Публикации

Климатическое картографирование

 Реферат по географии на тему: Климатическое картографирование 

Содержание

Введение

Место и направление в системе природно-географического картографирования
Сущность и задачи направления
Классификация карт по содержанию
Способы изображения
Источники для разработки и составления карт (типовые)

Библиографический список
Крупные картографические произведения
Отечественные учреждения и государственные ведомства где ведутся подобные работы
Список литературы

Введение

Вопросы климата всегда имели большое значение в развитии человечества. Климат является сферой природы, не поддающейся контролю, и влияет на очень многие сферы жизнедеятельности человека, от него на прямую зависят как сельское хозяйство, так и промышленность. В связи с этим необходимы методы мониторинга и прогнозирования климата. Особенно остро эта тема стоит в наше время, когда климат не стабилен и есть угрозы аномальных климатических условий.

Климатические карты — мощное средство пространственного анализа климатических данных. Для построения климатических карт используют ряды климатических наблюдений, представленные в климатических справочниках, информацию из современных архивов климатических данных, некоторые из которых опубликованы в сети Интернет, картографические материалы, спутниковые и радиолокационные данные, материалы климатических описаний.

Место и направление в системе природно-географического картографирования

Климатические карты относятся к природно-географическим картам. Некоторые климатические карты ограничивают свое содержание одним из метеорологических элементов (температура, осадки и т. п.), другие включают несколько элементов (например, давление воздуха и ветер), некоторые характеризуют климат в целом. Карты одного показателя принято называть частными климатическими картами, а карты, дающие полную характеристику общими климатическими картами.

Климатические карты по отдельным показателям начали создаваться в России во второй половине XX в. В 80-90-х годах XX в. опубликованы карты температуры России, атлас осадков, атлас атмосферного давления, карты влажности воздуха, ветров. В 1890 г. Главной физической обсерваторией был издан Климатологический атлас Российской империи содержащий 89 карт и 15 таблиц. Так же Главной физической обсерваторией было создано большое количество карт мира и СССР для Большого советского атласа мира (1937 г.) и Физико-географического атласа мира (1964 г.) В наше время развитие климатического картографирования идее по различным направлениям на глобальном, региональном и локальном уровнях.

Сущность и задачи направления

Климатические карты — карты, на которых по результатам многолетних наблюдений представлено территориальное распределение климатических условий. Климатические карты могут составляться как для отдельных характеристик климата (температура, осадки, влажность воздуха и др.), так и для их комбинаций, у земной поверхности и в высоких слоях атмосферы. Они, с одной стороны, дают возможность наиболее удобного общего обзора климатических характеристик на большой площади и сопоставления их значений в разных частях рассматриваемой территории, с другой — дают возможность путём интерполяции определять значения климатических характеристик в любом отдельном пункте.

Климатические карты характеризуют климат и закономерности его формирования, а также содержат метеорологические данные, предназначенные для использования в практике: в сельскохозяйственном производстве (зависящем от ресурсов тепла и влаги), при расчетах влияния климата на условия работы и жизни населения и т. п. Многообразие и динамичность элементов климата, а также показателей, используемых для их характеристик, обусловливают многочисленность картографируемых сюжетов. Карты долговременного пользования показывают распределение основных элементов климата (или их сочетаний), выражаемых средними многолетними величинами и экстремальными значениями. Эти карты составляются по климатическим и агроклиматическим справочникам, обобщающим результаты регулярных метеорологических наблюдений на государственной сети станций и постов.

Большей частью особенности климата показываются с помощью изотерм, изобар и других изолиний. Осадки обычно показываются фоновой закраской по шкале цветов соответственно среднегодовому количеству осадков; ветры — стрелками преобладающих направлений или розами ветров.

Особые климатические карты представляют схемы климатического районирования, на них наносятся границы климатических поясов и областей.

Разнообразие информации, которую можно получить при использовании климатических карт, придаёт изучению климатического картографирования большую актуальность в нынешних условиях.

