Какие факторы влияют на формирование климата: простое объяснение с примерами и схемами

Главная
Какие факторы влияют на формирование климата: простое объяснение с примерами и схемами

Климат - это не прогноз на неделю и не «лето жаркое - зима холодная». Это устойчивый рисунок погоды за десятилетия, который складывается из энергии Солнца, движения воздуха и океана, рельефа и того, что делает человек. Проще? Представьте гигантскую систему отопления с кучей регуляторов. Здесь я разложу по полочкам, что именно крутит эти регуляторы и почему одно место на карте промерзает, а другое цветёт.

Климат - долговременный статистический режим погоды (обычно 30+ лет), который определяется радиационным балансом, динамикой атмосферы и океана, рельефом, составом воздуха и изменениями поверхности Земли. Также называют климатическая система.

Коротко по делу

Источник всего - Солнце. Распределение энергии зависит от широты, облаков и отражающей способности поверхности.
Атмосфера и океан переносят тепло. Ветры и течения формируют тепловые «трассы» планеты.
Состав воздуха (парниковые газы и аэрозоли) меняет «одеяло» Земли и баланс излучения.
Рельеф, близость моря и континентальность делят осадки и определяют амплитуды температур.
Человек уже сдвинул фон: CO₂ > 420 ppm, города теплее на 1-3 °C, лес на поле - это меньше влаги и тени.

Из чего складывается климат: базовая схема

Начинаем с баланса энергии. Солнце присылает примерно 1361 Вт/м² на границе атмосферы (солнечная постоянная), но из-за сферической геометрии и вращения среднее по поверхности меньше - около 340 Вт/м². Часть отражается (альбедо ~0,30), часть поглощается и переизлучается в космос как тепло. Парниковые газы задерживают часть тепла и возвращают её обратно, делая поверхность в среднем на ~33 °C теплее, чем была бы без них.

Дальше включаются переносы: градиенты температуры создают ветры, а плотность и солёность - океанские течения. Рельеф «разрезает» воздушные потоки, заставляя тёплый влажный воздух подниматься и проливаться дождём на наветренных склонах, оставляя «тени» сухости за хребтами.

Солнце и орбита: первичный драйвер

Солнечная радиация - поток энергии, исходящий от Солнца и достигающий Земли в виде коротковолнового излучения. Её распределение задаётся широтой (угол падения лучей), сезоном (наклон оси), облачностью и отражающими свойствами поверхности.

Широта: экватор получает больше энергии, полюса - меньше. Поэтому широтные пояса - первая «сеточка» климата.
Сезонность: из-за наклона оси летом север получает больше, зимой - меньше.
Альбедо: свежий снег отражает до 80-90%, тёмный лес - 10-15%, океан - от 5% (когда Солнце высоко) до 60% (когда низко).
Орбитальные циклы (циклы Мильанковича): эксцентриситет (~100 тыс. лет), наклон оси (~41 тыс. лет) и прецессия (~23 тыс. лет) медленно «перекраивают» сезонность и запускают ледниково-межледниковые качели.

Альбедо - доля отражённой поверхностью Земли солнечной энергии. Изменение альбедо - мощный обратный связанный механизм: больше льда - выше отражение - ещё холоднее; меньше снега - больше поглощение - теплее.

Атмосфера и парниковый эффект

Атмосфера - газовая оболочка Земли, состоящая преимущественно из азота (~78%) и кислорода (~21%), с примесями водяного пара, углекислого газа, метана и аэрозолей. Она не только переносит тепло, но и определяет, сколько тепла Земля удержит.

Парниковые газы - газы, поглощающие исходящее длинноволновое излучение поверхности и тем самым уменьшающие потери тепла в космос. Главные: водяной пар (основной вклад, но это обратная связь), CO₂ (сейчас > 420 ppm по данным NOAA на 2024-2025 годы), CH₄ (~1900+ ppb), N₂O (~335 ppb). Энергетически текущий суммарный радиационный дисбаланс Земли оценивается порядка +0,5-1,0 Вт/м², а принудительное воздействие от антропогенных факторов с середины XX века - около +2,6 Вт/м² (оценки IPCC AR6).

Конвекция, фронты и струйные течения переносят энергию из тропиков к полюсам. Средний вертикальный градиент температуры в тропосфере - около 6,5 °C на километр, что делает горные районы холоднее и - при наличии влажного подъёма - более дождливыми.

