기후학

Climatology
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쾨펜-가이거 기후 분류(1980-2016).
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기후학(그리스어 κμα, klima, 장소, 구역) 또는 기후과학은 지구의 기후에 대한 과학적 연구로, 일반적으로 최소 30년 [1]동안의 평균 기상 조건으로 정의된다.이 현대적인 연구 분야는 대기 과학의 한 분야이자 지구 과학 중 하나인 물리 지리학의 하위 분야로 여겨진다.기후학은 이제 해양학과 생물 지구 화학의 측면을 포함한다.

기후학자들이 사용하는 주요 방법은 기후를 결정하는 물리적 과정의 관찰 분석과 모델링이다.주요 연구 주제는 기후 변동성, 기후 변화의 메커니즘 및 현대 기후 변화에 대한 연구입니다.기후에 대한 기본 지식은 단기 기상 예측 내에서 사용할 수 있다. 예를 들어 엘니뇨-남부 진동(ENSO), 매든-줄리안 진동(MJO), 북대서양 진동(NAO), 북극 진동(AO), 태평양 십진동(Pacific decadal)과 같은 기후 주기에 관한 것이다.IPO).

기후 모델은 날씨 및 기후 시스템의 역학 연구부터 미래 기후 예측에 이르기까지 다양한 목적으로 사용됩니다.날씨는 일정 기간 동안의 대기의 상태로 알려져 있는 반면, 기후는 장기에서 무기한의 [2]기간에 걸친 대기 상태와 관련이 있다.

역사

상세 정보:기후변화 과학의 역사

그리스인들은 기후에 대한 공식적인 연구를 시작했다; 사실 기후라는 단어는 "기울기"를 의미하는 그리스어 klima에서 유래했는데, 이는 지구 축의 기울기나 기울기를 가리킨다.기후에 관한 가장 영향력 있는 고전 교재는 기원전 400년 경 히포크라테스가 쓴 '에어, 물, 장소[3]'였다.이 작품은 기후가 인간의 건강에 미치는 영향과 아시아와 [3]유럽의 문화적 차이에 대해 논평했다.기후가 기후, 즉 기후 결정론에 따라 어떤 나라가 우수한지를 좌우한다는 생각은 [3]역사를 통틀어 영향을 미쳤다.중국의 과학자 Shen Kuo (1031–1095)는 대나무의 [4]생육에 적합하지 않은 건조한 기후 지역인 Yanzhou (현재의 산시성 Yan'an) 근처의 지하에서 발견된 석화된 대나무들을 관찰한 후, 기후가 거대한 기간에 걸쳐 자연스럽게 변화했다고 추론했다.

과학 혁명 동안 온도계와 기압계의 발명은 영국에서 [3]1640-1642년에 시작된 체계적인 기록을 가능하게 했다.초기 기후 연구자들로는 에드먼드 핼리가 있는데, 그는 남반구로 항해한 후 1686년에 무역풍 지도를 출판했습니다.벤자민 프랭클린 (1706–1790)은 미국에서 유럽으로 우편물을 보낼 때 사용하기 위해 걸프 스트림의 경로를 최초로 지도화했다.프란시스 갈튼 (1822–1911)은 [5]고기압이라는 용어를 발명했다.헬무트 란즈버그(1906–1985)는 기후학에서 통계적 분석의 사용을 장려하여 물리과학으로 발전시켰다.

20세기 초, 기후학은 대부분 지역 기후의 기술에 초점을 맞췄다.이 서술적인 기후학은 주로 응용 과학이었고, 농부들과 다른 관심 있는 사람들에게 정상적인 날씨가 무엇인지, 그리고 극단적인 [6]사건이 일어날 가능성이 얼마나 큰지에 대한 통계를 주었다.이를 위해 기후학자들은 기후의 정상, 즉 일반적으로 30년의 [7]기간 동안 날씨와 날씨의 극한의 평균을 정의해야 했다.

20세기 중반 무렵, 기상학과 기후학의 많은 가정들은 기후가 대략 일정하다고 여겼다.과학자들은 빙하기와 같은 과거의 기후 변화에 대해 알고 있었지만, 변하지 않는 기후라는 개념은 기후를 결정하는 일반적인 이론의 개발에 유용했다.이것은 이후 수십 년 동안 변화하기 시작했고, 기후변화 과학의 역사는 더 일찍 시작되었지만, 기후 변화는 70년대 이후 [8]기후학자들의 비열한 연구 주제 중 하나가 되었다.

