stringtranslate.com

Антропогенное облако

Однородные кучевые облака, образованные выбросами геотермальной электростанции, расположенной в Несьявеллире (Исландия, август 2009 г.).

Homogenitus , антропогенное или искусственное облако — это облако, вызванное деятельностью человека. Хотя большинство облаков, покрывающих небо, имеют чисто естественное происхождение, с начала промышленной революции использование ископаемого топлива , водяного пара и других газов, выделяемых атомными, тепловыми и геотермальными электростанциями, приводит к значительным изменениям местных погодных условий. Эти новые атмосферные условия могут, таким образом, усилить образование облаков . [1]

Были предложены различные методы создания и использования этого погодного явления. Также были проведены эксперименты для различных исследований. Например, российские ученые изучают искусственные облака более 50 лет. [2] Но на сегодняшний день наибольшее количество антропогенных облаков — это инверсионные следы самолетов (конденсационные следы) и следы ракет. [3] [4]

Антропогенез

Для образования антропогенного облака необходимы три условия:

  1. Воздух должен быть близок к насыщению водяным паром,
  2. Воздух необходимо охладить до температуры точки росы по отношению к воде (или льду ), чтобы сконденсировать (или сублимировать ) часть водяного пара,
  3. Воздух должен содержать ядра конденсации — мелкие твердые частицы, где начинается конденсация/сублимация.

Текущее использование ископаемого топлива усиливает любое из этих трех условий. Во-первых, сгорание ископаемого топлива генерирует водяной пар. Кроме того, это сгорание также генерирует образование мелких твердых частиц, которые могут действовать как ядра конденсации. Наконец, все процессы сгорания выделяют энергию, которая усиливает вертикальные восходящие движения.

Несмотря на все процессы, связанные со сжиганием ископаемого топлива, только некоторые виды деятельности человека, такие как тепловые электростанции, коммерческая авиация или химическая промышленность, изменяют атмосферные условия в достаточной степени для образования облаков, которые можно отнести к классификатору homogenitus ввиду их антропогенного происхождения.

Классификация облаков

Международный атлас облаков , опубликованный Всемирной метеорологической организацией, содержит предложение, сделанное Люком Говардом в начале 19 века, и все последующие изменения. Каждое облако имеет название на латыни, и облака классифицируются в соответствии с их родом , видом и разновидностью :

Для описания происхождения облака можно добавить дополнительные термины. Homogenitus — это суффикс, который означает, что облако возникло в результате деятельности человека. [5] Например, кучевые облака, возникшие в результате деятельности человека, называются Cumulus homogenitus и сокращенно обозначаются как CUh . Если облако homogenitus одного рода меняется на тип другого рода, оно называется облаком homomutatus . [6]

Процесс генерации

Международная классификация облаков делит различные роды облаков на три основные группы в зависимости от их высоты:

Однородные облака могут образовываться из разных источников на высоких и низких уровнях.

Высокая однородность

Конденсационные следы с Cirrocumulus homogenitus ( Cch ) и Cirrostratus homogenitus ( Csh ), наблюдавшиеся над Барселоной (Испания, ноябрь 2010 г.).
Последовательность фотографий, показывающих, как инверсионный след превращается в перисто-кучевые однородные облака

Несмотря на то, что три рода высоких облаков, Cirrus , Cirrocumulus и Cirrostratus , формируются в верхней части тропосферы , вдали от поверхности земли, они могут иметь антропогенное происхождение. В этом случае процесс, который вызывает их образование, почти всегда один и тот же: коммерческий и военный полет самолетов. Выхлопные продукты сгорания керосина ( иногда бензина ), выбрасываемого двигателями, поставляют водяной пар в эту область тропосферы.

