Климат-контроль для дома и квартиры

Одной из основных проблем жителей больших городов и мегаполисов можно назвать недостаток чистого воздуха в квартире или в доме. Помимо этого, для многих регионов важно иметь в жилом помещении устройства для охлаждения и обогрева, чтобы сделать климат в доме максимально комфортным. Для того чтобы решить все эти задачи можно купить и установить много дорогостоящего климатического оборудования, управление которым будет достаточно трудоемким. А можно приобрести систему климат-контроля. В этой статье разберемся, что такое климат-контроль, чем отличается от обычного кондиционера, выясним плюсы и минусы системы, узнаем, как устанавливать и управлять автоматикой. 

Что такое климат-контроль 

Климат-контроль – это совокупность нескольких систем климатического оборудования. Состоит из многих элементов, которые централизованно управляются посредством системы автоматики. Систему климат-контроля можно установить в любое помещение, независимо от предназначения, но чаще всего ее монтируют в квартиру, дом или бизнес-центр, также широко она распространена в отелях, ТЦ и т.

д. 

Составляющие элементы системы могут разниться в зависимости от задач, поставленных заказчиком, – от самого простого наполнения, до максимально обширного. 

К системе климат-контроля можно отнести: 

• кондиционер; 
• увлажнитель воздуха; 
• блок управления – систему автоматики; 
• генератор кислорода; 
• датчики температуры; 
• датчики для определения химического состава воздуха; 
• приточную систему; 
• приточно-вытяжную систему с рекуператором; 
• батареи отопления; 
• теплый пол; 
• шумоглушители; 
• дополнительные элементы для монтажа, в зависимости от задач и сложности установки; 
• пульт управления (стационарный настенный или ДУ). 

Климат-контроль работает по следующему принципу – при помощи специальных датчиков, которые находятся в системе управления, климат-контроль измеряет и автоматически анализирует жизненно важные параметры воздуха. Далее происходит автоматическое включение оборудования, которое необходимо в данный момент для нормализации микроклимата в помещении. Система может включить кондиционер и приточно-вытяжную систему, или теплый пол и увлажнитель, все зависит от того, какие показатели нужно изменить для создания и поддержания комфортного микроклимата. Владельцу дома или квартиры остается только устанавливать желаемые температурные и влажностные параметры. 

Все процессы осуществляются полностью в автоматическом режиме, пользователь нужен только в том случае, если потребуется обслуживание или ремонт системы в целом или ее отдельных элементов. 

Климат-контроль способен создавать различные температурные условия и параметры влажности в различных помещениях. Не важно, будет ли это большой дом или маленькая квартира. 

Таким образом, основные задачи системы климат-контроля можно обозначить следующими пунктами: 

1. Отслеживание и нормализация температурных параметров в помещении – квартира, офис, загородный дом и т. д. Включение и отключение кондиционера, теплого пола, конвекторов и т.д. 
2. Отслеживание и нормализация уровня влажности в помещении – регулирование работы увлажнителя, системы вентиляции. 
3. Оценка качества воздуха и определение его химического состава на предмет перенасыщения углекислым газом – активация генератора кислорода, вентиляции. 
4. Анализ и установка параметров воздуха может происходить как во всем помещении одинаково, так и в различных зонах помещения. Например, для зоны столовой потребуется чаще включать приточно-вытяжную систему, а в зоне ванной – осушитель воздуха. 

Чем отличаются кондиционеры от климат-контроля 

Практически любая сплит-система, если говорить о бытовых кондиционерах, выполняет пять основных функций – охлаждение, обогрев (если он предусмотрен в модели), вентиляция, осушение и автоматический режим. Для того чтобы активировать различные режимы, необходимо самому на уровне ощущений, либо специальных дополнительных приборов (гигрометр, термометр и тд. ), анализировать уровень влажности, температуру и самостоятельно же регулировать работу прибора. Стоит отметить, что кондиционеры не способны обеспечить приток свежего воздуха (кроме канальных кондиционеров, если они подключены к системе воздуховодов), значительно поменять уровень влажности и т.д. 

Система климат-контроля все делает автоматически и автоматически же включает необходимые режимы и приборы. Климат-контроль – это совокупность элементов климатической системы, куда входит и кондиционер. Отметим, что кондиционер может быть не обязательно сплит-системой, это может быть и мульти-сплит-система, и мультизональная система и т.д. 

За и против климат-контроля 

Минусы климат-контроля: 

• Стоимость. На сегодняшний день стоимость системы климат-контроля действительно на несколько порядков выше, чем цена обычного кондиционера. Но если есть необходимость установки дополнительных систем климатического оборудования, то комфорт от централизованного управления и благоприятного микроклимата однозначно перечеркнет данный минус.  
• Монтаж системы нужно осуществлять на этапе ремонта, в ином случае могут возникнуть определенные сложности. 
• Облуживание системы необходимо производить регулярно, для этого лучше всего обращаться к специалистам. 

