.png/1280px-K%C3%B6ppen-Geiger_climate_classification_(1980-2016).png)
اقلیم شناسی (از یونانی κλίμα ، klima ، "شیب"؛ و -λογία ، -logia ) یا علم آب و هوا مطالعه علمی آب و هوای زمین است که معمولاً به عنوان میانگین شرایط آب و هوایی در یک دوره حداقل 30 ساله تعریف می شود. [1] اقلیم مربوط به شرایط جوی در طول یک دوره زمانی طولانی تا نامحدود است. آب و هوا وضعیت جو در یک دوره زمانی نسبتا کوتاه است. موضوعات اصلی تحقیق بررسی تغییرپذیری آب و هوا , مکانیسم تغییرات اقلیمی و تغییرات اقلیمی مدرن است . [2] [3] این موضوع مطالعه به عنوان بخشی از علوم جوی و زیرمجموعه جغرافیای فیزیکی ، که یکی از علوم زمین است . اقلیم شناسی شامل برخی از جنبه های اقیانوس شناسی و بیوژئوشیمی است .
روش های اصلی مورد استفاده توسط اقلیم شناسان، تجزیه و تحلیل مشاهدات و مدل سازی فرآیندهای فیزیکی است که آب و هوا را تعیین می کند. پیش‌بینی کوتاه‌مدت آب و هوا را می‌توان بر حسب دانش پدیده‌های بلندمدت آب و هوا تفسیر کرد، به‌عنوان مثال چرخه‌های اقلیمی مانند نوسان ال نینو-جنوبی (ENSO)، نوسان مادن-ژولیان (MJO)، نوسان اقیانوس اطلس شمالی (NAO) ، نوسان قطب شمال (AO)، نوسان ده ساله اقیانوس آرام (PDO) و نوسان بین دهه ای اقیانوس آرام (IPO). مدل های آب و هوا برای اهداف مختلفی از مطالعه دینامیک آب و هوا و سیستم آب و هوا تا پیش بینی آب و هوای آینده استفاده می شود. [2]
یونانیان مطالعه رسمی آب و هوا را آغاز کردند. در واقع کلمه اقلیم از کلمه یونانی klima به معنای "شیب" گرفته شده است که به شیب یا شیب محور زمین اشاره دارد. مسلماً تأثیرگذارترین متن کلاسیک در مورد اقلیم « در هوا، آب و مکان‌ها » [4] نوشته بقراط در حدود 400 سال قبل از میلاد بود . این اثر در مورد تأثیر آب و هوا بر سلامت انسان و تفاوت های فرهنگی بین آسیا و اروپا توضیح داده است. [4] این ایده که کنترل‌های آب و هوایی که جمعیت‌ها بسته به اقلیمشان برتری دارند، یا جبر اقلیمی ، در طول تاریخ تأثیرگذار باقی ماند. [4] دانشمند چینی Shen Kuo (1031-1095) پس از مشاهده بامبوهای سنگ شده در زیر زمین در نزدیکی Yanzhou ( Yan'an امروزی ، استان Shaanxi )، که منطقه ای با آب و هوای خشک نامناسب در آن زمان است ، استنباط کرد که آب و هوا به طور طبیعی در یک بازه زمانی بسیار زیاد تغییر می کند. زمان رشد بامبو [5]
اختراع دماسنج ها و فشارسنج ها در طول انقلاب علمی امکان ثبت سیستماتیک را فراهم کرد که در اوایل سال های 1640-1642 در انگلستان آغاز شد. [4] محققان اولیه آب و هوا عبارتند از ادموند هالی ، که نقشه ای از بادهای تجاری را در سال 1686 پس از یک سفر به نیمکره جنوبی منتشر کرد. بنجامین فرانکلین (1706-1790) برای اولین بار مسیر جریان خلیج فارس را برای ارسال نامه از آمریکای شمالی به اروپا ترسیم کرد. فرانسیس گالتون (1822-1911) اصطلاح آنتی سیکلون را اختراع کرد . [6] هلموت لندسبرگ (1906-1985) استفاده از تجزیه و تحلیل آماری را در اقلیم شناسی ترویج داد.