Классификация карт по содержанию

Существует множество различных климатических карт, среди них можно выделить 3 больших группы карт:

  • Карты основных элементов климата
  • Карты прикладных показателей
  • Карты климатического районирования

Карты основных элементов климата подразделяются на:

  • карты климатообразующих факторов: карты прямой, рассеянной, суммарной солнечной радиации и радиационного баланса путем перемещения циклонов и антициклонов и их повторяемости и др.;
  • термического режима: средней температуры воздуха за год и по месяцам, годовых и суточных амплитуд температуры воздуха, дат перехода средней суточной температуры воздуха через 0, 5, 10 и 15 весной и осенью, средних дат первого и последнего заморозка, средних дат образования и разрушения устойчивого снежного покрова и др.;
  • режима увлажнения: сумм осадков, высоты снежного покрова и т.д.
  • режима ветра
  • карты атмосферных явлений: гроз, изморози, гололеда и др. Карты по отдельным показателям и их комплексу строят как для высоты 2 м над уровнем моря, так и для различных слоев атмосферы на разной высоте.

По типам выделяют аналитические, синтетические и комплексные карты. Аналитические карты показывают отдельные климатические элементы, например температуру воздуха, направление ветров, суммы осадков. Аналитические карты могут быть совмещены по двум-трем взаимосвязанным показателям (давление и ветер, температуру воздуха и суммы осадков), однако могут быть показаны несколько элементов климата, но раздельно, каждый в своих показателях, в этом случае карты будут называться комплексными. Для построения аналитических и комплексных карт используют средние многолетние значения метеорологических элементов, рассчитанные для года, сезона, месяца или другого периода., крайние значения и их амплитуды. Так же могут применяться вероятностные показатели: вероятность, повторяемость, обеспеченность, среднее квадратическое отклонение, коэффициент вариации и т.д.

Карты климатического районирования относят к синтетическим картам, которые дают общее представление об особенностях климата с учетом взаимосвязей, существующих между отдельными его элементами, и закономерностей их функционирования в отдельных регионах. В настоящее время разрабатывается новый тип карт — синтетико-аналитические, на которых климатическое районирование дополняют аналитическими показателями по основными элементам климата. Принципы построения карт климатического районирования отдельных территорий определяются методикой классификации климатов. Разработанные к настоящему времени общие подходы к климатическому районированию разделяют на четыре группы по принципу районирования:

  • деление климатов на генетической основе (Б. П. Алисов)
  • районирование по одному или нескольким климатическим показателям (классификации В. Кеппена, А. Зупана, А. А. Каминского, Н. Н. Иванова и др.);
  • районирование по ландшафтно-географическому принципе (Л. С. Берг, В. В. Докучаев);
  • классификация рек (А. И. Воейков, А. Пенк, М. И. Львович и др.).

Среди прикладных карт существуют: агроклиматические, биоклиматические и медикоклиматические карты, карты для строительства и инженерных целей, для транспорта, авиации и т.д.

Агроклиматические карты содержат оценку климатических ресурсов для возделывания сельскохозяйственных культур или комплексную агроклиматическую характеристику территории для сельского хозяйства. Разрабатываются прикладные климатические карты для рекреационных и медицинских целей.

Масштаб климатических карт выбирают в зависимости от размера и картографической изученности климата территории. Обычно для всей территории России используют масштабы от 1:35 000 000 до 1:10 000 000, для отдельных регионов от 1:5 000 000 до 1:1 000 000.

Следует выделить так называемое микроклиматическое картографирование, которое производится в масштабах 1:10 000, 1:25 000 (крупномасштабное) и 1:100 000 (среднемасштабное). Оно позволяет отразить особенности микроклимата территории в зависимости от рельефа местности, наличия водоемов, растительного покрова. Подобная информация крайне необходима для сельского хозяйства, строительства, проектных изысканий и др. При выборе оптимального местоположения под застройку в городах, для реконструкции и расширения существующей застройки, районных планировок, экологических экспертиз наряду с перечисленными масштабами используют масштабы 1:200 000, 1:500 000.

Способы изображения

Основной способ, применяемый на подавляющем большинстве климатических карт — изолинии. Использование изолиний обусловлено непрерывным, сплошным характером распространения климатических элементов (атмосферное давление, температура, влажность воздуха и т.д.), а также постепенным изменением их количественных показателей.

