duimnael|300px|Klimaatkaart van die wêreld
Klimaat (van oud-Grieks: κλίμα) is die gemiddelde toestand van die weer oor 'n tydperk van ten minste 30 jaar. In teenstelling hiermee is die weer die toestand van die atmosfeer op 'n gegewe oomblik in tyd.
Die klimaat is die navorsingsveld van klimatologie. Aangesien die weer van dag tot dag sterk kan verander, is die gemiddelde waardes van die weer (soos gemiddelde temperatuur) nie die enige mate vir klimaat nie, en word frekwensieverdelings, ekstreme waardes, modale waardes en standaardafwykings ingespan.
Die klimaat op 'n bepaalde plek op aarde is onderhewig aan die gesamentlike effek wat die weerstoestande op daardie plek het en aan die reëlmaat waarmee die toestande hulle voordoen. Die prosesse in die onderste gedeelte van die atmosfeer onder die invloed van sonenergie speel 'n vername rol in die twee belangrikste klimatologiese faktore, naamlik die heersende temperature en die feit dat daar reën val.
Die temperatuur hang veral af van die hoek waarteen die son se strale op die aarde inval en hou daarom verband met die breedtegraad of die posisie van 'n bepaalde plek ten opsigte van die son. Daar is 'n aantal duidelike klimaatgordels te onderskei (trope, subtrope, gematigde gebiede, poolstreke), wat naastenby ewewydig is met die ewenaar.
Ook binne die gordels kan daar belangrike klimaatverskille voorkom, afhangende van die temperatuur en die neerslag. Omdat hierdie faktore baie belangrik is vir die plantegroei, val klimaattipes dikwels saam met die vegetasiepatroon, iets waarmee daar in die klassifikasiesisteem rekening gehou moet word. Die plantegroei bepaal in belangrike mate die uiterlike van die landskap, waarby die reliëf ook 'n rol het en op sy beurt grootliks bepaal word deur die klimaat.
Hierdie verskynsel is redelik logies te verklaar, aangesien die verwering en erosie van gesteentes afhang van die temperatuur en die beskikbare hoeveelheid water (afkomstig van reën), terwyl daarnaas ook nog die plantbedekking die verloop van hierdie prosesse beïnvloed. Nie alleen bepaal die klimaat in oorwegende mate die landskap nie, maar die teenoorgestelde geld ook: in stedelike gebiede word die klimaat dikwels beïnvloed deur byvoorbeeld groot nywerheidsinstallasies. Al die onderlinge faktore word in die klimatologie ondersoek en dit is 'n wetenskap wat in die vorige eeu vinnig ontwikkel het. Die kennis wat die mens so verkry, is van groot praktiese waarde, onder meer ten opsigte van die landbou, die nywerheid en die vraag na water oor die algemeen.
Klimaat op Aarde duimnael|links|Om die pole word die sonstrale oor 'n groter gebied versprei as by die ewenaar.
Die klimaat op Aarde word grotendeels deur die Son bepaal. Die Son warm die Aarde se oppervlak op, wat op sy beurt die atmosfeer opwarm. Astronomiese faktore wat 'n rol hierby speel is die verskille in die hoogte van die Son, die tydsduur van 'n dag en die afstand van die Aarde na die Son.
Die hoeveelheid lig wat op 'n stukkie aardoppervlak inval word die insolasie genoem. Omdat die Aarde rond is val die sonstrale om die pole oor 'n groter gebied as by die ewenaar. As gevolg hiervan is die intensiteit en die verhitting van die aardoppervlak rondom die ewenaar aansienlik groter.
Geografiese faktore is die land-see-ys-verdeling, die verligting van die aardoppervlak asook die hoogte bo seevlak. Die land warm vinniger as water op, maar dit afkoel ook vinniger af. Die lugtemperatuur sal dus groter bo land as bokant die see wissel.
Gebiede met uitgestrekte woude se temperatuur is laer en die humiditeit is hoër. Hoë berge het ook 'n invloed op die klimaat van die omgewing; aan die loefkant val meer neerslag, aan die lykant minder.
Hierdie warmteverskille lei tot 'n verskil in lugdruk, wat op sy beurt wind veroorsaak (soos lug van gebiede met 'n hoë na lae lugdruk vloei). Die gevolglike atmosferiese strominge tussen laer en hoër breedtegrade en tussen die oseane en vastelande, met die gepaardgaande seestrome, poog om hitte eweredig oor die aardoppervlak te versprei.