در اوایل قرن بیستم، اقلیم شناسی بیشتر بر توصیف آب و هوای منطقه تأکید داشت. این اقلیم شناسی توصیفی عمدتاً یک علم کاربردی بود و به کشاورزان و سایر علاقه مندان آماری در مورد اینکه آب و هوای معمولی چگونه بود و احتمال وقوع رویدادهای شدید چقدر است، می داد. [7] برای انجام این کار، اقلیم شناسان باید یک آب و هوای نرمال یا میانگین تغییرات آب و هوایی و آب و هوا را در یک دوره معمولاً 30 ساله تعریف می کردند. [8] در حالی که دانشمندان از تغییرات آب و هوایی گذشته مانند عصر یخبندان اطلاع داشتند ، مفهوم آب و هوا به عنوان تغییر بسیار تدریجی برای اقلیم شناسی توصیفی مفید بود. این امر در طول دهه‌های بعد شروع به تغییر کرد و در حالی که تاریخ علم تغییرات آب و هوایی زودتر شروع شد، تغییرات آب و هوا تنها در دهه 1970 و پس از آن به یکی از موضوعات اصلی مطالعه اقلیم شناسان تبدیل شد. [9]
موضوعات فرعی مختلف اقلیم شناسی جنبه های مختلف آب و هوا را بررسی می کند. دسته بندی های مختلفی از موضوعات فرعی اقلیم شناسی وجود دارد. به عنوان مثال، انجمن هواشناسی آمریکا اقلیم شناسی توصیفی، اقلیم شناسی علمی و اقلیم شناسی کاربردی را به عنوان سه زیرمجموعه اقلیم شناسی، طبقه بندی بر اساس پیچیدگی و هدف تحقیق، شناسایی می کند. [10] اقلیم شناسان کاربردی تخصص خود را در صنایع مختلف مانند تولید و کشاورزی اعمال می کنند . [11]
دیرینه اقلیم شناسی تلاشی است برای بازسازی و درک اقلیم های گذشته با بررسی سوابق مانند هسته های یخی و حلقه های درخت ( دندروکلیماتولوژی ). Paleotempestology از همین سوابق برای کمک به تعیین فراوانی طوفان در طول هزاره ها استفاده می کند. اقلیم شناسی تاریخی مطالعه اقلیم به عنوان مرتبط با تاریخ بشر است و بنابراین عمدتاً به چند هزار سال اخیر مربوط می شود.
اقلیم شناسی لایه مرزی به تبادل آب، انرژی و تکانه نزدیک سطوح می پردازد. [12] موضوعات فرعی شناسایی شده بیشتر اقلیم شناسی فیزیکی، اقلیم شناسی پویا، اقلیم شناسی گردباد ، اقلیم شناسی منطقه ای، زیست اقلیم شناسی ، و اقلیم شناسی سینوپتیک هستند . مطالعه چرخه هیدرولوژیکی در مقیاس های طولانی مدت گاهی اوقات هیدروکلیماتولوژی نامیده می شود، به ویژه زمانی که اثرات تغییرات آب و هوایی بر چرخه آب مطالعه می شود. [10]
مطالعه اقلیم‌های معاصر داده‌های هواشناسی انباشته‌شده در طول سال‌های متمادی را شامل می‌شود، مانند رکوردهای بارندگی، دما و ترکیب اتمسفر. دانش جو و دینامیک آن نیز در مدل‌هایی ، اعم از آماری یا ریاضی ، تجسم می‌یابد که با ادغام مشاهدات مختلف و آزمایش میزان مطابقت آنها کمک می‌کند. مدل سازی برای درک شرایط گذشته، حال و آینده بالقوه استفاده می شود.