서브필드

30년 동안의 평균 기온 지도입니다.역사적 기상 매개변수의 장기 평균으로부터 형성된 데이터 세트를 "기후학"이라고 부르기도 한다.

기후학의 다양한 하위 분야는 기후의 다른 측면을 연구한다.기후학에는 분야 분류가 다르다.예를 들어 미국기상학회는 기후학의 세 가지 하위 범주인 기후학,[9] 과학적 기후학, 응용 기후학을 연구 목적과 복잡성에 기초한 분류로 분류한다.응용 기후학자들은 그들의 전문 지식을 제조업과 [10]농업과 같은 다른 산업들에 응용한다.

고기후학은 얼음의 중심부와 나무 고리(치안드로기후학)와 같은 기록을 조사함으로써 과거의 기후를 재구성하고 이해하려고 한다.고생물학에서는 이러한 기록을 사용하여 수천년에 걸친 허리케인의 빈도를 결정합니다.역사적 기후학은 기후를 인류 역사와 연관지어 연구하는 학문으로, 따라서 지난 수천 년 동안에만 초점을 맞춘다.

경계층 기후학은 [11]지표면 근처의 물, 에너지 및 운동량 교환에 몰두한다.추가로 식별된 하위 분야는 물리적 기후학, 동적 기후학, 토네이도 기후학, 지역 기후학, 생물 기후학 및 시놉틱 기후학이다.특히 물 순환에 대한 기후 변화의 영향을 연구할 때, 장기간의 수문학적 순환에 [9]대한 연구는 때때로 수문 기후학이라고 불린다.

방법들

현대 기후 연구는 강우량, 온도 및 대기 조성 기록과 같이 수년간 축적된 기상 데이터를 통합한다.대기와 대기의 역학에 대한 지식은 또한 다른 관측을 통합하고 그것들이 어떻게 서로 맞는지 테스트하는 데 도움을 주는 통계적 또는 수학적 모델에 구현된다.모델링은 과거, 현재 및 잠재적 미래 기후를 이해하기 위해 사용됩니다.

기후 연구는 기후를 지배하는 대규모, 장기, 복잡한 과정으로 인해 어려워진다.기후는 미분방정식으로 표현될 수 있는 물리법칙에 의해 지배된다.이러한 방정식은 결합되고 비선형적이기 때문에 수치적 방법을 사용하여 지구 기후 모델을 생성함으로써 대략적인 해법을 얻을 수 있습니다.기후는 확률적 과정으로 모델링되기도 하지만, 일반적으로 너무 복잡해서 분석할 수 없는 과정의 근사치로 받아들여집니다.

기후 데이터

기후 변수의 오랜 기록 수집은 기후 연구에 필수적이다.기후학은 기상학이 수집한 [12]집계 데이터를 다룬다.과학자들은 지구를 관찰하는 인공위성과 온도계의 세계적 네트워크와 같은 과학적 기구에서 [13]빙하로부터 추출한 선사시대 얼음에 이르기까지 기후에 대한 직간접적인 관측을 모두 사용한다.시간이 지남에 따라 측정 기술이 변화함에 따라 데이터 기록을 직접 비교할 수 없습니다.도시는 일반적으로 주변 지역보다 따뜻하기 때문에 도시화로 인해 이러한 도시 열섬 [14]효과에 대한 데이터를 지속적으로 수정해야 한다.

모델

주요 기사:기후 모델

기후 모델은 대기, 해양, 지표면 및 얼음의 상호작용을 시뮬레이션하기 위해 정량적 방법을 사용합니다.기상 및 기후 시스템의 역학 연구부터 미래 기후 예측에 이르기까지 다양한 용도로 사용됩니다.모든 기후 모델은 지구에 대한 단파(가시적) 전자 방사선의 유입 에너지와 지구로부터의 장파(적외선) 전자 방사선의 방출 에너지의 균형을 이루거나 거의 균형을 잡습니다.불균형은 지구의 평균 온도에 변화를 가져온다.대부분의 기후 모델은 이산화탄소와 같은 온실 가스의 복사 효과를 포함한다.이러한 모형은 표면 온도가 상승할 뿐만 아니라 위도가 높은 곳에서 온도가 더 빠르게 상승할 것으로 예측합니다.

모델은 비교적 단순한 것부터 복잡한 것까지 다양합니다.