Для составления карт этим способом важен обоснованный выбор количественных интервалов, при этом необходимо учитывать точность, с которой получены материалы для составления карты, а также практическое значение используемых интервалов. Следует вводить в шкалы изолинии, имеющие пороговые значения и совпадающие с определенными природными рубежами (границами природных зон, определенных пород деревьев). В процессе составления климатических карт при проведении изолиний используются методы линейной и географической интерполяции.

При линейной интерполяции полагают, что величина показателей между соседними точками наблюдений изменяется равномерно. Исходя из этого положения, находят точки со значениями, выбранными для шкалы изолиний, соединяя которые находят положение изолиний. Такая интерполяция может быть проведены автоматизированными методами на основе различных моделей из программных продуктов (например ArcGis), методами сплайн-аппроксимации, минимальной кривизны, кригинга, инверсных расстояний, ближайших соседей, пошаговой регрессии и другими.

Метод графической интерполяции основан на установлении количественных взаимосвязей климатических показателей с другими природными факторами — рельефом, растительностью и т.д. Составление карт на основе географической интерполяции ведется на хорошей гипсометрической основе или с использованием цифровых моделей рельефа и составленных на их основе производных карт. Разрабатываются графики изменения климатических показателей с высотой и в зависимости от ориентировки склоны, производится предварительное районирование картографируемой территории, выделяются районы с равными вертикальными градиентами, одинаковой ориентировки склонов и с однотипными формами рельефа по влиянию их на распределение климатических показателей. Привлекаются также карты растительности, ландшафтные и др. Этот способ обеспечивает правильное географическое отображение пространственного распределения данных.

При составлении климатических карт широко применяется способ локализованных диаграмм. Этот способ позволяет отразить временную изменчивость элементов климата по пунктам, например годовой ход сумм осадков, температуры, относительной влажности и других элементов климата. Такие диаграммы строятся в полярной и декартовой системе координат, различны по графическому и дизайнерскому воплощению и позволяют делать вывод о типах климата. На электронных картах для построения подобных диаграмм используют методы 3D-моделирования и визуализации.

Для отображения много аспектной характеристики климата на картах практикуется комплексирование показателей и способов изображения, например используется сочетание способов изолиний и локализованных диаграмм. Отображение характеристик ветра достигается способом знаков движения, например на картах преобладающих направлений ветра. На картах общеклиматического районирования и прикладного районирования используется способы качественного фона. В современных условиях составляются карты аналитико-синтетического типа, на которых комплексируются различные способы изображения для показа интегральных и аналитических показателей, разрабатываются специальным динамичные знаки для электронных карт и анимаций.

Источники для разработки и составления карт (типовые)

Основными источниками для построения климатических карт служат материалы многолетних наблюдений в системе Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет), обработанные по единой методике и программе. Подобные данные содержаться в справочниках. Климатологический справочник СССР в виде 27 отдельных выпусков по республикам и областям издан в 1941-1950 гг. Таблицы справочника вычислены из рядом наблюдений различной длительности в пределах основного периода с 1881 по 1935 г.

С 1970 г. издается Справочник по климату СССР включающий средние многолетние величины метеорологических элементов, опубликованный в 1965-1973 гг. 34 отдельными выпусками по областям и республикам. Каждый выпуск состоит из 5 частей, которые содержат характеристики отдельных элементов климата:

  1. «Солнечная радиация, радиационный баланс и солнечное сияние»
  2. «Температура воздуха и почвы»
  3. «Ветер»
  4. «Влажность воздуха, атмосферные осадки, снежный покров»
  5. «Облачность и атмосферные явления»

Для таблиц использованы данные наблюдений по 1960 г. включительно. Каждая часть справочника включает карту размещения метеорологических станций и постов, а также их список с указанием периодов наблюдений по различным элементам. Все данные приведены к периоду 1881-1960 гг.

Данные за столетний период представлены в «Научно-прикладном справочнике по климату СССР. Серия 3. Многолетние данные», части 1-6, выпуск 1-34, изданном в Санкт-Петербурге, Гидрометеоиздатом в 1989-1998 гг.