تحقیقات آب و هوا به دلیل مقیاس بزرگ، دوره های زمانی طولانی و فرآیندهای پیچیده ای که بر اقلیم حاکم است، دشوار شده است. آب و هوا توسط اصول فیزیکی کنترل می شود که می تواند به صورت معادلات دیفرانسیل بیان شود . این معادلات جفت شده و غیرخطی هستند، به طوری که با استفاده از روش های عددی برای ایجاد مدل های آب و هوایی جهانی، راه حل های تقریبی به دست می آید . آب و هوا گاهی اوقات به عنوان یک فرآیند تصادفی مدل می شود ، اما این به طور کلی به عنوان تقریبی برای فرآیندهایی پذیرفته می شود که در غیر این صورت برای تجزیه و تحلیل بسیار پیچیده هستند.
جمع آوری یک رکورد طولانی از متغیرهای اقلیمی برای مطالعه آب و هوا ضروری است. اقلیم شناسی با داده های انبوهی که هواشناسان ثبت کرده اند سروکار دارد. [13] دانشمندان از مشاهدات مستقیم و غیرمستقیم آب و هوا، از ماهواره‌های رصد زمین و ابزارآلات علمی مانند شبکه جهانی دماسنج گرفته تا یخ‌های ماقبل تاریخ استخراج‌شده از یخچال‌های طبیعی استفاده می‌کنند . [14] از آنجایی که فناوری اندازه گیری در طول زمان تغییر می کند، سوابق داده ها اغلب نمی توانند مستقیماً مقایسه شوند. از آنجایی که شهرها به طور کلی گرمتر از مناطق اطراف هستند، شهرنشینی باعث شده است که دائماً داده ها برای این اثر جزیره گرمایی شهری اصلاح شود. [15]
مدل‌های اقلیمی از روش‌های کمی برای شبیه‌سازی فعل و انفعالات جو، اقیانوس‌ها، سطح زمین و یخ استفاده می‌کنند. آنها برای اهداف مختلفی از مطالعه دینامیک آب و هوا و سیستم آب و هوا تا پیش بینی آب و هوای آینده استفاده می شوند. همه مدل‌های آب و هوایی، انرژی ورودی را به عنوان تابش الکترومغناطیسی موج کوتاه (شامل مرئی) به زمین با انرژی خروجی به عنوان تابش الکترومغناطیسی موج بلند (مادون قرمز) از زمین متعادل می‌کنند. هر گونه عدم تعادل منجر به تغییر دمای متوسط زمین می شود. اکثر مدل های آب و هوایی شامل اثرات تشعشعی گازهای گلخانه ای مانند دی اکسید کربن هستند . این مدل‌ها روند افزایش دمای سطح و همچنین افزایش سریع‌تر دما در عرض‌های جغرافیایی بالاتر را پیش‌بینی می‌کنند.