К плюсам климат-контроля можно отнести следующие: 

• Широкий выбор программ для создания и поддержания комфортного микроклимата. Можно задавать программы на разные комнаты, на разное время суток. Также есть режим, который регулирует мощность вентиляции при большом количестве людей в помещении. Если установить соответствующий режим, то система вентиляции будет работать на максимальной мощности после ухода гостей, чтобы быстро проветрить помещение и снизить уровень углекислого газа. 
• Возможность удаленного доступа – управление системой климат-контроля возможно не только непосредственно со стационарного пульта управления. У некоторых моделей последнего поколения предусмотрена опция удаленного управления климатическими системами в доме через смартфон, подключенный к интернету.
   
• Возможность создавать и поддерживать различную микросреду в разных помещениях. Например, в детской комфортными будут одни температурные и влажностные параметры, а в родительской спальне – другие. 
• Автоматизация – все процессы работы системы климат-контроля (измерение параметров воздуха, температурного режима, уровня влажности и включение климатических систем) будут производится автоматически. 
• Особые параметры для специализированных помещений – технические зоны, кухня, санузел, кладовая и т.д. Для этих помещений требуется создавать специфические условия – более мощная вентиляция, возможно, подключение приточной системы, особый температурный режим и показатели влажности. 
• Экономия энергии. Благодаря возможности менять программы в зависимости от времени суток, можно значительно сэкономить на электроэнергии. Например, в ночное время потребление энергии будет значительно ниже при условии подбора правильных режимов.
   
• Подключение к системе «Умный дом». 

Остановимся подробнее на возможностях удаленного управления. 

Управление кондиционером с телефона 

Управление системой через интернет можно осуществлять посредством смартфона или планшета. Для этого мобильное устройство должно быть подключено к сети интернет. Для управления необходимо специальное приложение, которое скачивается на сайте производителя или в AppStore и GooglePlay. 

Также можно интегрировать систему климат-контроля в систему «Умный дом». Такая интеграция означает, что можно будет управлять не только всеми климатическими приборами в доме, но и вообще всем оборудованием, которое подключено к электросети. 

При управлении с телефона для пользователя предоставляются широкие возможности – помимо удаленного включения и отключения климатической техники можно задавать программы на разные зоны, часы и дни. Управление осуществляется максимально просто, интерфейсы будут интуитивно понятны каждому пользователю.  

При любой поломке или возникшей проблемы система составит отчет и пришлет информацию на телефон. Если произойдет перегрузка системы, то все будет автоматически отключено, чтобы не допустить поломки отдельного элемента или всей системы в целом. 

Выбираем климат-контроль 

Для того чтобы система климат-контроля отвечала всем требованиям, необходимо тщательно подойти к выбору оборудования. Подобрать все элементы системы правильно может быть крайне затруднительно для обычного пользователя, поэтому рекомендуется для подбора оборудования обращаться к специалистам. Инженеры-проектировщики произведут расчет, подберут необходимое оборудование. 

Монтаж системы 

Для монтажа системы климат-контроля необходимо обращаться в специализированные компании, так как от качества монтажа зависит эффективность работы всей системы в целом. 

Основная проблема в том, что необходимо не только установить оборудование, но и правильно объединить его в систему. Есть несколько видов подключения, которые не лишним будет знать и обычному пользователю.

• Наиболее дорогой, но максимально комфортный для пользователя вариант – подключение оборудования к одном контроллеру. 
• Наиболее оптимальный способ в плане обеспечения работы – разделение подключений к разным контроллерам. Это может быть удобно тем, что при поломке одного контроллера, остальные продолжат функционировать. 
• Наиболее бюджетный способ – подключение всего оборудования к одному контроллеру, кроме кондиционера, для него будет нужен блок управления. 

Брать или не брать 

Вопрос о приобретении системы климат-контроля каждый решает сам, но очевидно, что такая система позволяет создать в помещении максимально комфортный микроклимат. Климат-контроль – это дорогое удовольствие, но оно того стоит, ведь после его установки не нужно будет заботиться о постоянном отслеживании параметров воздуха. Воздух всегда будет чистым и свежим благодаря встроенным фильтрам в системе вентиляции и генератору кислорода. Уровень влажности в доме всегда будет поддерживаться на комфортном уровне – 60%, а в зоне ванной он будет наоборот снижаться за счет осушения. Вопрос проветривания отпадет сам собой. Но самое главное, что всем этим можно управлять удаленно, причем все параметры будут измеряться автоматически, а пользователю нужно будет только ввести первоначальные требования к зонам и комфортному климату на свой вкус.

Системы климат-контроля и таймеры в Москве

Дюссельдорф Ваш город?

+7 495 369-20-39

Контакты

Доставка и оплата

Фильтр

Для хорошего роста растений, кроме правильного света необходимо поддерживать температуру и влажность в помещении. Можно все пытаться делать вручную,но это будет занимать много вашего  времени и сил. Для автоматизации данных процессов можно использовать простые модели терморегуляторов, которые будут следить за поддержанием температуры или более сложные  с возможностью регулировать температуру и влажность одновременно, а также следить за тем, чтобы параметры не превышали установленные пределы.

Различные форм-факторы позволяют встраивать контроллер в клеммную коробку или использовать как отдельное устройство.

