Влияние глобального потепления на климат Челябинской области и г. Южноуральска

Министерство образования Российской Федерации

Средняя общеобразовательная школа № 3

Научно - исследовательская работа:

Влияние глобального потепления на климат

 Челябинской области и г. Южноуральска.

Работу выполнили:

Стельмашук Ирина 8 класс

Семенков Максим 8 класс

Скоробогатых Мария 8 класс

Научный руководитель:

Абдулина Елена Христофоровна

Южноуральский городской округ.

Челябинская область

2012 год

Оглавление.

Введение                                                                                                           3

Глава 1. Краткий обзор работ по изучению глобального

                потепления и суточного хода температур                                   5

Глава 2. Общая характеристика факторов, влияющих на суточный

               ход и величину суточной амплитуды температуры воздуха.

Глава 3. Краткая характеристика географического положения Челябинской области. Влияние географического положения на климат.                                                                                                    7

Глава 4. Методика обработки исходных данных.                                         10

Заключение                                                                                                    11

Список литературы                                                                                      12                      

Введение

Данная тема актуальна потому, что в последнее время мы наблюдаем изменение климата на нашей планете. Нас волнует проблема влияния глобального потепления на климат Челябинской области и в частности нашего города.

В связи с наблюдающимся феноменом всемирного потепления учёные высказывают озабоченность, что устремлённые на юг воды тающего льда северного полюса и уменьшенная разность температур между полюсом и экватором при более сильном парниковом эффекте могут ослабить морские течения. В том числе и Гольфстрим или отклонить его в другом направлении. Это означало бы значительное изменение климата в Европе и России.

Глобальное потепление — процесс  постепенного и Мирового океана, вследствие всевозможных причин. До сих пор учёные со 100% уверенностью не могут сказать, что вызывает климатические изменения. В качестве причин глобального потепления выдвигается множество теорий и предположений. Перечислим основные, заслуживающие внимания, гипотезы.

Цель работы:

рассмотреть, как влияет глобальное потепление на климат Челябинской области и города Южноуральска через исследование суточного хода температур воздуха.

Объект исследования – суточный ход температуры воздуха в зависимости от уровня солнечной радиации и облачности в разные сезоны года, анализ суточных амплитуд температуры воздуха.

Предмет исследования – влияние облачности и солнечной радиации на ход температуры воздуха.

Цель работы – используя краеведческий материал об облачности различной степени доказать, что данный климатический элемент оказывает влияние на повышение температурного режима, в следствие глобального потепления, свойственный городу Южноуральску и Челябинской области.

Цель предполагает следующие задачи:

1.Обозначить общую характеристику факторов, влияющих на повышение температуры воздуха

2.Провести исследования суточного хода температуры воздуха для города при штилевой погоде и, в зависимости от облачности, найти прогностические указания по суточному ходу температуры воздуха.

Гипотеза 1- Причиной глобального потепления является изменение солнечной активности

Все происходящие климатические процессы на планете зависят от активности нашего светила – Солнца. Поэтому даже самые малые изменения активности Солнца непременно сказываются на погоде и климате Земли. Вполне вероятно, что наблюдаемое глобальное потепление связано с очередным ростом солнечной радиации которая в будущем может снова пойти на убыль.

Гипотеза 2 – Виновник глобальных климатических изменений – океан

Мировой океан – огромный аккумулятор солнечной энергии. Он во многом определяет направление и скорость движения тёплых океанических, а также воздушных масс на Земле, которые в сильной степени влияют на климат планеты.

Гипотеза 3 – Вулканическая активность

Вулканическая активность является источником поступления в атмосферу Земли аэрозолей серной кислоты и большого количества углекислого газа.

Гипотеза 4 – Всему виной человек

Самая популярная на сегодняшний день гипотеза. Высокая скорость климатических изменений, происходящих в последние десятилетия, действительно может быть объяснима всё возрастающей интенсификацией антропогенной деятельности, которая оказывает заметное влияние на химический состав атмосферы нашей планеты в сторону увеличения содержания в ней парниковых газов.

Для рассмотрения проблемы мы возьмем только первую гипотезу - изменение солнечной активности

           Новизна работы заключается в том, что в связи с изменением климата, происходит изменение взаимозависимости элементов погоды и возникает необходимость новых исследований в данной области.

