KLIMATOLOGIJA – nauka o klimi

Da bismo mogli da otpočnemo sa razmatranjem klimatskih elemenata i pojava, potrebno je definisati pojam klime. Možda je najbolje uzeti definiciju klime koju je objavio Međuvladin Panel za Klimatske Promene (Intergovernmental Panel on Climate Change – IPCC):

Klima u užem smislu je najčešće definisana kao „prosečno (srednje) stanje vremena“, ili preciznije, kao statistički opis srednjih vrednosti i varijabilnosti vremena, u opsegu od nekoliko meseci do nekoliko hiljada ili miliona godina. Standardni period je 30 godina, po definiciji Svetske Meteorološke Organizacije (World Meteorological Organization – WMO). Pomenute srednje vrednosti su pokazatelj ponašanja prostorno i vremenski promenljivih veličina, kao što su: temperatura, padavine i vetar. Klima u širem smislu predstavlja stanje, uključujući statistički opis, klimatskog sistema.

Reč klima potiče od starogrčke reči κλίμα (klima), koja ima isto značenje u kojem se i danas koristi.

Nešto drugačiju definiciju je dao Rubinstein (Rubinštajn) 1952. godine. Po njoj, klima je „prosek karakteristika vremenskih procesa, koji su uzrokovani Sunčevim zračenjem, osobinama podloge i atmosferskom cirkulacijom koja je zavisna od njih“. Dakle, i ovde se klima definiše kao „prosečno vreme“, ali se posebno definišu i razlozi klimatske raznovrsnosti Zemlje. Ovim se kaže sledeće: da su zračenje Sunca, albedo i temperaturna provodljivost tla ili morske struje drugačije – i klima bi sigurno bila drugačija.

Neke definicije klime ističu da se radi o klimi planete Zemlje, tako da se klimatologija, nauka koja proučava proces formiranja klime ograničava na proučavanje Zemljine klime. Ovo znači da se klimama drugih nebeskih tela (npr. Mars ili Jupiter) bave egzoklimatologija – nauka o klimama nebeskih tela, kao i naravno – astronomija.

Osim meteoroloških i klimatoloških definicija klime, postoji i biološka i geografska definicija. Po biološkoj definiciji, klima je kompleks klimatskih uslova koji sa drugim činiocima neke određene sredine određuju postojanje, razvitak, razmnožavanje i premeštanje živih organizama. Po geografskoj definiciji, klima je skup atmosferskih stanja koja vladaju na određenom delu površine Zemlje.

Klima se proučava preko posmatranja njenih elemenata, činilaca i modifikatora. U daljem tekstu bavićemo se njihovim opisom.

Osnovni pojmovi

Meteorologija i klimatologija

Pre svega, treba definisati razliku između ove dve grane atmosferskih nauka. Meteorologija i klimatologija, mada su dosta slične, ipak se razlikuju. Naime, dok meteorologija analizira atmosferske prilike u kraćim vremenskim periodima (obično do nekoliko nedelja), klimatologija se bavi izučavanjem klime u dužim vremenskim periodima, kao i studijom i analizom učestalosti određenih klimatskih uslova u bližoj i daljoj prošlosti. Klimatologija se deli na: opštu klimatologiju i klimatografiju.

Opšta klimatologija proučava fizičke osnove klime kao prosečnog stanja atmosfere, a klimatografija je prikaz klima pojedinih regija ili meteoroloških stanica. Savremena klimatologija je kompleksna nauka, jer osim pojedinačnih klimatskih elemenata istražuje i njihove međusobne odnose, kako bi se došlo do što pouzdanijih podataka. Kako je klima osim u prostoru, promenljiva i u vremenu, tako se unutar klimatologije razvila i paleoklimatologija, koja proučava klimu (daleke) prošlosti, kao i istorijska klimatologija, koja se bavi klimom u holocenu (najnovije doba, od 10.000 p.n.e. do danas), ali naročito u prethodne 3-4.000 godina.

U današnje vreme klimatologija postepeno postaje važnija čak i od same meteorologije, jer dok smo dosta sigurni u prognoze vremena na kratke staze, nesigurnosti u prognozi dugotrajnih promena izazivaju nedoumice, pa čak i tenzije.

 

Podela klime

 

Klima se deli po nivou posmatranja („veličini“), i to na: makroklimu, mezoklimu, topoklimu i mikroklimu.