Подобрано:29Ед.товаров

по цене отдо

Сравнения Закладки

Терморегулятор Ringder RC-112Е 30А

Мощный универсальный терморегулятор 220 В ( ток до 30 А) с термодатчиком (герметичным).

1250

В наличии

Терморегулятор Ringder ТР-300

универсальный терморегулятор с подключениями через две розетки, с термодатчиком. Контроль нагрева или охлаждения (два режима).

2300

В наличии

Терморегулятор Ringder AC-110

Простой и удобный бытовой терморегулятор. Два режима — нагрев и охлаждение. Герметичный термодатчик в комплекте.

2300

В наличии

Терморегулятор с гигрометром Ringder ТР-221

Данная модель терморегулятора позволит вам осуществлять управление не только температурой, но еще и влажностью! Модель не имеющая аналогов по качеству и цене.

3695

В наличии

Терморегулятор LILYTECH ZL-6210A (7А)

Универсальный электронный терморегулятор с влагозащитой передней панели, точность 0,1С, макс. нагрузка 7А, 1000 Вт.
 

1200

В наличии

Суперцена

Терморегулятор цифровой ТР-12V (бескорпусный).

Отличный маленький терморегулятор с настройками. Благодаря установкам с точностью 0,1С° его можно применять в инкубаторах и др.. А так же подойдет для любых бытовых целей. 2 режима: нагрев, охлаждение. Длина провода температурного датчика 50 см

425 395

В наличии

Терморегулятор LILYTECH ZL-6210A+ (30А)

Мощный терморегулятор для нагрузки до 4500 Вт. Точность установок 0.1С. Возможность настраивать многие параметры.

1450

В наличии

Терморегулятор с таймером Ringder AC-213 (пид-регулятор)

Терморегулятор с функцией нагрева позволит точно следить за температурой, а таймер будет в заданное время влючать или выключать подсветку.

5300

В наличии

Терморегулятор Ringder ТС200 розеточный с двумя таймерами

Терморегулятор с функцией нагрева или охлаждения, позволит точно следить за температурой, а с помощью таймеров можно будет в заданное время включать или выключать подсветку.

3875

В наличии

Контроллер LILYTECH ZL-7801C (темп + влажность + 2 таймера)

Универсальный бытовой терморегулятор + управление влажностью + таймер+защита от перегрева и переувлажнения, точность 0,1С,

2665

В наличии

Терморегулятор Ringder RC-112R 16А (розеточный)

Универсальный и удобный в настройках терморегулятор с выносным датчиком. Быстрое переключение между режимами нагрева и охлаждения при помощи одной кнопки.

1450

В наличии

Терморегулятор Ringder RC-112Е 10А

Универсальный терморегулятор для бытовых и профессиональных нужд. Ток до 10А, мощность нагревателя до 2200 Вт. С термодатчиком в комплекте.

1070

В наличии

Контроллер LILYTECH ZL-7801D (темп + влажность + 2 таймера+сигнализация)

Терморегулятор + управление влажностью + таймеры+защита от перегрева и переувлажнения.

3145

В наличии

Корпус для терморегулятора ТР-12V

Специальный корпус из пластика для терморегулятора ТР-12V.  

140

В наличии

Терморегулятор Ringder RC-316M 16А

Универсальный терморегулятор с термодатчиком. Контроль нагрева и охлаждения (одновременно, 2 выхода управления).

1550

В наличии

Терморегулятор LILYTECH ZL-6231A (10А)

Универсальный электронный терморегулятор с влагозащитой передней панели, точность 0,1С, макс. нагрузка 10А, 1000 Вт.
 

1320

В наличии

Суперцена

Терморегулятор LILYTECH ZL-7816A бескорпусной (темп + влажность)

 Универсальный бытовой терморегулятор + управление влажностью  точность 0,1С, макс. нагрузка по 5А на канал, 1200х3 Вт.

2950 1870

В наличии

Терморегулятор LILYTECH ZL-6231A_12V

Новинка 2019 Года! Универсальный электронный терморегулятор с влагозащитой передней панели, точность 0,1С, макс.

 

1250

В наличии

Суперцена

Цифровой таймер Tm 619Н 30А

Цифровое недельный таймер с мощным реле

1200 900

В наличии

Суперцена

Цифровой таймер Tm 618sH 16А

Цифровой недельный таймер с точностью установки времени включения от 1 секунды

850 750

В наличии

Розетка с таймером РТЦ-3

 Удобная розетка с недельным таймером и функцией Random

1145

В наличии

Розеточный ваттметр

Простой и надежный розеточный ваттметр с большим количеством функций

1000

В наличии

Суперцена

Цифровой таймер ТМ 615 на дин-рейку

Цифровой таймер для установки в электрощит на дин-рейку имеет 16 программ

1300 1000

В наличии

Суперцена

Контроллер Lilytech 7850B (темп + влажность + 2 таймера)

Универсальный бытовой терморегулятор + управление влажностью + таймер, точность 0,1С. Регулировка влажности до 99%.

