3. Klimata mainība un klimata pārmaiņas
Klimats un ilgtspējīga attīstība
Redaktori: Māris Kļaviņš un Jānis Zaļoksnis.
Rīga: LU Akadēmiskais apgāds, 2016, lpp
Grāmata “Klimats un ilgtspējīga attīstība” izstrādāta un izdota Eiropas Ekonomikas zonas finanšu instrumenta 2009.–2014. gada perioda programmas “Nacionālā klimata politika” neliela apjoma grantu shēmas projektu “Kapacitātes celšana pētījumiem un pasākumiem sabiedrības zināšanu uzlabošanai par klimata pārmaiņām un to radītajām sekām” projekta “Klimata pārmaiņu izglītība visiem” ietvaros.
3.6. Jūru un okeānu ūdeņu un atmosfēras mijiedarbība
Klimatu katrā konkrētajā vietā ietekmē ne tikai Saules starojuma intensitāte, bet arī atmosfēras gaisa masu plūsmas un to mijiedarbības raksturs gan ar sauszemes virsmu, gan ar jūru un okeānu ūdeņiem. Tā kā jūras un okeāni aizņem lielāko daļu no Zemes virsmas, bet tie ir kustīgi un straumes spēj pārnest uzsilušas vai atdzisušas ūdens masas lielos attālumos, tad atmosfēras gaisa plūsmu un ūdeņu plūsmu mijiedarbība ir nozīmīgs klimatu veidojošs faktors.
Par gaisa masām sauc plašas zemākās atmosfēras (troposfēras) daļas ar viendabīgām fizikālām īpašībām, kuru iekšienē gaisa temperatūras un citu meteoroloģisko rādītāju vērtību mainība ir relatīvi zema. Gaisa masas pārvietojas ar atmosfēras cirkulācijas plūsmām. Tās spēj absorbēt ūdens tvaikus, kas iztvaiko no sauszemes vai jūru un okeānu virsmas, bet pēc tam atbrīvojas no tiem nokrišņu veidā. Gaisa masas var aizņemt tūkstošiem kvadrātkilometru plašus apgabalus, bet to izmēri vertikālā virzienā var būt no dažiem kilometriem līdz pat 10 km augstumam. No vietas, kur gaisa masas ir veidojušās un kas tiek saukta par gaisa masu cilmvietu, tās paņem līdzi konkrētās virsmas iezīmes. Gaisa masas pārvietojas ar atmosfēras cirkulācijas plūsmām kā vienots veselums. Parasti tās atrodas cita citai blakus vai slīpā plaknē cita aiz citas. Gaisa masas šķir šauras pārejas joslas jeb atmosfēras frontes. Gaisa masas atšķiras pēc to cilmvietas, temperatūras, mitruma un saduļķojuma (putekļi, ūdens tvaiki un citas daļiņas). Gaisa masu plūsmas ietekmē laikapstākļus, jo tās nosaka:
3.8. att. Latvijā ieplūstošo gaisa masu veidošanās un transformēšanās apgabali un tipiskas gaisa masu trajektorijas ziemā (A) un vasarā (B). Zilās līnijas – okeānisko, sarkanās līnijas – kontinentālo gaisa masu plūsmu virzieni.
Pēc Dravenieces, 2006.
Latvijā ieplūst dažādas izcelsmes gaisa masas, kas ir veidojušās dažādos platuma grādos gan virs Atlantijas okeāna, gan kontinentiem un tāpēc ir ļoti atšķirīgas pēc temperatūras, mitruma, vēja stipruma un citām īpašībām. Gaisa masas pamatā var iedalīt okeāniskās (maritīmās) un kontinentālās atkarībā no to mitruma jeb ūdens tvaiku satura gaisā. Okeāniskās gaisa masas veidojas virs okeāniem, un tās satur daudz mitruma. Kontinentālo gaisa masu cilmvietas ir sauszemes apgabali, tāpēc tās parasti satur maz mitruma. Kontinentālās gaisa masas no okeāniskajām gaisa masām atšķiras ar putekļu un aerosolu daudzumu, kā arī cilvēku radītā piesārņojuma klātbūtni. Kontinentālās gaisa masas, kas veidojas arktiskajos apgabalos, var būt aukstas un ar zemu mitruma saturu, kā arī zemu putekļu un aerosolu saturu. Gaisu masu plūsmu raksturs gada laikā būtiski mainās atkarībā no Saules radiācijas intensitātes, kā arī katram gadalaikam tipiskā gaisa plūsmu režīma. Ja ziemā izveidojas noturīgs anticiklons un ilgstoši pastāv zema temperatūra, tā cēlonis ir no ziemeļiem ieplūdušās arktiskās gaisa masas, bet vasarā ilgstoši siltu laiku nosaka gaisa masas, kuras Latvijas teritorijā ir pārnestas no Āfrikas kontinenta vai no Eiropas dienvidu daļas (sk. 3.8. att.).
