Czynniki kształtujące klimat Ziemi. Zmiany klimatyczne, cz. II


Zmiany klimatyczne, cz. II

    W zeszłym miesiącu opowiadałam o klimatycznej historii Ziemi. Zanim przejdziemy do teorii opisujących przewidywane zmiany klimatu w przyszłości, warto na chwilę zatrzymać się w epoce współczesnej, aby zrozumieć skomplikowane mechanizmy kształtujące klimat na naszej planecie. Składają się na nie trzy podstawowe procesy klimatotwórcze: obieg ciepła, krążenie powietrza i obieg wody.

    Ziemia otrzymuje od Słońca ilość energii, wynoszącą średnio dla całej powierzchni planety 1,372 kW/m2 (jest to tzw. stała słoneczna). Powierzchnia naszej planety odbija otrzymywaną od Słońca energię cieplną z powrotem w przestrzeń kosmiczną. Występujące w sposób naturalny w atmosferze gazy cieplarniane (o których szerzej będzie mowa w kolejnym artykule) ograniczają utratę ciepła, zatrzymując część energii przy powierzchni Ziemi. Gdyby nie obecność tych gazów, średnia temperatura na Ziemi wynosiłaby -20°C (obecnie wynosi +15°C), a dobowe wahania temperatury mogłyby dochodzić do 100-200°C.

    Promienie słoneczne docierają do Ziemi nierównomiernie: obszary równikowe i zwrotnikowe otrzymują o wiele więcej energii słonecznej, niż obszary w średnich szerokościach geograficznych i obszary polarne. Ta dysproporcja w nagrzaniu powierzchni Ziemi jest podstawą funkcjonowania mechanizmów cyrkulacji atmosfery i krążenia wody w oceanach, polegających na przenoszeniu energii cieplnej z obszarów cieplejszych do chłodniejszych.

 
Cyrkulacja atmosferyczna

    W najprostszym przypadku obieg ciepła w powietrzu mógłby wyglądać tak: gorące, a skutkiem tego lżejsze powietrze wznosi się w okolicach równika i przemieszcza ku biegunom, gdzie zostaje schłodzone i opada, a następnie przy powierzchni Ziemi powraca ku równikowi. Jednakże szereg czynników, do których należą m.in. nachylenie osi obrotu Ziemi, rozkład lądów i mórz, powodują, że w rzeczywistości model ogólnej cyrkulacji atmosfery jest bardziej skomplikowany. Ponadto związana z ruchem wirowym Ziemi siła Coriolisa wywołuje odchylenie kierunku ruchu powietrza w prawo (na półkuli północnej), dlatego krążenie powietrza także podlega odchyleniu, w wyniku czego powstają wiatry wschodnie i zachodnie.

    W sąsiedztwie równika występuje tzw. równikowy pas ciszy, charakteryzujący się gorącą, wilgotną pogodą i słabymi wiatrami, a także obniżonym ciśnieniem atmosferycznym. W równikowym pasie ciszy tworzą się chmury, wilgotność powietrza jest wysoka, wiatry są słabe i zmienne, występują także różne gwałtowne zjawiska pogodowe, jak burze i nawałnice, rodzą się huragany.

    Wokół równikowego pasa ciszy powietrze unosi się i przemieszcza w kierunku biegunów. Jednak nie dociera ono tak daleko, gdyż w rejonie zwrotników opada ku Ziemi. W okolicach zwrotników występuje znów obszar ciszy lub słabych wiatrów, tym razem jednak połączony z wysokim ciśnieniem atmosferycznym, bezchmurną pogodą, niewielkimi opadami. Powietrze jest suche, co sprzyja tworzeniu się pustyń.
    Powietrze, które opadło na dół w podzwrotnikowej strefie podwyższonego ciśnienia odpływa z powrotem ku równikowi przy powierzchni Ziemi. Powstają wiatry, zwane pasatami: północno-wschodnie na półkuli północnej i południowo-wschodnie na półkuli południowej.

    Z kolei w umiarkowanych szerokościach geograficznych powietrze przy powierzchni Ziemi przemieszcza się w kierunku koła podbiegunowego, a w wyższych partiach atmosfery odpływa w stronę zwrotników. Jest to strefa o przeważających wiatrach zachodnich. Nad obszarami okołobiegunowymi powietrze opada – tworzą się wyże polarne. Przy powierzchni Ziemi powietrze przemieszcza się na zewnątrz układów wysokiego ciśnienia, czyli w kierunku niższych szerokości geograficznych, tworząc polarną strefę wiatrów wschodnich. Strefę o przeważających wiatrach zachodnich od polarnej strefy wiatrów wschodnich oddziela front polarny, co powoduje powstawanie obszaru obniżonego ciśnienia szerokości umiarkowanych.