3870 3590

В наличии

Изменчивость климата | Управление научной миссии

Океан оказывает значительное влияние на погоду и климат Земли. Океан покрывает 70% поверхности Земли. Этот огромный резервуар постоянно обменивается теплом, влагой и углеродом с атмосферой, определяя наши погодные условия и влияя на медленные, едва уловимые изменения нашего климата. Океаны влияют на климат, поглощая солнечную радиацию и выделяя тепло, необходимое для атмосферной циркуляции, выделяя аэрозоли, влияющие на облачный покров, выделяя большую часть воды, выпадающей на сушу в виде дождя, поглощая углекислый газ из атмосферы и сохраняя его для лет до миллионов лет. Океаны поглощают большую часть солнечной энергии, достигающей Земли, и благодаря высокой теплоемкости воды океаны могут медленно выделять тепло в течение многих месяцев или лет. Океаны хранят больше тепла в верхних 3 метрах (10 футов), чем вся атмосфера, что является ключом к пониманию глобального изменения климата и неразрывно связано с океаном.

На климат влияет накопление тепла и УГЛЕРОДА в океане, что зависит как от физических, так и от биологических процессов. Рассмотрим некоторые из этих процессов. В конце последнего ледникового периода, около 15 000 лет назад, ледовые щиты растаяли, и климат в это время потеплел. Ледяные щиты начали расти, и климат похолодал около 130 000 лет назад, в начале последнего ледникового периода. Около 130 000 лет назад подпитываемые испарением океанских вод, полярные ледяные шапки утолщались и расширялись, Земля охлаждалась почти на 12°C, а глобальный уровень моря опускался на 130 м ниже нынешнего уровня. Около 15 000 лет назад этот процесс повернул вспять, когда больше солнечного света достигло областей вблизи Полярного круга, и Земля вышла из ледникового периода. Сегодня Земля примерно на 8° по Цельсию (14° по Фаренгейту) теплее, чем тогда. Все еще восстанавливаясь после ледникового периода, глобальный уровень моря продолжает повышаться. Только за последнее столетие глобальная температура увеличилась на 0,6 градуса по Цельсию (1 градус по Фаренгейту), а средний глобальный уровень моря за последнее десятилетие неуклонно повышался. Это просто часть природного цикла? Какая часть этого потепления связана со сжиганием ископаемого топлива? Влияет ли человеческая природа на Мать-природу? Что нам делать? Наш ответ на вызов глобального потепления начинается с формулирования правильного набора вопросов. Первым шагом в решении проблемы глобального потепления является признание того, что модель потепления, если она продолжится, вероятно, не будет единообразной. Термин «глобальное потепление» говорит только часть истории; наше внимание должно быть сосредоточено на «глобальном изменении климата». Реальной угрозой может быть не постепенное повышение глобальной температуры и уровня моря, а перераспределение тепла по поверхности Земли. Некоторые места согреются, а другие остынут; эти изменения и сопутствующие сдвиги в характере осадков могут привести к перемещению сельскохозяйственных регионов по всей планете. Изучая океаны из космоса, мы можем получить огромное количество информации о нашей изменяющейся среде.

На этой диаграмме показана взаимосвязь между физической и биологической океанографией и изменчивостью климата. Перенос тепла и циркуляция океана являются ключевыми факторами между физической океанографией и изменчивостью климата. Биологическая океанография воздействует на климат посредством биологического насоса. Вместе потоки атмосферно-морских газов и проникающая солнечная радиация являются обратными связями между физическими и биологическими океанографическими процессами, которые в конечном итоге влияют на климат.

На климат влияют как биологические, так и физические процессы в океанах. Кроме того, физические и биологические процессы влияют друг на друга, создавая сложную систему. И океан, и атмосфера переносят примерно одинаковое количество тепла от экваториальных областей Земли, сильно нагреваемых Солнцем, к ледяным полюсам, которые получают относительно мало солнечной радиации. Атмосфера переносит тепло через сложную всемирную схему ветров; дуя по поверхности моря, эти ветры создают соответствующие модели океанских течений. Но океанские течения движутся медленнее, чем ветры, и обладают гораздо большей теплоемкостью. Ветры управляют циркуляцией океана, перенося теплую воду к полюсам вдоль поверхности моря. Когда вода течет к полюсу, она выделяет тепло в атмосферу. В далекой Северной Атлантике часть воды опускается на дно океана. Эта вода в конечном итоге выносится на поверхность во многих регионах путем смешивания с океаном, завершая конвейерную ленту океана (см. Ниже). Изменения в распределении тепла внутри пояса измеряются временными масштабами от десятков до сотен лет. В то время как вариации вблизи поверхности океана могут вызывать относительно краткосрочные изменения климата, долгосрочные изменения в глубинах океана могут не обнаруживаться в течение многих поколений. Океан — это тепловая память климатической системы.

• Физические характеристики переноса тепла и циркуляции океана влияют на климатическую систему Земли. Подобно массивному «маховику», который стабилизирует скорость двигателя, огромное количество тепла в океанах стабилизирует температуру Земли. Теплоёмкость океана намного больше, чем у атмосферы или суши. В результате океан медленно нагревается летом, сохраняя воздух прохладным, и медленно охлаждается зимой, сохраняя воздух теплым. Прибрежный город, такой как Сан-Франциско, имеет небольшой диапазон температур в течение года, но центральный континентальный город, такой как Фарго, Северная Дакота, имеет очень широкий диапазон температур. Океан несет существенное тепло только в субтропики. К полюсу от субтропиков атмосфера переносит большую часть тепла.