Pod makroklimom se podrazumeva klima cele Zemlje ili nekog njenog velikog prostranstva, kao što su Pacifik, Sahara, Himalaji ili Sibir. Važno je da data oblast bude dovoljno homogena, jer pri posmatranju makroklime, cela oblast mora da se posmatra kao jedna celina. Kako bismo dostigli potrebnu tačnost klimatske analize, moraju se koristiti podaci mnogih meteoroloških stanica sa date oblasti za dug vremenski interval. Makroklima se odnosi na prostor prostornog razmera od 100 do 10000 km do visine od 10-12 km (do stratosfere).

Mezoklima, koja se često zove i lokalna klima, se odnosi na oblast manju od makroklimatske, ali koja i dalje predstavlja geografsku celinu. Primeri takvih celina su: šuma, brdo, rečna dolina, močvara, deo mora ili grad. Tu se takođe moraju posmatrati rezultati svih meteoroloških stanica teritorije, ali to nije dovoljno. Moraju se sprovesti i merenja na specijalnim lokacijama, kao što su vrh planine, najviši region grada, industrijski kompleks, oblast guste vegetacije, obala itd. Tu postaju posebno korisne automatske meteorološke stanice. Mezoklima se odnosi na prostor prostornih razmera od 1 do 100 km.


Topoklima
se odnosi na mali prostor koji se još može posmatrati kao geografska celina. Ovaj pojam je uveo Thorntwaite (Torntvajt) i odnosi se na prostore prostornih razmera od 0.1 do 1 km.

Mikroklima se odnosi na sasvim male oblasti, kao što su poljoprivredno zemljište, jedna padina orografskog sistema, deo šume, gradska četvrt ili vetrozaštitni pojas. Dok su sve ostale klimatološke razmere i geografske, mikroklima se odnosi na geografske veličine. Osobine mikroklime lako nestaju ako dođe do promena većeg intenziteta na mezonivou ili makronivou, kao što je ciklon ili neki front. Najizraženije su, dakle, ove osobine pri mirnom vremenu bez izrazitih vetrova. Pri posmatranju mikroklime koriste se podaci samo jedne, najbliže meteorološke stanice i mnogih merenja na karakterističnim mestima. Prostorni razmer na kojem se može posmatrati mikroklima je od 0.0001 km (10 cm) do 0.1 km (100 m).

Na osnovu dosadašnjeg izlaganja može se napraviti sledeća tabela radi lakše preglednosti:

Naziv Prostorni razmer (km) Visina (km) Primer Karakter
Makroklima 102-104 10-12 Panonska nizija Geografski
Mezoklima 100-102 10-12 Novi Sad Geografski
Topoklima 10-1-100 1 Petrovaradinska tvrđava Geografski
Mikroklima 10-4-10-1 0.1 Sahat-kula Ageografski

Tabela 1. Podela klime

Klima se može podeliti i na klimu atmosfere i klimu zemljišta. Razlika je u tome da pri posmatranju klime zemljišta ne posmatramo klimu do visine troposfere (10-12 km), nego samo u prizemnom sloju i u samom tlu. Klima zemljišta se znatno razlikuje od klime atmosfere, jer je tlo znatno manje homogeno od atmosfere. Mnogo je raznih minerala i biljaka, kao i podzemnih voda, čemu sličnih u vazduhu nema.

 

Klimatski elementi

Klimatske elemente delimo na: kosmičke, telurske, geološke i meteorološke. U kosmičke elemente spadaju Sunčevo zračenje i kratkotalasno zračenje neba. Telurski (tj. Zemaljski, zemljani) elementi su: Zemljino izračivanje, atmosfersko protivzračenje, količina radijacije poreklom iz unutrašnjosti Zemlje, i količina aerosola u atmosferi. Geološke elemente čine temperaturna i toplotna provodljivost zemljišta. Meteoroloških elemenata ima najviše: temperatura vazduha, temperatura zemljišta (na površini i u različitim dubinama tla), temperatura vode, atmosferski (vazdušni) pritisak, vlažnost vazduha, vlažnost zemljišta, oblačnost, osunčavanje (insolacija), intenzitet isparavanja, padavine (vrste i količina), odnos dužine dana i noći, pravac (smer) i brzina vetra, snežni pokrivač, elektricitet u vazduhu itd. Dakle, sve su to elementi klime, i sve te elemente treba uzeti u obzir pri analizi klime.

