7.1. Кліматична система

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.

Атмосфера та гідросфера мають також різну теплоємність та теплопровідність. Питома теплоємність води наближено в 4 рази більша, ніж теплоємність повітря. Теплопровідність води наближено в 20 разів більша. Тому вода світового океану є добрим акумулятором сонячної енергії протягом літа. Це тепло поступово протягом зими надходить в атмосферу. Просторові та часові зміни параметрів атмосфери значно більші, ніж гідросфери. Атмосфера – найрухливіше середовище. Швидкість вітру біля земної поверхні становить кілька метрів за секунду, а у вільній атмосфері – кілька десятків метрів за секунду. Середня ж швидкість океанічних течій близько 3,5 см/с. Отже, швидкість перемішування повітря на два порядки більша, ніж води. Але у порівнянні з іншими ланками кліматичної системи гідросферу слід вважати дуже рухливою. Тим більше, що в океанах відкрито вихори подібні до атмосферних циклонів та антициклонів, вихороподібні кільцеві структури (“ринги„) з діаметром до 100 км, які мають водні маси з іншими властивостями. Виявлені також глибинні течії.

Кріосфера включає морську кригу та кригу льодовиків на суходолі, а також сніговий покрив. Об’єм криги земної кулі становить 24∙10⁶ км³. За дослідженнями із космосу крига та сніг займають близько 10% поверхні Землі тобто 59∙10⁶ км², у тому числі крига материків займає 16∙10⁶ км². 90% площі цієї криги припадає на Антарктиду, 8% − на Арктику та 2% − на гірські райони суходолу.

Морська крига займає 26∙10⁶ км², але залежно від сезону площа морської криги дуже змінюється. Так, в Арктиці влітку морська крига займає 8∙10⁶ км², а зимою ця площа збільшується до 18∙10⁶ км². Навколо Антарктиди влітку крига займає близько 2∙10⁶ км², а взимку площа збільшується майже в 10 разів. Протягом року значно змінюються і межі розповсюдження криги. Зимою в окремі роки в атлантичних та індійських водах південної півкулі морська крига може розповсюджуватись до 60-55⁰ пд. ш.

Великі площі займає також сніговий покрив – близько 17∙10⁶ км². Найбільші його площі спостерігаються у північній півкулі у лютому. Тут він поширюється на значній частині Євразії та Північної Америки. Південна межа снігового покриву постійно змінюється у великих межах.

Літосфера в кліматичній системі є найконсервативнішим компонентом. Основні фізичні характеристики її поверхневого або діяльного шару змінюються порівняно мало під впливом ґрунтотворних процесів, вітрової та водної ерозії, висушування та зміни лісистості тощо. Деякі властивості поверхні суходолу інколи змінюються досить швидко. Так, альбедо та теплопровідність ґрунту суттєво змінюється при зволоженні та при обробці ґрунту для сільськогосподарського виробництва.

Властивості біосфери визначаються переважно рослинністю. Умови засвоєння сонячної радіації, тепло- та вологообмін з атмосферою, поверхневий стік, і відповідно вологообмін суходолу з океаном, визначають площі рослин, їх види, періоди вегетації. В умовах сільськогосподарського виробництва межі рослинного покриву безперервно змінюються. Крім того, вони змінюються в результаті вирубування лісів, особливо у тропічних широтах. До цього ж призводить випасання худоби, особливо в посушливих районах, що призводить до збільшення площ пустель, особливо помітно в Африці, де південна межа Сахари невпинно поширюється далі до екватора.

Компоненти кліматичної системи постійно взаємодіють, вони мають складні прямі та зворотні нелінійні зв’язки і обумовлюють одна одну. Прикладів такої складної взаємодії багато. Так, незважаючи на порівняно малу масу атмосфери, обмін кількістю руху її з океаном викликає більшу частину руху води Світового океану. Через океанічні течії відбувається міжширотний обмін теплом в океані, тобто з тропічних широт у високі переноситься велика маса теплої води. В холодну частину року тепло з водної поверхні переноситься в атмосферу. Отже, океан відіграє значну роль у формуванні особливостей поля температури в атмосфері і через це особливостей її циркуляції. Циркуляція атмосфери у свою чергу є механізмом для обміну теплом, вологою і кількістю руху між океаном і суходолом, між атмосферою і суходолом. Обмін вологою безпосередньо між суходолом та океаном відбувається через стік річок і льодовиків.

Отже, ланки кліматичної системи тісно пов’язані і обумовлюють одна одну. Тому існує припущення, що складність та неоднозначність зв’язків всередині кліматичної системи, постійна еволюція її компонентів з різною інерцією може бути причиною зміни та коливання клімату планети. Іншими словами, стан кліматичної системи визначається не лише зовнішнім впливом, а й складною взаємодією між її ланками. В результаті цього при одних і тих же зовнішніх умовах на Землі може бути кілька типів кліматів.