Czynniki i procesy kształtujące klimat

O warunkach klimatycznych w różnych częściach kuli ziemskiej decyduje przede wszystkim szerokość geograficzna wpływająca na kąt padania promieni słonecznych, a tym samym - na ilość ciepła docierającego do powierzchni Ziemi. Z tego właśnie powodu strefy klimatyczne na kuli ziemskiej układają się w równoleżnikowe pasy.

Geograficzne czynniki klimatotwórcze

Na kształtowanie klimatu na kuli ziemskiej ogromny wpływ mają następujące czynniki geograficzne:

• szerokość geograficzna – decyduje o strefowości klimatycznej; od szerokości bowiem zależy wysokość Słońca nad horyzontem wpływająca na rozkład temperatur na kuli ziemskiej oraz długość trwania dnia i nocy,

• ukształtowanie terenu (rzeźba terenu) oraz wysokość nad poziomem morza - wraz ze wzrostem wysokości spada temperatura i ciśnienie, zmniejsza się zawartość pary wodnej w atmosferze, zwiększa się prędkość wiatru.; klimat górski cechuje znaczna ilość opadów rocznych (zwłaszcza po stronie dowietrznej), wzrost częstotliwości opadów śnieżnych i stosunkowo długi okres zalegania pokrywy śnieżnej; tu kształtują się procesy związane z efektem fenowym; w dolinach i kotlinach śródgórskich często obserwuje się inwersję termiczną; łańcuchy górskie, w zależności od swej rozległości, przebiegu oraz wysokości względnych mogą ułatwiać bądź utrudniać przemieszczanie się mas powietrza. Obserwuje się w nich nierównomierne nagrzewanie się stoków oraz zboczy w dolinach i kotlinach śródgórskich w zależności od ekspozycji względem stron świata,

• rozkład lądów i mórz – ma wpływ na występowanie kontynentalnych i morskich cech klimatu; kontynentalne masy powietrza zalegające lub przemieszczające się nad rozległymi obszarami lądowymi są bardziej suche niż morskie masy powietrza nad dużymi obszarami oceanów,

• pokrycie terenu – szata roślinna, jeziora i bagna, pokrywa śnieżna i lodowa czy infrastruktura miejska kształtują specyficzny klimat lokalny; na przykład na pustyniach obserwuje się duże dobowe wahania temperatury powietrza; grunt pozbawiony szaty roślinnej w ciągu dnia szybko się ogrzewa, zaś w nocy - szybko się ochładza, zwłaszcza przy bezchmurnym niebie; z kolei na terenie kompleksów leśnych występują małe wahania temperatur, zatrzymywane są duże ilości wilgoci, a ruch powietrza słabnie; sąsiedztwo jezior powoduje zmniejszenie kontrastów termicznych w ciągu doby i roku; jeziora i bagna zwiększają wilgotność powietrza; pokrywa śnieżna chroni grunt przed utratą ciepła oraz zmniejsza dobowe i roczne amplitudy temperatury podłoża; jednocześnie jej wysokie albedo (ok. 90%) oraz intensywne promieniowanie powietrza nocą obniżają temperaturę przygruntowej warstwy powietrza;

• prądy morskie – zimne prądy morskie zmniejszają ilość opadów, ochładzają wybrzeża oraz sprzyjają powstawaniu mgieł (tworzą się tam, gdzie zimne prądy morskie opływają obszary o wyższych temperaturach powietrza - mocno nagrzane); prądy ciepłe są przyczyną wysokich opadów i często podwyższonych temperatur w stosunku do pozostałych części lądu; ciepły Prąd Zatokowy powoduje ocieplenie Europy Zachodniej i zwiększone opady atmosferyczne; dla odmiany zimny Prąd Peruwiański przyczynia się do ochładzania i wysuszania wybrzeży w Chile i Peru,

• działalność człowieka (antropogeniczne czynniki klimatu) – gospodarcza działalność człowieka i rozwój motoryzacji powodują emisję zanieczyszczeń do atmosfery oraz zmianę jej składu chemicznego; poprzez tworzenie rozległych obszarów miejskich zmieniane są sposoby zagospodarowania i użytkowania terenu, a tym samym - cechy podłoża. W miastach tworzą się specyficzne klimaty miejskie.