Практическая значимость исследования заключается в использовании материалов данной работы на уроках физической географии, при изучении географии своего края, при подготовке к ЕГЭ. 

Работа состоит из введения, четырех глав, заключения. А так же входит список используемой литературы.

Глава 1. Краткий обзор работ по изучению глобального потепления и суточного хода температур

Впервые о глобальном потеплении и парниковом эффекте заговорили в 60-ых годах XX века, а впервые озвучили в 1980 году.

Каждый, кто внимательно следит за научными новостями, не испытывает недостатка в свидетельствах потепления климата. Практически еженедельно появляются сообщения об исследованиях в этой сфере.

1. Британские натуралисты сообщают о смещении к северу ареалов некоторых видов птиц.
2.  Канадцы отмечают, что северные реки остаются замерзшими в среднем на две недели меньше, чем полвека назад.
3.  В Гренландии в последние годы резко ускорилось движение ледников, спускающихся к морю.
4.  Арктические льды отступают летом значительно дальше на север, чем прежде.
5.  На Антарктическом полуострове, который вытянулся в сторону Южной Америки, тоже идет быстрое разрушение ледников.
6.  По некоторым данным, стал замедлять свое течение Гольфстрим…  Складывается впечатление, что на Земле действительно наступает «оттепель».

Климатологи из крупнейших мировых исследовательских центров, собрав доступные архивы метеоданных из разных уголков земного шара, обработали их и привели по возможности к единой шкале. Получилось четыре ряда глобальных температур, начинающихся со второй половины XIX века.  На них видны два отчетливых эпизода глобального потепления.

1. Один из них приходится на период с 1910 по 1940 год. За это время средняя температура на Земле выросла на 0,3— 0,4°C. Затем в течение 30 лет температура не росла и, возможно, даже немного снизилась.
2.  А с 1970 года начался новый эпизод потепления, который продолжается до сих пор. За это время температура повысилась еще на 0,6— 0,8°C.

Таким образом, в целом за XX век средняя глобальная температура приземного воздуха на Земле выросла примерно на один градус. Это довольно много, поскольку даже при выходе из ледникового периода потепление обычно составляет всего 4—5°C.

Ожидаемое глобальное потепление за период с 1990 по 2100 год составит от 1,4 до 5,8°C. Это многим больше, чем в XX веке, а температура в итоге станет рекордной за последние 10 тысяч лет. При этом в континентальных районах Северного полушария потепление будет примерно на 40% больше, чем в среднем по Земле. На всех материках уменьшится разница дневных и ночных температур

Исследованием суточного хода температуры воздуха начали заниматься еще в 19 столетии. Уже тогда в работах Г.И. Вильда, А. И. Воейкова, М. А. Рыкачева качественно были выделены основные факторы, обусловливающие его.

Несмотря на недостаточное изучение суточного хода температуры из-за нерегулярных наблюдений, особенно в ночное время, а также редкой сети метеостанций, к концу 19 века был сделан ряд правильных выводов об изменении температуры и суточных амплитуд её под влиянием таких основных факторов, как приток солнечной радиации, влажность, облачность и рельеф местности.

Однако количественно проблема суточного хода температуры была значительно продвинута вперёд только к середине XX века методами динамической метеорологии. В это время появился ряд новых работ по изучению суточного хода температуры воздуха и амплитуд. Этому способствовало развитие метеорологии и сети метеорологических станций, а также усовершенствование методов наблюдений на базе новой техники. Выполненные работы показали тесную связь изменений температуры с колебаниями теплового баланса, коэффициента обмена  и другими факторами.

На основании обработки большого фактического материала исследовали характер распределения средних, наибольших и наименьших величин амплитуд в различных физико-географических условиях на территории России по месяцам и сезонам года. Это были первые попытки объединить разрозненные данные, т. к. до этого такие исследования производились лишь для отдельных пунктов.

Практический интерес представляет работа Глазовой О.П., в которой исследуется суточный ход температуры воздуха при различном состоянии неба для всех месяцев года. Ею впервые были получены эмпирические данные, которые позволяют прогнозировать температуру воздуха на каждый час с учетом ожидаемого количества и вида облаков в соответствующие месяцы.

Глава 2. Общая характеристика факторов, влияющих на суточный ход и величину суточной амплитуды температуры воздуха.