Pēc http://www.wetterzentrale.de
Globālā atmosfēras cirkulācija ir sistēma, kas pēc apjoma līdzinās kontinentu vai okeānu izmēriem. Šī gaisa kustība kopā ar okeāna cirkulāciju nosaka siltuma sadalījumu uz visas Zemes. Tā, piemēram, ja nenotiktu atmosfēras cirkulācija, vidējā ziemas temperatūra polu rajonos būtu ap –100 ºC tagadējo –30 ºC vietā. Liela mēroga gaisu masu pārnese nosaka Latvijai raksturīgos mainīgos laikapstākļus. Atlantijas okeāna ūdeņu cirkulācijas raksturs būtiski ietekmē klimatu Latvijā un bieži ir galvenais faktors, kas nosaka laikapstākļus, ietekmējot to lielo mainību. Laikapstākļus Latvijā nosaka tas, ka atmosfēras gaisa masu liela mēroga cirkulācija veidojas virs Atlantijas okeāna ziemeļdaļas.
Liela mēroga atmosfēras gaisa masu veidošanās un cirkulācijas procesus ietekmē pazeminātais atmosfēras spiediens Atlantijas okeāna ziemeļdaļā (pastāv zema spiediena sistēma), kamēr ekvatora tuvumā izveidojas augsta spiediena apgabals (sk. 3.10. att.). Šīs sistēmas raksturošanai izmanto gaisa spiediena atšķirību Īslandes un Azoru salu meteoroloģiskajās stacijās izdarītajos mērījumos. Īslandes un Azoru atmosfēras spiediena sistēmas un spiediena starpība starp tām periodiski mainās, tās apraksta kā Ziemaļatlantijas oscilāciju (ZAO, angļu valodā North Atlantic Oscillation – NAO), bet mainības skaitliskai izteikšanai izmanto ZAO indeksu (3.10. attēls).
3.10. att. Ziemeļatlantijas oscilācijas fāzes ietekme uz laikapstākļu veidošanos Eiropā. L – zema spiediena apgabals, H – augsta spiediena apgabals.
Pēc http://www.ldeo.columbia.edu/NAO/
Ja Ziemeļatlantijas klimata sistēmā izveidojas izteikti augsta spiediena apgabals virs Azoru salām (pozitīva ZAO indeksa fāze), bet pazemināta spiediena centrs virs Īslandes, tad spēcīgas gaisa masu plūsmas no rietumiem sekmē ar ūdeni piesātinātu gaisa masu pārnesi no Ziemeļatlantijas uz Eiropas ziemeļdaļu un Krieviju, vienlaikus sekmējot auksta gaisa plūsmas Rietumgrenlandes virzienā (sk. 3.10. att.). Šīs noturīgās gaisa plūsmas bloķē ceļu virs Āfrikas uzsilušajām gaisa masām, un līdz ar to Vidusjūras reģionā veidojas karsts un sauss laiks. Negatīvas Ziemeļatlantijas oscilācijas indeksa fāzes gadījumā Ziemeļatlantiju šķērso mazāk ciklonu, un tie novirzās vairāk Vidusjūras apgabala virzienā, bet Eiropas ziemeļdaļā valda sauss un kontinentāls klimats (sk. 3.11. att.).
