Атмосфера и климат на планете

1. Атмосфера и климат на планете

Погода и климат
Парниковый эффект
Факторы влияющие на климат

2. Погода

В атмосфере происходят многообразные физические
процессы, непрерывно меняющие ее состояние.
Состояние атмосферы у земной поверхности, а
также и в более высоких слоях (как правило, в
сфере действий воздушного транспорта)
называют погодой.
Характеристики погоды, такие, как температура
воздуха, облачность, атмосферные осадки, ветер и
пр., носят название метеорологических
элементов.

3. Климат

В любом месте Земли погода в разные годы протекает
поразному. Однако при всех различиях отдельных дней,
месяцев и лет в каждой местности можно различать
вполне определенный климат.
Климатом называют совокупность атмосферных
условий, присущую данной местности в зависимости
от ее географической обстановки.
Под географической обстановкой подразумевается не только
положение местности, т. е. широта, долгота и высота над
уровнем моря, но и характер земной поверхности,
орография, почвенный покров и пр.

4. Климатология

Это наука о климате, т. е. о совокупности атмосферных
условий, свойственной тому или иному месту в
зависимости от его географической обстановки.
Климат является, таким образом, одной из физикогеографических характеристик местности. В качестве
таковой он влияет на хозяйственную деятельность
людей: на специализацию сельского хозяйства,
географическое размещение промышленности,
воздушный, водный и наземный транспорт.
Климатология — по существу географическая наука.

5. Радиационный баланс

Qприход = Q расход,
где Qприход и Q расход приход и расход энергии на планете в целом
Qприход=I *Sпроекции Земли *(1-А),
где I - Солнечная постоянная (интенсивность солнечного излучения на верхней
границе атмосферы равна 1378 Вт/м2); Sпроекции Земли – площадь поверхности
Земли, на которую поступает излучение; А - альбедо (доля отраженной
энергии, среднее значение для планеты равно 0,33)
Q расход= Sземли*σ*Т4,
где Sземли поверхность Земли; σ – постоянная Стефана –Больцмана равна 5,67
* 10-8, Т – средняя температура поверхности планеты по балансу прихода и
расхода энергии.
Т = [I*(1-A)/4 σ]1/4
Средняя температура на поверхности планеты в соответствии с балансом
энергии должна быть
T = 2520K,
Однако в настоящее время средняя температура на поверхности планеты
0

6. Альбедо для разных поверхностей

Вид поверхности
Устойчивый снежный покров в высоких широтах (выше 60 )
Устойчивый снежный покров в умеренных широтах (ниже 60 )
Альбедо
0,80
0,70
Лес при устойчивом снежном покрове
Неустойчивый снежный покров весной
0,45
Лес при неустойчивом снежном покрове весной
0,38
Неустойчивый снежный покров осенью
0,25
Лес при неустойчивом снежном покрове осенью
0,50
Лес и степь в период между сходом снежного покрова и переходом
средней суточной температуры воздуха через 283К
0,30
Тундра в период между сходом снежного покрова и переходом
средней суточной температуры воздуха через 283К
0,13
Тундра, степь, лиственный лес в период от весеннего перехода
температуры через 283К до появления снежного покрова
0,18
Хвойный лес в период от весеннего перехода температуры через
283К до появления снежного покрова
0,18
Лес, сбрасывающий листву, в сухое время года, саванна,
0,14

7. 1. Спектр излучения поступающего на Землю (температура фотосферы 6000 С) 2. Спектр отходящего излучения (температура

поверхности Земли 15 С)

8. Спектры поглощения излучения газами присутствующими в атмосфере

Длина волны излучения (мкм)

9.

Увеличение температуры на поверхности планеты, относительно данных
баланса, связано со способностью примесей присутствующих в атмосфере
поглощать и переизлучать (возвращать назад на поверхность Земли) излучение
отходящее в определенных интервалах длин волн.
Газы ответственные за этот процесс называют парниковыми газами, а сам
процесс называют парниковым эффектом.
Основное соединение в атмосфере ответственное за поглощение излучения
отходящего от Земли – вода.
Однако, в спектре поглощения излучения водой есть интервалы длин волн, в
которых вода практически не поглощает излучение. Эти интервалы длин волн
называют окна прозрачности в атмосфере. В этих интервалах длин волн
излучение могло бы свободно уходить в космическое пространство. Но ряд
примесей присутствующих в атмосфере, перекрывают эти интервалы и
задерживают излучение в этих интервалах длин волн. К этим примесям
относятся многоатомные молекулы, содержащие в своем составе три или более
атомов. Среди них особое место занимают молекулы углекислого газа,
содержание которых в атмосфере увеличивается..