  • 지구를 단일 지점으로 취급하고 평균 방출 에너지를 생성하는 단순한 복사 열 전달 모델
  • 이것은 수직으로 확장될 수 있다(수직-수직 모델), 또는 수평으로 확장될 수 있다.
  • 결합된 대기-해양-해빙 지구 기후 모델은 질량 및 에너지 전달 및 복사 교환에 대한 전체 방정식을 정의하고 해결한다.
  • 지구 시스템 모델은 생물권을 추가로 포함한다.

또한 100km 이상에서 1km까지 다양한 해상도로 사용할 수 있습니다.글로벌 기후 모델에서 고해상도는 계산 작업이 매우 까다로우므로 글로벌 데이터셋은 거의 존재하지 않습니다.예로는 ICON 또는 CHELSA(지구 [16][17]지표면적에 대한 고해상도 기후학)와 같은 메니컬적으로 축소된 데이터가 있다.

조사 주제

기후학자들이 연구하는 주제는 크게 세 가지 범주로 나뉩니다: 기후 변동성, 기후 변화의 메커니즘, 그리고 현대 기후 [18]변화.

기후학적 과정

다양한 요인들이 특정 장소의 평균 대기 상태에 영향을 미친다.예를 들어, 중위도는 기온의 계절적 순환이 뚜렷하지만 열대지방은 일 [19]년 동안 기온의 변화가 거의 없다.기후에 대한 또 다른 주요 통제는 대륙성입니다: 바다와 같은 주요 수역과의 거리입니다.바다는 온화한 요인으로 작용하기 때문에 바다는 일반적으로 겨울은 포근하고 [20]여름은 적당하다.대기는 기후 시스템의 다른 구와 상호작용하며,[21] 바람은 지구 전체에 열을 운반하는 해류를 생성한다.

기후 분류

분류는 복잡한 과정을 단순화하는 도구로서 많은 과학에서 중요한 측면입니다.고대 그리스의 기후 분류와 함께, 다른 기후 분류가 수세기에 걸쳐 개발되었습니다.기후 분류 방법은 용도에 따라 달라집니다.풍력 에너지 생산자는 분류에서 농업에 관심이 있는 사람과 다른 정보(바람)를 필요로 하며, 강수량과 온도가 더 중요하다.[22]가장 널리 사용되는 분류인 쾨펜 기후 분류는 19세기 후반에 개발되었으며 초목을 기반으로 한다.월별 기온과 강수량 [23]데이터를 사용합니다.

기후 변동

엘니뇨 영향

변동성에는 다양한 모드가 있습니다.온도의 반복 패턴이나 기타 기후 변수입니다.그것들은 서로 다른 지수로 계량된다.30개 기업의 주가에 근거한 다우존스 산업평균지수는 주식시장 전체의 변동을 나타내기 위해 사용되는 것과 마찬가지로 기후지수는 기후의 본질적인 요소를 나타내기 위해 사용된다.기후 지수는 일반적으로 단순성과 완전성이라는 두 가지 목표를 가지고 고안되며, 각 지수는 일반적으로 그것이 나타내는 기후 요소의 상태와 시기를 나타낸다.지표는 본질적으로 단순하며, 많은 세부사항을 지구 기후 시스템에 영향을 미치는 요인을 특징짓는 데 사용할 수 있는 대기 또는 해양에 대한 일반적이고 종합적인 설명으로 결합한다.

엘니뇨-남부발진(ENSO)은 태평양에서 일어나는 해양 대기의 결합 현상으로,[21] 전지구 온도 변동의 대부분을 담당하며, 주기는 2년에서 7년 [24]사이입니다.북대서양 진동은 주로 저층 대기권인 대류권에 포함된 변동 모드입니다.위의 대기층인 성층권도 자체적인 변동성을 만들 수 있으며, 가장 중요한 것은 약 30-60일의 주기를 갖는 매든-줄리안 진동(MJO)이다.10년 간 태평양 진동은 태평양에 변화를 일으키고 10년 시간 척도로 대기를 낮출 수 있습니다.