مدل ها می توانند از نسبتا ساده تا پیچیده متغیر باشند:
علاوه بر این، آنها با وضوح های مختلف از بیش از 100 کیلومتر تا 1 کیلومتر در دسترس هستند. وضوح بالا در مدل‌های آب و هوای جهانی محاسباتی بسیار سختی است و تنها تعداد کمی از مجموعه داده‌های جهانی وجود دارد. به عنوان مثال ICON [16] یا داده های مکانیکی کوچک شده مانند CHELSA (اقلیم شناسی با وضوح بالا برای مناطق سطح زمین) هستند. [17] [18]
موضوعاتی که اقلیم شناسان مطالعه می کنند شامل سه دسته اصلی است: تغییرپذیری آب و هوا ، مکانیسم های تغییرات آب و هوایی، و تغییرات مدرن آب و هوا. [19]
عوامل مختلفی بر وضعیت متوسط جو در یک مکان خاص تأثیر می گذارد. به عنوان مثال، عرض‌های میانی دارای یک چرخه فصلی مشخص از درجه حرارت هستند، در حالی که مناطق گرمسیری تغییرات کمی دما را در طول یک سال نشان می‌دهند. [20] یکی دیگر از متغیرهای اصلی آب و هوا، قاره ای بودن است: فاصله تا آب های اصلی مانند اقیانوس ها . اقیانوس ها به عنوان یک عامل تعدیل کننده عمل می کنند، به طوری که زمین های نزدیک به آن معمولاً تفاوت دمای کمتری بین زمستان و تابستان نسبت به مناطق دورتر از آن دارند. [21] اتمسفر با سایر بخش‌های سیستم اقلیمی برهمکنش دارد و بادها جریان‌های اقیانوسی را تولید می‌کنند که گرما را به سراسر جهان منتقل می‌کنند. [22]
طبقه بندی یک روش مهم برای ساده سازی فرآیندهای پیچیده است. طبقه بندی های مختلف آب و هوایی در طول قرن ها ایجاد شده است که اولین آنها در یونان باستان بوده است . نحوه طبقه بندی اقلیم ها به کاربرد آن بستگی دارد. یک تولیدکننده انرژی بادی به اطلاعات متفاوتی (باد) در یک طبقه بندی نسبت به کسی که بیشتر به کشاورزی علاقه دارد، که بارش و دما برای او مهمتر است، نیاز دارد. [23] پرکاربردترین طبقه بندی، طبقه بندی آب و هوای کوپن ، در اواخر قرن نوزدهم توسعه یافت و بر اساس پوشش گیاهی است. از داده های ماهانه مربوط به دما و بارندگی استفاده می کند . [24]
انواع مختلفی از تنوع وجود دارد: الگوهای تکرارشونده دما یا سایر متغیرهای آب و هوایی. آنها با شاخص های مختلف کمی سازی می شوند. تا حد زیادی به روشی که میانگین صنعتی داوجونز ، که بر اساس قیمت سهام 30 شرکت است، برای نشان دادن نوسانات قیمت سهام به طور کلی استفاده می شود، شاخص های آب و هوایی برای نشان دادن عناصر ضروری آب و هوا استفاده می شود. شاخص های اقلیمی عموماً با اهداف دوگانه سادگی و کامل ابداع می شوند و هر شاخص به طور معمول وضعیت و زمان بندی عامل آب و هوایی را نشان می دهد. به دلیل ماهیت خود، شاخص ها ساده هستند و جزئیات زیادی را در یک توصیف کلی و کلی از جو یا اقیانوس ترکیب می کنند که می تواند برای توصیف عواملی که بر سیستم آب و هوای جهانی تأثیر می گذارد استفاده شود.
نوسانات ال نینو-جنوبی (ENSO) یک پدیده اقیانوس-اتمسفر جفت شده در اقیانوس آرام است که مسئول بسیاری از تغییرات جهانی دما است، [22] و دارای چرخه ای بین دو تا هفت سال است. [25] نوسان اقیانوس اطلس شمالی حالتی از تغییرپذیری است که عمدتاً در پایین‌تر جو یعنی تروپوسفر قرار دارد . لایه اتمسفر بالا، استراتوسفر نیز قادر به ایجاد تغییرپذیری خاص خود است که مهم‌ترین آن نوسان مادن-جولیان (MJO) است، که یک چرخه تقریباً 30 تا 60 روزه دارد. نوسان بین دهه‌ای اقیانوس آرام می‌تواند تغییراتی را در اقیانوس آرام و پایین‌تر جو در مقیاس‌های زمانی دهه‌ای ایجاد کند.