10. Концентрация СО2 (ppm)

180 тыс. лет назад
1750 год
1958
1985
2010
2080
200
280
311
345
360
600

11. Поступления СО2 (млрд.т/год)

Природные источники
Антропогенные поступления
В том числе (%):
Производство энергии
22
Транспорт
22
Промышленность
15
ЖКХ
15
Уничтожение лесов
26
100
5,7

12. Концентрации и времена пребывания основных парниковых газов в атмосфере

Газ
Концентрация
в
доиндустриаль
ную эпоху
Концентрация в
1998 г.
Скорость**
изменения
концентрации
Продолжитель
ность
пребывания в
атмосфере
CO2
280 ppm
365 ppm
1,5 ppm в год*
5 – 200 лет***
CH4
700 ppb
1745 ppb
7,0 ppb в год*
12 лет****
N2O
270 ppb
314 ppb
0,8 ppb в год
114 лет****
ХФУ11
0
268 частей на
тысячу
1,4 частей на
тысячу в год
45 лет
ГФУ23
0
14 частей на
тысячу
0,55 частей на
тысячу в год
260 лет
CF4
40 частей на
тысячу
80 частей на
тысячу
1 часть на
тысячу в год
Более 50000
лет

13.

По мотивам лекции
Академика Николая Павловича Лаверова
КЛИМАТ
В ПРОШЛОМ,
НАСТОЯЩЕМ И
БУДУЩЕМ

14.

Изменение климата —
колебания климата Земли в целом или
отдельных её регионов с течением времени,
выражающиеся в статистически достоверных
отклонениях параметров погоды от
многолетних значений за период времени от
десятилетий до миллионов лет. ...
Изучением изменений климата занимается
наука палеоклиматология.

15.

Изменение климата является одним из основных
современных
вызовов.
Так,
например,
непредсказуемость погодных условий, которая
ставит под угрозу производство продовольствия,
повышение уровня моря, которое увеличивает
риск
природных
катастроф,
являются
последствиями изменения климата и имеют
глобальный характер и беспрецедентные
масштабы. Если не предпринять решительных
действий сегодня, то последующая адаптация к
изменению климата потребует больших усилий
и затрат.

16.

Нормативно-правовые документы ООН
Рамочная конвенция Организации Объединенных
Наций об изменении климата
Организации системы ООН ведут самую активную
деятельность в целях спасения нашей планеты. В 1992
году на Встрече на высшем уровне «Планета Земля»
была принята Рамочная конвенция Организации
Объединенных Наций об изменении климата,
ставшая первым шагом на пути к решению проблемы
изменения климата. На данный момент состав
государств — участников Конвенции является почти
универсальным — Конвенцию ратифицировали и
являются ее участниками 197 государств. Главная цель
Конвенции — не допустить «опасного антропогенного
воздействия на климатическую систему».

17.

Киотский протокол
В 1995 году страны начали переговоры в целях
укрепления глобальных мер реагирования на
изменение климата. Два года спустя был
принят Киотский протокол.
Данный документ обязывает развитые страны
— стороны Протокола сокращать выбросы
парниковых газов. Первый период выполнения
обязательств начался в 2008 году и закончился в
2012 году. Второй период начался 1 января 2013
года и закончится в 2020 году. Участниками
Киотского протокола являются 192 государства.

18.

В декабре 2009 г. в Копенгагене состоялась 15-я
конференция стран-участниц Рамочной конвенции ООН об
изменении климата, на которой планировалось выработать
новое международное соглашение о сокращении выбросов
парниковых газов на пост Киотский период (2012-2020 гг.).
Конференция закончилась провалом в связи с
непримиримыми позициями развивающихся стран (Китай,
Индия, ЮАР и Бразилия) и развитыми (США, Евросоюз,
Канада и др.). Развитые страны хотели навязать
развивающимся непосильное для них бремя борьбы с
выбросами парниковых газов, что значительно бы замедлило
их экономический рост, на что они резонно ответили,
поскольку современная ситуация сложилась по вине
развитых стран им и брать основное бремя расходов на себя.
По мнению академика Н.П. Лавёрова: «Лицами, которые
выступают с негативными прогнозами (катастрофических
последствий глобального потепления от выбросов
парниковых газов) движут коммерческие и политические
интересы».