В предыдущей работе мы рассмотрели влияние циркуляции воздушных масс на тепловой режим региона, а в этой работе определим влияние радиационного  фактора, исследуем суточный ход температуры воздуха при штилевой погоде в зависимости от облачности.

        Из многочисленных исследований, проведенных в области изучения суточного хода температуры воздуха, известно, что величина суточных амплитуд и ход температуры воздуха в течение суток меняются в зависимости от многих факторов. Эти факторы  можно разделить на две группы: постоянно действующих и меняющихся со временем.        Все эти факторы действуют одновременно и взаимообусловлено. Однако каждый из них по-разному влияет на изменения температуры воздуха в течение суток.

2.1. Постоянно действующие факторы.

        Из постоянно действующих факторов первым и очень важным является географическая широта. От неё зависит зональность в распределении элементов климата, в том числе температуры воздуха. Таким образом, приток солнечной радиации на единицу площади  земной поверхности, зависит, в первую очередь, от высоты солнца над горизонтом, продолжительности дня и угла падения солнечных лучей, т.е. от географической широты места и времени года.

        Не менее решающим фактором при этом является и высота над уровнем моря. Известно, что высота влияет как на уменьшение амплитуд, так и на смягчение колебаний их в течение года. При этом с увеличением высоты эта картина проявится более отчетливо. Например, на высоте до двух км ещё прослеживается суточный ход температуры воздуха, а в более высоких слоях тропосферы, куда турбулентный теплообмен мало распространяется, суточный ход температуры очень сглажен, а наступление максимумов и минимумов запаздывает.

        Важным фактором является распределение суши и моря. Характер подстилающей поверхности определяет степень поглощения и отражение дошедшей до неё солнечной радиации. При этом суточная амплитуда температуры воздуха над морем значительно меньше амплитуды над сушей. Даже при безоблачном небе суточная амплитуда температуры над морем вдали от берега или над океанами составляет всего 1-20. Это объясняется тем, что поверхностный слой воды, поглощающий солнечную радиацию, существенно нагревается вследствие турбулентности переноса тепла вглубь моря и, в то же время, охлаждается  значительно медленнее суши. Крупные водные объекты оказывают смягчающее влияние на ход температуры.

        Влияние формы рельефа на суточный ход температуры состоит в следующем: дневное нагревание и ночное охлаждение воздуха минимальное над выпуклыми формами рельефа (возвышенность) и максимальное над вогнутыми (долина, котловина). Такой характер изменения температуры зависит от степени местного усиления вертикального перемешивания воздуха, а также скопления более плотного холодного воздуха в ночное время в котловинах и долинах.

2.2.. Факторы, изменяющиеся со временем.

Как было сказано выше, к этой группе факторов относится, прежде всего, приток солнечной радиации к земной поверхности в течение суток. Солнечная радиация является основной причиной возникновения суточного хода температуры в нижних слоях атмосферы. Количество поглощенной и отраженной радиации различное. При поступлении солнечного тепла на сухую поверхность почвы оно почти целиком затрачивается на её нагревание, а при влажной поверхности часть уходит на испарение. Кроме того, влажная почва обладает сравнительно большой теплоемкостью, а поэтому она охлаждается медленнее, чем сухая. Вследствие  этого амплитуда суточных колебаний температура воздуха над влажной почвой меньше, чем над сухой.

        Поток солнечной радиации к земной поверхности при прохождении через толщу атмосферы в значительной мере может быть ослаблен из-за тумана, её запыленности, дождя, большой влажности воздуха, а главное – вследствие покрытия неба облаками. Последнее оказывает особенно значительное влияние на суточные амплитуды температуры (будет рассмотрено далее).

                Влажность тоже влияет на суточный ход температуры воздуха. Так, например, при увеличении удельной влажности с высотой до 1-2 км в теплом влажном воздухе замедляется процесс ночного понижения температуры у поверхности земли вследствие турбулентного переноса тепла и влаги из воздуха к подстилающей поверхности. Следует заметить, что влияние облачности и влажности на амплитуду температуры по сравнению с другими  факторами является наиболее непостоянным во времени, так как зависит не только от физико-географических условий, но в значительной степени и от атмосферной циркуляции. Поэтому учет влияния облачности на величину амплитуды является наиболее трудным.