Океан: главный аккумулятор и теплонасос

Океан - система солёных вод, покрывающая ~71% поверхности Земли и аккумулирующая более 90% избыточного тепла планеты. Высокая теплоёмкость сглаживает сезонность у побережий и питает гигантские течения.

Гольфстрим - тёплое поверхностное течение Северной Атлантики, часть Атлантической меридиональной опрокидывающей циркуляции (AMOC), переносящее сотни тераватт тепла к Европе. Благодаря ему зима в Западной Европе заметно мягче, чем на тех же широтах в Канаде. Перестройка AMOC способна охладить Северную Атлантику, даже на фоне глобального потепления.

Межгодовые качели: Эль-Ниньо, Ла-Нинья и не только

Эль-Ниньо-Южное колебание (ENSO) - периодическая перестройка взаимодействия океана и атмосферы в тропической Пацифике с периодом 2-7 лет. В годы Эль-Ниньо глобальная температура обычно на 0,1-0,2 °C выше среднего, а в Ла-Нинья - ниже. Карты осадков перекраиваются: засухи в Индонезии, дожди на западном побережье Южной Америки, смещение штормовых треков в умеренных широтах.

Есть и другие индексы: Северо-Атлантическое колебание (NAO) меняет траектории циклонов в Европе; Арктическое колебание (AO) влияет на «выпадение» холодного воздуха на средние широты. Эти режимы не «делают климат», но заметно окрашивают его год от года.

Рельеф, широта и континентальность

Горы заставляют воздух подниматься, охлаждаться и конденсировать влагу. На наветренных склонах - ливни, за хребтом - сухая тень. В среднем температура падает на ~6,5 °C на 1 км подъёма, а при влажном адиабатическом процессе - около 5-6 °C/км.

Близость к океану сглаживает амплитуды: у моря летом прохладнее, зимой теплее. В глубине континента амплитуды растут, осадков меньше. Широта задаёт «фон освещения», а рельеф и вода накладывают «локальный фильтр».

Кратковременные удары: вулканы и аэрозоли

Взрывные тропические извержения выбрасывают серные аэрозоли в стратосферу, увеличивая отражение солнечного света и охлаждая планету на 1-3 года. В 1991 году Пинатубо «снял» примерно 0,4-0,6 °C с глобальной температуры на пару лет. Бывают исключения: извержение Хунга Тонга-Хаапаи (2022) закачало много водяного пара в стратосферу, что дало противоположный, но сложный по масштабу сигнал.

Антропогенные аэрозоли (сульфаты, сажа) одновременно рассеивают и поглощают свет, формируют облака с большим числом капель (ярче, дольше живут) и охлаждают регионально, но сокращают видимость и вредят здоровью.

Человек и современный сдвиг климата

Мы уже поменяли «настройки». Сжигание топлива подняло CO₂ выше 420 ppm; метан и закись азота тоже растут. Вырубка лесов уменьшает испарение и повышает дневные пики температур. Орошение, наоборот, добавляет влажности и охлаждение в сезон полива.

Города создают острова тепла: в среднем +1-3 °C к ночным минимумам, в мегаполисах - до +5-7 °C. Асфальт и кровли с низким альбедо, плотная застройка (лучше удерживает тепло), мало тени и испарения - и вот вам постоянный «подогрев». Замена тёмной кровли на «холодную» (альбедо 0,6+) снижает пиковые температуры кровли на десятки градусов и заметно улучшает самочувствие в жару.

Как быстро работают разные факторы

Часы-дни: облака, грозовые системы, морской бриз, локальные бризы в горах.
Сезоны: снежный покров, почвенная влажность, монсоны, морская поверхность.
Годы: ENSO, NAO, крупные извержения, засухи и их обратные связи с почвой.
Десятилетия: циклы океана (PDO, AMO), антропогенные выбросы, рост городов.
Века-тысячелетия: изменения ледниковых щитов, орбитальные циклы, тектоника (очень долго).

5 шагов, чтобы «прочитать» климат любого региона

Посмотрите широту и высоту. Прикиньте базовую инсоляцию и поправку на рельеф (−6,5 °C/км).
Оцените близость к океану и ветровую «доставку» влаги. Есть ли тёплое течение поблизости? К какому бассейну относится?
Проверьте поверхность: лес, степь, лед, агроландшафт, город. Какой там альбедо и испарение?
Учтите режимы: ENSO, NAO, «дорожки» циклонов, местные бризы, муссоны. Что типично для региона?
Добавьте тренд человека: рост температур, изменение осадков, урбанизация, антропогенные аэрозоли. Сопоставьте с последними 30-50 годами.