Кроме того, сильный контраст между холодным воздухом высоких слоев тропосферы и теплым и влажным воздухом, выбрасываемым авиационными двигателями, вызывает быстрое осаждение водяного пара, образуя мелкие ледяные кристаллы . Этот процесс также усиливается наличием обильных ядер конденсации, образующихся в результате сгорания. Эти облака обычно известны как конденсационные следы ( конденсационные следы ) и изначально представляют собой линейные перистые облака , которые можно было бы назвать Cirrus homogenitus ( Cih ). Большая разница температур между выбрасываемым воздухом и окружающим воздухом порождает мелкомасштабные конвекционные процессы, которые способствуют эволюции конденсационных следов в Cirrocumulus homogenitus ( Cch ).

В зависимости от атмосферных условий в верхней части тропосферы, где летит самолет, эти высокие облака быстро исчезают или сохраняются. Когда воздух сухой и стабильный, вода быстро испаряется внутри инверсионных следов и может наблюдаться только на расстоянии до нескольких сотен метров от самолета. С другой стороны, если влажность достаточно высока, существует перенасыщение льдом, и гомогенитус становится широким и может существовать часами. В последнем случае, в зависимости от ветровых условий, Cch может развиться в перистые гомогенитус ( Cih ) или перисто-слоистые гомогенитус ( Csh ). Существование и сохранение этих трех типов высоких антропогенных облаков может указывать на приближение стабильности воздуха. В некоторых случаях, когда наблюдается большая плотность воздушного движения, эти высокие гомогенитусы могут препятствовать образованию естественных высоких облаков, поскольку инверсионные следы захватывают большую часть водяного пара. [ необходима цитата ]

Низкая однородность

Stratus homogenitus ( Sth ) образовался из-за выбросов молочного завода недалеко от Гурба (Испания, февраль 2011 г.).
Cumulus homogenitus ( Cuh ) образовались в результате выбросов тепловой электростанции в Сан-Адрия-дель-Бесос , Испания (декабрь 2008 г.).

Самая нижняя часть атмосферы — это область, на которую больше всего влияет деятельность человека, посредством выбросов водяного пара, теплого воздуха и ядер конденсации. Когда атмосфера стабильна, дополнительный вклад теплого и влажного воздуха от выбросов усиливает образование тумана или создает слои Stratus homogenitus ( Sth ). Если воздух нестабилен, этот теплый и влажный воздух, испускаемый деятельностью человека, создает конвективное движение, которое может достигать поднятого уровня конденсации , создавая антропогенное кучевое облако, или Cumulus homogenitus ( Cuh ). Этот тип облаков также можно наблюдать над загрязненным воздухом, покрывающим некоторые города и промышленные районы в условиях высокого давления.

Слоисто-кучевые однородные облака ( Sch ) — это антропогенные облака, которые могут образовываться в результате эволюции Sth в слегка нестабильной атмосфере или Cuh в стабильной атмосфере.

Наконец, большие, возвышающиеся кучево-дождевые облака ( Cb ) представляют собой такое большое вертикальное развитие, что только в некоторых особых случаях они могут быть созданы антропогенными причинами. Например, крупные пожары могут вызвать образование облаков flammagenitus , которые могут эволюционировать в Cumulonimbus flammagenitus ( CbFg или CbFgh , если они антропогенные); очень большие взрывы, такие как ядерные взрывы , производят грибовидные облака , отличительный подтип кучево-дождевых облаков flammagenitus.

Эксперименты

Антропогенное облако может быть создано в лаборатории или на месте для изучения его свойств или использования в других целях. Камера Вильсона — это герметичная среда, содержащая пересыщенный пар воды или спирта . Когда заряженная частица (например, альфа- или бета-частица ) взаимодействует со смесью, жидкость ионизируется. Образующиеся ионы действуют как ядра конденсации , вокруг которых образуется туман (поскольку смесь находится на точке конденсации). Засев облаков, форма изменения погоды , представляет собой попытку изменить количество или тип осадков , выпадающих из облаков , путем рассеивания в воздухе веществ , которые служат в качестве конденсационных или ледяных ядер облаков , которые изменяют микрофизические процессы внутри облака. Обычной целью является увеличение осадков (дождя или снега), но подавление града и тумана также широко практикуется в аэропортах.