 

Klimatski faktori (činioci)

Rubinstein je imao drugačiji pogled na klimu, pa je sastavio svoju definiciju, u kojoj se javljaju sledeće grupe činilaca: astronomski, geografski i meteorološki. Astronomski činilac je rotacija Zemlje. Geografski činioci su geografska širina, raspored kopna i mora, nadmorska visina, reljef zemljišta (planine, brda, kanjoni itd.), vrsta podloge (kamenito ili peščano tlo, humus itd.) i vegetacioni pokrivač (šuma, trava, poljoprivredna kultura, trska ili pak pustinja). Među meteorološke činioce spadaju osobine atmosferske cirkulacije (pravac vetra), smena vazdušnih masa, osobine atmosfere (hemijski sastav, vlažnost, aerosoli itd.), oblačnost i padavine. Naravno, tu nedostaje jedna stvar, a to su antropološki činioci, tj. ljudski uticaj na klimu. Tu pre svega spada industrija i infrastruktura. Neke strukture menjaju klimu celih regija (brane koje stvaraju veštačka jezera), a i veliki broj manjih zgrada stvara svoju klimu. Industrija menja sastav atmosfere, a tačna priroda njenog uticaja se još istražuje.

 

Klimatski modifikatori

Dugim godinama posmatranja je ustanovljeno da su najvažniji činioci klime Sunčevo zračenje i osobine podloge. Na osnovu ovoga je napravljen model takozvane solarne klime. Radi se o savršenoj sferi čija površina je idealno homogena i na koju pada Sunčevo zračenje. U ovom modelu klima zavisi jedino od intenziteta Sunčevog zračenja, prividne visine Sunca i od dužine dana, a sve to su funkcije geografske širine i dužine, pa model postaje osno (oko Zemljine ose) i bilateralno (na ravan Zemljinog Ekvatora) simetričan. Sve izoterme bi bile paralelne sa Ekvatorom. I ne samo to, nego i vremenske promene bi bile u potpunosti repetitivne na dnevnom i godišnjem nivou. Na primer, petnaeste nedelje svake godine bi se na datoj teritoriji identično ponovio frontalni poremećaj. To je, dakle, solarna klima, koja je jedna idealizacija realne, fizičke klime. Kako bismo dobili model realne klime, moramo na ovaj model dodati klimatske modifikatore. Po tome, kolika je razlika između solarne i realne klime zbog uticaja nekog modifikatora, ti modifikatori se dele na modifikatore prvog, drugog i trećeg reda.

Klimatski modifikatori prvog reda su: nehomogenost Zemljine površine (podela na kopno i more), raspored kopna i mora na površini s obzirom na oblik obale, kao i susedstvo hladnih i toplih vodenih struja u okeanima i morima. Ovi modifikatori izazivaju velike promene u solarnoj klimi i važe za najjače modifikatore.

Klimatski modifikatori drugog reda su visina i pravac pružanja planinskih lanaca i reljef zemljišta, u šta spada i ekspozicija mesta. Pod ekspozicijom mesta se misli na izloženost mesta Sunčevim zracima.

Klimatski modifikatori trećeg reda su vegetacija (šume, džungle, poljoprivredne kulture, pašnjaci itd.), jezera, snežni pokrivač, i mnogi drugi modifikatori. Zanimljivo je istaći da često modifikatori trećeg reda modifikuju solarnu klimu više nego oni drugog reda.

Nesvrstan među ove modifikatore je rotacija Zemlje, koja ima itekako veliki uticaj na Zemljinu klimu. Razlog ovome je da je već u solarnoj klimi pretpostavka rotacija Zemlje, pa nam ne treba modifikator kako bismo dobili realnu klimu.

 

Primeri

Sada ćemo da se pozabavimo konkretnim uticajem raznih modifikatora na klimu planete Zemlje. Modifikatori su u daljem tekstu poređani po intenzitetu njihovih uticaja na klimu, počevši od najjačeg.

 

Uticaj Zemljine rotacije na klimu

Rotacija Zemlje je nepoznata činjenica već mnogo vekova. Tek je otkrivanjem Newtonovske fizike otkriveno da ona ima uticaj na kretanje tela, što mnogo govori o intenzitetu tog uticaja na svakodnevna kretanja. Naravno, kada se radi o ogromnim masama kao što je atmosfera Zemlje, ni najmanja sila se ne može zanemariti na globalnom nivou. Ovaj uticaj je poznat po imenu Coriolisova (Koriolis) sila. Radi se o uticaju neinercijalnosti sistema na kretanje tela unutar sistema. Pošto je rotaciono kretanje neinercijalno (intenzitet i smer kretanja sile možda ostaje stalan, ali pravac se stalno menja), kretanje tela na Zemlji je pod uticajem Coriolisove sile. Ova sila je, u stvari, vektorski proizvod vektora tela i vektora rotacije Zemlje. Kao posledica ove sile, vazdušne mase se ne kreću u pravoj liniji od mesta visokog do mesta niskog pritiska, nego skreću. Ovo skretanje se događa na severnoj hemisferi udesno, a na južnoj polulopti ulevo.