    Powyżej przedstawiony model nadal pozostaje jedynie bardzo ogólnym przybliżeniem rzeczywistej cyrkulacji atmosferycznej. W rzeczywistości Słońce nie pozostaje przez cały rok nieruchome nad równikiem, ale przemieszcza się od 23°30´szer. geogr. północnej, do 23°30´ szer. geogr. południowej, tam i z powrotem w ciągu roku. Ponadto powierzchnia Ziemi nie jest jednolita ani gładka, a kontrasty termiczne między lądami a wodami mórz i oceanów powodują nierównomierne jej nagrzewanie. Skutkiem tego prądy powietrza stają się niestabilne, tworzą się zawirowania. Wiatry nie są stałe, nie wieją wciąż z tego samego kierunku i z taką samą siłą.
    Również obszary wysokiego lub niskiego ciśnienia nie tworzą ciągłych stref. Rozbudowujące się w atmosferze wyże oraz niże zmieniają natężenie i położenie w ciągu roku, co łatwo zaobserwować na mapach pogody. Przykładowo, zimą nad Syberią i Kanadą pojawiają się wyże polarne, na Pacyfiku powstaje Wyż Hawajski, a na Atlantyku Wyż Azorski. Równocześnie tworzą się niże: Aleucki i Islandzki. Latem w obszarach polarnych układy wysokiego ciśnienia zostają zastąpione przez niże. Niż tworzy się również nad obszarem południowej Azji. Równocześnie Wyż Azorski przesuwa się na zachód i rozbudowuje, by stać się Wyżem Bermudzkim, podobne zjawisko występuje w przypadku Wyżu Hawajskiego.

    Skutkiem różnic w pojemności cieplnej kontynentów i oceanów jest cyrkulacja monsunowa. W lecie wiatry wieją zwykle znad oceanu, wywołując silne opady deszczu w głębi lądu. W zimie wiatry zmieniają kierunek i wieją znad lądu w stronę oceanu, co powoduje brak opadów. Chociaż termin "monsun" został po raz pierwszy sprecyzowany w odniesieniu do subkontynentu indyjskiego, cyrkulacja monsunowa występuje również w innych regionach świata: w Europie, Afryce, Australii oraz u zachodnich wybrzeży Chile i Stanów Zjednoczonych. W przybliżeniu 65% ludności świata żyje w regionach występowania monsunów.


Oceany

    Wody oceanów bezustannie opływają kulę ziemską. Aby okrążyć cały glob, dana objętość wody potrzebuje 1000 lat, przemieszczając się przy tym w głąb oceanu, to znów ku powierzchni. Cyrkulacja (krążenie) wód oceanicznych pomaga w rozprowadzaniu ciepła z obszarów międzyzwrotnikowych do innych regionów Ziemi.

    Cyrkulacja oceaniczna jest powodowana dwiema ściśle ze sobą związanymi przyczynami:

1. Cyrkulacja termohalinowa (thermo - temperatura, halina - sól) wywoływana różnicą gęstości wody morskiej, która z kolei uzależniona jest od temperatury i zasolenia wody.
2. Cyrkulacja wywoływana wiatrem, przejawiająca się w powstawaniu prądów morskich.

    Wody powierzchniowe oceanów przemieszczają się ku obszarom polarnym, gdzie oddają ciepło, które ogrzewa powietrze, a same przy tym ulegają ochłodzeniu. Chłodna woda staje się na tyle gęsta, że opada na dno oceanu, tworząc nową wodę głębinową, a równocześnie spychając starszą wodę głębinową ku równikowi. Głównymi rejonami, w których to zjawisko następuje, są akweny w pobliżu Labradoru i Grenlandii w północnej części Oceanu Atlantyckiego oraz na Morzu Beringa na Północnym Pacyfiku. Tworzenie się wód głębinowych ma miejsce także wokół Antarktyki, podczas powstawania lodu morskiego. Lód ten zawiera niewiele soli, dlatego też podczas jego tworzenia się otaczająca go woda staje się coraz bardziej słona i gęsta. Ta bardzo gęsta woda spływa po krawędzi kontynentu, aby utworzyć antarktyczne, zimne wody denne.

    Przez pewien czas sądzono, że wody głębinowe przemieszczają się w kierunku równika ocieplając się stopniowo, aby na niskich szerokościach geograficznych wypłynąć ku powierzchni na całym obszarze oceanu. Obecnie uważa się, że występujące na dnie oceanu pasma górskie powodują zaburzenia w przepływie wody i silne jej mieszanie, co z kolei wymusza wynoszenie wód głębinowych ku powierzchni. Ponadto na Oceanie Południowym mieszanie wód i w konsekwencji ich wypływanie na powierzchnię jest powodowane silnym wiatrem.