Procesy kształtujące klimat

Klimat kształtowany jest przez następujące procesy:

• obieg ciepła – jedynym źródłem docierającej do powierzchni Ziemi energii cieplnej jest promieniowanie słoneczne; ilość tego promieniowania w poszczególnych częściach kuli ziemskiej zależy od usłonecznienia - sumaryczny czas (w ciągu doby, miesiąca lub roku), w którym na określone miejsce na powierzchni pada promieniowanie dochodzące bezpośrednio od tarczy Słońca oraz od szerokości geograficznej; zmienia się wówczas oświetlenie Ziemi, różna jest wysokość Słońca nad horyzontem w różnych porach roku, a w związku z tym - także długość dnia i nocy; jednocześnie pewna część promieniowania zostaje odbita przez powierzchnię planety. Miarą pozwalającą określić stosunek ilości promieniowania odbitego od powierzchni do ilości promieniowania słonecznego docierającego jest tzw. albedo,

• cyrkulacja powietrza – krążenie powietrza atmosferycznego na kuli ziemskiej odbywa się zarówno w kierunku poziomym, jak i pionowym; z cyrkulacją powietrza związany jest też przebieg wiatrów stałych (pasatów, wiatrów wschodnich i zachodnich), prądów powietrza (antypasatów), monsunów (czyli wiatrów sezonowych) oraz wiatrów lokalnych (fenów, bryz, cyklonów),

• obieg wilgoci – jest to zamknięty cykl procesów parowania, transpiracji, tworzenia się chmur, powstawania opadów atmosferycznych, spływu powierzchniowego, a także wsiąkania wody w podłoże.

Ruch obiegowy i obrotowy Ziemi

Ziemia jest w nieustannym ruchu, doskonale wiesz, że następstwem ruchu obrotowego jest występowanie dni i nocy. Ruch obiegowy wpływa natomiast na występowanie pór roku, przez co odgrywa rolę w kształtowaniu się klimatu. Ziemia na orbicie wykonuje również inne ruchy, które wykazują pewną cykliczność i mogą powodować zmiany klimatyczne.

R1APpKIaF9ep2

Na ilustracji w centrum znajduje się słońce, wokół którego zaznaczono cztery ujęcia kuli ziemskiej czterech dniach roku. Pomiędzy kulami biegną linie przerywane ze strzałkami, symbolizujące ruch po orbicie. Kule ziemskie mają zaznaczoną oś ziemi nieco przechyloną względem pionu. Pierwsze ujęcie podpisano jako 23 września. Na półkuli północnej panuje wówczas jesień, a na południowej wiosna. Drugie ujęcie to 22 grudnia. Na półkuli północnej jest zima, a na południowej lato. Trzecie ujęcie podpisano jako 21 marca. Na półkuli północnej panuje wówczas wiosna, a na południowej jesień. Czwarte ujęcie to 22 czerwca. Na półkuli północnej jest lato, a na południowej zima.

Cechy ruchu obiegowego Ziemi:

• czas trwania jednego obiegu Ziemi wokół Słońca to 365 dni, 5 godzin, 49 minut i 42 sekundy,

• Ziemia krąży wokół Słońca po eliptycznej orbicie, której średni promień wynosi 150 mln km,

• około 4 lipca Ziemia znajduje się w największej odległości od Słońca, osiągając tzw. aphelium (odległość wynosi ok. 152 mln km),

• około 3 stycznia Ziemia znajduje się w najmniejszej odległości od Słońca, osiągając tzw. peryhelium (odległość wynosi wówczas ok. 147 mln km),

• od strony północnej oś Ziemi zawsze wskazuje Gwiazdę Polarną,

• w trakcie ruchu oś ziemska jest stale nachylona do płaszczyzny orbity pod kątem 66°33’, a w stosunku do płaszczyzny równika – pod kątem 23°27’.

Konsekwencje ruchu obiegowego Ziemi:

• następstwo pór roku,

• zróżnicowany czas trwania dnia i nocy,

• zróżnicowana wysokość Słońca nad horyzontem na różnych szerokościach geograficznych,

• istnienie stref oświetlenia Ziemi,

• zjawisko dnia i nocy polarnej,

• rachuba czasu na Ziemi (kalendarz).

Ruch obrotowy decyduje o występowaniu dnia i nocy, ruch obiegowy zaś wpływa na zmianę długości ich trwania.

Cechy ruchu obrotowego Ziemi:

• pełny obrót trwa 23 godziny 56 minut 4 sekundy (jedną dobę),

• następuje wokół własnej osi z zachodu na wschód, w przeciwną stronę do ruchu wskazówek zegara,

• prędkość kątowa jest stała, dlatego każdy punkt na Ziemi (poza biegunami) obraca się w ciągu 24 godzin o 360° (w ciągu godziny o 15°, a w ciągu czterech minut o 1°),

• prędkość liniowa jest zróżnicowana: największa na równiku (1670,4 km/h) i coraz mniejsza w kierunku biegunów. Jedynie bieguny nie wykonują ruchu, stąd ich prędkość wynosi 0 km/h,

• ruch nie jest stały: ulega powolnym zmianom, głównie zwalnianiu.

