М=ms,

(2)

где:

~

m - показатель преломления вещества частиц;

n(c) - функция распределения частиц по размерам;

l - длина волны.

c=2pr/l -характеристика поглощения (3);

k(m, c) - фактор эффективности рассеяния на частице радиуса r;

ra - плотность аэрозольного вещества.

Приближенно h»k,(mc)/c. (4) ;

Приближение допустимо в случае, когда фактор эффективности рассеяния на частице соответствует максимуму своего значения.

Реальный антропогенный аэрозоль плохо описывается теоретическими функциями распределения.

Экспериментально, при помощи лазерного зондирования атмосферы был проведен ряд измерений и описан в трудах Кауля, Самохвалова и др [8]. В результате измерений наблюдалась зависимость сигнала обратного рассеяния и массовой концентрацией антропогенного аэрозоля. Анализ экспериментальных данных показал, что они хорошо описываются формулой (1) при m=0,52 + 0,34 ;

Были произведены расчеты и построен график зависимости s от М. при перем. М ( r » const )/ (смотри плакат № 3.) Для рассчетов использовалась программа Microsoft Excel.

Оптическая толщина атмосферы расчитывается по формуле

t=aò¥srds.

Зная изменение оптической толщины антропогенного аэрозоля можно оценить влияние аэрозоля на изменение температуры у поверхности земли.

Отметим, что при любом изменении температуры вблизи земли, т. е. Как при ее понижении (Т2<Т1), так и при е повышении (Т2>Т1), образуется достаточно мощная облачность, нередко распространяющаяся на всю тропосферу. При понижении температуры, помимо облачности, образуется еще и туман, нередко сливающийся с облачностью.

Объясняется это тем, что под влиянием восходящих движений (v>0) и устойчивой стратификации (при расчете g0 полагали равным 0.60С/100м) температура воздуха ан всех высотах со временем понижается, а удельное влагосодержание растет (ds/dt = - v (ds/dz); так как ds/dz < 0, а v > 0, то ds/ dt > 0). Турбулентный обмен также способствует накоплению водяного пара в тропосфере: поступивший в процессе испарения с земной поверхности пар в стратосферу не уходит, поскольку на тропопаузе поставлено условие dq/dz = 0.

Анализ многочисленных опытных данных показал, что водность в облаке зависит прежде всего от температуры. Экспериментально установлена следующая зависимость средней удельной водности облака от температуры:

d0 = 0.201(Т/р)exp[17.86(1 - 258/T)],

где: d0 - средняя удельная водность облака в г/кг;

p – атмосферное давление в гектопаскалях;

Т – температура в кельвинах.

Если d - удельная водность облака, определенная для момента времени t , то просуммированная от нижней до верхней границы облака разность r(d- d0) будет представляять собой количество осадков, которые выпадут из облака за время t. Результаты расчетов представлены на графике (рис. ).

Cледующим направлением работы будет являться изучение влияния антропогенного аэрозоля на микрофизические характеристики атмосферы, в частности, на туманы и облака.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящее время концентрация антропогенного аэрозоля в атмосфере возрастает, что связано с увеличением промышленных выбросов в результате активной хозяйственной деятельности человека. Это обстоятельство делает необходимым учет влияния аэрозоля на климат. Результаты математического моделирования свидетельствуют о его ощутимой чувствительности к аэрозольно-радиационным эффектам.

Антропогенные аэрозоли в целом отличаются более сильным поглощением радиации, чем естественные. Однако в настоящее время было бы преждевременно делать вывод о том, что дальнейшее увеличение кон-центрации антропогенного аэрозоля должно привести к потеплению, поскольку частицы антропогенного аэрозоля также играют роль ядер конденсации, а рост концентрации последних должен вести к понижению температуры поверхности. Вместе с тем никакой глобальной сети для мониторинга облачных ядер конденсации не существует, и все рассуждения по этому вопросу носят умозрительный характер.

Расчеты и результаты экспериментов подтвердили предположение о зависимости физических параметров атмосферы от оптических характеристик аэрозоля. В частности изменение температуры поверхности и связанное с ним изменение средней удельной водности в облаке с ростом оптической толщины аэрозоля. Аэрозоли также влияют на микрофизику осадков и химию атмосферы.

В последнее время появилось много публикаций, посвященных обсуждению сценариев двух возможных климатических катастроф, основную роль в которых играет аэрозоль. Было отмечено, что обширные пожары, вызванные массовыми ядерными взрывами в ходе глобального конфликта, могут вызвать появление на значительной части земного шара настолько плотной пелены дыма, что в результате изменится климат. Наше понимание климатических эффектов ядерного конфликта еще в течение некоторого времени будет ограничено неопределенностями, связанными с формированием, поведением и устойчивостью атмосферы как коллоида.

Особую роль при оценке влияния аэрозоля на климат играет учет облачной и альбедной обратных связей, а также моделирование циркуляции океана в рамках объединенных моделей глобальной циркуляции.

Следующим этапом работы будет являться описание таких процессов, как генерация аэрозоля на поверхности, его вертикальный и горизонтальный перенос, генерацию и превращения in situ (гетерогенные превращения по механизму газ-частица, коагуляцию, седиментацию, перемешивание и т. д.). Для модели аэрозоля необходимо провести инвентаризацию источников и стоков аэрозоля и их временных трендов. При наличии подобных параметризаций окажется возможным включать аэрозольные эффекты в модели общей циркуляции атмосферы и климата в форме кинетических уравнений, учитывать их вклад в радиационный член в уравнении баланса тепла и параметризовать их при моделировании цикла облачности.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Атмосферный аэрозоль и его влияние на перенос излучения. /Под ред. К. Я. Кондратьева/.- Л.: Гидрометеоиздат, 1978.- 120 с.

2. Аэрозоль и климат./Под ред. К. Я. Кондратьева/.-Л.: Гидрометеоиздат, 1991.- 191 с.

3. Берлянд М. Е., Кондратьев К. Я. Города и климат планеты.- Л.: Гидрометеоиздат, 1972.- 40 с.

4. Зуев В. Е., Кауль Б. В., Самохвалов И. В. Лазерное зондирование промышленной дымки.- В кн.: Распространение оптических волн в атмосфере. Новосибирск: Наука, 1975, с. 160-164.

5. Ивлев Л. С. Химический состав и структура атмосферных аэрозолей.- Л.: Изд. ЛГУ, 1982.- 366 с.