Примеры, которые всё объясняют

Сахара против Амазонии: одинаковая широта - разные миры. Причина - циркуляция Хэдли и рельеф. В тропиках воздух поднимается над Амазонией, дожди проливаются в лесу, а опускается сухим над субтропическими пустынями - приход ещё усиливается холодными течениями у берегов Африки.

Западная Европа против восточной Канады: широта похожа, но Европа ближе к тёплому Северо-Атлантическому переносу тепла (Гольфстрим и AMOC), тогда как Канаду охлаждает континентальность и ледяной выхолод зимой.

Побережье против глубины континента: у моря суточные и сезонные амплитуды меньше, туманы чаще, летний максимум мягче. Внутри материка - жара днём, сухость, а ночью прохладнее.

Сводная таблица: природные и антропогенные драйверы

Сравнение природных и антропогенных факторов формирования климата
Класс фактора	Шкала времени	Типичный масштаб	Предсказуемость	Примеры	Длительность эффекта
Природные (солнечно-орбитальные)	10³-10⁵ лет	Глобальный	Высокая (по физике орбит)	Циклы Мильанковича	Века-тысячелетия
Природные (внутрипланетные)	Годы-десятилетия	Регион-глобал	Средняя	ENSO, NAO, AMOC	Месяцы-десятилетия
Природные (вулканизм)	Событийно	Глобальный	Низкая (момент события)	Пинатубо 1991	1-3 года
Антропогенные (парниковые газы)	Десятилетия-века	Глобальный	Высокая (при сценариях)	CO₂, CH₄, N₂O	Века
Антропогенные (аэрозоли)	Годы	Регион-полушарие	Средняя	Сульфаты, сажа	Месяцы-годы
Антропогенные (землепользование)	Годы-десятилетия	Локально-регионально	Высокая (если известны планы)	Вырубка, орошение, урбанизация	Постоянный, пока сохраняется

Ключевые игроки: компактные определения

Чтобы всё улеглось, держите опорные сущности.

Солнечная радиация - первичный поток энергии, определяющий нагрев поверхности и атмосферную циркуляцию.

Атмосфера - контейнер для конвекции, облаков и химии, управляющий отдачей тепла в космос.

Океан - аккумулятор тепла и солёности, создающий течения и запасы влаги.

Парниковые газы - регулятор прозрачности в инфракрасном диапазоне.

Альбедо - регулятор отражения солнечной энергии.

Гольфстрим - тёплый коридор тепла к Европе, часть AMOC.

Эль-Ниньо-Южное колебание (ENSO) - качели тропической Пацифики, которые окрашивают климат всего мира.

Шпаргалка по масштабу влияния

Глобально: солнечный баланс, парниковые газы, большие океанские циркуляции.
Континентально: горные системы, муссоны, AMOC/NAO.
Регионально: береговая линия, ветровые тени, землепользование.
Локально: рельеф долины, городская ткань, озёра/реки, лесные массивы.

Проверочный лист: не забыть при анализе

Есть ли поблизости тёплое или холодное течение? (Подумайте про Гольфстрим, Куросио, Перуанское течение.)
Какой снежный сезон и насколько устойчив снежный покров? Снег резко повышает альбедо.
Какова доля леса и водоёмов? Больше испарения - мягче летние пики.
Город или пригород? Остров тепла сильно меняет ночные температуры и смоги.
Как ENSO/NAO в этом году? Это сдвинет вероятность аномалий.

Кстати, именно факторы климата в связке, а не по одиночке, дают реальный результат. Если два фактора тянут в разные стороны - побеждает более «энергетически мощный» и устойчивый по времени (например, близкое тёплое течение часто перевешивает горную тень на побережье).

Мини-примеры для России

Европейская часть на западе мягче, чем Сибирь на тех же широтах, из-за Атлантики и циклонов. Арктические всплески холода случаются, когда AO отрицательно и струйное течение «провисает» южнее, открывая путь арктическому воздуху.

