Phân loại khí hậu

Phân loại khí hậu, chính thức hóa các hệ thống nhận biết, làm rõ và đơn giản hóa sự tương đồng và khác biệt về khí hậu giữa các khu vực địa lý để tăng cường sự hiểu biết khoa học về khí hậu. Các sơ đồ phân loại như vậy dựa trên những nỗ lực sắp xếp và nhóm một lượng lớn dữ liệu môi trường để khám phá các mẫu giữa các quá trình khí hậu tương tác. Tất cả các phân loại như vậy là hạn chế vì không có hai khu vực phải chịu cùng một lực vật lý hoặc sinh học theo cùng một cách chính xác. Việc tạo ra một sơ đồ khí hậu riêng lẻ theo phương pháp di truyền hoặc theo kinh nghiệm.

Xem xét chung

Khí hậu của một khu vực là sự tổng hợp của các điều kiện môi trường (đất, thảm thực vật, thời tiết, v.v.) đã chiếm ưu thế ở đó trong một thời gian dài. Tổng hợp này bao gồm cả trung bình của các yếu tố khí hậu và các phép đo biến thiên (như giá trị cực đoan và xác suất). Khí hậu là một khái niệm trừu tượng, phức tạp liên quan đến dữ liệu trên tất cả các khía cạnh của môi trường Trái đất. Như vậy, không có hai địa phương nào trên Trái đất có thể được cho là có cùng một khí hậu.

Tuy nhiên, rõ ràng là, trên các khu vực hạn chế của hành tinh, khí hậu thay đổi trong một phạm vi hạn chế và các vùng khí hậu có thể thấy rõ trong đó có sự đồng nhất rõ ràng trong các mô hình của các yếu tố khí hậu. Hơn nữa, các khu vực tách biệt trên thế giới có khí hậu tương tự khi tập hợp các mối quan hệ địa lý xảy ra ở một khu vực tương đương với khu vực khác. Sự đối xứng và tổ chức của môi trường khí hậu này cho thấy sự đều đặn và trật tự trên toàn thế giới trong hiện tượng gây ra khí hậu (như mô hình bức xạ mặt trời tới, thảm thực vật, đất, gió, nhiệt độ và khối không khí). Mặc dù sự tồn tại của các mô hình cơ bản như vậy, việc tạo ra một sơ đồ khí hậu chính xác và hữu ích là một nhiệm vụ khó khăn.

Đầu tiên, khí hậu là một khái niệm đa chiều, và nó không phải là một quyết định rõ ràng vì trong số nhiều biến môi trường được quan sát nên được chọn làm cơ sở của phân loại. Sự lựa chọn này phải được thực hiện trên một số căn cứ, cả thực tế và lý thuyết. Ví dụ, sử dụng quá nhiều yếu tố khác nhau sẽ mở ra khả năng phân loại sẽ có quá nhiều danh mục để dễ dàng diễn giải và nhiều danh mục sẽ không tương ứng với khí hậu thực tế. Hơn nữa, các phép đo của nhiều yếu tố của khí hậu không có sẵn cho các khu vực rộng lớn trên thế giới hoặc chỉ được thu thập trong một thời gian ngắn. Các ngoại lệ chính là dữ liệu đất, thảm thực vật, nhiệt độ và lượng mưa, có sẵn rộng rãi hơn và đã được ghi lại trong thời gian dài.

Sự lựa chọn các biến cũng được xác định bởi mục đích của phân loại (chẳng hạn như để phân phối thảm thực vật tự nhiên, để giải thích các quá trình hình thành đất hoặc phân loại khí hậu theo sự thoải mái của con người). Các biến có liên quan trong phân loại sẽ được xác định theo mục đích này, cũng như các giá trị ngưỡng của các biến được chọn để phân biệt các vùng khí hậu.