    Kiedy wody głębinowe znajdą się już na powierzchni, powracają ku biegunom w postaci prądów powierzchniowych, wywoływanych przez przeważające wiatry, dzięki czemu cały cykl zostaje zamknięty.

    Prądy oceaniczne można wyobrazić sobie jako gigantyczne rzeki, płynące pod lub na powierzchni oceanu. Od otaczających je wód różnią się one temperaturą, wyróżnia się więc prądy zimne i prądy ciepłe. Największe prądy morskie potrafią przetoczyć w ciągu sekundy od 3 do 5 milionów metrów sześciennych wody, a w porównaniu z nimi największa rzeka świata, Amazonka, ze średnim przepływem 120 tys. metrów sześciennych wody na sekundę wydaje się być niewielkim potokiem. Wiele z tych prądów łączy się i tworzy jakby zamknięte obiegi wody, niezmienne, płynące zawsze w tym samym kierunku i kształtujące klimat na całym świecie.

    Na szczególne wyróżnienie, z uwagi na rolę jaką odegra w dalszych rozważaniach, zasługuje Prąd Zatokowy.


Prąd Zatokowy (Golfsztrom)

    Jest to jeden z najważniejszych prądów morskich wywoływanych przez stałe wiatry. Powstaje na północ od Wysp Bahama z połączenia Prądu Florydzkiego z Prądem Antylskim i płynie z prędkością około 5 węzłów na północny zachód. W okolicy 48 stopnia długości zachodniej i 40 stopnia szerokości północnej następuje rozdzielenie wód prądu - jego część, zwana Prądem Północnoatlantyckim, płynie w kierunku Wielkiej Brytanii, gdzie wody prądu oddają ciepło atmosferze, ogrzewając Europę. W ten sposób staje się on bardzo ważnym elementem globalnego transportu ciepła w kierunku północnym. Dzięki wodom Prądu Północnoatlantyckiego Europa Północna jest znacznie cieplejsza od obszarów położonych w podobnych szerokościach geograficznych w Ameryce Północnej i na wybrzeżach Pacyfiku. Wieloletnie pomiary dowodzą, że na skutek działania Prądu Zatokowego średnie temperatury w Europie Północnej są o 9°C wyższe niż średnie temperatury dla podobnych szerokości geograficznych w innych rejonach globu.

    Czynniki wpływające na klimat, związane z atmosferą i wodami oceanów, tworzą w pewnych regionach skomplikowane i czułe systemy, oparte na wzajemnych zależnościach i kształtujące pogodę na dużych obszarach. Przyjrzyjmy się dwóm takim systemom: Oscylacji Północnoatlantyckiej i cyklowi El Niño/La Niña.


Oscylacja Północnoatlantycka (North Atlantic Oscillation, NAO)

    Jest jednym z najdawniej znanych systemów cyrkulacyjnych, kształtowanych przez różnice ciśnienia pomiędzy Azorami (Wyż Azorski) a Islandią (Niż Islandzki). To wielkoskalowe zjawisko klimatyczne, występujące w rejonie Północnego Atlantyku i tworzące w systemie klimatycznym naszej planety wyraźnie funkcjonujący podsystem. Jego skutki obejmują rozległe przestrzenie półkuli północnej - od wschodnich wybrzeży Ameryki Północnej po Nizinę Rosyjską, Zachodnią Syberię i Bliski Wschód, od atlantyckiej Arktyki, po atlantyckie tropiki.

    NAO oddziałuje głównie w zimie i ma dwie fazy. Każda z nich powoduje różne warunki pogodowe na obszarach położonych wokół Północnego Atlantyku:

1. Dodatnia (pozytywna) faza NAO ma miejsce, gdy występuje znaczna różnica ciśnień pomiędzy Wyżem Azorskim a Niżem Islandzkim. Powoduje to częstsze powstawanie silnych wiatrów zachodnich i sztormów nad Atlantykiem, przemieszczających się w kierunku północno-wschodnim. Zima nad basenem Bałtyku, Europą Środkową, Półwyspem Skandynawskim i północną częścią europejskiej Rosji jest łagodna, z częstymi odwilżami i mało trwałą pokrywą śnieżną, niekiedy na znacznych obszarach całkowicie bezśnieżna. W tym samym czasie w rejonie Morza Śródziemnego zimy są chłodne i suche, mroźno i sucho jest również w Kanadzie. Jeśli taka sama sytuacja baryczna nad Północnym Atlantykiem wystąpi latem, lato na wymienionych obszarach jest pochmurne, z niezbyt intensywnymi lecz częstymi opadami, przeważnie chłodne. Jednocześnie w tym samym czasie bardzo zimne powietrze zimą, a chłodne latem, znad Grenlandii, Zatoki Baffina, Cieśniny Davisa, Labradoru, przemieszcza się na południe, przynosząc nad północną częścią Atlantyku dotkliwe ochłodzenie.