19.

Провалу Копенгагенского саммита способствовало и
опубликование в СМИ секретной переписки климатологов
США и Великобритании, из которой становится ясно, что
температура на Земле не возрастает, а наоборот
понижается и эти данные сознательно искажались в пользу
концепции всеобщего потепления по вине парниковых
газов.
Ну и серьёзным фактором является мнение наших и
многих зарубежных климатологов, что доля влияния
человека на климатические изменения остаётся
трудноопределяемой и неясной. Значительная часть
климатических изменений связана с глобальными
долгосрочными трендами, и, чтобы мы ни сделали, скорее
всего какие-то изменения будут продолжаться в силу
естественных причин.
Между прочим, концентрация СО2 в атмосфере Марса
превышает 95%, однако Красная планета намного
холоднее Земли.

20.

Парижское соглашение
На 21-й сессии Конференции сторон Рамочной конвенции
Организации Объединенных Наций об изменении климата было
заключено историческое соглашение по борьбе с изменением
климата и активизации деятельности, необходимой для обеспечения
устойчивого
низкоуглеродного
развития.
Парижское
соглашение опирается на мандат Конвенции и впервые в истории
объединяет все народы, с тем чтобы предпринять решительные
шаги по борьбе с изменением климата и смягчению его последствий
и оказать в этом помощь развивающимся странам. Главная цель
Парижского соглашения заключается в укреплении глобальных мер
по борьбе с изменением климата, с тем чтобы удержать повышение
глобальной температуры в этом веке в пределах 2 °C и попытаться
даже снизить этот показатель до 1,5 °C.
Парижское соглашение было подписано в Центральных
учреждениях ООН в Нью-Йорке 22 апреля 2016 года, в
Международный день Матери-Земли, главами 175 государств. Это
стало рекордным количеством стран, подписавших международное

21.

Межправительственная группа экспертов по изменению
климата
Межправительственная группа экспертов по изменению
климата (МГЭИК) была создана Всемирной метеорологической
организацией и Программой ООН по окружающей среде в
целях предоставления объективных научных данных.
В 2013 году были представлены наиболее полные данные об
антропогенном
влиянии
на
изменение
климата.
Межправительственная группа экспертов по изменению
климата выпустила свой Пятый оценочный доклад, в котором с
научной точки зрения рассматривается проблема изменения
климата. Выводы доклада однозначны: изменение климата
реально, и человеческая деятельность является основной его
причиной.

22.

Пятый оценочный доклад
В докладе представлена всеобъемлющая оценка повышения
уровня моря и его причин на протяжении последних нескольких
десятилетий. Также приводится оценка совокупных выбросов CO2
начиная с доиндустриального периода, и устанавливается
допустимый объем выбросов в будущем, позволяющий удержать
процесс потепления на уровне менее 2 °C. Около половины этого
максимально допустимого объема уже было выброшено в
атмосферу к 2011 году. Благодаря докладу МГЭИК мы
располагаем следующей информацией:
•В период 1880–2012 годов средняя глобальная температура
повысилась на 0,85 °C.
•Произошло потепление океанов, сократился объем льда и снега и
повысился уровень моря. В период 1901–2010 годов
среднемировой уровень моря повысился на 19 см. в результате
потепления, которое привело к таянию льдов.
•Начиная с 1979 года объем ледового покрова в Арктическом
океане сокращался в каждом десятилетии на 0,45–0,51 млн кв. км.

23.

С учетом существующей концентрации парниковых
газов и их продолжающихся выбросов весьма
вероятно, что к концу этого столетия средняя
глобальная температура повысится на 1-2 °C по
сравнению с уровнем 1990 года и на 1,5–2,5 °C по
сравнению с доиндустриальной эпохой.
Продолжится потепление океанов и таяние льдов.
По оценкам, к 2065 году среднемировой уровень
моря повысится на 24–30 см., а к 2100 году — на 40–
63 см. по сравнению с уровнем 1986–2005 годов.
Большинство последствий изменения климата будет
сохраняться на протяжении несколько столетий,
даже если выбросы парниковых газов полностью
прекратятся.