تغییر اقلیم زمانی رخ می دهد که تغییرات سیستم آب و هوایی زمین منجر به الگوهای آب و هوایی جدید شود که برای مدت طولانی باقی می مانند. این مدت زمان می تواند از چند دهه تا میلیون ها سال کوتاه باشد. سیستم آب و هوایی تقریباً تمام انرژی خود را از خورشید دریافت می کند. سیستم آب و هوا نیز انرژی را به فضای بیرونی می دهد . تعادل انرژی ورودی و خروجی و عبور انرژی از سیستم آب و هوایی، بودجه انرژی زمین را تعیین می کند . وقتی انرژی ورودی بیشتر از انرژی خروجی باشد، بودجه انرژی زمین مثبت است و سیستم آب و هوا در حال گرم شدن است. اگر انرژی بیشتری از بین برود، بودجه انرژی منفی است و زمین سرد می شود. [26] تغییرات آب و هوایی همچنین بر میانگین سطح دریا تأثیر می گذارد .
تغییرات اقلیمی مدرن عمدتاً ناشی از انتشار گازهای گلخانه ای توسط انسان از سوزاندن سوخت های فسیلی است که میانگین دمای سطح جهانی را افزایش می دهد . افزایش دما تنها یکی از جنبه های تغییرات آب و هوایی مدرن است که شامل تغییرات مشاهده شده بارش ، مسیرهای طوفان و ابری نیز می شود. دماهای گرمتر باعث تغییرات بیشتر در سیستم آب و هوایی ، مانند ذوب گسترده یخچال‌ها ، افزایش سطح دریاها و جابجایی گیاهان و جانوران می‌شود. [27]
برخلاف هواشناسی ، که بر سیستم‌های آب و هوایی کوتاه‌مدت که بیش از چند هفته طول نمی‌کشد تأکید می‌کند، اقلیم‌شناسی فراوانی و روند آن سیستم‌ها را مطالعه می‌کند. این مطالعه تناوب رویدادهای آب و هوایی را در طول سال ها تا هزاره ها، و همچنین تغییرات الگوهای متوسط آب و هوای بلند مدت در رابطه با شرایط جوی را مطالعه می کند. اقلیم شناسان هم ماهیت اقلیم ها – محلی، منطقه ای یا جهانی – و هم عوامل طبیعی یا انسانی که باعث تغییر اقلیم می شوند را مطالعه می کنند. اقلیم شناسی گذشته را در نظر می گیرد و می تواند به پیش بینی تغییرات اقلیمی آینده کمک کند .
پدیده های مورد علاقه اقلیمی شامل لایه مرزی جو ، الگوهای گردش ، انتقال حرارت ( تابشی ، همرفتی و نهان )، برهمکنش های بین جو و اقیانوس ها و سطح زمین (به ویژه پوشش گیاهی، کاربری زمین و توپوگرافی ) و ترکیب شیمیایی و فیزیکی جو
روشی نسبتاً دشوار برای پیش‌بینی، تکنیک آنالوگ مستلزم به خاطر سپردن یک رویداد آب‌وهوای قبلی است که انتظار می‌رود با یک رویداد آینده تقلید شود. چیزی که این تکنیک را دشوار می کند این است که به ندرت یک آنالوگ کامل برای رویدادی در آینده وجود دارد. [28] برخی از این نوع پیش‌بینی به‌عنوان شناسایی الگو یاد می‌کنند، که روشی مفید برای تخمین بارندگی بر روی فضاهای خالی داده‌ها مانند اقیانوس‌ها با استفاده از دانش نحوه ارتباط تصاویر ماهواره‌ای با نرخ بارش بر روی زمین، [29] و همچنین پیش‌بینی میزان بارندگی و توزیع آینده گونه‌ای از این موضوع، که برای پیش‌بینی برد متوسط استفاده می‌شود، به عنوان اتصالات از راه دور شناخته می‌شود ، زمانی که سیستم‌ها در مکان‌های دیگر برای کمک به تعیین مکان یک سیستم در داخل رژیم اطراف استفاده می‌شوند. [30] یکی از روش‌های استفاده از ارتباطات از راه دور، استفاده از شاخص‌های آب و هوایی مانند پدیده‌های مرتبط با ENSO است. [31]
{{cite web}}: CS1 maint: ربات: وضعیت URL اصلی ناشناخته ( پیوند )