2. W porze zimowej przy ujemnej (negatywnej) fazie NAO występuje niewielka różnica ciśnień pomiędzy Wyżem Azorskim a Niżem Islandzkim. Nad obszarem Europy Zachodniej i Centralnej, Basenem Bałtyku, północną częścią Niziny Rosyjskiej pojawiają się zimy ostre, często bardzo mroźne i suche. Nad Morze Śródziemne z kolei dociera ciepłe, wilgotne powietrze. Wystąpienie podobnej sytuacji barycznej w okresie letnim powoduje, że na dużych obszarach występować będą bardzo wysokie, znacznie odbiegające od średnich wieloletnich, temperatury powietrza. Długi okres bezopadowy może doprowadzić nad obszarami lądowymi do wystąpienia suszy. Często pojawiają się bardzo silne burze termiczne, z którymi związane są krótkotrwałe (od godziny do kilku godzin), niezmiernie intensywne opady, nierzadko o charakterze katastrofalnym

    Pomimo że sama cyrkulacja jest obecnie dość dobrze poznana, ciągle nie wiemy, jakie czynniki decydują o wystąpieniu takiej, a nie innej fazy NAO.


El Niño

    Na temat El Niño i jego bliźniaczej siostry La Niña pisaliśmy już w pinezce.pl. Występowanie tych zjawisk wpływa istotnie nie tylko na procesy pogodowe, zachodzące u wybrzeży Pacyfiku, ale również na klimat globalny. Względne ogrzanie oceanów i wahania ciśnienia są odczuwane również w równikowych rejonach Atlantyku i Oceanu Indyjskiego. Kiedy trwa El Niño, cała światowa cyrkulacja atmosferyczna odczuwa wpływ zasilenia atmosfery przez olbrzymie ilości dodatkowego ciepła i wilgoci, pochodzących z parowania cieplejszego niż zwykle oceanu.

    Skutki tego bywają katastrofalne, jak miało to miejsce podczas El Niño w latach 1982-1983. Tahiti i leżące w pobliżu wyspy, zwykle nie nawiedzane przez cyklony, zostały wówczas zaatakowane przez sześć niszczycielskich huraganów, a dach nad głową straciło 25 000 ludzi. W tym samym czasie rekordowe susze dotknęły część Australii, czego skutkiem były pożary buszu i straszliwe burze pyłowe, oraz Indonezji, gdzie wystąpił głód. Równocześnie potężne opady deszczu nad wschodnim i środkowym Pacyfikiem spowodowały katastrofalne powodzie i osunięcia się mułu na wyżynach Ekwadoru, Peru i Boliwii. W roku 1983 zimowe sztormy, nawiedzające zwykle północne wybrzeża Ameryki Północnej, przesunęły się na południe, przynosząc burze i deszcze w Kalifornii, a na Florydzie i Kubie panowała niezwykle mokra i wietrzna pogoda. Straszliwa susza w południowej Afryce w roku 1982 oraz spotęgowanie suszy w Etiopii w latach siedemdziesiątych i osiemdziesiątych XX wieku to również skutki El Niño, który odsunął chmury deszczowe daleko od tych obszarów.

    Obecnie wiemy już, jakie znaczenie dla klimatu na naszej planecie ma Prąd Zatokowy. Poznaliśmy dość dobrze Oscylację Północnoatlantycką, choć nadal nie rozumiemy rządzących nią przyczyn. Nasza wiedza o El Niño jest ciągle niewystarczająca, a o jego "siostrze" wręcz skąpa. Czy możemy zaręczyć, że atmosfera i oceany nie kryją więcej podobnych, do dzisiejszego dnia nie poznanych zjawisk?


Źródło:
http://www.atmosphere.mpg.de/enid/658

 
Zdjęcia z serwisu SXC.hu


Odcinek poprzedni: Rzut oka w przeszłość
Odcinek następny: Efekt cieplarniany

Komentarze (1)

Zapisz się do RRS feed tego komentarza

Pokaz/Ukryj Komentarze

Napisz Komentarz

mniejsze | większe

Powered by Azrul's Jom Comment for Joomla!
busy
 
}

info dla autorów

Szanowny Autorze, zapraszamy do współpracy z magazynem pinezka.pl. 
> Tutaj znajdziesz informację < dotyczącą warunków publikacji tekstów oraz współpracy z nami. 

Info i kontakt


 

Kontakt:  
{
logowanie dostępne tylko dla członków redakcji Pinezka.pl