• На климат также влияет «биологический насос» — биологический процесс в океане, влияющий на концентрацию углекислого газа в атмосфере. Биологическая продуктивность океана является одновременно источником и поглотителем углекислого газа, одного из парниковых газов, определяющих климат. «Биологический насос» происходит, когда фитопланктон преобразует углекислый газ и питательные вещества в углеводы (восстановленный углерод). Небольшая часть этого углерода опускается на морское дно, где погребается в отложениях. Он остается погребенным, возможно, миллионы лет. Нефть — это всего лишь восстановленный углерод, застрявший в отложениях миллионы лет назад. Через фотосинтез микроскопические растения (фитопланктон) ассимилируют углекислый газ и питательные вещества (например, нитраты, фосфаты и силикаты) в органический углерод (углеводы и белок) и выделяют кислород.

• Двуокись углерода также передается через границу воздух-море. Глубокие воды океана могут веками хранить углекислый газ. Углекислый газ растворяется в холодной воде в высоких широтах и ​​субдуцируется вместе с водой. Он остается в глубинах океана от многих лет до столетий, прежде чем вода смешается с поверхностью и нагреется солнцем. Теплая вода выбрасывает углекислый газ обратно в атмосферу. Таким образом, конвейерная лента, описанная ниже, переносит углекислый газ в глубины океана. Часть (но не вся, или даже большая часть) этой воды выходит на поверхность в тропической части Тихого океана, возможно, 1000 лет спустя, высвобождая запасенный на тот период углекислый газ. Физическая температура океана помогает регулировать количество углекислого газа, выделяемого или поглощаемого водой. Холодная вода может растворить больше углекислого газа, чем теплая. На температуру океана также влияет биологический насос. Проникающая солнечная радиация нагревает поверхность океана, вызывая выброс большего количества углекислого газа в атмосферу. Океанические процессы воздушно-морских газовых потоков влияют на биологическую продукцию и, как следствие, на климат. Но по мере роста растений вода мутнеет и препятствует проникновению солнечной радиации под поверхность океана.

НАСА Океанография и климат

Спутниковые наблюдения НАСА за океанами за последние три десятилетия улучшили наше понимание глобального изменения климата, сделав глобальные измерения, необходимые для моделирования климатической системы океан-атмосфера. НАСА использует несколько инструментов для определения температуры поверхности моря (AVHRR или другие), высоты (высотомер), ветра (рассеиватель), производительности (MODIS) и солености (будущие инструменты). Наборы глобальных данных, доступные во временном масштабе от дней до лет (а в перспективе и десятилетий), были и будут жизненно важным ресурсом для ученых и политиков в самых разных областях. Топография поверхности океана и течения, векторные ветры (как скорость, так и направление), температура поверхности моря и соленость являются критическими переменными для понимания связи между океаном и климатом.

Морские Ветры

Рефлектометры используются для измерения вектора ветра. Скаттерометр SeaWinds предоставил ученым самую подробную и непрерывную глобальную картину ветров на поверхности океана на сегодняшний день, включая подробную структуру ураганов, широкомасштабную циркуляцию и изменения в массах полярного морского льда. Сигналы скаттерометра могут проникать сквозь облака и дымку для измерения условий на поверхности океана, что делает их единственными проверенными спутниковыми приборами, способными измерять вектор ветра на уровне моря днем ​​и ночью практически при любых погодных условиях. В сочетании с данными Topex/Poseidon, Jason-1 и метеорологических спутников, причалов и дрифтеров данные SeaWinds и последующих миссий будут использоваться для изучения долгосрочных изменений. Погодные условия Земли, такие как Эль-Ниньо и Северное колебание, которые влияют на гидрологический и биогеохимический баланс системы океан-атмосфера.

Скаттерометр SeaWinds на борту спутника НАСА QuikSCAT собрал данные, использованные для создания этого многоцветного изображения ветров на поверхности Тихого океана. На этом снимке, сделанном 8 января 2004 г., видны приповерхностные ветры на высоте 10 метров над поверхностью океана. QuikScat оснащен рефлектометром SeaWinds, специализированным микроволновым радаром, который измеряет скорость и направление приповерхностного ветра при любых погодных условиях и облачности над океанами Земли. В последние годы возможности обнаружения и отслеживания сильных штормов значительно расширились благодаря появлению метеорологических спутников. Данные скаттерометра SeaWinds дополняют традиционные спутниковые изображения облаков, обеспечивая прямые измерения приземных ветров для сравнения с наблюдаемыми структурами облаков, чтобы лучше определить местоположение, направление, структуру и силу урагана. В частности, эти данные о ветре помогают метеорологам более точно определять масштабы ураганных ветров, связанных со штормом, а также предоставляют входные данные для численных моделей, которые обеспечивают заблаговременное предупреждение о высоких волнах и наводнениях.