Летом континентальность сушит и греет внутренние районы, особенно при малом снежном запасе предыдущей зимы - почва быстрее прогревается и сушится, усиливая жару.

Что делать дальше: быстрые шаги для разных задач

Студентам: соберите «климат-профиль» региона - широта, высота, удалённость от моря, тип поверхности, индекс ENSO/NAO текущего года, тренд за 50 лет.
Путешественникам: смотрите не на «среднюю» температуру, а на диапазон и вероятность дождей (индекс осадков, муссонность, бризы).
Фермерам: учитывайте ENSO и почвенную влагу весной; планируйте полив и устойчивые сорта под прогноз летней жары/засухи.
Городским службам: снижайте остров тепла - тени, водопроницаемые покрытия, «холодные» кровли, зелёные коридоры ветра.

Частые вопросы

Что важнее для климата - океан или атмосфера?

Это одна система. Атмосфера быстро реагирует и переносит тепло за дни-недели, но океан хранит более 90% избытка тепла и задаёт медленную «память» на годы-десятилетия. Для побережий океан часто важнее из-за сглаживания температур и влияния течений, для глубины континента - циркуляция атмосферы и землепользование.

Почему города теплее окрестностей ночью?

Город аккумулирует тепло днём в бетоне и асфальте, а ночью медленно отдаёт его, снижая скорость охлаждения. Мало испарения (мало зелени и воды) и «каньоны улиц» уменьшают выход тепла в небо. Разница ночью обычно +1-3 °C, в мегаполисах летом - до +5-7 °C.

Может ли крупное извержение «остановить» потепление?

Нет. Вулканические аэрозоли охлаждают на 1-3 года, затем выпадают. Парниковые газы живут десятилетиями и веками. Пинатубо охладил планету на ~0,5 °C на пару лет, но тренд вернулся, как только аэрозоли исчезли.

Что такое Эль-Ниньо и как он чувствуется в России?

Эль-Ниньо - потепление восточной тропической Пацифики, которое перестраивает струйные течения и осадки по миру. Для России прямой сигнал слабее, чем, скажем, для Южной Америки, но зимой чаще приходят мягкие и влажные атлантические периоды на западе страны, а летом усиливаются волны жары в отдельных регионах.

Почему на одной широте климат может сильно отличаться?

Широта - только про «подсветку» от Солнца. Дальше решают океанские течения, рельеф, доминирующие ветра и распределение суши и моря. Пример: мягкая зима в Западной Европе (Гольфстрим) против суровой в Канаде на тех же широтах.

Как измеряют альбедо и зачем это нужно?

Альбедо измеряют спутниковыми радиометрами, сравнивая входящий и отражённый потоки. Это нужно для оценки радиационного баланса: изменение альбедо снега, льда, облаков и городских поверхностей напрямую меняет температуру поверхности и атмосферную циркуляцию.

Что будет, если ослабнет Гольфстрим/AMOC?

Ослабление AMOC охладит Северную Атлантику и увеличит контрасты в Европе: холоднее у океана зимой, вероятно влажнее на западе, но глобальное потепление никуда не денется - это «накладывающиеся» эффекты. По оценкам наблюдений и моделей, существенное ослабление возможно в XXI веке, но сценарии разнятся.

Какие факторы легче всего изменить на практике?

Локальные: городской остров тепла (тени, зелень, светлые кровли, меньше асфальта), землепользование (лесополосы, влажность почв), аэрозольные выбросы. Глобальные факторы - парниковые газы - требуют системного снижения выбросов и поглощения CO₂.

Если путаетесь, как расставить приоритеты

Сначала широта и высота - это «фон». Без них любые тонкости не спасут.
Потом близость к океану и характер течений - это «сглаживание» и перенос тепла.
Далее рельеф - где дожди и где тени, где бризы и где инверсии.
После - состав воздуха: тренд парниковых газов и региональные аэрозоли.
И наконец - текущие режимы (ENSO/NAO) на ближайшие 6-12 месяцев.

Эта последовательность экономит время и объясняет 80% различий. Остальное - детали, но именно они интересны, когда вы проектируете город, ферму или планируете экспедицию.

Если нужна одна-единственная мысль: климат - это баланс энергии плюс переносы. Поменяйте баланс или перенос - и меняется климат. И почти всегда достаточно посмотреть на карту (широта, рельеф, океан) и на тренды атмосферы, чтобы понять, что происходит и что будет дальше.