آب و هوا الگوی بلندمدت آب و هوا در یک منطقه است که معمولاً به طور متوسط بیش از 30 سال است. [1] [2] به طور دقیق تر، میانگین و تغییرپذیری متغیرهای هواشناسی در بازه زمانی از ماه ها تا میلیون ها سال است. برخی از متغیرهای هواشناسی که معمولاً اندازهگیری میشوند عبارتند از دما ، رطوبت ، فشار اتمسفر ، باد و بارندگی . آب و هوا در مفهوم گسترده تر، وضعیت اجزای سیستم اقلیمی شامل جو ، هیدروسفر ، کرایوسفر ، لیتوسفر و بیوسفر و برهمکنش های بین آنهاست. [1] آب و هوای یک مکان متاثر از عرض جغرافیایی ، طول جغرافیایی ، زمین ، ارتفاع ، کاربری اراضی و آبهای مجاور و جریان آنها است. [3]
اقلیم ها را می توان بر اساس متغیرهای متوسط و معمولی، معمولاً دما و بارش طبقه بندی کرد . پرکاربردترین طرح طبقه بندی، طبقه بندی اقلیمی کوپن است . سیستم Thornthwaite ، [4] که از سال 1948 مورد استفاده قرار گرفت، تبخیر و تعرق را همراه با اطلاعات دما و بارندگی ترکیب میکند و در مطالعه تنوع زیستی و چگونگی تأثیر تغییرات آب و هوا بر آن استفاده میشود . طبقه بندی های اصلی در طبقه بندی آب و هوای تورنثویت عبارتند از: میکروگرمایی، مزوترمایی و مگاگرمایی. [5] در نهایت، سیستمهای طبقهبندی سینوپتیک برگرون و فضایی بر منشأ تودههای هوا که آب و هوای یک منطقه را تعریف میکنند، تمرکز دارند.
دیرینه اقلیم شناسی مطالعه اقلیم های باستانی است. دیرینه اقلیم شناسان به دنبال توضیح تغییرات آب و هوایی برای تمام قسمت های زمین در طول هر دوره زمین شناسی معین ، با شروع زمان شکل گیری زمین هستند. [6] از آنجایی که مشاهدات مستقیم بسیار کمی از آب و هوا قبل از قرن 19 در دسترس بود، paleoclimates از متغیرهای پروکسی استنباط می شود . آنها شامل شواهد غیرزیستی - مانند رسوبات موجود در بستر دریاچه ها و هسته های یخی - و شواهد زیستی - مانند حلقه های درختان و مرجان ها هستند. مدل های اقلیمی مدل های ریاضی اقلیم های گذشته، حال و آینده هستند. تغییرات آب و هوایی ممکن است در بازه های زمانی طولانی و کوتاه به دلیل عوامل مختلف رخ دهد. گرمایش اخیر از نظر گرمایش جهانی مورد بحث قرار می گیرد که منجر به توزیع مجدد موجودات زنده می شود . به عنوان مثال، همانطور که لسلی آن هیوز، دانشمند آب و هوا نوشته است: «تغییر 3 درجه سانتی گراد [5 درجه فارنهایت] در دمای میانگین سالانه مربوط به تغییر ایزوترم های تقریباً 300-400 کیلومتر [190-250 مایل] در عرض جغرافیایی است. منطقه معتدل) یا 500 متر [1600 فوت] در ارتفاع، بنابراین، انتظار می رود گونه ها در عرض جغرافیایی به سمت بالا حرکت کنند یا به سمت قطب ها در عرض جغرافیایی حرکت کنند. [7] [8]
آب و هوا (از یونان باستان کلی « مایل ») معمولاً به عنوان میانگین آب و هوا در یک دوره طولانی تعریف می شود. [9] دوره میانگین استاندارد 30 سال است، [10] اما دورههای دیگر بسته به هدف ممکن است استفاده شود. آب و هوا همچنین شامل آماری غیر از میانگین است، مانند بزرگی تغییرات روز به روز یا سال به سال. تعریف واژه نامه پانل بین دولتی تغییرات آب و هوا (IPCC) 2001 به شرح زیر است :
آب و هوا به معنای محدود معمولاً به عنوان «آب و هوای متوسط» یا دقیق تر، به عنوان توصیف آماری از نظر میانگین و متغیر بودن مقادیر مربوطه در طول دوره ای از ماه ها تا هزاران یا میلیون ها سال تعریف می شود. دوره کلاسیک. 30 سال است که توسط سازمان جهانی هواشناسی (WMO) تعریف شده است. " [11]
سازمان جهانی هواشناسی (WMO) " طبیعی های آب و هوایی " را به عنوان "نقاط مرجعی که توسط اقلیم شناسان برای مقایسه روندهای اقلیمی فعلی با گذشته یا آنچه که معمولی در نظر گرفته می شود، استفاده می کند. آب و هوا نرمال به عنوان میانگین حسابی یک عنصر آب و هوایی تعریف می شود. درجه حرارت) در یک دوره 30 ساله استفاده می شود، زیرا به اندازه کافی طولانی است تا هر گونه تغییرات بین سالانه یا ناهنجاری هایی مانند نوسانات ال نینو-جنوبی را فیلتر کند ، اما همچنین به اندازه کافی کوتاه است که بتواند روندهای اقلیمی طولانی تر را نشان دهد. " [12]
