Альбедо облаков
Альбедо облака — это мера альбедо или отражательной облака способности . Облака регулируют количество солнечной радиации, поглощаемой планетой, и освещенность ее солнечной поверхности . Как правило, увеличение облачности коррелирует с более высоким альбедо и меньшим поглощением солнечной энергии . Альбедо облаков сильно влияет на энергетический баланс Земли , составляя примерно половину альбедо Земли. [1] [2] На альбедо облаков влияют условия образования облаков, а вариации альбедо облаков зависят от общей массы воды, размера и формы капель или частиц и их распределения в пространстве. [3] Плотные облака отражают большое количество поступающей солнечной радиации, что приводит к высокому альбедо. Тонкие облака, как правило, пропускают больше солнечной радиации и, следовательно, имеют низкое альбедо. Изменения альбедо облаков, вызванные изменениями свойств облаков, оказывают существенное влияние на глобальный климат , способствуя образованию циклов обратной связи. [3]
Ядра конденсации облаков и альбедо облаков
[ редактировать ]В микроскопическом масштабе облака образуются в результате конденсации воды на ядрах конденсации облаков . Эти ядра представляют собой аэрозоли, такие как пыль или морская соль, но также включают определенные формы загрязнения . [1] Ядра происходят из различных природных или антропогенных источников. Например, пыль может образовываться в результате переносимых ветром пустынь или в результате сельскохозяйственной или строительной деятельности человека; аналогичным образом, даже такие загрязнители, как летучие органические соединения или сульфаты, могут выделяться соответственно растительной жизнью или вулканической деятельностью. [1] Размер, концентрация, структура и химический состав этих частиц влияют на альбедо облаков. [4] [5] Например, частицы аэрозоля сажи поглощают больше солнечной радиации, а аэрозоли сульфатов отражают больше солнечной радиации. Более мелкие частицы образуют более мелкие облачные капли, которые имеют тенденцию снижать эффективность осадков в облаке и увеличивать альбедо облаков. [4] Кроме того, увеличение количества ядер конденсации облаков увеличивает размер облака и количество отраженного солнечного излучения. [5]
Причины изменения альбедо облаков
[ редактировать ]Альбедо облаков на планете варьируется от менее 10% до более 90% и зависит от содержания жидкой воды /льда, толщины облака, размеров капель, зенитного угла Солнца и т. д. [3]
Содержание воды
[ редактировать ]
Более высокое содержание жидкой воды и льда в облаке увеличивает его плотность. это доминирующий фактор в альбедо облаков. [6] [7] Изменение альбедо больше для облаков с меньшим содержанием воды, а более крупные облака начинают получать уменьшающуюся отдачу с увеличением содержания воды. Содержание воды в форме льда часто встречается в высотных облаках, таких как перистые . [7]
Толщина облаков
[ редактировать ]
Более толстые облака имеют более высокое альбедо, чем более тонкие. [1] [3] [6] Фактически, толстые и тонкие облака иногда по-разному реагируют на различия в других факторах, таких как размер капель. К облакам, которые обычно толще и имеют более высокое альбедо, относятся кучевые , слоисто-кучевые и кучево-дождевые облака. [3] [1]
Путь жидкой воды
[ редактировать ]в облаке Содержание воды и толщина облака вместе образуют путь жидкой воды . Это значение также заметно меняется с изменением размера облачных капель. [6] Путь жидкой воды обычно измеряется в г/м. 2 и более 20 г/м 2 облака обычно становятся непрозрачными для длинноволнового света, хотя это может быть не так с перистыми облаками. [7]
Размер капли
[ редактировать ]Обычно меньший размер капель связан с повышенным альбедо. Тем не менее, в зависимости от местоположения облака, тонкие облака могут иметь противоположный эффект. [6] Однако в общих и более важных случаях уменьшение размера частиц приводит к тому, что облака обладают более высокими альбедо за счет большей площади поверхности по сравнению с их объемом. Это делает капли более белыми и более светоотражающими. [1] [7]
Эффект Туми (косвенный эффект аэрозоля)
[ редактировать ]
Эффект Туми — это увеличение альбедо облаков из-за ядер облаков, образовавшихся в результате загрязнения. [8] [4] Увеличение концентрации и плотности аэрозоля приводит к более высокой концентрации облачных капель, уменьшению их размера и более высокому альбедо облаков. [6] [7] В макрофизически идентичных облаках облако с несколькими более крупными каплями будет иметь более низкое альбедо, чем облако с большим количеством более мелких капель. Более мелкие частицы облаков аналогичным образом увеличивают альбедо облаков за счет уменьшения количества осадков и продления срока службы облака. Впоследствии это увеличивает альбедо облаков, поскольку солнечное излучение отражается в течение более длительного периода времени. Эффект Альбрехта — это связанная с ним концепция увеличения времени жизни облаков из-за ядер облаков. [5]
