Антропогенное облако - Anthropogenic cloud

Кучевые гомогениты производятся выбросами геотермальной электростанции, расположенной в Несьявеллире (Исландия, август 2009 г.).

А гомогенит, антропогенный или искусственное облако, это облако вызвано деятельностью человека. Хотя обычно облака, покрывающие небо, имеют только естественное происхождение, с начала Индустриальная революция, использование ископаемое топливо и водяной пар и другие газы, выделяемые ядерными, тепловыми и геотермальными электростанции приводят к значительным изменениям местного Погода условия. Таким образом, эти новые атмосферные условия могут улучшить образование облаков.[1]

Были предложены различные методы создания и использования этого Погода явление. Также были проведены эксперименты для различных исследований. Например, русский ученые изучают искусственные облака более 50 лет.[2] Но, безусловно, наибольшее количество антропогенных облаков - это самолеты. следы (следы конденсации) и следы ракет.[3][4]

Антропогенез

Основная статья: Физика облаков

Для образования антропогенного облака необходимы три условия:

  1. Воздух должен быть рядом насыщение водяного пара,
  2. Воздух необходимо охладить до точки росы. температура по отношению к воде (или лед ) к конденсат (или же 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, при сжигании ископаемого топлива образуется водяной пар. Кроме того, это сгорание также приводит к образованию мелких твердых частиц, которые могут действовать как ядра конденсации. Наконец, все процессы горения выделяют энергию, которая усиливает вертикальное движение вверх.

Несмотря на все процессы, связанные с сжиганием ископаемого топлива, только некоторые виды деятельности человека, такие как тепловые электростанции, коммерческие самолеты или химическая промышленность, изменяют атмосферные условия в достаточной степени для образования облаков, которые могут использовать квалификатор. гомогенит из-за своего антропного происхождения.

Классификация облаков

В Международный облачный атлас опубликовано Всемирная метеорологическая организация обобщает предложение, сделанное Люк Ховард в начале 19 века и во всех последующих модификациях. Каждое облако имеет название на латыни, и облака классифицируются в соответствии с его род, 'разновидность, разнообразие :

  • Есть 10 роды (множественное число от род) (например, кучевые облака, слоистый, так далее...).
  • Есть ряд разновидность для этих роды которые описывают форму, размеры, внутреннюю структуру, тип вертикального движения (например, stratus nebulosus для слоев, покрывающих все небо). Виды исключают друг друга.
  • Разновидность можно далее разделить на разновидности которые описывают их прозрачность или их расположение (например, stratus nebulosus opacus для слоев, покрывающих все небо и толстых).

Для описания происхождения облака можно добавить дополнительные термины. Гомогенит суффикс, означающий, что облако возникло в результате человеческой деятельности.[5] Например Кучевые облака возникшие в результате человеческой деятельности, называется Кучевые гомогениты и сокращенно CUa. Если гомогенит облако одного рода переходит в другой тип рода, оно называется гомомутатус облако.[6]

Процесс создания

Международная классификация облаков разделяет разные роды в трех основных группах облаков в зависимости от их высоты:

  • Высокие облака
  • Средние облака
  • Низкие облака

Однородные облака будут создаваться разными источниками на этих разных уровнях.

Высокий гомогенитус

Следы конденсата с Cirrocumulus homogenitus (Cca) и Cirrostratus homogenitu (Csa) наблюдался над Барселоной (Испания, ноябрь 2010 г.).

Несмотря на то, что три рода высоких облаков, Cirrus, Перисто-кучевые облака и Cirrostratus, сформируйте в верхней части тропосфера, вдали от поверхности земли, они могут иметь антропогенное происхождение. В этом случае процесс их образования практически всегда один и тот же: полет коммерческих и военных самолетов. Выхлопные продукты от сгорания керосин выталкиваемые двигателями обеспечивают водяной пар в эту область тропосферы.

Кроме того, резкий контраст между холодным воздухом высоких слоев тропосферы и теплым и влажным воздухом, выбрасываемым авиационными двигателями, вызывает быструю сублимацию водяного пара с образованием небольших частиц. кристаллы льда. Этот процесс также усиливается наличием большого количества ядер конденсации, образующихся в результате сгорания. Эти облака широко известны как следы конденсации (следы ) и изначально являются линейными перистые облака это можно было бы назвать Cirrus homogenitus (ЦИА). Из-за большой разницы температур между выпускаемым воздухом и окружающим воздухом образуются мелкие конвекция процессы. Эти процессы способствуют эволюции следов конденсации к Cirrocumulus homogenitus (Cca).