Таким образом, при множестве факторов, влияющих на суточный ход температуры воздуха и амплитуду, в зависимости от их сочетания и интенсивности получается  различный эффект, что необходимо иметь в виду при исследовании суточного хода температуры воздуха.

Глава 3. Краткая характеристика географического положения Челябинской области. Влияние географического положения на климат.

Челябинская область расположена в умеренных широтах, между 52 гр и 56 гр северной широты. Приток солнечной радиации, как вам известно, прежде всего, от широты, так как с изменением широты изменяется угол падения солнечных лучей. Следовательно, поступление солнечной радиации на разных широтах будет неодинаковым.

Всю солнечную радиацию, приходящую к земной поверхности, прямую и рассеянную, называют суммарной радиацией. Годовой приход суммарной радиации на территорию области изменяется от 90 ккал /кв см на севере до 107 ккал/ кв см на юге. На приход суммарной радиации помимо широты оказывает влияние облачность. В пасмурные дни приход солнечной радиации снижается.

     Важным климатологическим фактором является показатель радиационного баланса, который представляет собой разность между приходом и расходом радиации на подстилающей поверхности. Радиационный баланс, являясь источником энергии, определяет климатические и другие природные процессы. От его величины зависят нагревание почвогрунтов, атмосферы, интенсивность испарения.

       С изменением радиационного баланса связан режим тепла и увлажнения подстилающей поверхности и прилегающих слоёв атмосферы. Однако на особенности климата оказывает влияние также циркуляция атмосферы

Климат и атмосферную циркуляцию в р-не Челябинска целесообразно рассматривать как частное выражение климата и атмосферной циркуляции всего Южного Урала, климатические особенности которого объясняются физико-географическим расположением данного региона.

Удаленность от Атлантического океана и соседство с Сибирью обуславливают континентальность климата. Согласно генетической классификации климатов, предложенным Б.П.Алисовым, Южный Урал и Челябинск расположены  в поясе континентального климата.

Несмотря на удаленность Южного Урала от Атлантического океана, наибольшее воздействие на климат Челябинской области оказывает Западный перенос. Воздушные массы, приходящие с морских просторов Атлантики, достигают Урала сильно измененными, превратившимися в континентальные. Пройдя под большим пространством суши, воздушные массы теряют влагу и зимой охлаждаются, а летом нагреваются.

На климат области большое  влияние оказывают Уральские горы, преграждающие путь воздушным потокам, несущие влагу с запада. При преобладающем западном переносе Уральские горы являются естественной климатической границей между климатом Русской равнины и Западно-Сибирской низменности. Уральские горы замедляют движения циклонов, перемещающихся с запада и нередко задерживающих их. Поэтому на Западе области выпадают осадков почти вдвое больше, чем в Зауралье. С восточной стороны Урала наблюдаются меридиональные перемещения воздушных масс: зимой холодный воздух из Арктики проникает вдоль гор далеко к югу, а в летнее время теплый и сухой воздух с юга и с юга-востока поднимается до высоких широт на север. Такие меридиональные перемещения воздушных масс весной вызывают возвраты холодов. Большую роль в формирование климата Южного Урала в зимний период оказывает Сибирский антициклон, который вызывает резкие понижения температуры воздуха.

В результате замера температур и анализа статистических данных Гидрометцентра  получено, что в среднем по Челябинской области наблюдается увеличение среднегодовой температуры воздуха за период 1976-2010 г. составило 0,51С, относительно периода с 1961 по 1990 г. Температуры возросли по всей области, особенно выделяются Бреды (тренд 0,56/10 лет), Варна (0,67), Октябрьское (0,61), расположенные в степной зоне Челябинской области.

Летом увеличение температур незначительное, в среднем на 0,250С.

Среди месяцев года самое сильное потепление отмечено в январе в горно-лесной зоне на метеостанциях В.Уфалей (2,4 С/10 лет) и Нязепетровск (2,2) и в феврале. В марте увеличение температуры уже не такое интенсивное

Таким образом, было показано, что в нашем регионе также происходит потепление, причем наиболее интенсивное в зимний период и в октябре.

Мы проанализировали климатические условия в Челябинской области за период с 1946 по 2005 год. Согласно полученной линии хода температур, наблюдается увеличение среднегодовой температуры воздуха на полградуса.

