Atmosfera - Czynniki klimatotwórcze

Zróżnicowanie klimatyczne Ziemi spowodowane jest zespołem czynników geograficznych oraz -w coraz większym stopniu - antropogenicznych. Wśród czynników geograficznych wyróżnić można czynniki o charakterze strefowym, które decydują o zasięgu głównych stref klimatycznych oraz czynniki astrefowe, które powodują zróżnicowanie warunków klimatycznych w obrębie poszczególnych stref klimatycznych, będących podstawą wydzielania typów klimatu.
Głównym strefowym czynnikiem kształtującym klimat jest szerokość geograficzna i związana z nią ilość promieniowania słonecznego docierającego do powierzchni Ziemi. Decyduje ona także o czasie naświetlania terenu promieniami słoneczny-mi oraz natężeniu siły Coriolisa. Gdyby tylko ten czynnik decydował o przebiegu warunków klimatycznych, to strefy klimatyczne zmieniałyby się równolegle od równika do biegunów. Jednak granice poszczególnych stref klimatycznych nie układają się idealnie wzdłuż równoleżników. Ich przebieg modyfikowany jest przede wszystkim przez czynniki astrefowe.
Astrefowe czynniki kształtujące klimat
- Rozkład lądów i mórz. Różnice w pochłanianiu promieniowania słonecznego przez powierzchnie lądów i mórz (oceanów, jezior) są przyczyną kształtowania przez nie mas powietrza o odmiennych właściwościach. Obie te powierzchnie cechują inne albedo oraz wielkość emisji promieniowania długofalowego. Wszystkie te różnice znajdują odzwierciedlenie w kształtowaniu ośrodków barycznych, jakie powstają nad powierzchniami kontynentów i mórz. Największe kontrasty termiczne między tymi powierzchniami występują w okresie lata i zimy w umiarkowanych szerokościach. Latem ląd jest cieplejszy niż morze. Dlatego powstaje nad nim ośrodek niskiego ciśnienia, a nad morzem wys ciśnienia, zimą odwrotnie (zobacz: cyrkulacja monsunowa). Także wilgotność powietrza zalegającego nad lądem i morzem jest odmienna. Te różnice stały się podstawą wydzielania mas powietrza morskiego i kontynentalnego. W zależności od tego, jaka masa powietrza napływa na dany obszar -morska czy kontynentalna - całkiem inaczej kształtowane są zjawiska pogodowe. Dlatego też w podziałach klimatycznych wyróżnia się klimaty powstające nad dużymi obszarami oceanów - klimat morski, oraz nad dużymi powierzchniami lądowymi - klimat kontynentalny.
- Prądy morskie. Wpływ prądów morskich na klimat jest ogromny, gdyż biorą one udział w przenoszeniu ciepła między niskimi a wysokimi szerokościami geograficznymi. Powietrze zalegające nad prądami morskimi nabiera cech różniących je od mas powietrza występujących w otoczeniu. Dla niektórych obszarów oddziaływanie prądów morskich jest najważniejszym czynnikiem klimatycznym. Występowanie ciepłych prądów morskich w umiarkowanych i wysokich szerokościach geograficznych powoduje powstawanie dodatnich anomalii termiczny-ch, najwyraźniejszych w okresie zimowym. Wyższa temp. wód ciepłego prądu morskiego w stosunku do wód otaczających jest także przyczyną intensywniejszego parowania zwiększającego wilgotność powietrza.
Zimne prądy morskie zwiększają kontrasty termiczne w niskich i umiarkowanych szerokościach geograficznych, przyczyniając się do występowania ujemnych anomalii temp. Na obszarze występowania wyżów zwrotnikowych następuje ochładzanie powietrza nad zimnymi prądami, utrudniające powstawanie prądów konwekcyjnych. Konsekwencją tych procesów jest brak zachmurzenia i opadów atmosferycznych, a w rezultacie powstanie pustyń przybrzeżnych - Atacama i Namib.
- Wysokość bezwzględna i rzeźba terenu. Wraz ze wzrostem wysokości nad poziomem morza najczęściej obserwujemy spadek temp., spowodowany procesami adiabatycznymi. W efekcie maleje dobowa i roczna amplituda temp. Spadek temp. wraz w wysokością wpływa na wzrost nasycenia powietrza parą wodną, która po kondensacji oddawana jest w postaci opadu. W wyższych warstwach troposfery zawartość pary wodnej zmniejsza się. Wraz ze wzrostem wysokości spada także ciśnienie atmosferyczne. Bardzo duży wpływ na warunki klimatyczne ma występowanie barier górskich, ekspozycja w stosunku do kierunków świata i ośrodków barycznych, wysokości względne oraz szereg innych parametrów.