기후 변화

기후 변화는 지구의 기후 시스템의 변화가 오랜 기간 동안 새로운 날씨 패턴을 유지하게 될 때 발생합니다.이 시간은 짧게는 몇 십 년에서 길게는 수백만 년까지이다.기후 시스템은 태양으로부터 거의 모든 에너지를 공급받는다.기후 시스템은 또한 우주 공간으로 에너지를 방출한다.들어오는 에너지와 나가는 에너지의 균형, 그리고 기후 시스템을 통한 에너지의 통과가 지구의 에너지 예산을 결정합니다.들어오는 에너지가 나가는 에너지보다 클 때, 지구의 에너지 예산은 양이고 기후 시스템은 따뜻합니다.더 많은 에너지가 방출되면 에너지 예산은 음이 되고 지구는 [25]냉각됩니다.기후 변화는 평균 해수면에도 영향을 미친다.

현대 기후 변화는 화석연료의 연소로 인한 온실가스의 인간 배출로 인해 지구 평균 표면 온도가 상승한다.그러나 기온 상승은 강수량, 폭풍의 흔적, 구름의 관측된 변화를 포함하여 현대 기후 변화의 한 측면일 뿐이다.온난한 온도는 빙하의 광범위한 녹음, 해수면 상승, [26]동식물군의 이동과 같은 기후 시스템의 추가적인 변화를 주도하고 있다.

기상학과의 차이점

최대 몇 주 동안 지속되는 단기 기상 시스템에 초점을 맞춘 기상학과는 대조적으로 기후학은 이러한 시스템의 빈도와 추세를 연구한다.수년에서 천년에 걸친 기상 사건의 주기성 및 대기 상태에 대한 장기 평균 기상 패턴의 변화를 연구한다.기후학자들은 기후의 특성(지역, 지역 또는 지구)과 기후 변화를 일으키는 자연적 또는 인간적 요인 모두를 연구합니다.기후학은 과거를 고려하고 미래의 기후 변화를 예측하는데 도움을 줄 수 있다.

기후학적으로 관심 있는 현상에는 대기 경계층, 순환 패턴, 열 전달(방사선, 대류 및 잠복), 대기와 해양 및 육지 표면 간의 상호작용(특히 식물, 토지 이용 및 지형), 대기의 화학적, 물리적 구성이 포함된다.

일기예보에 사용

주요 기사:일기 예보

더 복잡한 예보를 하는 방법인 아날로그 기술은 다가오는 사건에 의해 모방될 것으로 예상되는 이전 날씨 사건을 기억해야 한다.이것을 사용하기 어려운 것은 미래에 [27]일어날 사건에 대한 완벽한 유사점이 거의 없다는 것이다.일부에서는 이러한 유형의 예측 패턴 인식이라고 부르는데, 이는 위성 영상이 [28]육지의 강수량과 미래의 분포 예측과 어떻게 관련이 있는지에 대한 지식을 가지고 바다와 같은 데이터 빈 공간에 대한 강우를 관찰하는 유용한 방법이다.이 테마의 변형은 주변 시스템 내의 시스템 위치를 [29]특정하기 위해 다른 위치에 있는 시스템을 사용할 때 원격 연결이라고 하는 중간 범위 예측에서 사용됩니다.원격 연결을 사용하는 한 가지 방법은 ENSO 관련 [30]현상과 같은 기후 지수를 사용하는 것이다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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책들

  • Robinson, Peter J. Robinson; Henderson-Sellers, Ann (1999). Contemporary Climatology. Harlow, England: Pearson Prentice Hall. ISBN 0582276314.
  • Rohli, Robert. V.; Vega, Anthony J. (2018). Climatology (fourth ed.). Jones & Bartlett Learning. ISBN 9781284126563.
  • Rohli, Robert. V.; Vega, Anthony J. (2011). Climatology (second ed.). Jones & Bartlett Learning.
  • Wang, Shih-Yu; Gillies, Robert R., eds. (2012). Modern Climatology. Rijeka, Croatia: InTech. ISBN 978-953-51-0095-9.

추가 정보

  • 제니 우글로우, "What the Weather Is" (세라 드라이, Waters of the World: 해양, 대기, 빙하의 신비를 풀고 행성을 온전하게 만든 과학자들의 이야기, 시카고 대학 출판사, 2019년, 332쪽), 뉴욕 리뷰 오브 북스, 제1권.LXVI, No. 20(2019년 12월 19일), 페이지 56-58.

외부 링크

  • 기후 과학 특별 보고서 – 미국 글로벌 변화 연구 프로그램
  • KNMI 기후 탐색기 로열 네덜란드 기상 연구소의 기후 탐색기는 공간 및 시간 데이터의 기후 관계를 그래프로 표시합니다.
  • 프로페셔널 아머로서의 기후학.20세기 기후학 분야의 역사에 대한 물리학의 고찰