Авторы и права: команда QuikSCAT из Лаборатории реактивного движения НАСА.

Топография поверхности океана

Радарные высотомеры, подобные тем, что используются в миссиях Topex/Poseidon и Jason, используются для измерения топографии поверхности океана. Отражая радиоволны от поверхности океана и определяя время их возвращения с невероятной точностью, эти приборы сообщают нам расстояние от спутника до поверхности моря с точностью до нескольких сантиметров — это эквивалентно измерению толщины десятицентовой монеты от реактивного самолета, летящего на высоте 35 000 футов! При этом специальные системы слежения на спутниках выдают их положение относительно центра масс Земли также с точностью до нескольких сантиметров. Вычитая высоту спутника над морем из высоты спутника над центром масс, ученые рассчитывают карты высоты поверхности моря и изменений высоты из-за приливов, меняющихся течений, тепла, хранящегося в океане, и количество воды в океане. Нанося на карту топографию океана, мы можем определить скорость и направление океанских течений. Точно так же, как ветер обдувает центры высокого и низкого давления в атмосфере, вода обтекает высокие и низкие уровни поверхности океана.

TOPEX/Poseidon & Jason-1 Вид на ураган «Изабель» 27 сентября 2003 г. Когда в этом месяце ураган «Изабель» обрушился на побережье Северной Каролины, TOPEX/Poseidon и Jason-1 спокойно кружили над головой. Это изображение высоты волны в искусственных цветах у восточного побережья США 15 сентября 2003 г. показывает значительное увеличение высоты волны до более чем 5 метров под ураганом Изабель.

Авторы и права: NASA JPL

Карты высоты поверхности моря наиболее полезны, когда они преобразуются в топографические карты. Чтобы определить топографию поверхности моря, карты высот сравнивают с гравитационной эталонной картой, на которой показаны холмы и долины неподвижного океана из-за изменений силы тяжести. Миссия GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) предоставит очень точные карты гравитации, которые позволят нам значительно улучшить наши знания о циркуляции океана. GRACE обеспечивает измерения гравитации, которые до 100 раз точнее, чем предыдущие значения. Эта повышенная точность приведет к прорыву в нашем понимании циркуляции океана и переноса тепла. Две анимации, показывающие высоту поверхности моря (SSH) и температуру поверхности моря (SST). Аномалии в Тихом океане от 19 октября.92 по август 2002 г. Повышение температуры и высоты в экваториальной области к западу от Южной Америки иллюстрирует явление Эль-Ниньо 1997-98 гг.

Высота поверхности моря показана относительно нормали, при этом нормаль показана зеленым цветом. Синие и фиолетовые области обозначают рост на 8–24 сантиметра (3–9 дюймов) ниже нормы. Красные и белые области представляют собой более высокую, чем обычно, высоту поверхности моря и указывают на более теплую воду. Эти области составляют от 8 до 24 сантиметров (от 3 до 9дюймов) выше, чем обычно.

Авторы и права: NASA JPL

Температура и соленость

Вода является чрезвычайно эффективным теплоотводом. Солнечное тепло, поглощаемое водоемами днем ​​или летом, выделяется ночью или зимой. Но тепло в океане также циркулирует. Температура и соленость контролируют погружение поверхностных вод в глубины океана, что влияет на долгосрочное изменение климата. Такое погружение также является основным механизмом, с помощью которого океаны накапливают и переносят тепло и углекислый газ. Вместе различия в температуре и солености вызывают глобальную циркуляцию в океане, которую иногда называют Глобальной конвейерной лентой.

«Глобальный конвейер тепла» представляет собой простое представление о том, как океанские течения переносят теплые поверхностные воды от экватора к полюсам и смягчают глобальный климат. Для завершения этой глобальной цепи требуется до 1000 лет. На этой иллюстрации показана обобщенная модель этой термохалинной циркуляции: «Глобальная конвейерная лента». Холодные глубокие течения с высокой соленостью, циркулирующие из северной части Атлантического океана в южную часть Атлантического океана и на восток в Индийский океан. Глубокие воды возвращаются на поверхность в Индийском и Тихом океанах в процессе апвеллинга. Затем теплое мелководное течение возвращается на запад мимо Индийского океана, огибает Южную Африку и достигает Северной Атлантики, где вода становится более соленой и холодной и опускается, начиная процесс снова и снова.

