи.
РОЛЬ ПАРНИКОВИХ ГАЗІВ У ФОРМУВАННІ ТЕРМІЧНОГО РЕЖИМУ ПЛАНЕТИ Складові радіаційного форсингу Вуглекислий газ (CO 2) Метан (СН 4) Закис азоту (N 2 O) Галокарбони Стратосферний озон Тропосферний озон Стратосферна водяна пара від СН 4 Альбедо (землевикористання) Приземне альбедо Аерозоль (загальний) Вулканічна діяльність Альбедо (хмари) Зміни енергії сонячної радіації Внесок всіх складових ( разом) Середня оцінка внеску, Вт/м 2 1, 66 0, 48 0, 16 0, 34 -0, 05 0, 35 0, 07 – 0, 20 0, 10 – 0, 50 до – 0, 70 0, 12 1, 60 Межі коливань, Вт/м 2 1, 49 1, 83 0, 43 0, 53 0, 14 0, 18 0, 31 0, 37 – 0, 15 0, 05 0, 25 0, 65 0, 02 0, 12 – 0, 40 0, 20 – 0, 90 – 0, 10 до – 0, 7 – 1, 80 – 0, 30 0, 06 0, 30 0, 60 2, 40
ГЛОБАЛЬНІ ЗМІНИ КЛІМАТУ Зміни глобального клімату, які розпочалися наприкінці ХІХ ст. і з посилилися в 20 ст. и на початку 21 ст. , вважають спровоковані антропогенним підсиленням парникового ефекту (до ~80± 10%), а також і природними факторами. Підвищення вмісту парникових газів в атмосфері (СО 2 на 2830%, СН 4 – на 200 -215 %, а N 2 О – на 12 -15% тощо) і стало основною причиною підняття глобальної приземної температури та зростання загальної кількість атмосферних опадів. В результаті статистичного аналізу емпіричних рядів глобальних середньомісячних аномалій температури, опублікованих IPCC, встановлено, що протягом 1900 -2000 рр. підвищення температури склало біля 0, 6 0, 1 о. С/100 років, але в останні 50 років приземна температура підвищувалася з більшими темпами – на 0, 15 0, 02 о. С/10 років. Таким чином, темп зростання температури у другій половині ХХ ст. майже вдвічі більший, ніж за останні 100 років.
Віковий хід глобальної приземної температури за період 1880 -2009 рр. та сценарні оцінки для періоду 2000 -2050 рр. 0. 8 0. 4 0. 8 Аномалії температури, о. С 0. 2 0. 0 -0. 2 -0. 4 2050 2040 2030 2020 2010 2000 1990 1980 1970 1960 1950 1940 1930 1920 1910 1900 1890 -0. 6 1880 Аномалії температури, о. С 0. 6 0. 4 0. 2 0. 0 1995 2000 2005 2010 2015 2020
ЗМІНИ СУМ АТМОСФЕРНИХ ОПАДІВ ПРИ ПОТЕПЛІННІ За оцінками міжнародних експертів загальна глобальна кількість атмосферних опадів у ХХ ст. збільшилась на 5 -10%. Але у низьких широтах спостерігалось, як збільшення, так і зменшення опадів - в залежності від географічного регіону: наприклад, у тропіках (10 о пн. ш. -10 о пд. ш. ) відмічено збільшення кількості опадів до 5%, а в у субтропіках на широтах 10 -30 о пн. ш. і пд. ш. (Сахельська пустеля, Південна Африка і деякі регіони Південної Азії та Середземномор’я) їх кількість зменшилась в середньому на 5 -10%. В регіонах, розташованих у середніх і високих широтах Північної півкулі, де відмічено зростання кількості опадів, мало місце і збільшення повторюваності несприятливих кліматичних явищ. Інтенсифікація атмосферних опадів привела до збільшення повторюваності злив на 5 -10% і, як не дивно, до збільшення повторюваності посушливих явищ (через інтенсифікацію процесів випаровування і синоптичних процесів).