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 внутри инверсионных следов быстро испаряется, и ее можно наблюдать только на расстоянии нескольких сотен метров от самолета. С другой стороны, если влажность достаточно высоко, существует лед перенасыщение и гомогенит стать широким и может существовать часами. В последнем случае, в зависимости от ветровых условий Cca может развиться до Cirrus homogenitus (aCi), или же Cirrostratus homogenitus (Csa). Существование и постоянство этих трех типов высоких антропогенных облаков может указывать на приближение устойчивости воздуха. В некоторых случаях при большой плотности воздушного движения эти высокие гомогенит может препятствовать образованию естественных высоких облаков, поскольку инверсионные следы улавливают большую часть водяного пара.

Средний гомогенитус

Промежуточные слои тропосферы - это регионы с меньшим влиянием человеческой деятельности. Этот регион находится достаточно далеко от поверхности, чтобы на него не влияли выбросы с поверхности. Кроме того, коммерческие и военные рейсы пересекают этот регион только во время восходящих или нисходящих маневров. Более того, в этой области существуют два типа облаков с большой горизонтальной протяженностью: Нимбостратус и Альтостратус, которые не могут возникнуть в результате человеческой деятельности. Следовательно, предполагается, что нет никаких антропных облаков этих двух роды. Однако то, что может произойти, - это усиление существующих Нимбостратус или Альтостратус из-за дополнительного водяного пара или ядер конденсации, выделяемых, например, тепловой электростанцией.

Единственные антропные облака, существующие в средней части тропосферы: Высококучевые гомогениты (Aca) от инверсионных следов в этом регионе.

Низкий гомогенит

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

Самая нижняя часть атмосферы - это область с наибольшим влиянием антропогенной эмиссии водяного пара, теплого воздуха и ядер конденсации. Когда атмосфера стабильна, дополнительный вклад теплого и влажного воздуха от выбросов увеличивается. туман формирование или слои Stratus homogenitus (Sth). Если воздух нестабилен, этот теплый и влажный воздух, выделяемый в результате деятельности человека, создает конвективное движение, которое может достигать повышенный уровень конденсации образуя антропное кучевое облако, или Кучевые гомогениты (Cuh). Этот тип облаков можно также наблюдать над загрязненным воздухом, покрывающим некоторые города или промышленные районы в условиях высокого давления.

Слоисто-кучевые гомогениты (Sch) представляют собой антропные облака, которые могут образоваться в результате эволюции Sth если атмосфера немного нестабильна или Cuh если атмосфера стабильная.

В заключение, Кучево-дождевые облака (Cb) представляет собой такое большое вертикальное развитие, что только в некоторых частных случаях они могут быть созданы антропными причинами. Например, большие лесные пожары могут привести к образованию пирокумулус что может развиться в Pyrocumulonimbus облако и ядерные взрывы производят грибовидные облака.

Эксперименты

Основные статьи: Туманная камера и Посев облаков

Антропогенное облако может быть создано в лаборатории или на месте изучить его свойства или использовать по назначению. Камеры облака - это герметичная среда, содержащая перенасыщенный пар воды или алкоголь. Когда заряженная частица (например, альфа или бета-частица ) взаимодействует со смесью, жидкость ионизируется. Результирующий ионы вести себя как ядра конденсации, вокруг которого образуется туман (поскольку смесь находится на грани конденсации). Засев облаков, форма изменение погоды, это попытка изменить количество или тип осадки что падает с облака, диспергируя вещества в воздуха которые служат конденсация облаков или ледяные ядра, которые изменяют микрофизические процессы в облаке. Обычно целью является увеличение количества осадков (дождя или снега), но подавление града и тумана также широко практикуется в аэропортах.

С этими двумя методами было проведено множество экспериментов. тропосфера. На больших высотах НАСА изучало индуцирование серебристые облака в 1960 и 2009 гг.[7][8][9] В 1984 году спутники трех стран приняли участие в эксперименте с искусственным облаком в рамках исследования солнечных ветров и комет.[10] Европейский спутник выпущен и загорелся барий и оксид меди на 43 000 миль в космосе, чтобы создать 2 000-мильный лилово-зеленый шлейф, видимый в течение 22 минут. Это было частью исследования магнитный и электрические поля.[11]

Планы по созданию искусственных облаков над футбольными турнирами на Ближнем Востоке были предложены в 2011 году как способ затенения и охлаждения. Катар 2022 год Чемпионат мира по футболу.[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 об антропных облаках в целом. Для частного случая Cia из-за инверсионных следов, IPCC оценивает положительное радиационное воздействие около 0,01 Вт · м−2.[нужна цитата ]