24.

В докладе делается вывод о том, что ограничение
глобального потепления 1,5 °C потребует «быстрых
и далеко идущих» переходных процессов,
касающихся земельных, энергетических,
промышленных систем, а также зданий, транспорта
и городов.
Глобальные выбросы двуокиси углерода (CO2),
вызванные деятельностью человека, необходимо
будет сократить к 2030 году почти на 45 % по
сравнению с уровнями 2010 года, достигнув
«чистого нуля» приблизительно к 2050 году. Это
означает, что все остающиеся выбросы должны
быть сбалансированы за счет удаления CO2 из
воздуха.

25.

Вопрос о решающем влиянии «парниковых
газов» на изменение климата является
спорным.
Анализ данных изменения концентрации CO2 ,
CH4 , N2O и температуры за последние 650 тыс.
лет показал, что они изменялись в широких
пределах периодически под влиянием
природных (космических) причин поскольку
менялась орбита Земли и наклон её оси
вращения, а следовательно, и количество
энергии поступающей на Землю от Солнца.

26.

Другие мнения
Возражения противников этой теории сводятся к тому, что
периоды потепления неоднократно происходили в истории
Земли, поэтому нет оснований предполагать их антропогенное
происхождение. К тому же за последние 30 лет в каких-то
регионах происходило потепление, в других - похолодание.
Некоторые ученые полагают, что главной экологической
проблемой планеты является уменьшение площади лесов и
необратимые изменения климата скорее будут вызваны не
парниковыми газами, а нарушением механизма глобального
влаго- и теплопереноса, который обеспечивается
растительностью планеты. Географические теории объясняют
долговременные колебания климата движениями земной коры и
изменением положения материков и океанов.

27.

28.

Милутин Миланкович (1879 - 1958) – это сербский ученый,
который в предположил, что наступление ледниковых периодов
можно связать с регулярными изменениями земной орбиты.
Орбита становится то немного более вытянутой – эллипсоидной,
то более круговой; то меняется угол наклона земной оси к
эклиптике, это тоже происходит регулярно, но с другой
периодичностью. Кроме того, как такой волчок, ось земли
описывает такой маленький конус. Представьте себе юлу, волчок,
который останавливается, и он начинает так вилять туда-сюда.
Вот Земля тоже немного «виляет». И вот эти «виляния» то
становятся больше, то меньше. И это тоже со строго
определенной
периодичностью.
Сложение
этих
всех
составляющих, приводит к тому, что изменяется распределение
солнечного излучения попадающего на Землю, и, соответственно,
меняется количество тепла.

29.

30.

Было также отмечено, что повышению
концентрации «парниковых газов» часто
предшествовало повышение температуры, а не
наоборот. И это находит логичное объяснение в
выделении газов при повышении температуры
океана – главного резерва этих газов.
Значительное изменение температуры
происходило при извержении вулканов.
Каждое извержение сопровождалось выбросом
большого количества аэрозольных частиц в
стратосферу, что приводило к охлаждению
Землю на 1-3 года, но потом потепление
возвращалось.

31. Средняя температура Северного полушария в позднеледниковье – голоцене (а) на фоне соответствующего отрезка аппроксимирующей

кривой (б)

32.

Поэтому, основная причина изменения
климата – природная (космическая).
Антропогенное влияние на климат
оценивается примерно в 10%.
А какова основная польза от Киотского
протокола и Парижского соглашения?
Прежде всего они стимулируют
энергосбережение, а уменьшение выбросов
«парниковых газов» сокращают выбросы и
других, токсичных загрязнителей атмосферы,
что безусловно идёт на пользу людям
(сохраняет здоровье!).

33.

https://www.un.org/ru/sections/issuesdepth/climate-change/index.html
https://www.svoboda.org/a/473123.html
http://www.ladoga-lake.ru/pages/artclgeology-ivashchenko-climat.php

34. Вопросы к самостоятельной работе

1. Какие процессы способные оказать влияние на
климат Вы знаете?
2. Какие пути уменьшения воздействия антропогенной
деятельности на климат Вы знаете?
3. Задача.
На сколько градусов могла бы измениться температура
на поверхности планеты, если бы среднее альбедо на
планете:
а) увеличилось на 20%;
б) уменьшилось на 20%?
4. Как можно увеличить и уменьшить альбедо в
городах?