С целью более правильного и полного составления карт для отображения климатических ресурсов в сельском хозяйстве используются составленные по единой методике и изданные по республикам и областям справочники «Агроклиматические ресурсы». В них указаны данные о начале и конце вегетационного периода для различных сельскохозяйственных культур, характеристики теплового состояния почвы весной и осенью, а также величины запасов влаги в мертвом и пахотном слоях почвы.

При составлении климатических карт на небольшие регионы наряду со справочниками целесообразно привлекать в качестве дополнительных источников климатические карты обширных территорий более мелкого масштаба, чем составляемая карта, чтобы избежать ошибок интерполяции, возможных при изолированном рассмотрении региона, без учета общих закономерностей размещения того или иного показателя. При отсутствии таких карт для правильного проведения изолиний привлекаются материалы станций смежных регионов. Определенную ценность для составления карт имеют результаты крупномасштабных микроклиматических съемок отдельных участков территории.

В последнее время для составления карт привлекаются разработанные в различных ГИС-версиях и программных продуктах архивы данных метеонаблюдений за различные периоды времени. Подобный архив данных на территорию России разработан на кафедре метеорологии и климатологии Географического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова.

Необходимо также выделить использование космических спутников для получения климатической информации.

Среди зарубежных спутниковых систем наблюдения за погодой стоит выделить прежде всего Американские системы. Американская ’’Система наблюдений за Землей’’, находящаяся в ведении НАСА, состоит из полярно-орбитальных зондов и спутников с низким наклонением орбит. Они выполняют долгосрочные глобальные наблюдения за сушей, биосферой, атмосферой и океанами. Полярно-орбитальные спутники Terra, Aqua и Aura, скорее всего, прекратят существование в 2015 году. Следующее поколение подобных аппаратов вряд ли будет полностью развернуто к тому времени. Отсутствие временного перекрытия будет иметь серьезные последствия для однородности и непрерывности наборов климатических данных.

28 октября НАСА намеревалось запустить ’’Проект подготовки национальной полярно-орбитальной спутниковой системы наблюдения за окружающей средой’’. Это прототип нового поколения спутников — ’’Объединенной полярной спутниковой системы’’ (JPSS), которая станет основой американских космических наблюдений за погодой и климатом. Но из-за бюджетных ограничений старт первого полноценного JPSS-аппарата, первоначально запланированный на 2015 год, пришлось отложить на конец десятилетия.

При переходе от одного поколения спутников к другому необходим период, когда данные старого и нового зондов перекрываются. Это нужно для тестирования, настройки и калибровки новых датчиков. В данном случае разрыв может составить два года, что нанесет огромный ущерб мониторингу тенденций изменения мирового климата.

Спутник NPP, продолжит более чем 40-летнюю историю спутниковых исследований погоды и климата, став первым представителем «нового поколения» аппаратов. Аппарат массой 2,1 тонны планируется использовать как для краткосрочного прогнозирования погодных условий, так и для исследований климатических процессов. Спутник будет собирать данные об энергетическом балансе планеты, температуре, состоянии озонового слоя, загрязнении воздуха, а также наблюдать за ледовым покровом Арктики и Антарктики, растительностью и экстремальными погодными явлениями.

NPP присоединится к действующей орбитальной группировке метеорологических и климатических спутников, в которую, помимо аппаратов «Терра», «Аква» и «Аура», входят, например, спутник для исследования космической погоды SORCE, изучающий облака CloudSat, а также запущенный в 2011 году Acquarius для наблюдения за соленостью и температурой воды Мирового океана.

В России ситуация с метеорологическими спутниками обстоит довольно плачевно. Отмечается плохое качество работы спутников ’’Метеор-М-1’’ и ’’Электро-Л’’, из-за низкого качества получаемой информации, а установленная на них аппаратура не соответствует показателям и метеорологи не получают с нее практически никаких данных. Кроме того, оба спутника еще не переведены в штатный режим работы, а находятся в опытной эксплуатации.