Konsekwencje ruchu obrotowego Ziemi:

• następowanie po sobie dnia i nocy,

• dobowy rytm życia na Ziemi związany z dobową zmianą oświetlenia,

• zmiana czasu na kuli ziemskiej,

• pozorny ruch sfery niebieskiej, iluzja wschodu i zachodu Słońca; ruch Słońca ze wschodu na zachód po sklepieniu niebieskim widziany przez obserwatora z Ziemi to złudzenie wywołane ruchem Ziemi z zachodu na wschód; podobne złudzenie dotyczy ruchu gwiazd na nocnym niebie,

• spłaszczenie Ziemi na biegunach wynikające z siły odśrodkowej; promień biegunowy kuli ziemskiej jest mniejszy o ponad 21 km od promienia równikowego,

• zmniejszona siła ciążenia na równiku,

• istnienie siły bezwładności Coriolisasiła CoriolisaCoriolisa, która powoduje odchylenie poruszających się ciał w prawo na półkuli północnej i w lewo na półkuli południowej,

• pływy będące efektem oddziaływania sił grawitacyjnych Słońca i Księżyca oraz siły odśrodkowej związanej z ruchem obrotowym Ziemi,

• ruchy skorupy Ziemi.

R1WyYSiqLzKRj

Ilustracja przedstawia spłaszczenie kuli ziemskiej. Tłem ilustracji jest Ziemia jako dokładna kula, na której nałożono kształt kuli nieco spłaszczonej od góry i dołu. Zaznaczono Średnice pionowo i poziomo. Od przecięcia średnic do bieguna północnego wyznaczono promień biegunowy. Ma długość 6356,9 km kropka zaznaczono również promień równikowy. natomiast promień równikowy, zaznaczony jako prawa połowa średnicy poziomej, ma długość 6378,2 km. Obok zapisano: spłaszczenie A minus B równa się 21,3 km.

Oświetlenie Ziemi. Kąt padania promieni słonecznych

Niejednorodne oświetlenie Ziemi w poszczególnych jej częściach i w różnych porach roku wynika z faktu, że oś ziemska, wokół której Ziemia wiruje, jest stale nachylona do płaszczyzny orbity, po której Ziemia krąży wokół Słońca. Na Ziemi wyróżnia się trzy strefy oświetlenia.

Strefa międzyzwrotnikowa:

• rozciąga się między zwrotnikiem Raka a zwrotnikiem Koziorożca,

• w każdym miejscu tej strefy Słońce góruje w zenicie dwukrotnie w ciągu roku (nad zwrotnikami tylko raz),

• różnice w długości trwania dnia i nocy są niewielkie.

Strefa umiarkowana:

• rozciąga się między zwrotnikiem Raka a kołem podbiegunowym północnym oraz między zwrotnikiem Koziorożca a kołem podbiegunowym południowym,

• im bliżej kół podbiegunowych, tym wysokość górowania Słońca jest niższa; im bliżej kół podbiegunowych, tym większe różnice w długości trwania dnia i nocy.

Strefa okołobiegunowa:

• rozciąga się na północ od koła podbiegunowego północnego oraz na południe od koła podbiegunowego południowego,

• jest to jedyna strefa, w której występuje zjawisko dnia polarnego i nocy polarnej.

RXecZa6ItoCIF

Na ilustracji na kuli zaznaczono równik, na północ od niego Zwrotnik Raka, a dalej koło podbiegunowe północne, z kolei na południe od równika zaznaczono Zwrotnik Koziorożca, a dalej koło podbiegunowe południowe. Linie te są granicami poszczególnych stref oświetlenia Ziemi. Od Zwrotnika Raka do Zwrotnika Koziorożca występuje strefa międzyzwrotnikowa. Od Zwrotnika Raka do koła podbiegunowego północnego, a także od zwrotnika Koziorożca do koła podbiegunowego południowego występują strefy umiarkowanych szerokości kropka od kół podbiegunowych do biegunów występują strefy podbiegunowe.

Wraz ze zmianą oświetlenia Ziemi w ciągu roku zmienia się ilość energii słonecznej, która dociera do powierzchni planety. W określonych regionach Ziemi zmienia się wysokość i kierunek górowania Słońca w południe, długość dnia, temperatura powietrza, wilgotność powietrza, funkcjonowanie organizmów żywych. Stąd istnienie pór roku w strefach umiarkowanych.

Słowniczek