Napływające ciepłe (lekkie) masy powietrza napotykające na swej drodze pasmo górskie łatwo je pokonują. Podczas przemieszczania się mas powietrza nad barierą górską zachodzą procesy określane mianem efektu fenowego. Po stronie dowietrznej bariery górskiej następuje unoszenie powietrza. Podczas procesu wilgotnoadiabatycznego dochodzi do skrople-nia pary wodnej, wystąpienia zachmurzenia oraz często opadów.Po przekroczeniu pasma górskiego powiet. opada, pod-nosząc swoją temp. w wyniku procesu suchoadiabatycznego.
Na obszarach górskich często występuje zjawisko inwersji opadowej. Oznacza to, że powyżej określonej wysokości nad poziomem morza suma opadów rocznych zaczyna spadać. Wysokość ta związana jest z poziomem, na którym zachodzi kondensacja pary wodnej. Wzrost opadów występuje więc do obserwowanej wysokości zalegania podstawy chmur.
Specyfika klimatu obszarów górskich przejawia się w piętrowym zróżnicowaniu elementów klimatu. Piętra klima-tyczne na obszarach górskich przebiegają na różnych wys., gdyż ich występowanie uzależnione jest od szerokości geograficznej danego obszaru górskiego, ekspozycji, nachylenia zboczy, wys. bezwzględnej' i wys. względnych oraz wielu innych czynników.
- Pokrycie terenu. Od rodzaju podłoża (powierzchni czynnej) atmosfery uzależniony jest przebieg wielu procesów wpływają-cych na temp. i wilgotność powietrza. Przytaczane wcześniej przykłady odmiennego formowania cech fizycznych powietrza przez obszary lądowe i morskie, dobitnie dowodzą znaczenia, jakie posiada czynnik ten w kształtowaniu warunków klimatycznych.
Także zróżnicowanie pokrycia terenu powierzchni lądowych - występowanie dużych kompleksów leśnych, pokrywy lodowej i śnieżnej, aglomeracji miejsko-przemysłowych, dużych zbiorników wód stojących, mokradeł i bagien, wpływa na modyfikację warunków termicznych i wilgotnościowych.
Czynniki antropogeniczne
Czynniki geograficzne kształtujące warunki klimatyczne są często modyfikowane przez gospodarczą działalność człowieka. Zabudowa miejska wywołuje silne transformacje siły i kierunku przemieszczających się wiatrów. Zwarta zabudowa osłabia siłę wiatru - efekt kurtynowy, jednak w sprzyjających warunkach może także spowodować wzrost jego dynamiki (np. między wysokimi budynkami), powodując tzw. efekt tunelowy.
Produkty spalania paliw oraz różnorodne substancje powstające jako efekt uboczny przemysłowych procesów technologicz-nych, emitowane do atmosfery zmniejszają jej przezroczystość, a w konsekwencji ograniczają ilość promieniowania słone-cznego dochodzącego do powierzchni.
Duża ilość jąder kondensacji sprzyja skraplaniu pary wodnej, powstawaniu chmur i opadów atmosferycznych. Są one większe niż na terenach wiejskich, otaczających aglomeracje miejsko-przemysłowe. Zanieczyszczenia znajdujące się w powietrzu są dla ludzi bardzo niebezpieczne, zwłaszcza w określonych stanach pogodowych. Podczas występowania pogody inwersyjnej może powstawać smog, kwaśna mgła czy smog fotochemiczny, charakterystyczny np. dla Los Angeles, zawierający dużą ilość utleniaczy, w tym ozon.
Ciekawym zjawiskiem towarzyszącym dużym zespołom miejskim jest miejska wyspa ciepła. Charakteryzuje się ona tym, że temp. wewnątrz miast jest wyższa niż na terenach podmiejskich. Do powstania miejskiej wyspy ciepła przyczynia się emisja tzw. ciepła sztucznego, pochodzącego ze spalania paliw, ogrzewania w sezonie zimowym mieszkań, zakładów pracy, budynków użyteczności publicznej itp. Różnica temp. między centrum miasta, a jego przedmieściami może w sprzyjających warunkach wynosić kilkanaście stopni C np., w Chicago 13,0C, w Nowym Jorku 14,1C, w Warszawie 8-9C.
Różnica temp. między centrum miasta a terenami podmiejskimi powoduje powstawanie lokalnej cyrkulacji o charakterze bryzy. Bryza miejska w ciągu dnia cechuje się napływem powietrza z terenów otaczających.