Тепло в воде переносится в более высокие широты океанскими течениями, где оно выбрасывается в атмосферу. Вода, охлажденная более низкими температурами в высоких широтах, сжимается (становится более плотной). В некоторых регионах, где вода также очень соленая, например, в далекой Северной Атлантике, вода становится достаточно плотной, чтобы опускаться на дно. Смешивание в глубоком океане из-за ветров и приливов возвращает холодную воду на поверхность повсюду вокруг океана. Некоторые достигают поверхности через глобальную конвейерную ленту циркуляции океанской воды, чтобы завершить цикл. Во время этой циркуляции холодной и теплой воды также транспортируется углекислый газ. Холодная вода поглощает углекислый газ из атмосферы, а часть опускается глубоко в океан. Когда в тропиках глубинные воды выходят на поверхность, они нагреваются, и углекислый газ выбрасывается обратно в атмосферу. Соленость может быть столь же важной, как и температура, при определении плотности морской воды в некоторых регионах, таких как западная тропическая часть Тихого океана и дальняя северная Атлантика. Дождь снижает соленость, особенно в регионах с очень сильными дождями. В некоторых тропических районах ежегодно выпадает от 3000 до 5000 миллиметров осадков. Испарение увеличивает соленость, потому что при испарении остается соль, что делает поверхностные воды более плотными. Испарение в тропиках составляет в среднем 2000 миллиметров в год. Эта более плотная и соленая вода погружается в океан, способствуя глобальной циркуляции и перемешиванию. Измерения солености океана были немногочисленными и нечастыми, и во многих местах соленость не измерялась. Измерения солености с помощью дистанционного зондирования обещают значительно улучшить наши модели океана. Это задача проекта Aquarius, миссии НАСА, запуск которой запланирован на 2008 год, что позволит нам еще больше уточнить наше понимание связи океана и климата.

На изображении выше показана глобальная биосфера. Нормализованный индекс различий растительности (NDVI) измеряет количество и здоровье растений на суше, а измерения хлорофилла а показывают количество фитопланктона в океане. Наземная растительность и фитопланктон потребляют атмосферный углекислый газ. Это глобальное изображение биосферы показывает количество наземной растительности в дополнение к количеству фитопланктона. Большое количество фитопланктона наблюдается в средних и высоких широтах, а также вдоль западного побережья Северной Африки и восточного побережья Китая.

Авторы и права: Проект SeaWiFS, НАСА/Центр космических полетов имени Годдарда и ORBIMAGE

Эта карта в искусственных цветах представляет углеродный «метаболизм» Земли — скорость, с которой растения поглощают углерод из атмосферы. На карте показана глобальная среднегодовая чистая продуктивность растительности на суше и в океане в 2002 г. Желтые и красные области показывают самые высокие показатели, колеблющиеся от 2 до 3 килограммов углерода на квадратный метр в год. Зеленые, синие и фиолетовые оттенки показывают постепенное снижение производительности.

Авторы и права: Центр космических полетов имени Годдарда НАСА

Биологический насос

Жизнь в океане потребляет и выделяет большое количество углекислого газа. В океанах Земли крошечные морские растения, называемые фитопланктоном, используют хлорофилл для захвата солнечного света во время фотосинтеза и использования энергии для производства сахаров. Фитопланктон является основой пищевой сети океана и играет важную роль в климате Земли, поскольку вытягивает углекислый газ, парниковый газ, с той же скоростью, что и наземные растения. Около половины кислорода, которым мы дышим, образуется в результате фотосинтеза в океане.

Из-за их роли в биологической продуктивности океана и их влияния на климат ученые хотят знать, сколько фитопланктона содержится в океанах, где они расположены, как их распределение меняется со временем и сколько фотосинтеза они выполняют. Они собирают эту информацию, используя спутники для наблюдения за хлорофиллом как индикатором количества или биомассы клеток фитопланктона.

Вероятно, самым важным и преобладающим пигментом в океане является хлорофилл-α, содержащийся в микроскопических морских растениях, известных как фитопланктон. Хлорофилл-α поглощает синий и красный свет и отражает зеленый свет. Если отношение синего к зеленому низкое для какой-либо области поверхности океана, то здесь присутствует больше фитопланктона. Это соотношение работает в очень широком диапазоне концентраций, от менее 0,01 тонны до 50 миллиграммов хлорофилла на кубический метр морской воды.

Понимание динамической климатической системы

Однако сбор информации об этих процессах может быть затруднен: некоторые явления, такие как турбулентность внутри облаков, невозможно наблюдать с помощью существующих технологий. Другую информацию, такую ​​как скорость, с которой растения поглощают углекислый газ и выделяют водяной пар, трудно ограничить уравнениями модели. Модели с высоким разрешением, которые могут проверять каждый возможный параметр и имитировать эти процессы, требуют слишком больших вычислительных ресурсов для запуска в глобальном масштабе.

Преодоление проблем моделирования климата было постоянным предметом пристального обсуждения среди физиков, и этой теме было запланировано специальное заседание, спонсируемое Тематической группой по физике климата во время отмененного мартовского совещания APS 2020 года. Майкл Гил, Тапио Шнайдер и Кэтрин Дагон, которые должны были принять участие в этой сессии, занимаются различными аспектами моделирования климата в своих исследованиях.

«Большое беспокойство, о котором стало известно климатическому сообществу, заключается в том, что, помимо относительно плавного изменения средних температур, могут быть и другие внезапные [климатологические] изменения», — сказал Гил, физик и профессор Университета Калифорния, Лос-Анджелес. Он разработал новую основу для моделирования климата, синтезируя долгосрочные климатические тенденции с резкими погодными условиями, такими как Эль-Ниньо, Южное колебание.

НАСА

Одной из проблем в понимании климата является сочетание долгосрочного поведения с внезапными изменениями, такими как ЭНСО (Эль-Ниньо, Южное колебание), показанное здесь (красный цвет указывает на более высокий уровень моря и, следовательно, более высокую температуру).