3.1 Краткое описание климата города Южноуральска

Большая (западная) часть города Южноуральска расположена на Зауральской холмистой возвышенной равнине, характеризующейся слабоволнистым и лесостепным рельефом. Поверхность равнины расчленена озерными котловинами и речными долинами с пологими склонами. Водоразделы в той или иной степени всхолмлены.

Естественная поверхность лесостепной зоны Южноуральска, к настоящему времени сильна изменена. В городской черте разбрасываются глина, песок, уголь и др. В местах золоотвалов (результат работы ЮУГРЭС) и песчаных карьеров возникли антропогенные формы рельефа: карьеры, овраги, отвалы пустой породы и пр. Ямы, карьеры часто заполнены водой.

Речная сеть лесостепной зоны Южноуральска и ближайших к городу окрестностей относится к бассейну реки Тобол. Основными водными объектами района являются река Уй, Увелька, Южноуральское водохранилище и озера Хомутининской группы.

Климат у нас континентальный, с продолжительной зимой(5-5,5 месяцев) и с тёплым, а чаще и жарким летом. Холодные и сухие северо-восточные ветры делают наш климат более суровым и менее влажным. Температура зимой иногда опускается до – 30 градусов, а летом до + 32.

О средних температурах самого тёплого и самого холодного месяцев можно судить по данным таблицы:

Не менее важной, чем температура для начала зимы является дата установления устойчивого снежного покрова. Это явление наблюдается в среднем во второй неделе ноября. Бывают и исключения: в 1996 году, например, снежный покров установился 12 декабря, а в 2004 году 24 ноября. К середине ноября обычно замерзают водоёмы. В первой  половине зимы происходит интенсивное накопление снежного покрова. Высота его к середине января достигает обычно 25 – 30 сантиметров. К концу зимы высота снега увеличивается на 5 – 10 сантиметров.

О высоте снежного покрова можно судить по данным таблицы: (в см.)

Июнь и Июль – самые жаркие месяцы в нашем городе. Средние температуры этих месяцев за последние 50 лет составляют +18-20 градусов и только в последние 2-3 года температура повысилась и теперь достигает в среднем +26, 28 градусов. Максимальные температуры этих месяцев достигали до 38-43 градусов. Температура воды в Южноуральском водохранилище нагревается до 25 – 27 градусов

Глава 4. Методика обработки исходных данных.

Исследование проведено на фактическом материале. Время метеорологических наблюдений – местное. Наблюдения велись через каждые три часа. Суточный ход температуры воздуха проанализирован за год. Мы выбрали в каждом сезоне периоды безоблачной погоды со штилем, пасмурной погоды со штилем. Построены графики суточного хода температур воздуха для данных периодов, рассчитаны амплитуды суточного хода температур для разных типов погоды.

При штиле и отсутствии адвекции наибольшее влияние на суточный ход температуры оказывает облачность. Анализ средних суточных амплитуд температуры воздуха показывает существенные различия в величинах амплитуд в зависимости от времени года и от облачности.

При пасмурном небе во все месяцы года амплитуда значительно меньше, чем при малооблачной погоде и составляют:

при малооблачной погоде:        при пасмурной погоде:

январь (11,1%)        январь (6,6%)

апрель (16,1%)        апрель (4,9%)

июль (12,8%)        июль (6,3%)

октябрь (9,9%)        октябрь (2,9%)

Такой ход температуры воздуха при пасмурной погоде объясняется тем, что ночью увеличение облачности вызывает уменьшение эффективного излучения поверхности земли и ведёт к ослаблению радиационного охлаждения приземного слоя воздуха, а днём вызывает уменьшение притока солнечной радиации к земной поверхности и ослабление нагрева приземного слоя воздуха. При этом влияние облачности на суточный ход температуры и её  амплитуду зависит не только от степени покрытия неба облаками, но и от вида  облаков и толщины облачного слоя. Известно, что облачность уменьшает поступление прямой солнечной радиации, но увеличивает рассеянную радиацию. При облаках верхнего и среднего ярусов рассеянная радиация возрастает с увеличением высоты солнца. Поэтому уменьшение притока суммарной радиации к поверхности земли при облаках верхнего яруса зависит от времени года. Так, например, летом, когда высота солнца  над горизонтом наибольшая при сплошном покрове облаков верхнего яруса (перистых и перисто-слоистых) приток радиации к земной поверхности увеличивается.