Inleiding Die aarde word omring deur 'n gasvormige omhulsel, die dampkring, wat aanvanklik vinnig en daarna langsamer oorgaan in die interplanetêre ruimte. Ongeveer 50 % van die dampkringmassa lê in 'n laag van 5 km hoog, 75 % in 'n laag tot 'n hoogte van 10 km, 95 % tot 'n hoogte van 20 km en 99 % tot 'n hoogte van 40 km. In vergelyking met die straal van die aarde (ongeveer 6370 km) lê die oorgrote gedeelte van die dampkringmassa dus in 'n baie dun skil om die aarde. Dit is nie moontlik om die boonste grens van die dampkring presies te bepaal nie, maar volgens teoretiese berekenings sou dit bokant die pole op 'n hoogte van 28 000 km en bokant die ewenaar op 'n hoogte van 42 000 km lê.
Op grond van die temperatuurveranderinge wat met toename in hoogte gepaard gaan, word 'n aantal lae in die dampkring onderskei. Die onderste laag is die troposfeer, wat gekenmerk word deur 'n geleidelike afname in temperatuur hoe hoër dit lê (ongeveer 6 °C/ km). Die troposfeer bereik 'n hoogte van 8 tot 10 km bokant die ewenaar en in die grenslaag, die tropopouse, word die laagste temperature aangetref. Afhangende van die posisie en tydstip wissel dit tussen -55 en -80 °C.
Dit is hoofsaaklik in die troposfeer waar die daaglikse weerverskynsels wat op die aardoppervlak merkbaar is, hulle voordoen. Hier vind 'n mens die bewegingstoestand van die lug (windsnelheid en windrigting), wat nou verband hou met die atmosferiese druk en die verdeling van die atmosfeer in horisontale en vertikale sones oor die aarde se oppervlak. Hierin vind ook ander toestande uiting, soos die temperatuurtoestand, vogtoestande (mis, wolke, neerslag in allerlei vorme), sonskyn, straling en elektriese toestande.
Dit is die vernaamste elemente wat saam die weer (die toestand van die atmosfeer op 'n gegewe oomblik en tyd) bepaal. Die weerstoestand wissel van oomblik tot oomblik omdat dit die gevolg is van fisiese prosesse in die atmosfeer en op die aardoppervlak, wat op hulle beurt hoofsaaklik aan die gang gesit word deur die enorme energiestroom wat van die son afkomstig is. Die son, met ʼn oppervlaktemperatuur van nagenoeg 6 000 K, stuur voortdurend elektromagnetiese straling uit, waarvan 99 % 'n golflengte van tussen 0,17 en 3,9 ꙡ het.
Veral die waterdamp en kooldioksied in die atmosfeer absorbeer die energie van die langer golflengtes, waardeur die absorbeervlakke verwarm word. Sonder hierdie verwarming, wat in alle rigtings uitgestraal word, sou die aardoppervlak heelwat kouer gewees het, moontlik tot selfs 40°C kouer. Die aanhoudende verandering van die weerstoestand maak dit moeilik om die weer te karakteriseer en daarom is die begrip klimaat ingevoer. Klimaat word dan omskryf as die samevatting van die daaglikse weerstoestande vir 'n bepaalde plek binne 'n bepaalde tydvak.
'n Reeks waarnemings (metings of skattings) van die elemente wat die weer bepaal, wat oor 'n lang genoeg tydperk uitgevoer word, lewer statisties verantwoorde besonderhede wat met behulp van enkele parameters beskryf kan word. Die eerste van hierdie klimaatparameters is die gemiddelde waardes (reënval, temperatuur, ensovoorts). Naas die gemiddelde waarde van ʼn element is die afwykings van hierdie waarde en die frekwensies waarin dit binne 'n gekose tydperk voorkom, van ewe veel belang.
Dit geld veral vir die hoogste en laagste waardes wat hulle kan voordoen. Daar is veral 2 metodes waardeur 'n beeld van die heersende klimaat verkry kan word. Tot nou toe is die mees toegepaste metode die samestelling van frekwensieverdelings, gemiddeldes (temperatuur, reënval), standaardafwykings, maksimum- en minimumtoestande en soortgelyke gegewens ten opsigte van 'n verskeidenheid elemente. Die ander metode, wat stelselmatig meer in gebruik kom, gaan uit van die verdeling van die weer in verskillende weertipes volgens die herkoms van lugsoorte wat op ʼn bepaalde plek aangetref word, en die waarde van die weerselemente in dieselfde weertipe.