«Электро-Л» был выведен на геостационарную орбиту 21 января текущего года. Спутник предназначен для анализа и прогноза погоды в региональном и глобальном масштабах, состояния акваторий морей и океанов, гелиогеофизической обстановки в околоземном космическом пространстве, состояния ионосферы и магнитного поля Земли. Предполагается, что спутник должен проработать 10 лет.

’’Метеор-М-1’’ выведен на орбиту 17 сентября 2009 года. Спутник предназначен для оперативного получения информации для прогноза погоды, контроля озонового слоя и радиационной обстановки в околоземном космическом пространстве, а также для мониторинга морской поверхности, включая ледовую обстановку.

Стоит отметить более подробно характеристики недавно введенного в эксплуатацию спутника «Электро-Л». «Электро-Л» был разработан для замены КА «Электро» (GOMS-1) и в основном служит для тех же целей, что и предшественник. «Электро-Л» предназначен для обеспечения Росгидромета оперативной информацией для анализа и прогноза погоды, изучения состояния акваторий морей и океанов, мониторинга условий для полётов авиации, а также изучения состояния ионосферы и магнитного поля Земли. Кроме того, он способен вести мониторинг климата и глобальных изменений, вести контроль за чрезвычайными ситуациями и проводить экологический контроль окружающей среды.

Для достижения этих целей, аппарат «Электро-Л» снабжен оборудованием для проведения многоспектральной съемки Земли в видимом и инфракрасном диапазонах с разрешением 1 км и 4 км соответственно с периодичностью 30 минут. При необходимости периодичность съемки может быть уменьшена до 10-15 минут.

На «Электро-Л» установлены следующие приборы.

Прибор

Характеристики

Многозональное сканирующее устройство гидрометеорологического обеспечения (МСУ-ГС)

— зона обзора — видимый диск Земли (20°х20°)
— 3 канала видимого диапазона (ВД), 7 каналов инфракрасного (ИК) диапазона
— разрешение — ВД — 1 км, ИК — 4 км
— периодичность съемки — 30 мин (в автоматическом режиме), 10-15 мин (по командам с Земли)

Гелиогеофизический аппаратурный комплекс (ГГАК-Э)

7 различных специализированных сенсоров:
— спектрометры и детекторы электронов и протонов с энергиями от 0,05 до 600 МэВ;
— измерители солнечной постоянной, рентгеновского и ультрафиолетового излучения Солнца;
— измеритель вектора магнитного поля Земли.

Бортовой радиотехнический комплекс (БРТК)

Служит для передачи на Землю изображений (7,5 ГГц, до 30,72 Мбит/с) и данных ГГАК-Э, производит ретрансляцию и обмен метеоинформацией, сбор и передачу на Землю данных с платформ сбора данных, а также ретрансляцию сигналов аварийных буев системы Коспас-Сарсат. Частоты: — передача: 7,5 ГГц (X-диапазон), 1,697 ГГц, 1,692 ГГц, 1,54 ГГц (L-диапазон)
— прием: 8,2 ГГц (X-диапазон), 466 МГц, 406 МГц, 402 МГц (UHF-диапазон)

Бортовая система сбора данных (БССД);

Служит для сбора и накопления данных от МСУ-ГС, ГГАК-Э и их последующую передачу (до 30,72 Мбит/с) в БРТК. Емкость памяти БССД — 650 Мбайт.

Спутник «Электро-Л» запущенный в этом году является лишь первым из 3х спутников данной системы. Запуск спутников «Электро-Л» № 2, и № 3 планируется на 2013 и 2015 года соответственно.