Pasati i antipasati struje od polova ka Ekvatoru i od Ekvatora ka polovima, respektivno. Da nema Coriolisove sile, njihov pravac bi bio meridialni, ali zbog ove sile je na 300 geografske širine na obe polulopte pravac pasata i antipasata paralelan sa Ekvatorom.

 

Uticaj kopna i mora na klimu

Voda i tlo se različito zagrevaju na suncu, jer imaju različite specifične toplote. Osim toga imaju i različita albeda, što znači da različito odbijaju svetlost. A tu je i činjenica da dok voda propušta svetlost i do 20 m dubine, tlo uopšte ne propušta svetlost. Voda se sporije greje i hladi od tla, pa na obalama voda uvek greje ili hladi zemlju. Ovo dovodi do pojave termičkih vetrova. Osim toga, u samoj vodi se stvaraju termičke struje koje izjednačavaju temperaturu vode, pa se toplija površina vode hladi od strane hladnijih dubinskih slojeva.

Zbog svih ovih razlika između kopna i mora, nastaju dva osnovna klimatska tipa: kontinentalni i maritimni. Naravno, dva tipa se svuda dodiruju, pa mora da postoji i treći, primorski tip. Razlike dva osnovna tipa su: godišnji hod temperature kontinentalnih klimatskih zona je mnogo veći nego u maritimnim, i do 6 puta veći; ovaj hod je kod maritimne klime umereniji nego kod kontinentalne; ekstremne temperaturne vrednosti su vremenski pomerene. Opšte je pravilo da što je površina kopna ili mora veća, veća je i izraženost kontinentalne odnosno maritimne klime. Mora se pomenuti i uticaj kopna i mora na količinu padavina. Naime, izvor ogromne većine svih padavina su topli okeani. Kao posledicu ovog imamo najkišovitije regije u okeanskim priobaljima (Engleska, Novi Zeland) i najsuvlje regije u centrima velikih kontinenata (Takla Makan, pustinje Novog Meksika).

Uticaj planina na klimu

Planine modifikuju klimu na tri osnovna načina: kao prepreke vetrovima, kao izvorišta vazdušnih strujanja i kao modifikatori lokalne klime. Kao prepreke vetrovima, velika gorja mogu da posluže kao svojevrsni termički izolatori, ako se pružaju u smeru istok-zapad. Temperature severno i južno od Alpa, Himalaja ili Kavkaza se znatno razlikuju bilo u leto ili u zimu. Planine prosto ne dozvoljavaju da se toplije i hladnije vazdušne mase sretnu i razmene količine toplote. Planine mogu da budu i izvirišta vazdušnih strujanja u obliku termičkih vetrova. Naime, padine i doline imaju različite nagibe, pa ih Sunce različito greje, obično doline više nego planine. Kao posledica, danju duvaju lokalni vetrovi uz planine. Kao modifikatori lokalne klime, planine potpuno menjaju svaki aspekt klime, pa se vode kao poseban klimatski tip unutar kontinentalnog – planinski tip. Kao prvo, menjaju uticaj Sunčevog zračenja. Što je planina viša, to ima manje atmosfere iznad nje i to je atmosfera ređa. Ovo prouzrokuje veće direktno zračenje u visokim planinama. Ovo uobičajeno ne ide zajedno sa višim temperaturama, ali zato je koža ipak izložena intenzivnom zračenju. Zemljino izračivanje raste sa visinom zbog sve većih razlika između gustine tla i vazduha. Dakle, svu toplotu koju planine sakupe tokom dana izrače tokom noći. Ova intenzivna razmena toplota prosto uništava stene pretvarajući ih u pesak, koji planinski vetrovi brzo raznesu.

Temperatura vazduha takođe opada sa nadmorskom visinom, što je možda najupečatljivija razlika između nizije i planina. Osim toga, planine su često obmotane oblacima, jer vazdušne mase, koje se sudare sa planinom počnu naglo da se adijabatski hlade, što uzrokuje stvaranje oblaka i padavine.