Зимой, когда высота солнца наименьшая, приток суммарной радиации значительно уменьшается. При сплошном покрове облаков нижнего яруса приток радиации к поверхности земли практически не зависит от высоты солнца над горизонтом. В этом случае значение максимальных температур будет существенно отличаться и особенно значительно в летний период времени. Однако уменьшение притока солнечной радиации к поверхности земли пропорционально толщине облачного слоя. В частности, при увеличении мощности слоисто-кучевых облаков от 100-200 м до 500 м напряжение рассеянной радиации, а следовательно, и дневное нагревание воздуха уменьшается примерно в 2 раза.

Анализируя данные наблюдения при пасмурной погоде, наименьшие значения амплитуды воздуха (5˚- 6˚) приходятся на весенне-летний сезон в зимний и осенний период суточные амплитуды при пасмурном небе минимальны – всего 2 - 3˚, то есть в два раза меньше летних Весьма своеобразно распределение амплитуд в годовом цикле при ясной погоде. Значительно уменьшаются их значения в первой половине зимы – с ноября по январь до 5 - 6˚ и резко возрастают в конце зимы и весной до 15 -16˚. По приведенным данным на территории Копейска и области, как правило, максимальные значения суточной амплитуды при ясном небе наблюдались в апреле (16,1˚). Объясняется это тем, что в этот период увеличивается приток солнечной радиации за счет высокого положения солнца. Разница между максимальной и минимальной температурой воздуха увеличивается ещё и потому, что весной в ночные часы происходит выхолаживание воздуха при ясной погоде, так как земля еще не успела прогреться.

Заключение.

Мы привели несколько гипотез глобального потепления, и все они играют решающую роль в изменении климата на Земле. Особую роль в потеплении климата и увеличении средних температур играет изменение солнечной радиации.

А также в данной работе нами рассматривался вопрос о суточном ходе температуры воздуха при ясной и облачной погоде и влиянии облачности на величину амплитуды воздуха в городе Южноуральске. В ходе исследования были сделаны следующие выводы:

1)При множестве факторов, влияющих на суточный ход температуры и амплитуды, в зависимости от их сочетания и интенсивности, получается различный эффект, что необходимо иметь в виду при исследовании суточного хода температуры воздуха.

2)Анализ средних суточных амплитуд температуры воздуха показывает существенные различия в величинах амплитуд в зависимости от времени года и от облачности.

3)Наблюдения за облачностью позволяют судить о развитии атмосферных процессов в данном районе и предстоящих изменениях погоды. От условий облачности существенно зависит работа некоторых отраслей народного хозяйства.

Таким образом, мы считаем, что гипотеза о том, что облачные поля, перемещаясь в атмосфере, зимой уменьшают выхолаживание, а летом нагрев приземного слоя воздуха, сглаживая суточный ход температуры, выяснена и доказана.

Список литературы.

1. Алисов, Б.П. Климат СССР. Высшая школа. Москва, 1969.-102с
2. Андреева, М.А., Маркова, А.С. География Челябинской области. Учебное пособие для учащихся 7-9 классов основной школы. Челябинск. Южно-Уральское книжное издательство, 2002.-201с
3.  Гиттис, М.С., Моисеев А.П. Познай свой край. Челябинская область. Краткий справочник. Челябинск, ООО «Арбис», 2004.-109с
4. Калишев, В.Б. У природы нет плохой погоды. Челябинск, 1998.-250с
5. Кирин, Ф.Я. География Челябинской области. Учебное пособие для школьников. Южно-Уральское книжное издательство. Челябинск, 1979.-75с
6. Румянцева А.Я. Климат Челябинской области. Учебное пособие. Челябинск, 1998.-83с
7. Садовский П.С. Вопросы географии Южного Урала. Выпуск 3. Челябинск, 1969.-109с

1. http://www.regnum.ru/
2. rian.ru.
3. http://www.chel-week.ru/21228-globalnoe-poteplenie-sposob-zapugivaniya-i.html
4. http://www.polit.ru/research/2009/09/16/poteplenie.html
5. http://www.csu.ru/files/_Botova.pdf