Альбедо облаков является мерой альбедо или отражательной способности облака . Облака регулируют количество солнечной радиации, поглощаемой планетой, и ее солнечную поверхностную освещенность . Как правило, повышенная облачность коррелирует с более высоким альбедо и более низким поглощением солнечной энергии . Альбедо облаков сильно влияет на энергетический бюджет Земли , составляя примерно половину альбедо Земли. [1] [2] Альбедо облаков зависит от условий формирования облаков, а изменения в альбедо облаков зависят от общей массы воды, размера и формы капель или частиц и их распределения в пространстве. [3] Толстые 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 в альбедо облаков, вызванные изменениями свойств облаков, оказывают значительное влияние на глобальный климат , обладая способностью закручиваться в петли обратной связи. [3]
В микроскопическом масштабе облака образуются путем 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 возникают из различных природных или антропогенных источников. Например, пыль может возникать из раздуваемых ветром пустынь или в результате сельскохозяйственной или строительной деятельности человека, аналогично даже загрязняющие вещества, такие как ЛОС или сульфаты, могут выделяться растениями или вулканической активностью соответственно. [1] Размер, концентрация, структура и химический состав этих частиц влияют на альбедо облаков. [4] [5] Например, частицы аэрозоля черного углерода поглощают больше солнечной радиации, а аэрозоли сульфатов отражают больше солнечной радиации. Более мелкие частицы образуют более мелкие капли облаков, которые, как правило, снижают эффективность осадков облака и увеличивают альбедо облака. [4] Кроме того, большее количество ядер конденсации облаков увеличивает размер облака и количество отраженной солнечной радиации. [5]
Альбедо облаков на планете варьируется от менее 10% до более 90% и зависит от содержания жидкой воды /льда, толщины облака, размера капель, зенитного угла Солнца и т. д. [3]
Более высокое содержание жидкой воды и льда в облаке увеличивает облака. Это доминирующий фактор в альбедо облаков. [6] [7] Изменение альбедо больше для облаков с меньшим содержанием воды изначально, и более крупные облака начинают получать убывающую отдачу с увеличением содержания. Содержание воды, принимающее форму льда, обычно в облаках на большой высоте, таких как перистые облака . [7]
Более толстые облака имеют более высокое альбедо, чем более тонкие. [1] [3] [6] Фактически, толстые облака и тонкие облака иногда по-разному реагируют на различия в других факторах, таких как размер капель. Облака, которые, как правило, толще и имеют более высокое альбедо, включают кучевые , слоисто-кучевые и кучево-дождевые облака. [3] [1]
Содержание воды и толщина облаков вместе составляют путь жидкой воды облака . Это значение также заметно меняется в зависимости от размера капель облака. [6] Путь жидкой воды обычно измеряется в единицах г/м 2 и при превышении 20 г/м 2 облака обычно становятся непрозрачными для длинноволнового света, хотя это может не относиться к перистым облакам. [7]
В целом, меньший размер капель связан с повышенным альбедо. При этом, в зависимости от местоположения облаков, тонкие облака могут фактически иметь противоположное. [6] Однако в общих и более влиятельных случаях, уменьшенный размер частиц заставляет облака обладать более высоким альбедо, имея большую площадь поверхности относительно их объема. Это делает капли более белыми или более отражающими. [1] [7]
Эффект Туоми — это увеличение альбедо облаков из-за облачных ядер от загрязнения. [8] [4] Увеличение концентрации аэрозоля и плотности аэрозоля приводит к более высокой концентрации капель в облаках, более мелким облачным каплям 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 облачные частицы аналогичным образом увеличивают альбедо облаков за счет уменьшения осадков и продления срока службы облака. Это впоследствии увеличивает альбедо облаков, поскольку солнечное излучение отражается в течение более длительного периода времени. Эффект Альбрехта — это связанная концепция увеличения срока службы облаков из-за облачных ядер. [5]
Альбедо облаков увеличивается с общим содержанием воды или глубиной облака и зенитным углом солнца . [7] Изменение альбедо с зенитным углом происходит наиболее быстро, когда солнце находится около горизонта, и наименее, когда солнце находится над головой. Поглощение солнечной радиации плоскопараллельными облаками уменьшается с увеличением зенитного угла, поскольку излучение, которое отражается в космос при более высоких зенитных углах, проникает в облако менее глубоко и, следовательно, имеет меньшую вероятность быть поглощенным. [7]
Альбедо облаков косвенно влияет на глобальный климат через рассеяние солнечной радиации и поглощение в радиационном балансе Земли. [2] Изменения в альбедо облаков вызывают атмосферную нестабильность, которая влияет на гидрологический цикл , погодные условия и атмосферную циркуляцию . [4] Эти эффекты параметризуются радиационным воздействием облаков , мерой коротковолновой и длинноволновой радиации по отношению к облачному покрову . Эксперимент по радиационному балансу Земли продемонстрировал, что небольшие изменения в облачном покрове, структуре, высоте, размере капель и фазе оказывают значительное влияние на климат. Пятипроцентное увеличение коротковолнового отражения от облаков будет противодействовать парниковому эффекту последних двухсот лет. [4]
В моделях облаков и климата существует множество положительных и отрицательных петель обратной связи альбедо облаков и климата . Примером отрицательной петли обратной связи альбедо облаков и климата является то, что по мере нагревания планеты увеличивается облачность, что увеличивает альбедо планеты. Увеличение альбедо уменьшает поглощенную солнечную радиацию и приводит к охлаждению. Противодействующая положительная петля обратной связи учитывает подъем верхнего слоя облаков, уменьшение вертикального распределения облачности и уменьшение альбедо. [9]
Загрязнение воздуха может привести к изменению ядер конденсации облаков, создавая обратную связь, которая влияет на температуру атмосферы, относительную влажность и образование облаков в зависимости от облачных и региональных характеристик. Например, увеличение сульфатных аэрозолей может снизить эффективность осадков, что приводит к положительной обратной связи, в которой снижение эффективности осадков увеличивает долговечность аэрозолей в атмосфере. [5] С другой стороны, отрицательная обратная связь может быть установлена в облаках смешанной фазы, в которых аэрозоль черного углерода может увеличить образование осадков ледяной фазы и снизить концентрацию аэрозолей. [5]