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:

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

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:

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

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

Библиография