Зенитный угол
[ редактировать ]Альбедо облаков увеличивается с увеличением общего содержания воды или глубины облака и зенитного угла Солнца . [7] Изменение альбедо в зависимости от зенитного угла происходит наиболее быстро, когда солнце находится вблизи горизонта, и наименее, когда солнце находится над головой. Поглощение солнечной радиации плоскопараллельными облаками уменьшается с увеличением зенитного угла, поскольку излучение, отражающееся в космос под более высокими зенитными углами, проникает менее глубоко в облако и, следовательно, с меньшей вероятностью будет поглощено. [7]
Влияние на глобальный климат
[ редактировать ]Альбедо облаков косвенно влияет на глобальный климат через рассеяние и поглощение солнечной радиации в радиационном балансе Земли. [2] Изменения альбедо облаков вызывают атмосферную нестабильность, которая влияет на гидрологический цикл , погодные условия и атмосферную циркуляцию . [4] Эти эффекты параметризуются радиационным воздействием облаков — мерой коротковолнового и длинноволнового излучения по отношению к облачному покрову . Эксперимент по радиационному балансу Земли продемонстрировал, что небольшие изменения в облачном покрове, структуре, высоте, размере капель и фазе оказывают существенное влияние на климат. Пятипроцентное увеличение отражения коротких волн от облаков могло бы противодействовать парниковому эффекту последних двухсот лет. [4]
Петли обратной связи альбедо облаков и климата
[ редактировать ]В моделях облаков и климата существует множество положительных и отрицательных контуров обратной связи между альбедо облаков и климатом . Примером отрицательной обратной связи между облаками и климатом является то, что по мере нагревания планеты облачность увеличивается, что увеличивает альбедо планеты. Увеличение альбедо уменьшает поглощенную солнечную радиацию и приводит к похолоданию. Противодействующая петля положительной обратной связи учитывает подъем верхнего слоя облаков, уменьшение вертикального распределения облачности и уменьшение альбедо. [9]
Загрязнение воздуха может привести к изменению количества ядер конденсации облаков, создавая петлю обратной связи, которая влияет на температуру атмосферы, относительную влажность и образование облаков в зависимости от облаков и региональных характеристик. Например, увеличение количества сульфатных аэрозолей может снизить эффективность осаждения, что приводит к возникновению петли положительной обратной связи, в которой снижение эффективности осаждения увеличивает продолжительность существования аэрозолей в атмосфере. [5] С другой стороны, в смешанных облаках может возникнуть петля отрицательной обратной связи, в которой аэрозоль черного углерода может увеличить образование осадков ледяной фазы и снизить концентрацию аэрозоля. [5]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж Хэй, Уильям В. (2016). Эксперименты на маленькой планете: история научных открытий, будущее изменения климата и глобального потепления (Второе изд.). Швейцария: Шпрингер. стр. 355–371. ISBN 978-3-319-27404-1 .
- ^ Jump up to: а б Мюллер, Ричард; Трентманн, Йорг; Трегер-Чаттерджи, Кристина; Поссельт, Ребекка; Штёкли, Рето (2011). «Роль эффективного альбедо облаков для мониторинга и анализа климата» . Дистанционное зондирование . 3 (11): 2305–2320. Бибкод : 2011RemS....3.2305M . дои : 10.3390/rs3112305 . ISSN 2072-4292 .
- ^ Jump up to: а б с д и Хартманн, Деннис (2016). Глобальная физическая климатология . Австралия: Эльзевир. стр. 76–78. ISBN 978-0-12-328531-7 .
- ^ Jump up to: а б с д и Куниял, Джагдиш Чандра; Гулерия, Радж Пол (2019). «Современное состояние аэрозольно-радиационного взаимодействия: мини-обзор» . Журнал аэрозольной науки . 130 : 45–54. Бибкод : 2019JAerS.130...45K . дои : 10.1016/j.jaerosci.2018.12.010 . ISSN 0021-8502 . S2CID 104356406 .
- ^ Jump up to: а б с д и Ломанн, У.; Файхтер, Дж. (2005). «Глобальные косвенные аэрозольные эффекты: обзор» . Химия и физика атмосферы . 5 : 715–737.
- ^ Jump up to: а б с д и Хан, Цинъюань; Россоу, Уильям Б.; Чоу, Джойс; Уэлч, Рональд М. (1998). «Глобальное исследование взаимосвязи альбедо облаков и пути жидкой воды с размером капель с использованием ISCCP» . Журнал климата . 11 (7): 1516–1528. Бибкод : 1998JCli...11.1516H . doi : 10.1175/1520-0442(1998)011<1516:GSOTRO>2.0.CO;2 . ISSN 0894-8755 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Хартманн, Деннис (2016). Глобальная физическая климатология . Австралия: Эльзевир. стр. 76–78. ISBN 978-0-12-328531-7 .
- ^ Туми, С. (1974). «Загрязнение и планетарное альбедо» . Атмосферная среда . 8 (12): 1251–1256. Бибкод : 1974AtmEn...8.1251T . дои : 10.1016/0004-6981(74)90004-3 .
- ^ Уэзеральд, РТ; Манабе, С. (1988). «Процессы облачной обратной связи в модели общей циркуляции» . Журнал атмосферных наук . 45 (8): 1397–1416. Бибкод : 1988JAtS...45.1397W . doi : 10.1175/1520-0469(1988)045<1397:CFPIAG>2.0.CO;2 . ISSN 0022-4928 .