ЗМІНИ ЗОНАЛЬНОЇ ТЕМПЕРАТУРИ І СУМ АТМОСФЕРНИХ ОПАДІВ ПРИ ПОДАЛЬШОМУ ПОТЕПЛІННІ Сценарії зміни зональної річної суми опадів в Північній півкулі при змінах глобальної температури: 1 – сучасний широтний розподіл, 2 – при потеплінні на 1, 5 о. С; 3 – при потеплінні на 4, 5 о. С За матеріалами інструментальних спостережень глобальна кількість атмосферних опадів у ХХ ст. збільшилась в середньому на 5 -10%
• • виражений сезоннийглобальногохарактеризується проявом ефекту Особливості хід потепління, що потепління клімату: потепління в холодний період року – підвищення температури в середньому на 0, 75 0, 05 о. С/100 років, а в теплий період – на 0, 55 0, 05 о. С/100 років. Виявлені тенденції вказують і на прояв ефекту деконтиненталізації клімату на материках (зниження амплітуди сезонного коливання температури); сезонне зміщення домінуючого рівня потепління протягом минулого століття вперед на 2 -3 місяці. Встановлено, що максимум потепління в першій половині 20 ст. був характерний для періоду жовтень-лютий, а мінімум – травень-липень; а в другій половині 20 ст. максимум потепління змістився на лютий-квітень, а мінімум – на липень-вересень. Ймовірно, що цей ефект може бути причиною збільшення повторюваності несприятливих клімато-екологічних явищ, особливо у гірських регіонах; залежність розподілу потепління клімату від широти - в екваторіальнотропічних широтах темпи потепління менші від загальних глобальних і становлять 0, 4 0, 1 о. С/100 років, у помірних широтах потеплішало майже на 0, 7 0, 2 о. С/100 років, а в високих широтах потепління досягає аж 2, 0 0, 5 о. С/100 років, що у 3, 0 -3, 5 рази перевищує глобальний рівень. Такий розподіл потепління приводить до інтенсивного танення гірських і морських льодів у високих широтах та деградації зони віковічної мерзлоти; зниження перепаду температур екватор-полюс, що може призводити до змін загальної циркуляції атмосфери. Сучасний перепад температури екватор-полюс в Північній півкулі становить 43± 1 о. С, при потеплінні на 1, 5 о о
Особливості глобального потепління клімату: • виражений сезонний хід потепління, що характеризується проявом ефекту потепління в холодний період року – підвищення температури в середньому на 0, 75 0, 05 о. С/100 років, а в теплий період – на 0, 55 0, 05 о. С/100 років. Виявлені тенденції вказують і на прояв ефекту деконтиненталізації клімату на материках (зниження амплітуди сезонного коливання температури); • сезонне зміщення домінуючого рівня потепління протягом минулого століття вперед на 2 -3 місяці. Встановлено, що максимум потепління в першій половині 20 ст. був характерний для періоду жовтень-лютий, а мінімум – травень-липень; а в другій половині 20 ст. максимум потепління змістився на лютийквітень, а мінімум – на липень-вересень. Ймовірно, що цей ефект може бути причиною збільшення повторюваності несприятливих клімато-екологічних явищ, особливо у гірських регіонах;
• залежність розподілу потепління клімату від широти - в екваторіально-тропічних широтах темпи потепління менші від загальних глобальних і становлять 0, 4 0, 1 о. С/100 років, у помірних широтах потеплішало майже на 0, 7 0, 2 о. С/100 років, а в високих широтах потепління досягає аж 2, 0 0, 5 о. С/100 років, що у 3, 0 -3, 5 рази перевищує глобальний рівень. Такий розподіл потепління приводить до інтенсивного танення гірських і морських льодів у високих широтах та деградації зони віковічної мерзлоти; • зниження перепаду температур екватор-полюс, що може призводити до змін загальної циркуляції атмосфери. Сучасний перепад температури екватор-полюс в Північній півкулі становить 43± 1 о. С, при потеплінні на 1, 5 о. С від становитиме 39± 1 о. С, а при 4, 5 о. С дорівнюватиме 29± 1 о. С.
Відхилення температури від рівня 2000 року Сценарії можливих змін глобальної середньорічної приземної температури для першої половини ХХІ ст. 2 1. 5 -1 -4 -7 -2 -5 -8 1 і 2 – сценарії Інституту Макса Планка, основані на математичних кліматичних моделях (відповідно, без врахування і з врахуванням впливу аерозольної складової атмосфери); 3 і 4 – розрахунки за логарифмічним законом залежності аномалій температури від варіацій вмісту СО 2 в атмосфері для двох граничних значень Т 1/2 – 1, 5 і 4, 5 о. С; 5 – екстраполяція лінійного тренду ХХ ст. , 6 – напівемпірична модель (екстраполяція тенденцій ХХ ст. : лінійний тренд + квазіперіодичне коливання в гармонічному наближенні); 7 і 8 – сценарії IPCC, 2007. -3 -6 1 0. 5 0 -0. 5 2000 2010 2020 2030 2040 2050 За сценарними оцінками, отриманими різними групами міжнародних експертів зі змін клімату, найбільш ймовірно, що через вплив антропогенних і природних факторів до кінця 21 ст. можна очікувати підвищення глобальної температури на 2, 0 -2, 5 о. С – у порівнянні з доіндустріальним періодом (1750 -1850 рр. ). Сценарії Сценарні оцінки IPCC (2007) CO 2, млн-1 CH 4, млн-1 535 55 2, 9 0, 9 N 2 O, млрд-1 Т, о. С 395 45 1, 2 -5, 8