Planine utiču i na frontove. Kada front stigne do planine – uspori, jer ne može da prođe preko nje. Umesto toga mora da je zaobiđe ili da „sakuplja snagu“ kako bi se popeo preko planine, tj. front dobija potisak od vazdušne mase koja ga gura dok ta sila ne postane dovoljna za prelazak preko prepreke. Obično se dogodi i jedno i drugo, i frontu treba nekoliko stotina kilometara posle planinske prepreke da se vrati u svoje pređašnje stanje.

Uticaj jezera na klimu

Jezera su jedan oblik vodenih basena, pa da vidimo njihovu klasifikaciju po uticaju na klimu: veliki baseni (okeani i mora) su značajni modifikatori; prirodna i veštačka jezera su takođe značajni modifikatori, ali u srazmeri sa svojom veličinom; i močvare su značajni modifikatori u srazmeri sa svojom veličinom, a usput i povećavaju verovatnoću za pojavu mraza; velike reke su od istog značaja kao i jezera; male reke i kanali su od zanemarljivog klimatskog značaja. Dakle, uticaj jezera na klimu je u srazmeri sa njihovom veličinom. Ti uticaji su sledeći: manje kolebanje temperature na dnevnom i godišnjem nivou povećava vlažnost vazduha i neznatno povećava količinu padavina. Dalje, povećava i brzinu lokalnih vetrova. Jezera koja se zimi zamrznu imaju isti uticaj na klimu u tom godišnjem dobu kao da ih i nema, kao da su deo tla. Što je jezero dublje, manja je verovatnoća da će se zamrznuti tokom zime, jer jezero akumulira termičku energiju u celoj svojoj zapremini i sva toplota mora da se preda hladnijem vazduhu, kako bi došlo do zamrzavanja površine.

Uticaj prirodnih pokrivača na klimu

Među prirodne pokrivače spadaju sneg, led i raznovrsni biljni pokrivači. Ovo su sve modifikatori klime trećeg reda. Najpre pogledajmo uticaj biljaka na klimu, jer je biljni pokrivač najrasprostranjeniji i najdugotrajniji od tri ponuđene varijante. Dok biljaka ima na svim kontinentima (čak i na Antarktiku ima lišajeva i gljiva), veći snežni i ledeni pokrivači su malo zastupljeni u svetu tokom cele godine, sem polarnih kapa i visoravni. Dakle, klima teritorije pod biljnim pokrivačem i puste teritorije moraju da se razlikuju, jer su specifične toplote raznih biljaka manje od specifičnih toplota raznih vrsta tla. Razlog ovome je velika količina vode u biljkama (i do 80%). Ovo ima za posledicu da se regije gustog bilja manje zagrevaju i manje hlade od pustih regija. Zatim, krošnje drveća još i upijaju velike količine toplotne energije, koju pretvaraju u hemijsku. Krošnje deluju i kao svojevrsni suncobrani, zasenjujući prostor ispod sebe. Ovo dalje smanjuje temperaturu. U biljnim sklopovima je brzina vetra dosta smanjena zbog prepreka. Nasuprot ovome, vetrovi postaju brži iznad šuma, jer su istisnuti iz prizemnog sloja mnogobrojnim preprekama. Ovo povećanje brzina nastaje jer sveukupna visina zone vetra ne raste, a gubi se dubina, što dovodi do povećanja gustine strujnih linija. Povećanje brzine vetra je osetno iznad šuma i do 300 m visine.

Snežni pokrivač se odlikuje svojom osobinom lošeg provodnika toplote. Kao takav štiti biljke od smrzavanja kao termoizolator. Može čak za 220 C da poveća temperaturu tla na dubini od 20 cm u poređenju sa tlom bez pokrivača. Sa druge strane, odbija i do 80% svetlosti. Ovo ne samo da sprečava zagrevanje tla, nego može da izazove i slepilo. Kada krene toplije vreme, prvo sneg mora da se otopi kako bi došlo do zagrevanja tla. Prolećno topljenje snega je glavni uzrok povišenog nivoa vode u to doba godine. Česti su prolećni plimni talasi na velikim rekama. Snežni pokrivač utiče i na brzinu vetra. On usporava vetar, jer mu je površina hrapava.

S obzirom na činjenicu da su ovo samo osnovni pojmovi o klimi, a i oni su veoma komplikovani i zavise od mnogo različitih faktora, očigledno je da je veoma teško analizirati određenu klimu, a kamoli predvideti njene buduće promene. Upravo zbog toga je potrebno prikupljati podatke i stvarati sve potpunije kompjuterske modele klima, kako bismo što bolje razumeli i predvideli buduće vremenske promene i klimatske procese.

 

Copyright © 2011. MeteoLogos – svet meteorologije (Sva prava zadržana)