Khó khăn thứ hai là kết quả của tính chất thay đổi dần dần của các yếu tố khí hậu trên bề mặt Trái đất. Ngoại trừ trong các tình huống bất thường do các dãy núi hoặc bờ biển, nhiệt độ, lượng mưa và các biến khí hậu khác có xu hướng chỉ thay đổi chậm theo khoảng cách. Kết quả là, các loại khí hậu có xu hướng thay đổi không thể nhận ra khi một người di chuyển từ một địa điểm trên bề mặt Trái đất sang một địa điểm khác. Do đó, việc chọn một bộ tiêu chí để phân biệt một loại khí hậu với loại khí hậu khác tương đương với việc vẽ một đường thẳng trên bản đồ để phân biệt vùng khí hậu sở hữu một loại khí hậu có loại kia. Mặc dù điều này không khác biệt so với nhiều quyết định phân loại khác mà người ta thường làm trong cuộc sống hàng ngày, nhưng phải luôn nhớ rằng ranh giới giữa các vùng khí hậu liền kề được đặt một cách tùy tiện qua các vùng thay đổi liên tục, dần dần và các khu vực được xác định trong các ranh giới này khác xa với sự đồng nhất về đặc điểm khí hậu của chúng.

Hầu hết các sơ đồ phân loại được dành cho ứng dụng quy mô toàn cầu hoặc lục địa và xác định các khu vực là các phân khu chính của các lục địa dài hàng trăm đến hàng ngàn km. Đây có thể được gọi là macroclimates. Không chỉ có những thay đổi chậm (từ ướt sang khô, nóng sang lạnh, v.v.) trên một khu vực như là kết quả của độ dốc địa lý của các yếu tố khí hậu trên lục địa mà khu vực là một phần, nhưng sẽ tồn tại mesoclimates trong các khu vực này liên quan đến các quá trình khí hậu xảy ra ở quy mô hàng chục đến hàng trăm km được tạo ra bởi sự chênh lệch độ cao, khía cạnh độ dốc, các vùng nước, sự khác biệt về thảm thực vật, khu vực đô thị và tương tự. Ngược lại, Mesoclimates có thể được phân giải thành nhiều vi khí hậu, xảy ra ở quy mô dưới 0,1 km (0,06 dặm), như trong sự khác biệt về khí hậu giữa rừng, cây trồng và đất trống, ở các độ sâu khác nhau trong tán cây, ở các độ sâu khác nhau độ sâu trong đất, trên các mặt khác nhau của một tòa nhà, v.v.

Những hạn chế này, phân loại khí hậu đóng một vai trò quan trọng như là một phương tiện để khái quát sự phân bố và tương tác địa lý giữa các yếu tố khí hậu, xác định các hỗn hợp ảnh hưởng khí hậu quan trọng đối với các hiện tượng phụ thuộc khí hậu khác nhau, kích thích tìm kiếm để xác định các quá trình kiểm soát khí hậu và, như một công cụ giáo dục, để chỉ ra một số cách mà các khu vực xa xôi trên thế giới vừa khác biệt vừa giống với khu vực nhà riêng của một người.

Phương pháp tiếp cận phân loại khí hậu

Các phân loại khí hậu được biết đến sớm nhất là của thời Hy Lạp cổ điển. Các sơ đồ như vậy thường chia Trái đất thành các vùng vĩ độ dựa trên các vĩ tuyến quan trọng lần lượt là 0 °, 23,5 ° và 66,5 ° vĩ độ (nghĩa là Xích đạo, Vùng nhiệt đới của Ung thư và Ma Kết, và các vòng Bắc Cực và Nam Cực) và trên độ dài của ngày. Phân loại khí hậu hiện đại có nguồn gốc từ giữa thế kỷ 19, với các bản đồ nhiệt độ và lượng mưa được công bố đầu tiên trên bề mặt Trái đất, cho phép phát triển các phương pháp phân nhóm khí hậu sử dụng đồng thời cả hai biến.