Естественные погодные условия удивительным образом реагируют на антропогенное изменение климата. Современные климатические модели пытаются учесть эти неожиданности, оценивая общее воздействие таких факторов, как воздействие на климат. Положительное воздействие на климат относится к избытку солнечного света или тепла, которое остается на Земле после того, как Земля излучает собственное тепло в космос. Положительное антропогенное воздействие на климат возникает, когда техногенное загрязнение атмосферы увеличивает количество солнечной энергии, удерживаемой на Земле, вызывая постепенное усиление глобального потепления и изменения естественной изменчивости климата.

Система моделирования Гила сочетает внутренние климатические колебания, такие как Эль-Ниньо–Южное колебание, с долгосрочными тенденциями антропогенного потепления. Основные погодные и климатические режимы либо почти периодические (например, день и ночь), либо нерегулярные. Периодические климатические модели повторяются с точными равными интервалами, в то время как нерегулярные модели могут быть либо детерминистически апериодическими, например, неслучайными с нерегулярными интервалами, либо случайными. Антропогенное воздействие апериодично и детерминировано: оно не демонстрирует точных повторений, но и не является случайным. Структура Гиля определяет поведение климатической системы как включающее в себя как детерминистически хаотические, так и случайные процессы.

Прогнозирование изменчивости климата также требует данных наблюдений, но информацию о мелкомасштабных процессах, влияющих на глобальный климат, таких как турбулентное движение внутри облаков, получить практически невозможно.

«Если мы хотим предсказать, как изменится климат, сначала мы должны предсказать, как изменится физическая система. Уравнения, управляющие всем этим, по сути являются уравнениями классической физики», — сказал Шнайдер, климатолог и профессор наук об окружающей среде и инженерии в Калифорнийском технологическом институте. «Задача состоит в том, что мы должны решить [эти уравнения] для всей планеты, и мы должны решить их для масштабов движения, которые варьируются от миллиметров до планетарного масштаба».

Он и его коллеги изучают, как изменится поведение глобальных облаков по мере изменения климата. Для понимания глобальной динамики облаков требуется информация о мелких деталях турбулентности облаков и микрофизике образования капель и кристаллов льда. Команда Шнайдера разработала укрупненные модели, которые строят картину общего поведения облаков, исходя из взаимодействия молекул, для представления этих процессов.

Но калибровка этих моделей динамики облаков и количественная оценка их неопределенностей требует запуска симуляций сотни тысяч раз. Калибровка гарантирует, что модель наилучшим образом соответствует данным. Количественная оценка неопределенности помогает ученым прогнозировать потенциальные климатические риски. Однако для процесса калибровки и количественного определения требуются одни из самых больших в мире суперкомпьютеров, что делает его дорогостоящим в вычислительном отношении.

Чтобы преодолеть это препятствие, Шнайдер и его команда разработали алгоритм, сочетающий идеи ассимиляции данных и машинного обучения, который сокращает время калибровки модели примерно до 1000 прогонов — примерно в 1000 раз быстрее, чем существующие методы моделирования. Формула уменьшает количество необходимых вычислений или снижает стоимость климатических моделей.

Использование нейронных сетей для получения данных о трудно наблюдаемых климатологических процессах, таких как скорость обмена углекислого газа и водяного пара через поры листьев, называемая устьичной проводимостью, также может повысить вычислительную эффективность моделей и снизить неопределенность.

«Мы используем машинное обучение для создания более простой модели, по сути, для воспроизведения поведения сложной модели климата», — сказал Дагон, физик-климатолог из Национального центра атмосферных исследований.

Она и ее коллеги использовали машинное обучение для количественной оценки неопределенности и оптимизации процесса моделирования. Они использовали искусственные нейронные сети или эмуляторы для обучения простой модели для получения оценок определенных климатических переменных, таких как глобальный фотосинтез или CO 9.0102 2 поглощение растениями. Затем они оценили точность более простой модели, сравнив ее результаты с предсказаниями более сложной модели. Простая модель отражала прогнозы сложной модели без такого большого количества данных, потому что она могла генерировать свои собственные смоделированные данные. Кроме того, для запуска требовалось меньше времени, что делало его более эффективным с точки зрения вычислений.

«Когда у нас будет эмулятор, мы сможем оптимизировать значения параметров, таких как факторы в уравнении для расчета фотосинтеза, которые являются очень большим источником неопределенности в прогнозах климата», — сказал Дагон. «Мы можем использовать эти инструменты машинного обучения, чтобы увидеть, насколько неопределенными являются эти параметры».

Несмотря на то, что климат нерегулярен, модели стоят дорого, а мелкомасштабные данные наблюдений ограничены, физики всего мира работают вместе над улучшением существующих моделей климата.

«Это быстро развивающаяся и очень энергичная работа… Я думаю, что мы все чувствуем большую потребность в срочности, потому что климат меняется очень быстро, и мы хотели бы предсказать, как это изменение произойдет, прежде чем оно произойдет, — сказал Шнайдер.