Библиографический список

  1. Климатическая карта. Эквадор. — М.: 1996 г.
  2. Климатическая карта России: Для средней школы / Сост. и подг. к изд. ПКО «Картография» в 1995г. ; Ст. ред. В.И.Щербакова. — М-б: 1:5 000 000, 50км в 1см. — М: ФСГК, 1996. — 1к.(2л.): цв., доп.карта; 130×112см. Доп. карта: Климатические пояса и области, воздушные массы.- 1:15000000.
  3. Чили. Климатическая карта. — М-б: 1:18 000 000. — М.: ФСГК, 1996.
  4. Эквадор. Климатическая карта. — М-б: 1:6000000. — М.: ФСГК, 1996.
  5. Самарская обл. Климатическая карта. — М-б: 1:2 500 000. — М.: ФСГК, 1997.
  6. Башкортостан, респ. Климатическая карта. — М-б: 1:600 000. — М.: ФСГК, 1997.
  7. Читинская обл. Климатическая карта. — М-б: 1:5 000 000. — М.: ФСГК, 1997.
  8. Россия. Климатическая карта России: Для сред. общеобразоват. учреждений / Сост. и подг. к изд. ПКО «Картография» Роскартографии в 1995 г.; Ст. ред. В.И. Щербакова. — Испр. в 1998 г. — 1:5 000 000, 50 км в 1 см. — М.: ФСГК, 1998. — 1к. (2л.): цв.; 92×111 см. Доп. карта: Климатические пояса и области. Воздушные массы. 1:5 000 000.
  9. Алтай,респ. Климатическая карта. — 1:2 400 000. — М.: ФСГК, 1998.
  10. Дагестан, респ. Климатическая карта. — 1:2 500 000. — М.: ФСГК, 1998.
  11. Свердловская обл. Климатическая карта. — 1:3 750 000. — М.: ФСГК, 1998.
  12. Кабардино-Балкарская респ. Климатическая карта. — 1:1000 000. — М.: ФСГК, 1999.
  13. Мир. Климатические пояса и области мира [Карты]: География: Учебное пособие / Сост. и подгот. к изд. ООО «Изд-во ДИК»; Ред. С.А. Фролова. — 1:25 000 000, 250 км в 1 см. — М.: ДИК, 2002. — 2 к. (1 л.): цв.; 98×138 см.

Крупные картографические произведения

Среди важных произведений климатической картографии стоит выделить:

  1. Климатический атлас мира, 1960 г.
  2. Климатический атлас СССР, 1960-1962 гг.
  3. Агроклиматический атлас мира, 1972 г.
  4. Климатический атлас Европы, 1980 г.
  5. Климатический атлас Азии, 1981 г.
  6. Климатический атлас Российской империи, изданный Николаевскою главною физическою обсерваториею в память пятидесятилетней ее деятельности. 1849-1899 — 1900 гг.
  7. Климат Союза советских социалистических республик, 1926-1929 гг.
  8. Природа и ресурсы Земли, 1998 г.
  9. Атлас океанов, 1974-1982 г.

Отечественные учреждения и государственные ведомства где ведутся подобные работы

Научно методическим центром, координирующем и осуществляющим работу по климатическому картографированию в России, является Главная геофизическая обсерватория им. А. И. Воейкова в Санкт-Петербурге. Работы по созданию климатических карт ведутся в территориальных управлениях по гидрометеорологии и научно-исследовательских институтах Росгидромета (в Государственном гидрологическом институте, Центральной аэрологической обсерватории, Институте Арктики и Антарктики и др.), в Институте водных проблем РАН, Институте океанологии РАН, отделах климатологии и картографии Института географии РАН, на кафедрах метеорологии и климатологии и картографии МГУ, СПБГУ и в ряде других вузов и организаций.

Список литературы

  1. Большая советская энциклопедия, том 12. — М.: «Советская энциклопедия», 1973 год.
  2. Основы климатологической обработки метеорологических наблюдений. — О. А. Дроздов. — Ленинград, 1956 год.
  3. «Выбор временных интервалов и комплексирование информации из баз данных для создания климатических карт». — Е. А. Божилина, А. К. Суворов. — Географический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова.
  4. «Предсказать погоду и климат скоро станет невозможно». — ECOSEVER.RU, 2011 год. — www.ecosever.ru
  5. «Электро-Л». — RU.WIKIPEDIA.ORG, 2011 год. — ru.wikipedia.org/wiki/Электро-Л
  6. «Метеорологические спутники». — RU.ALLMETSTAT.COM. — ru.allmetsat.com/weather-satellites.php
  7. Географическое картографирование: карты природы. Учебное пособие. — М.: «Университет», 2010 г.
  8. Метеорология и климатология. Хромов С.П.
  9. География и природные ресурсы. 2007 год, выпуск № 4

Похожие работы