эффект Туоми

Эффект, связанный с увеличением солнечной радиации, отраженной облаками

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

Эффект Туоми описывает, как дополнительные ядра конденсации облаков (CCN), возможно, из-за антропогенного загрязнения , могут увеличить количество солнечной радиации, отраженной облаками . Это косвенный эффект (или радиационное воздействие ) таких частиц, в отличие от прямого воздействия (воздействия) из-за усиленного рассеивания или поглощения излучения такими частицами, не находящимися в облаках.

Капли облаков обычно образуются на аэрозольных частицах, которые служат CCN. Увеличение плотности числа CCN может привести к образованию большего количества капель облаков с меньшим размером .

Увеличение плотности числа увеличивает оптическую глубину облака, что приводит к увеличению альбедо облака , делая облака более белыми . Спутниковые снимки часто показывают следы облаков или повышенную яркость облаков позади океанских судов из-за этого эффекта. Уменьшение глобального среднего поглощения солнечной радиации из-за увеличения концентраций CCN оказывает охлаждающее влияние на климат; глобальная средняя величина этого эффекта за индустриальную эпоху оценивается как между −0,3 и −1,8 Вт/м ² . ^[1]

Вывод

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

Формула оптической глубины облака:

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

где — оптическая глубина, — толщина облаков, — средний размер частиц, — плотность числа облачных капель. ${\displaystyle \tau }$ ${\displaystyle h}$ ${\displaystyle {\bar {r}}}$ ${\displaystyle N}$

Формула для определения содержания жидкой воды в облаке:

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

где - плотность воды. ${\displaystyle \rho _{L}}$

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

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

Чтобы вывести эффект изменения при сохранении и постоянного значения из последнего уравнения, можно записать ${\displaystyle N}$ ${\displaystyle h}$ ${\displaystyle \rho _{L}}$ ${\displaystyle LWC}$

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

и из уравнения для мы можем записать ${\displaystyle LWC}$

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

поэтому

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

Это математически иллюстрирует эффект Туоми, то есть при постоянном содержании жидкой воды, увеличение плотности облачных капель, увеличивает оптическую глубину облака. ${\displaystyle LWC}$ ${\displaystyle N}$

Смотрите также

• эффект Альбрехта
• Сульфат
• Аэрозоли и сажа
• Инверсионный след

Ссылки

1. МГЭИК 4-й оценочный доклад, 2005 г.

Библиография

• Хартманн, Деннис Л. Глобальная физическая климатология. Амстердам: Elsevier, 2016. Печать.
• Twomey, S. (декабрь 1974 г.). «Загрязнение и планетарное альбедо». Atmos. Environ . 8 (12): 1251–56. Bibcode : 1974AtmEn...8.1251T. doi : 10.1016/0004-6981(74)90004-3.
• Twomey, S. (июль 1977 г.). "Влияние загрязнения на коротковолновое альбедо облаков" (PDF) . J. Atmos. Sci . 34 (7): 1149–52. Bibcode :1977JAtS...34.1149T. doi :10.1175/1520-0469(1977)034<1149:TIOPOT>2.0.CO;2.
• Розенфельд, Д. (2006). «Взаимодействие аэрозолей и облаков, контролирующее излучение Земли и бюджеты выделения скрытого тепла». Space Sci Rev. 125 ( 1–4): 149–57. Bibcode : 2006SSRv..125..149R. doi : 10.1007/s11214-006-9053-6. S2CID  122885098.
• Ломанн, У. (2006). «Влияние аэрозолей на облака и климат» (PDF) . Space Sci Rev. 125 ( 1–4): 129–37. Bibcode : 2006SSRv..125..129L. doi : 10.1007/s11214-006-9051-8. hdl : 20.500.11850/24256 . S2CID  121796083.