WMO از سازمان بین المللی هواشناسی که در سال 1929 یک کمیسیون فنی برای اقلیم شناسی تشکیل داد، منشأ گرفته است. در نشست ویزبادن خود در سال 1934 ، کمیسیون فنی دوره 30 ساله 1901 تا 1930 را به عنوان چارچوب زمانی مرجع برای نرمال های استاندارد اقلیم شناسی تعیین کرد. در سال 1982 ، WMO موافقت کرد که نرمال های آب و هوایی را به روز کند، و این موارد متعاقباً بر اساس داده های آب و هوایی از 1 ژانویه 1961 تا 31 دسامبر 1990 تکمیل شد . مجموعه بعدی از نرمال های آب و هوایی که توسط WMO منتشر می شود، از سال 1991 تا 2010 است . تابش خورشیدی، دمای خاک، میزان تبخیر تشت، روزهای همراه با رعد و برق و روزهای همراه با تگرگ نیز برای اندازه گیری تغییرات شرایط آب و هوایی جمع آوری شده است. [15]
تفاوت بین آب و هوا و آب و هوا به طور مفید با عبارت معروف "اقلیم آن چیزی است که انتظار دارید، آب و هوا چیزی است که به دست می آورید" خلاصه می شود. [16] در طول بازه های زمانی تاریخی ، تعدادی متغیر تقریبا ثابت وجود دارد که آب و هوا را تعیین می کند، از جمله عرض جغرافیایی ، ارتفاع، نسبت زمین به آب، و نزدیکی به اقیانوس ها و کوه ها. همه این متغیرها تنها در طول میلیونها سال به دلیل فرآیندهایی مانند تکتونیک صفحه تغییر میکنند . سایر عوامل تعیین کننده آب و هوا پویاتر هستند: گردش ترموهالین اقیانوس منجر به گرم شدن 5 درجه سانتی گراد (9 درجه فارنهایت) شمال اقیانوس اطلس در مقایسه با سایر حوضه های اقیانوسی می شود. [17] دیگر جریانهای اقیانوسی گرما را بین خشکی و آب در مقیاس منطقهایتر توزیع میکنند. تراکم و نوع پوشش گیاهی بر جذب گرمای خورشیدی، [18] حفظ آب و بارندگی در سطح منطقه ای تأثیر می گذارد. تغییرات در مقدار گازهای گلخانه ای اتمسفر (به ویژه دی اکسید کربن و متان ) مقدار انرژی خورشیدی حفظ شده توسط سیاره را تعیین می کند که منجر به گرم شدن کره زمین یا سرد شدن کره زمین می شود . متغیرهایی که آب و هوا را تعیین می کنند، متعدد و تعاملات پیچیده هستند، اما توافق کلی وجود دارد که خطوط کلی درک شده است، حداقل تا آنجا که به عوامل تعیین کننده تغییرات آب و هوایی تاریخی مربوط می شود. [19] [20]
طبقه بندی های اقلیمی سیستم هایی هستند که اقلیم های جهان را دسته بندی می کنند. طبقه بندی آب و هوا ممکن است ارتباط نزدیکی با طبقه بندی بیوم داشته باشد ، زیرا آب و هوا تأثیر عمده ای بر زندگی در یک منطقه دارد. یکی از پرکاربردترین آنها، طرح طبقه بندی آب و هوای کوپن است که برای اولین بار در سال 1899 توسعه یافت. [21]
روش های مختلفی برای طبقه بندی اقلیم ها به رژیم های مشابه وجود دارد. در اصل، اقلیم در یونان باستان برای توصیف آب و هوا بسته به عرض جغرافیایی یک مکان تعریف می شد. روشهای طبقهبندی جدید اقلیم را میتوان به طور کلی به روشهای ژنتیکی که بر علل اقلیم تمرکز میکنند و روشهای تجربی که بر اثرات آب و هوا تمرکز میکنند تقسیم کرد. نمونههایی از طبقهبندی ژنتیکی شامل روشهایی است که بر اساس فراوانی نسبی انواع مختلف تودههای هوا یا مکانهای درون آشفتگیهای جوی همدیدی انجام میشوند. نمونههایی از طبقهبندیهای تجربی شامل مناطق آبوهوایی تعریفشده با سختی گیاه ، [22] تبخیر و تعرق، [23] یا بهطور کلیتر طبقهبندی آب و هوای کوپن است که در ابتدا برای شناسایی اقلیمهای مرتبط با بیومهای خاص طراحی شده بود . نقص مشترک این طرحهای طبقهبندی این است که مرزهای مشخصی را بین مناطقی که تعریف میکنند ایجاد میکنند، به جای انتقال تدریجی ویژگیهای آب و هوایی که در طبیعت رایجتر است.
