Эффект Туми

Следы кораблей можно увидеть в виде линий в этих облаках над Атлантическим океаном на восточном побережье США , что является примером эффекта Туми.

Эффект Туми описывает, как дополнительные ядра конденсации облаков (CCN), возможно, возникшие в результате антропогенного загрязнения , могут увеличить количество солнечной радиации, отражаемой облаками . Это косвенное воздействие (или радиационное воздействие ) таких частиц, в отличие от прямого воздействия (вынуждения) из-за усиленного рассеяния или поглощения излучения такими частицами, не находящимися в облаках.

Капли облаков обычно образуются на аэрозольных частицах, которые служат CCN. Увеличение численности CCN может привести к образованию большего количества облачных капель меньшего размера .

Увеличение числовой плотности увеличивает оптическую толщину облака, что приводит к увеличению альбедо облака, в результате чего облака кажутся белее . Из-за этого эффекта на спутниковых изображениях часто видны следы облаков или облаков повышенной яркости позади океанских кораблей. Уменьшение глобального среднего поглощения солнечной радиации из-за увеличения концентрации CCN оказывает охлаждающее влияние на климат; средняя глобальная величина этого эффекта в индустриальную эпоху оценивается в пределах от -0,3 до -1,8 Вт/м. ² .

Вывод

Предположим, что однородное облако простирается бесконечно в горизонтальной плоскости, а также предположим, что распределение частиц по размерам достигает максимума вблизи среднего значения ${\bar {r}}$.

Формула оптической толщины облака:

$\tau =2\pi \;\!h{\bar {r}}^{2}N$

где $\tau$ оптическая глубина, $h$ толщина облака, ${\bar {r}}$ средний размер частиц, а $N$ – плотность облачных капель.

Формула содержания жидкой воды в облаке:

$LWC={\frac {4}{3}}\pi {\bar {r}}^{3}\rho _{L}N$

где $\rho _{L}$это плотность воды.

Принимая во внимание наши предположения, мы можем объединить два предыдущих уравнения и получить

$\tau ={\frac {3}{2}}{\frac {h\,LWC}{\rho _{L}{\bar {r}}}}$

Чтобы получить эффект изменения $N$ сохраняя при этом $h$, $\rho _{L}$ и $LWC$ постоянная, из последнего уравнения можно написать

$\tau \propto {\frac {1}{\bar {r}}}$

и из уравнения для $LWC$ мы можем написать

${\bar {r}}^{3}\propto {\frac {1}{N}}$

поэтому

$\tau \propto N^{1/3}$

Это математически иллюстрирует эффект Туми, то есть при постоянном содержании жидкой воды $LWC$, увеличивая плотность облачных капель, $N$, увеличивает оптическую толщину облака.

См. также

• Эффект Альбрехта
• Сульфат
• Аэрозоли и сажа
• След

Библиография

• Хартманн, Деннис Л. Глобальная физическая климатология. Амстердам: Эльзевир, 2016. Печать.
• Туми, С. (декабрь 1974 г.). «Загрязнение и планетарное альбедо». Атмосфера. Окружающая среда . 8 (12): 1251–56. Бибкод : 1974AtmEn...8.1251T . дои : 10.1016/0004-6981(74)90004-3 .
• Туми, С. (июль 1977 г.). «Влияние загрязнения на коротковолновое альбедо облаков» (PDF) . Дж. Атмос. Наука . 34 (7): 1149–52. Бибкод : 1977JAtS...34.1149T . doi : 10.1175/1520-0469(1977)034<1149:TIOPOT>2.0.CO;2 .
• Розенфельд, Д. (2006). «Контроль взаимодействия аэрозоля и облаков с радиацией Земли и бюджетами выделения скрытого тепла». Космические науки преп . 125 (1–4): 149–57. Бибкод : 2006ССРв..125..149Р . дои : 10.1007/s11214-006-9053-6 . S2CID   122885098 .
• Ломанн, У. (2006). «Воздействие аэрозоля на облака и климат» (PDF) . Космические науки преп . 125 (1–4): 129–37. Бибкод : 2006ССРв..125..129Л . дои : 10.1007/s11214-006-9051-8 . hdl : 20.500.11850/24256 . S2CID   121796083 .