Эффект Туми - Twomey effect

Судовые пути можно увидеть в виде линий в этих облаках над Атлантическим океаном на Восточное побережье США, пример эффекта Туми.

В Эффект Туми описывает, как дополнительные облачные ядра конденсации (CCN), возможно, из-за антропогенного загрязнения, может увеличить количество солнечной радиации, отражаемой облаками. Это косвенный эффект (или радиационное воздействие ) такими частицами, в отличие от прямого воздействия (принуждения) из-за усиленного рассеяния или поглощения излучения такими частицами, не находящимися в облаках. Капли облаков обычно образуются на частицах аэрозоля, которые служат в качестве CCN. Увеличение числовой концентрации CCN может привести к образованию большего количества облачных капель, которые, в свою очередь, имеют меньший размер.

Увеличение числовой концентрации увеличивает оптическая глубина облака, что приводит к увеличению альбедо облаков заставляя облака казаться белее. На спутниковых снимках часто видны следы облаков или облака повышенной яркости позади океанских кораблей из-за этого эффекта. Уменьшение глобального среднего поглощения солнечной радиации из-за увеличения концентраций CCN оказывает охлаждающее влияние на климат; средняя глобальная величина этого эффекта за индустриальную эпоху оценивается от -0,3 до -1,8 Вт · м.⁻².^[1]

Вывод

Предположим, что однородное облако бесконечно простирается в горизонтальной плоскости, также предположим, что распределение частиц по размерам достигает пика около среднего значения ${displaystyle {ar {r}}}$.

Формула оптической толщины облака:

${displaystyle au =2pi h{ar {r}}^{2}N}$

Где ${displaystyle au }$ - оптическая толщина, ${displaystyle h}$ толщина облака, ${displaystyle {ar {r}}}$ - средний размер частиц, а ${displaystyle N}$ - полная плотность частиц.

Формула содержания жидкой воды в облаке:

${displaystyle LWC={ frac {4}{3}}pi {ar {r}}^{3}ho _{L}hN}$

Где ${displaystyle ho _{L}}$это плотность воды.

Принимая во внимание наши предположения, мы можем объединить их, чтобы получить это выражение:

${displaystyle au ={ frac {3}{2}}{ frac {LWC}{ho _{L}{ar {r}}}}}$

Если принять жидкую влажность (${displaystyle LWC}$) равно для облака до и после изменения плотности частиц, получаем:

${displaystyle {ar {r_{2}}}={ar {r_{1}}}left({frac {N_{1}}{N_{2}}}ight)^{frac {1}{3}}}$

Теперь мы предполагаем полную плотность частиц ${displaystyle N}$ увеличивается в 2 раза, и мы можем решить, как ${displaystyle {ar {r_{1}}}}$ меняется, когда ${displaystyle N}$ удваивается.

${displaystyle {ar {r_{2}}}}$= ${displaystyle 0.79{ar {r_{1}}}={ar {r_{1}}}left({frac {N_{1}}{2N_{1}}}ight)^{frac {1}{3}}}$

Теперь мы можем взять наше уравнение, которое связывает ${displaystyle au }$ к ${displaystyle LWC}$ решить вопрос об изменении оптической толщины при уменьшении размера частиц.

${displaystyle au _{2}={frac { au _{1}}{0.79}}=1.26, au _{1}}$

В более общем виде эффект Туми утверждает, что для фиксированного содержания жидкой воды ${displaystyle LWC}$ и глубина облаков, оптическая толщина может быть представлена ​​как:

${displaystyle au varpropto N^{ frac {1}{3}}}$

Это приводит нас к выводу, что увеличение общей плотности частиц также увеличивает оптическую толщину, что математически иллюстрирует эффект Туми.

Смотрите также

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

Рекомендации

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

Библиография

• Хартманн, Деннис Л. Глобальная физическая климатология. Амстердам: Elsevier, 2016. Печать.
• Туми, С. (декабрь 1974 г.). «Загрязнение и планетарное альбедо». Атмос. Environ. 8 (12): 1251–56. Bibcode:1974 Атмен ... 8.1251T. Дои:10.1016/0004-6981(74)90004-3.
• Туми, С. (июль 1977 г.). «Влияние загрязнения на коротковолновую альбедо облаков» (PDF). J. Atmos. Наука. 34 (7): 1149–52. Bibcode:1977JAtS ... 34.1149T. Дои:10.1175 / 1520-0469 (1977) 034 <1149: TIOPOT> 2.0.CO; 2.
• Розенфельд, Д. (2006). "Контроль за взаимодействием аэрозоля и облаков радиационного излучения Земли и скрытого тепловыделения". Космическая наука Rev. 125 (1–4): 149–57. Bibcode:2006ССРв..125..149Р. Дои:10.1007 / s11214-006-9053-6.
• Ломанн, У. (2006). «Воздействие аэрозолей на облака и климат» (PDF). Космическая наука Rev. 125 (1–4): 129–37. Bibcode:2006ССРв..125..129Л. Дои:10.1007 / s11214-006-9051-8.