دیرینه اقلیم شناسی مطالعه آب و هوای گذشته در یک دوره بزرگ از تاریخ زمین است . از شواهدی با مقیاسهای زمانی مختلف (از دههها تا هزارهها) از صفحات یخی، حلقههای درختان، رسوبات، گردهها، مرجانها و سنگها برای تعیین وضعیت گذشته آب و هوا استفاده میکند. دورههای ثبات و دورههای تغییر را نشان میدهد و میتواند نشان دهد که آیا تغییرات از الگوهایی مانند چرخههای منظم پیروی میکنند یا خیر. [24]
جزئیات ثبت آب و هوای مدرن از طریق اندازه گیری از ابزارهای هواشناسی مانند دماسنج ، فشارسنج و بادسنج در چند قرن گذشته شناخته شده است. ابزارهای مورد استفاده برای مطالعه آب و هوا در مقیاس زمانی مدرن، فرکانس مشاهده آنها، خطای شناخته شده آنها، محیط نزدیک آنها و قرار گرفتن در معرض آنها در طول سالها تغییر کرده است، که باید هنگام مطالعه آب و هوای قرون گذشته در نظر گرفته شود. [25] سوابق بلند مدت آب و هوای مدرن به سمت مراکز جمعیتی و کشورهای ثروتمند منحرف شده است. [26] از دهه 1960، پرتاب ماهواره ها اجازه می دهد تا رکوردها در مقیاس جهانی جمع آوری شوند، از جمله مناطقی که حضور کم یا بدون حضور انسانی مانند منطقه قطب شمال و اقیانوس ها وجود دارد.
تغییرپذیری آب و هوا اصطلاحی است برای توصیف تغییرات در وضعیت میانگین و سایر ویژگیهای آب و هوا (مانند احتمال یا احتمال آب و هوای شدید و غیره) "در همه مقیاسهای مکانی و زمانی فراتر از رویدادهای جوی فردی." [27] برخی از تغییرات به نظر نمی رسد به طور سیستماتیک ایجاد شده و در زمان های تصادفی رخ می دهد. چنین تغییرپذیری، تغییرپذیری تصادفی یا نویز نامیده می شود . از سوی دیگر، تنوع دوره ای نسبتاً منظم و در حالت های متمایز تغییرپذیری یا الگوهای آب و هوایی رخ می دهد. [28]
ارتباط نزدیکی بین نوسانات آب و هوای زمین و عوامل نجومی ( تغییرات باریسنتر ، تغییرات خورشیدی ، شار پرتوهای کیهانی ، بازخورد آلبیدو ابر ، چرخههای میلانکوویچ ) و حالتهای توزیع گرما بین سیستم آب و هوای اقیانوس - جو وجود دارد. در برخی موارد، نوسانات طبیعی فعلی، تاریخی و دیرینه اقلیم شناسی ممکن است توسط فوران های آتشفشانی قابل توجه ، رویدادهای ضربه ای ، بی نظمی در داده های پراکسی آب و هوا ، فرآیندهای بازخورد مثبت یا انتشارات انسانی موادی مانند گازهای گلخانه ای پوشانده شوند . [29]
در طول سال ها، تعاریف تنوع آب و هوا و اصطلاح مربوط به تغییر آب و هوا تغییر کرده است. در حالی که اصطلاح تغییر اقلیم اکنون به تغییراتی دلالت دارد که هم طولانی مدت و هم ناشی از علت انسانی است، در دهه 1960 کلمه تغییر اقلیم برای آنچه که اکنون به عنوان تغییرپذیری آب و هوا توصیف می کنیم، یعنی ناسازگاری ها و ناهنجاری های اقلیمی استفاده شد. [28]
تغییر اقلیم تغییر اقلیم جهانی یا منطقه ای در طول زمان است. [34] این تغییرات در تغییرپذیری یا وضعیت متوسط جو در مقیاس های زمانی از دهه ها تا میلیون ها سال را منعکس می کند. این تغییرات می تواند ناشی از فرآیندهای داخلی زمین ، نیروهای خارجی (مثلاً تغییرات در شدت نور خورشید) یا فعالیت های انسانی باشد، همانطور که اخیراً کشف شده است. [35] [36] دانشمندان عدم تعادل انرژی زمین (EEI) را به عنوان معیاری اساسی برای وضعیت تغییرات جهانی شناسایی کردهاند. [37]