Nhiều phương án phân loại khí hậu khác nhau đã được đưa ra (hơn 100), nhưng tất cả chúng có thể được phân biệt rộng rãi như là phương pháp theo kinh nghiệm hoặc di truyền. Sự phân biệt này dựa trên bản chất của dữ liệu được sử dụng để phân loại. Phương pháp thực nghiệm sử dụng dữ liệu môi trường quan sát, chẳng hạn như nhiệt độ, độ ẩm và lượng mưa hoặc số lượng đơn giản có nguồn gốc từ chúng (chẳng hạn như bay hơi). Ngược lại, một phương pháp di truyền phân loại khí hậu trên cơ sở các yếu tố nguyên nhân của nó, hoạt động và đặc điểm của tất cả các yếu tố (khối không khí, hệ thống tuần hoàn, mặt trận, dòng phản lực, bức xạ mặt trời, hiệu ứng địa hình, v.v.) làm phát sinh mô hình không gian và thời gian của dữ liệu khí hậu. Do đó, trong khi các phân loại theo kinh nghiệm chủ yếu là mô tả về khí hậu, các phương pháp di truyền là (hoặc nên được) giải thích. Thật không may, các sơ đồ di truyền, trong khi khoa học mong muốn hơn, vốn đã khó thực hiện hơn vì chúng không sử dụng các quan sát đơn giản. Kết quả là, các chương trình như vậy vừa ít phổ biến hơn và ít thành công hơn. Hơn nữa, các khu vực được xác định bởi hai loại sơ đồ phân loại không nhất thiết phải tương ứng; đặc biệt, không có gì lạ khi các dạng khí hậu tương tự xuất phát từ các quá trình khí hậu khác nhau được nhóm lại với nhau theo nhiều sơ đồ thực nghiệm phổ biến.

Phân loại di truyền

Phân loại di truyền nhóm khí hậu bởi nguyên nhân của họ. Trong số các phương pháp đó, có thể phân biệt ba loại: (1) loại dựa trên các yếu tố quyết định địa lý của khí hậu, (2) loại dựa trên ngân sách năng lượng bề mặt và (3) loại có nguồn gốc từ phân tích khối không khí.

Trong lớp thứ nhất là một số phương án (phần lớn là công việc của các nhà khí hậu học người Đức) phân loại khí hậu theo các yếu tố như kiểm soát nhiệt độ, tính liên tục so với các yếu tố ảnh hưởng của đại dương, vị trí liên quan đến áp lực và vành đai gió và ảnh hưởng của núi. Tất cả các phân loại này đều có chung một nhược điểm: chúng là định tính, do đó các vùng khí hậu được chỉ định theo cách chủ quan hơn là kết quả của việc áp dụng một số công thức khác biệt nghiêm ngặt.

Một ví dụ thú vị về phương pháp dựa trên sự cân bằng năng lượng của bề mặt Trái đất là phân loại năm 1970 của Werner H. Terjung, một nhà địa lý người Mỹ. Phương pháp của ông sử dụng dữ liệu của hơn 1.000 địa điểm trên toàn thế giới về bức xạ mặt trời ròng nhận được trên bề mặt, năng lượng có sẵn để làm bay hơi nước và năng lượng có sẵn để làm nóng không khí và dưới bề mặt. Các mô hình hàng năm được phân loại theo đầu vào năng lượng tối đa, phạm vi đầu vào hàng năm, hình dạng của đường cong hàng năm và số tháng có cường độ âm (thâm hụt năng lượng). Sự kết hợp các đặc điểm cho một vị trí được thể hiện bằng nhãn bao gồm một số chữ cái có ý nghĩa xác định và các vùng có khí hậu bức xạ thuần tương tự được ánh xạ.

Có lẽ các hệ thống di truyền được sử dụng rộng rãi nhất, tuy nhiên, là những hệ thống sử dụng các khái niệm khối không khí. Các khối không khí là những khối không khí lớn, về nguyên tắc, có các tính chất tương đối đồng nhất của nhiệt độ, độ ẩm, v.v., theo chiều ngang. Thời tiết vào những ngày riêng lẻ có thể được hiểu theo các đặc điểm này và độ tương phản của chúng ở phía trước.

Hai nhà địa lý học - nhà khí hậu học người Mỹ có ảnh hưởng lớn nhất trong việc phân loại dựa trên khối không khí. Năm 1951, Arthur N. Strahler đã mô tả một phân loại định tính dựa trên sự kết hợp của các khối không khí có mặt tại một địa điểm nhất định trong suốt cả năm. Vài năm sau (1968 và 1970) John E. Oliver đã đặt loại phân loại này trên một nền tảng vững chắc hơn bằng cách cung cấp một khung định lượng chỉ định các khối không khí cụ thể và các tổ hợp khối không khí như là ưu thế, đặc biệt là Subdominant, một cách đặc biệt địa điểm. Ông cũng cung cấp một phương tiện để xác định các khối không khí từ các sơ đồ nhiệt độ trung bình và lượng mưa trung bình được vẽ trên sơ đồ nhiệt độ của máy, một thủ tục làm giảm nhu cầu về dữ liệu không khí trên ít phổ biến hơn để phân loại.