ЕКОЛОГІЧНІ ТА СОЦІАЛЬНО-ЕКОНОМІЧНІ НАСЛІДКИ ВІД ГЛОБАЛЬНИХ ЗМІН КЛІМАТУ Глобальні зміни у навколишньому середовищі, які вже відбулися і будуть в майбутньому, можуть призвести до різних крупномасштабних змін у геофізичних, геохімічних і біологічних системах Землі і істотним чином вплинути на екологічні та соціально-економічні умови життєдіяльності людства, а саме: • підвищення рівня Світового океану за останні 100 -150 років рівень Світового океану піднявся на 0, 15 -0, 20 м, а згідно зі сценаріями до кінця 21 ст. можна очікувати підняття рівня до 0, 5 -0, 6 м і, навіть, до 1 м, і як наслідок, – трансгресія океану на прибережні низовинні ландшафти; • інтенсифікація процесів ерозії берегів через захоплення океанічними водами частини прибережних територій (особливо для перенаселених прибережних територій з розвинутою туристичною інфраструктурою); деградація земних і морських екосистем (на початок 21 ст. майже 10% морських екосистем уже повністю зникли, а 30% знаходяться в критичному стані), пов’язана з підвищенням поверхневої температури океанічних вод, змінами у циркуляції океанічних течій та антропогенним забрудненням вод - може стати причиною зниження якості туристичних послуг;
• деградація морських льодів в полярних регіонах. За останні 100 років льодовикова маса Землі зменшилась на ~1, 9 тис. км 3. Протяжність морського льодового покриву в Північній півкулі теплого сезону зменшилася, починаючи з 1950 -х років, на 10 -15%. Матеріали полярних досліджень вказують на зростання температури води на 2 о. С в районі Північного полюса, внаслідок чого розпочалося танення льодового покриву і знизу. Загальна товщина морських льодів за останні 30 років стала меншою на 1, 8 -3, 0 м; • деградація зони віковічної мерзлоти у Північній півкулі провокує ще більші зміни клімату, через дегазацію метану в атмосферу із заболочених ділянок та через зменшення альбедо земної поверхні, а також інтенсифікує ряд небезпечних явищ і процесів, наприклад, берегову ерозію на північних узбережжях (берег Карського моря відступає щорічно на 2 -4 м) та розвиток термокарсту, що призведе до нерівномірних просадок ґрунту, порушення рельєфу і спровокує руйнування фундаментів, поховань радіоактивних відходів і транспортних та нафтогазових магістралей. За різними сценаріями площа вічної мерзлоти при потеплінні на 20 С може скоротитися на 15 -20%; • деградація площі снігового покриву в ХХ ст. становить 7 -10%, крім того, зафіксовано скорочення на ~7 3 днів тривалості покриття льодовим покривом озер і річок в середніх і високих широтах, а також відступ гірських льодовиків. Все це може призвести до зменшення альбедо, змін у водному балансі підземних і поверхневих вод;
• деградація ґрунтів, пов’язана з сучасними населення призводять до необхідності землекористування. За останні 40 років втрачено земель внаслідок урбанізації, будівництва доріг, заболочування ґрунтів; темпами приросту збільшення площ біля третини орних ерозії, засолення і • деградація гірських материкових зледенінь, через інтенсивніший прояв потепління з висотою, що у свою чергу може призвести до зсуву строків водотоків від весняного до зимового періоду та зміщення зон дислокації флори і фауни, притаманної гірським регіонам, а також до фінансових збитків, в тому числі в туристичній індустрії; • просторова трансформація природних зон дислокації флори і фауни в сторону полярних регіонів і вверх по висоті ландшафтів над рівнем моря; • трансформація загальної циркуляції атмосфери, з посиленням меридіонального характеру циркуляції атмосфери і, як наслідок, до зростання повторюваності і загостреності небезпечних явищ погоди: тривалих і сильних морозів на загальному фоні теплих зим, циклонів тайфунів або торнадо в тропічних регіонах, катастрофічних синоптичних утворень в помірних широтах тощо;
• опустелювання. Уже збільшились географічні масштаби аридизації, особливо в літний період, а також повторюваність та інтенсивність посух в деяких регіонах Азії, Африки і Південної Європи; • виснаження запасів прісної води. На даний час біля 2 млрд. людей в 80 країнах світу живуть в умовах обмеженого забезпечення питною водою, а у 9 країнах споживання води перевищує швидкість її відновлення; • збільшення кількості «екологічних біженців» . За даними ООН в найближчі роки у світі з'явиться майже 50 млн. чоловік, які покинуть свої місця проживання, рятуючись від стихійних лих. Причинами появи мільйонів «екологічних біженців» є підвищення рівня Світового океану, опустелювання та інші несприятливі стихійні явища. По оцінках Організації Червоного Хреста природні катаклізми є причиною появи більшого числа біженців, чим війни.
Скачать презентацию РЕКРЕАЦІЙНА КЛІМАТОЛОГІЯ Викладач Бойченко Світлана Григорівна професор кафедри
Lection-01-2013.pptx