در استفاده اخیر، به ویژه در زمینه سیاست های زیست محیطی ، اصطلاح "تغییر آب و هوا" اغلب تنها به تغییرات آب و هوای مدرن، از جمله افزایش میانگین دمای سطحی که به عنوان گرمایش جهانی شناخته می شود، اشاره دارد . در برخی موارد، این اصطلاح با فرض علت انسانی نیز استفاده می شود، مانند کنوانسیون چارچوب سازمان ملل متحد در مورد تغییرات آب و هوا (UNFCCC). UNFCCC از "تغییرپذیری آب و هوا" برای تغییرات غیر انسانی استفاده می کند. [38]
زمین در گذشته دستخوش تغییرات اقلیمی دوره ای شده است، از جمله چهار عصر اصلی یخبندان . این دورهها شامل دورههای یخبندان است که در آن شرایط سردتر از حد معمول است و دورههای بین یخبندان از هم جدا میشوند . انباشته شدن برف و یخ در طول دوره یخبندان سطح آلبدوی سطح را افزایش می دهد و انرژی خورشید را بیشتر به فضا منعکس می کند و دمای اتمسفر کمتری را حفظ می کند. افزایش گازهای گلخانه ای ، مانند فعالیت های آتشفشانی ، می تواند دمای کره زمین را افزایش دهد و یک دوره بین یخبندان ایجاد کند. دلایل پیشنهادی دوره های عصر یخبندان عبارتند از موقعیت قاره ها ، تغییرات در مدار زمین، تغییرات در خروجی خورشید و آتشفشان. [39] با این حال، این تغییرات به طور طبیعی در آب و هوا در مقیاس زمانی بسیار کندتر از نرخ فعلی تغییرات که ناشی از انتشار گازهای گلخانه ای توسط فعالیت های انسانی است، رخ می دهد. [40]
با توجه به خدمات تغییر اقلیم کوپرنیک اتحادیه اروپا، میانگین دمای هوای جهانی از 1.5 درجه سانتیگراد گرم شدن دوره از فوریه 2023 تا ژانویه 2024 گذشته است. [41]
مدلهای اقلیمی از روشهای کمی برای شبیهسازی فعل و انفعالات و انتقال انرژی تابشی بین جو ، [42] اقیانوسها ، سطح زمین و یخ از طریق یک سری معادلات فیزیک استفاده میکنند. آنها برای اهداف مختلفی استفاده می شوند، از مطالعه دینامیک آب و هوا و سیستم آب و هوا تا پیش بینی آب و هوای آینده. 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 در دمای متوسط زمین می شود.
مدلهای آب و هوا در وضوحهای مختلف از 100 کیلومتر تا 1 کیلومتر در دسترس هستند. وضوح بالا در مدلهای آب و هوای جهانی به منابع محاسباتی قابل توجهی نیاز دارد، بنابراین تنها تعداد کمی از مجموعه دادههای جهانی وجود دارد. مدلهای آب و هوای جهانی را میتوان به صورت پویا یا آماری به مدلهای آب و هوایی منطقهای کاهش داد تا تأثیرات تغییرات آب و هوا را در مقیاس محلی تجزیه و تحلیل کند. به عنوان مثال ICON [43] یا داده های مکانیکی کوچک شده مانند CHELSA (اقلیم شناسی با وضوح بالا برای مناطق سطح زمین) هستند. [44] [45]
بیشترین کاربرد این مدلها در سالهای اخیر، استفاده از آنها برای استنباط عواقب افزایش گازهای گلخانهای در جو، عمدتاً دی اکسید کربن بوده است (به گازهای گلخانهای مراجعه کنید ). این مدلها یک روند صعودی را در میانگین دمای سطح جهانی پیشبینی میکنند که سریعترین افزایش دما برای عرضهای جغرافیایی بالاتر نیمکره شمالی پیشبینی میشود.
مدل ها می توانند از نسبتاً ساده تا کاملاً پیچیده متغیر باشند. مدلهای ساده انتقال حرارت تابشی، زمین را به عنوان یک نقطه واحد و میانگین انرژی خروجی در نظر میگیرند. این را می توان به صورت عمودی (مانند مدل های تابشی-همرفتی) یا افقی گسترش داد. در نهایت، مدلهای آب و هوایی جهانی یخ جو-اقیانوس- دریا پیچیدهتر (همراه) معادلات کامل را برای انتقال جرم و انرژی و تبادل تابشی گسسته و حل میکنند. [46]
{{cite book}}
: CS1 maint: numeric names: authors list (link)