Die plek waarop 'n spesifieke klimaat betrekking het, hoef nie noodwendig klein te wees nie. Net soos 'n stad of 'n streek kan 'n land ook 'n beskryfbare klimaat hê. Omdat die klimaat met verloop van tyd wysiginge kan ondergaan, kan 'n mens die klimaat op 'n bepaalde plek nie sonder meer vergelyk met die op 'n ander plek of dit bepaal volgens inligting wat uit 'n ander tydvak verkry is nie. Daarom het die Wêreldmeteorologiese Organisasie (WMO), 'n orgaan van die VVO, 'n dertigjarige tydperk as basistydvak voorgeskryf. Die tydvakke 1901 tot 1930, 1931 tot 1960, ensovoorts dien dan as standaardbasistydvakke vir vergelykbare klimaatbeskrywings.
Klimatologiese faktore Die straling afkomstig van die son is die enigste belangrike bron vir die verwarming van die aarde en die atmosfeer. Die stralingsverspreiding oor die aardoppervlak is om die rede van besondere betekenis vir die begrip van die weer- en klimaatverskynsels, wat in die eerste plek saamhang met die temperatuur. Die hoeveelheid straling wat op 'n bepaalde plek op aarde ontvang word, is afgesien van die wysiginge wat in die atmosfeer teweeggebring word, afhanklik van die hoek waarteen die straling inval en van die duur van die straling.
Albei hierdie faktore is afhanklik van die geografiese breedte van die betrokke plek op aarde en so ontstaan die klimaatgordels, wat ruweg in bane ewewydig met die ewenaar voorkom. Oor die algemeen kan gesê word dat die hoeveelheid straling wat ontvang word, afhang van die posisie ten opsigte van die son. Die verskillende bewegings wat die aarde tydens sy wenteling om die son uitvoer, is dus belangrik vir die uiteindelike klimaat. Hierdie bewegings kan mekaar soms teëwerk of mekaar versterk.
As gevolg van die aarde se wenteling om sy eie as ondergaan die meeste meteorologiese elemente 'n daaglikse verandering. Die jaarlikse om loop om die son en die skewe stand van die aardas ten opsigte van die aardbaan is verantwoordelik vir die groter jaarlikse veranderinge, waardeur die seisoene ontstaan. 'n Besonder groot hoeveelheid energie word van die son ontvang. Die pole ontvang 'n maksimum van 1 100 kalorieë per cm2 per dag in die gunstigste toestand (somersonstilstand aan die Noordpool, wintersonstilstand aan die Suidpool).
Deurdat die gasse in die atmosfeer die invallende strale gedeeltelik verstrooi, absorbeer en terugkaats, ontstaan daar op die aardoppervlak 'n ander (geografiese) verdeling van die energie as aan die buitekant van die atmosfeer. Hierdie verskille kan soos volg in formules omskryf word: Indien die hoeveelheid sonstraling wat 'n horisontale vlak van 'n gegewe gebied aan die grens van die atmosfeer per oppervlakte-eenheid per tydseenheid bereik, as Qs aangedui sou word, gee dit nie die korrekte waarde vir die hoeveelheid wat werklik die aarde bereik nie.
'n Gedeelte word in die ruimte verstrooi en teruggekaats deur bewolking (Cr), lugmolekules, stof, waterdamp (Ar) en deur die aardoppervlak self (a(Q + q) ), waarby Q die direkte hoeveelheid straling voorstel, q die diffuse straling op die horisontale aardoppervlak en a die oppervlak-albedo, die eenheid vir die teruggekaatste fraksie (kaatsfaktor). Verder word 'n gedeelte geabsorbeer deur bewolking (Ca), deur lugmolekules, stof en waterdamp (Aa) en deur die aardoppervlak (Q + q) (1 - a). Daarom geld:
Qs = Cr + Ar+a(Q+q) + Ca + Aa + (1 - a) (Q + q)
As die werklike waardes ingevul sou word, blyk die volgende: Totale invallende straling (Qs): 263, waarvan:
Cr 63
Ar 15
a(Q+ q) 16
totale terugkaatsing 94
Ca 7
Aa 38
(1 - a)(Q + q) 124 124
Totale absorpsie 169