Izmantoti dati no http://www.cru.uea.ac.uk
Jūru un okeānu ūdeņu plūsmu un atmosfēras cirkulācijas mijiedarbība uzskatāma par nozīmīgu faktoru, kas nosaka augsto klimata mainību, tomēr klimata sistēmas izmaiņas (to skaitā arī globālā sasilšana) var mainīt šīs mijiedarbības raksturu, sekmēt ekstremālu parādību biežuma palielināšanos.
Par gaisa masām sauc plašas zemākās atmosfēras (troposfēras) daļas ar viendabīgām fizikālām īpašībām, kuru iekšienē gaisa temperatūras un citu meteoroloģisko rādītāju vērtību mainība ir relatīvi zema. Gaisa masas pārvietojas ar atmosfēras cirkulācijas plūsmām. Tās spēj absorbēt ūdens tvaikus, kas iztvaiko no sauszemes vai jūru un okeānu virsmas, bet pēc tam atbrīvojas no tiem nokrišņu veidā. Gaisa masas var aizņemt tūkstošiem kvadrātkilometru plašus apgabalus, bet to izmēri vertikālā virzienā var būt no dažiem kilometriem līdz pat 10 km augstumam. No vietas, kur gaisa masas ir veidojušās un kas tiek saukta par gaisa masu cilmvietu, tās paņem līdzi konkrētās virsmas iezīmes. Gaisa masas pārvietojas ar atmosfēras cirkulācijas plūsmām kā vienots veselums. Parasti tās atrodas cita citai blakus vai slīpā plaknē cita aiz citas. Gaisa masas šķir šauras pārejas joslas jeb atmosfēras frontes. Gaisa masas atšķiras pēc to cilmvietas, temperatūras, mitruma un saduļķojuma (putekļi, ūdens tvaiki un citas daļiņas). Gaisa masu plūsmas ietekmē laikapstākļus, jo tās nosaka:
1) gaisa mitrumu un temperatūru. Ja gaisa mitrums ir zems, raksturīgs neliels mākoņu daudzums, bet, ja sauszemes teritoriju ir sasniegušas gaisa masas, kuras izveidojušās virs okeāniem, to mitrums ir augsts, un var veidoties mākoņi, migla vai nokrišņi;
2) gaisa masu stabilitāti.
2) gaisa masu stabilitāti.
3.8. att. Latvijā ieplūstošo gaisa masu veidošanās un transformēšanās apgabali un tipiskas gaisa masu trajektorijas ziemā (A) un vasarā (B). Zilās līnijas – okeānisko, sarkanās līnijas – kontinentālo gaisa masu plūsmu virzieni.
Pēc Dravenieces, 2006.
Latvijā ieplūst dažādas izcelsmes gaisa masas, kas ir veidojušās dažādos platuma grādos gan virs Atlantijas okeāna, gan kontinentiem un tāpēc ir ļoti atšķirīgas pēc temperatūras, mitruma, vēja stipruma un citām īpašībām. Gaisa masas pamatā var iedalīt okeāniskās (maritīmās) un kontinentālās atkarībā no to mitruma jeb ūdens tvaiku satura gaisā. Okeāniskās gaisa masas veidojas virs okeāniem, un tās satur daudz mitruma. Kontinentālo gaisa masu cilmvietas ir sauszemes apgabali, tāpēc tās parasti satur maz mitruma. Kontinentālās gaisa masas no okeāniskajām gaisa masām atšķiras ar putekļu un aerosolu daudzumu, kā arī cilvēku radītā piesārņojuma klātbūtni. Kontinentālās gaisa masas, kas veidojas arktiskajos apgabalos, var būt aukstas un ar zemu mitruma saturu, kā arī zemu putekļu un aerosolu saturu. Gaisu masu plūsmu raksturs gada laikā būtiski mainās atkarībā no Saules radiācijas intensitātes, kā arī katram gadalaikam tipiskā gaisa plūsmu režīma. Ja ziemā izveidojas noturīgs anticiklons un ilgstoši pastāv zema temperatūra, tā cēlonis ir no ziemeļiem ieplūdušās arktiskās gaisa masas, bet vasarā ilgstoši siltu laiku nosaka gaisa masas, kuras Latvijas teritorijā ir pārnestas no Āfrikas kontinenta vai no Eiropas dienvidu daļas (sk. 3.8. att.).