Многочисленные эксперименты были проведены с этими двумя методами в тропосфере . На больших высотах НАСА изучало создание серебристых облаков в 1960 и 2009 годах . [7] [8] [9] В 1984 году спутники из трех стран приняли участие в эксперименте по созданию искусственных облаков в рамках изучения солнечных ветров и комет. [10] В 1969 году европейский спутник выпустил и поджег оксид бария и меди на высоте 43 000 миль в космосе, чтобы создать 2000-мильный лиловый и зеленый шлейф, видимый в течение 22 минут. Это было частью исследования магнитных и электрических полей . [11]

Планы по созданию искусственных облаков над футбольными турнирами на Ближнем Востоке были предложены в 2011 году как способ помочь затенить и охладить чемпионат мира по футболу FIFA 2022 в Катаре . [12]

Влияние на климат

Существует множество исследований, посвященных важности и влиянию высоких антропных облаков (Penner, 1999; Minna et al., 1999, 2003–2004; Marquart et al., 2002–2003; Stuber and Foster, 2006, 2007), но не антропных облаков в целом. Для частного случая Cia [ когда определяется как? ] из-за инверсионных следов МГЭИК оценивает положительное радиационное воздействие около 0,01 Вт·м −2 . [ необходима цитата ]

При аннотировании метеорологических данных использование суффикса, указывающего на происхождение облаков, позволяет отличать эти облака от облаков естественного происхождения. Как только эта нотация будет установлена, после нескольких лет наблюдений, влияние гомогенитуса на климат Земли будет четко проанализировано. [ необходима цитата ]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Описание камеры Вильсона . Галисон, Питер Луис; Ассмус, Алекси (1989). «Глава 8: Искусственные облака, реальные частицы». В Gooding, Дэвид; Пинч, Тревор; Шаффер, Саймон (ред.). Использование эксперимента: Исследования в области естественных наук . Кембридж, Англия: Cambridge University Press. стр. 225–273. ISBN 978-0-521-33185-2.
  2. ^ Российские ученые создают искусственное облако 28 августа 2010 NECN/CNN
  3. ^ Даунинг, Л. Л. (2013). "Глава XIII Искусственные облака". Метеорология облаков . Блумингтон, Индиана: AuthorHouse. ISBN 978-1-4918-0432-2.
  4. ^ Маршалл, Джон; Пламб, Р. Алан (1965). Атмосфера, океан и динамика климата: вводный текст . Берлингтон, Вермонт: Elsevier. стр. 100–101. ISBN 978-0-08-095445-5.
  5. ^ "Homogenitus". Всемирная метеорологическая организация . Архивировано из оригинала 27 марта 2017 года . Получено 27 марта 2017 года .
  6. ^ "Homomutatus". Всемирная метеорологическая организация . Архивировано из оригинала 2017-03-26 . Получено 27 марта 2017 .
  7. ^ «Искусственное облако запущено». Newburgh-Beacon News . AP. 25 мая 1960 г. стр. 8A – через поиск в архиве новостей Google.
  8. ^ Искусственное облако, созданное на границе космоса 23 сентября 2009 г. Журнал № 2727 New Scientist
  9. ↑ Исследование искусственных облаков в ночное время с использованием ракеты-зонда NASA, 9 сентября 2009 г. (пресс-релиз)
  10. ↑ Сообщается об успехе космической тройной игры Spokane Chronicle - 16 августа 1984 г.
  11. ↑ «Искусственное облако покрывает 2000 миль» 18 марта 1969 г. The Calgary Herald
  12. ↑ Дуглас Стэнглин «Искусственное облако, призванное обеспечить тень на чемпионате мира по футболу 2022 года в Катаре», 22 марта 2011 г., USA Today

Библиография