Альбедо облаков - Cloud albedo

Графика НАСА, представляющая распределение солнечной радиации

Альбедо облаков - это мера альбедо или отражательной способности облака . 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. Альбедо облаков зависит от общей массы воды, размера и формы капель или частиц и их распределения в пространстве. Плотные облака (например, слоисто-кучевые ) отражают большое количество поступающей солнечной радиации, что приводит к высокому альбедо. Тонкие облака (такие как перистые облака), как правило, пропускают больше солнечной радиации и, следовательно, имеют низкое альбедо. Изменения альбедо облаков, вызванные вариациями свойств облаков, оказывают значительное влияние на глобальный климат .

Ядра конденсации облаков и альбедо облаков

В микроскопическом масштабе облака образуются в результате конденсации воды на ядрах конденсации облаков , таких как загрязнение и частицы аэрозоля . Размер, концентрация, структура и химический состав этих частиц влияют на альбедо облаков. Например, частицы аэрозоля сажи поглощают больше солнечного излучения, а аэрозоль сульфата отражает больше солнечного излучения. Более мелкие частицы образуют более мелкие облачные капли, которые, как правило, снижают эффективность осаждения облаков, увеличивая альбедо облаков. Кроме того, большее количество ядер конденсации в облаке увеличивает размер облака и количество отраженного солнечного излучения.

Причины изменения альбедо облаков

Альбедо облаков на планете варьируется от менее 10% до более 90% и зависит от размера капель, содержания жидкой воды или льда, толщины облака, зенитного угла Солнца и т. Д.

Путь с жидкой водой

Путь движения жидкой воды в облаке зависит от изменения размера облачных капель, что может изменить поведение облаков и их альбедо. В вариациях альбедо типичных облаков в атмосфере преобладает количество жидкой воды и льда в облаке. Чем меньше капли и чем больше содержание жидкой воды, тем больше альбедо облака, если все остальные факторы постоянны.

Эффект Туми (косвенный эффект аэрозоля)

Повышенная концентрация облачных капель и альбедо из-за аэрозольного эффекта

Эффект Туми - это увеличенное альбедо облаков из-за загрязнения ядер облаков. Увеличение концентрации аэрозоля и плотности аэрозоля приводит к более высокой концентрации облачных капель, меньшему размеру облачных капель и более высокому альбедо облаков. В макрофизически идентичных облаках облако с несколькими более крупными каплями будет иметь более низкое альбедо, чем облако с более мелкими каплями. Более мелкие частицы облаков аналогичным образом увеличивают альбедо облаков, уменьшая количество осадков и продлевая срок службы облака. Это впоследствии увеличивает альбедо облаков, поскольку солнечная радиация отражается в течение более длительного периода времени. Эффект Альбрехта - это связанная с этим концепция увеличения времени жизни облака из-за облачных ядер.

Зенитный угол

Альбедо облаков увеличивается с увеличением общего содержания воды или глубины облака и зенитного угла Солнца . Изменение альбедо с зенитным углом происходит быстрее всего, когда солнце находится около горизонта, и меньше всего, когда солнце находится над головой. Поглощение солнечной радиации плоскопараллельными облаками уменьшается с увеличением зенитного угла, поскольку излучение, которое отражается в космос под более высокими зенитными углами, проникает менее глубоко в облако и, следовательно, с меньшей вероятностью поглощается.

Влияние на глобальный климат

Альбедо облаков косвенно влияет на глобальный климат через рассеяние солнечной радиации и ее поглощение в радиационном балансе Земли. Вариации альбедо облаков вызывают атмосферную нестабильность, которая влияет на гидрологический цикл , погодные условия и атмосферную циркуляцию . Эти эффекты параметризованы радиационным воздействием облаков , мерой коротковолновой и длинноволновой радиации по отношению к облачному покрову . Эксперимент радиационного баланса Земли показали , что небольшие различия в охвате облака, структура, высота, размера капель и фазы оказывают значительное влияние на климат. Увеличение отражения коротких волн от облаков на пять процентов нейтрализует парниковый эффект последних двухсот лет.

Циклы обратной связи с альбедо-климатом

В моделях облаков и климата существует множество положительных и отрицательных петель обратной связи альбедо облаков и климата. Примером отрицательной петли обратной связи «облако-климат» является то, что по мере того, как планета нагревается, облачность увеличивается, что увеличивает альбедо планеты. Увеличение альбедо снижает поглощенную солнечную радиацию и приводит к похолоданию. Контур противодействия положительной обратной связи учитывает подъем верхнего слоя облачности, уменьшение вертикального распределения облачности и уменьшение альбедо.

Загрязнение воздуха может привести к изменению ядер конденсации облаков, создавая петлю обратной связи, которая влияет на температуру атмосферы, относительную скромность и образование облаков в зависимости от облачных и региональных характеристик. Например, повышенное содержание сульфатных аэрозолей может снизить эффективность осаждения, что приведет к возникновению контура положительной обратной связи, в котором пониженная эффективность осаждения увеличивает долговечность аэрозоля в атмосфере. С другой стороны, петля отрицательной обратной связи может быть установлена ​​в облаках со смешанной фазой, в которых аэрозоль черного углерода может увеличивать образование осадков в ледяной фазе и снижать концентрации аэрозолей.

использованная литература

  1. ^ а б в г д Куниял, Джагдиш Чандра; Гулерия, Радж Пол (2019). «Современное состояние аэрозольно-радиационных взаимодействий: мини-обзор» . Журнал аэрозольной науки . 130 : 45–54. DOI : 10.1016 / j.jaerosci.2018.12.010 . ISSN  0021-8502 .
  2. ^ Б Mueller, Ричард; Трентманн, Йорг; Трегер-Чаттерджи, Кристина; Посселт, Ребекка; Стёкли, Рето (2011). «Роль эффективного альбедо облаков для мониторинга климата и анализа» . Дистанционное зондирование . 3 (11): 2305–2320. DOI : 10,3390 / rs3112305 . ISSN  2072-4292 .
  3. ^ a b c Хартманн, Деннис (2016). Глобальная физическая климатология . Австралия: Эльзевир. С. 76–78. ISBN 978-0-12-328531-7.
  4. ^ a b c d e Lohmann, U .; Файхтер, Дж. (2005). «Глобальные непрямые аэрозольные эффекты: обзор» . Химия и физика атмосферы . 5 : 715–737.
  5. ^ а б Хань, Цинюань; Россоу, Уильям Б .; Чжоу, Джойс; Уэлч, Рональд М. (1998). «Глобальное исследование взаимосвязи облачного альбедо и пути жидкой воды с размером капель с использованием ISCCP» . Журнал климата . 11 (7): 1516–1528. Bibcode : 1998JCli ... 11.1516H . DOI : 10.1175 / 1520-0442 (1998) 011 <1516: GSOTRO> 2.0.CO; 2 . ISSN  0894-8755 .
  6. ^ а б в г Хартманн, Деннис (2016). Глобальная физическая климатология . Австралия: Эльзевир. С. 76–78. ISBN 978-0-12-328531-7.
  7. ^ Туми, S. (1974). «Загрязнение и планетарная альбедо» . Атмосферная среда . 8 : 1251–1256.
  8. ^ Wetherald, RT; Манабе, С. (1988). «Процессы обратной связи с облаками в общей модели циркуляции» . Журнал атмосферных наук . 45 (8): 1397–1416. DOI : 10.1175 / 1520-0469 (1988) 0452.0.CO; 2 . ISSN  0022-4928 .