3.9. att. Gaisa temperatūras sadalījums, °C, 850 hPa līmenī virs Eiropas (2007. gada 22. februāris). Izotermu izvietojums parāda auksta gaisa (< –20 °C) ieplūšanu Latvijā no ziemeļaustrumiem, kas liecina par kontinentālu arktisku gaisa masu ieplūšanu.
Pēc http://www.wetterzentrale.de
Globālā atmosfēras cirkulācija ir sistēma, kas pēc apjoma līdzinās kontinentu vai okeānu izmēriem. Šī gaisa kustība kopā ar okeāna cirkulāciju nosaka siltuma sadalījumu uz visas Zemes. Tā, piemēram, ja nenotiktu atmosfēras cirkulācija, vidējā ziemas temperatūra polu rajonos būtu ap –100 ºC tagadējo –30 ºC vietā. Liela mēroga gaisu masu pārnese nosaka Latvijai raksturīgos mainīgos laikapstākļus. Atlantijas okeāna ūdeņu cirkulācijas raksturs būtiski ietekmē klimatu Latvijā un bieži ir galvenais faktors, kas nosaka laikapstākļus, ietekmējot to lielo mainību. Laikapstākļus Latvijā nosaka tas, ka atmosfēras gaisa masu liela mēroga cirkulācija veidojas virs Atlantijas okeāna ziemeļdaļas.
Liela mēroga atmosfēras gaisa masu veidošanās un cirkulācijas procesus ietekmē pazeminātais atmosfēras spiediens Atlantijas okeāna ziemeļdaļā (pastāv zema spiediena sistēma), kamēr ekvatora tuvumā izveidojas augsta spiediena apgabals (sk. 3.10. att.). Šīs sistēmas raksturošanai izmanto gaisa spiediena atšķirību Īslandes un Azoru salu meteoroloģiskajās stacijās izdarītajos mērījumos. Īslandes un Azoru atmosfēras spiediena sistēmas un spiediena starpība starp tām periodiski mainās, tās apraksta kā Ziemaļatlantijas oscilāciju (ZAO, angļu valodā North Atlantic Oscillation – NAO), bet mainības skaitliskai izteikšanai izmanto ZAO indeksu (3.10. attēls).
3.10. att. Ziemeļatlantijas oscilācijas fāzes ietekme uz laikapstākļu veidošanos Eiropā. L – zema spiediena apgabals, H – augsta spiediena apgabals.
Pēc http://www.ldeo.columbia.edu/NAO/
Ja Ziemeļatlantijas klimata sistēmā izveidojas izteikti augsta spiediena apgabals virs Azoru salām (pozitīva ZAO indeksa fāze), bet pazemināta spiediena centrs virs Īslandes, tad spēcīgas gaisa masu plūsmas no rietumiem sekmē ar ūdeni piesātinātu gaisa masu pārnesi no Ziemeļatlantijas uz Eiropas ziemeļdaļu un Krieviju, vienlaikus sekmējot auksta gaisa plūsmas Rietumgrenlandes virzienā (sk. 3.10. att.). Šīs noturīgās gaisa plūsmas bloķē ceļu virs Āfrikas uzsilušajām gaisa masām, un līdz ar to Vidusjūras reģionā veidojas karsts un sauss laiks. Negatīvas Ziemeļatlantijas oscilācijas indeksa fāzes gadījumā Ziemeļatlantiju šķērso mazāk ciklonu, un tie novirzās vairāk Vidusjūras apgabala virzienā, bet Eiropas ziemeļdaļā valda sauss un kontinentāls klimats (sk. 3.11. att.).
3.11. att. Ziemeļatlantijas oscilācijas indeksa mainības raksturs no 1825. līdz 2005. gadam.
Izmantoti dati no http://www.cru.uea.ac.uk
Jūru un okeānu ūdeņu plūsmu un atmosfēras cirkulācijas mijiedarbība uzskatāma par nozīmīgu faktoru, kas nosaka augsto klimata mainību, tomēr klimata sistēmas izmaiņas (to skaitā arī globālā sasilšana) var mainīt šīs mijiedarbības raksturu, sekmēt ekstremālu parādību biežuma palielināšanos.