При аннотировании данных о погоде использование суффикса, указывающего на происхождение облаков, позволяет отличить эти облака от облаков естественного происхождения. Как только это обозначение будет установлено, после нескольких лет наблюдений, влияние гомопогенит на земле климат будут четко проанализированы.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Описание Уилсона камера тумана. Галисон, Питер Луи; Ассмус, Алекси (1989). «Глава 8: Искусственные облака, реальные частицы». В Гудинге, Дэвид; Пинч, Тревор; Шаффер, Саймон (ред.). Использование эксперимента: исследования в области естественных наук. Кембридж, Англия: Издательство Кембриджского университета. С. 225–273. ISBN  978-0-521-33185-2.
  2. ^ Российские ученые создают искусственное облако 28 августа 2010 г. 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: Эльзевир. стр.100–101. ISBN  978-0-08-095445-5.
  5. ^ «Гомогенитус». Всемирная метеорологическая организация. Архивировано из оригинал 27 марта 2017 г.. Получено 27 марта 2017.
  6. ^ "Homomutatus". Всемирная метеорологическая организация. Архивировано из оригинал на 2017-03-26. Получено 27 марта 2017.
  7. ^ «Искусственное облако запущено». Ньюбург-Бикон Новости. AP. 25 мая 1960 г. с. 8A - через поиск в архиве новостей Google.
  8. ^ Искусственное облако, созданное на краю космоса 23 сентября 2009 г. Номер журнала 2727 New Scientist
  9. ^ Исследование искусственного облака в ночное время с помощью ракеты-носителя НАСА 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. Калгари Геральд
  12. ^ Дуглас Стэнглин «Искусственное облако, призванное обеспечить тень на чемпионате мира 2022 года в Катаре», 22 марта 2011 г. USA Today

Библиография

  • Ховард, Л. 1804: Об изменении облаков и принципах их создания, приостановки и разрушения: это суть эссе, прочитанного перед Аскезианским обществом на сессии 1802–03. Дж. Тейлор. Лондон.
  • IPCC 2007 AR4 WGI WGIII.
  • Marquart, S. и B. Mayer, 2002: К надежной оценке GCM радиационного воздействия инверсионного следа. Geophys. Res. Lett., 29, 1179, DOI: 10.1029 / 2001GL014075.
  • Маркварт С., Понатер М., Магер Ф. и Саузен Р., 2003: Будущее развитие защиты от инверсионных следов, оптической глубины и радиационного воздействия: последствия увеличения воздушного движения и изменения климата. Журнал климатологии, 16, 2890–2904.
  • Мазон Дж., Коста М., Пино Д., Лоренте Дж., 2012: Облака, вызванные деятельностью человека. Погода, 67, 11, 302–306.
  • Метеорологический глоссарий Американского метеорологического общества: http://glossary.ametsoc.org/?p=1&query=pyrocumulus&submit=Search
  • Миннис П., Кирк Дж. И Нордин Л., Уивер С., 2003. Частота следа контраста над Соединенными Штатами по данным наземных наблюдений. Американское метеорологическое общество, 16, 3447–3462.
  • Миннис, П., Дж. Эйерс, Р. Паликонда и Д. Фан, 2004: инверсионные следы, тенденции перистых облаков и климат. J. Climate, 14, 555–561.
  • Норрис, Дж. Р., 1999: О тенденциях и возможных артефактах в облачном покрове глобального океана в период с 1952 по 1995 год. J. Climate, 12, 1864–1870.
  • Пеннер, Дж., Д. Листер, Д. Григгс, Д. Доккен и М. МакФарланд, 1999: Специальный отчет по авиации и глобальной атмосфере. Издательство Кембриджского университета, 373 стр.
  • Стубер, Н., и П. Форстер, 2007: Влияние суточных колебаний воздушного движения на радиационное воздействие встречных полос. Атмос. Chem. Phys., 7, 3153–3162.
  • Стубер, Н., и П. Форстер, Г. Рэдель и К. Шайн, 2006: Важность суточного и годового цикла воздушного движения для инверсионного радиационного воздействия. Природа, 441, 864–867.
  • Всемирная метеорологическая организация (1975 г.). Международный атлас облаков: Руководство по наблюдению облаков и других метеоров. ВМО-№ 407. I (текст). Женева: Всемирная метеорологическая организация. ISBN  9263104077.
  • Всемирная метеорологическая организация (1987). Международный атлас облаков: Руководство по наблюдению облаков и других метеоров. ВМО-№ 407. II (тарелки). Женева: Всемирная метеорологическая организация. С. 196. ISBN  9263124078.