34675

Прямий аерозольний вплив аерозолів на клімат. Непрямий аерозольний ефект впливу на клімат

Лекция

Экология и защита окружающей среды

Вивчення впливу аерозолів збільшення вмісту яких в значній мірі теж пов’язане з діяльністю людини розпочалося лише в 1990х роках. Тому існує ще досить багато невизначеностей щодо кліматоформуючої ролі аерозолів. На відміну від парникових газів які досить рівномірно розподілені в атмосфері завдяки довготривалому перемішуванню час перебування деяких з них в атмосфері може досягати 100 років розподіл аерозолів дуже нерівномірний.

Украинкский

2013-09-08

259.5 KB

4 чел.

Прямий аерозольний вплив аерозолів на клімат

Непрямий аерозольний ефект впливу на клімат

Аналіз сучасного стану теорії клімату, а також результати робіт, що посвячені оцінці ролі аерозолю як кліматоутворюючого чинника , свідчать про важливу роль аерозольно-радіаційних ефектів.

Про вплив антропогенних парникових газів на клімат стало відомо вже досить давно і декілька десятиліть ця проблема стоїть в центрі уваги вчених. Вивчення впливу аерозолів, збільшення вмісту яких в значній мірі теж пов’язане з діяльністю людини, розпочалося лише в 1990-х роках. Тому існує ще досить багато невизначеностей щодо кліматоформуючої ролі аерозолів.

На відміну від парникових газів, які досить рівномірно розподілені в атмосфері завдяки довготривалому перемішуванню (час перебування деяких з них в атмосфері може досягати 100 років), розподіл аерозолів дуже нерівномірний. Час перебування їх в атмосфері дуже короткий, тому найбільші концентрації їх спостерігаються навколо джерел викидів. На розподіл аерозолів впливає також циркуляція атмосфери: регіональна і локальна циркуляція дуже ускладнює загальні закономірності розподілу аерорзолей, а, отже, ускладнює і вивчення їх кліматичного ефекту.

Tab. 2: Кліматичні ефекти аерозолів 

Назва

Прямий вплив

Вплив на верхню межу атмосфери

Вплив на приземний шар атмосфери

Прямий ефект

Відбиття радіації, часткове поглинання

Охолодження,
частковий підігрів

Охолодження

Опосередкований ефект

Конденсація води, утворення хмар,
Льодових та змішаних хмар

Охолодження,
частковий підігрів

Охолодження,
частковий підігрів

Напівпрямий ефект

Поглинання  та руйнування хмар

Підігрів

Підігрів

Аерозоль як елемент кліматичної системи відіграє подвійну роль, по-перше, безпосередньо впливаючи на умови переносу радіації в атмосфері, а по-друге, змінюючи протяжність, мікроструктуру і радіаційні властивості хмарності. Поглинаючи сонячну і теплову радіацію, аерозоль обумовлює нагрівання тих областей атмосфери, де він локалізований. Змінюючи радіаційний баланс на рівні верхньої межі атмосфери, аерозоль впливає на тепловий баланс кліматичної системи в цілому. Ці радіаційні збурення можуть призводити до варіацій температури атмосфери і земної поверхні, а потім і до змін інших параметрів клімату [1].

Аерозольні частинки мають властивість збільшувати альбедо атмосфери, зменшуючи таким чином частку радіації, яка досягає земної поверхні. При наявності аерозольного поглинання радіації має місце пряма "підкачка" енергії в атмосферу. Таким чином винакає "антипарниковий" ефект, коли атмосфера нагрівається, а поверхня охолоджується. Однак, так як поглинальний аерозоль є інфрачервоним випромінювачем, одночасно повинна спостерігатись і зворотня дія – посилення парникового ефекту атмосфери. Загальний ефект присутності поглинаючого і розсіюючого радіацію аерозоля в атмосфері залежить від співвідношення між коефіціентами поглинання в короткохвильовому і інфрачервоному діапазонах, а також від альбедо підстильної поверхні, висоти сонця і умов хмарності. Антропогенний аерозоль характеризується більш інтенсивним, ніж природний, поглинанням радіації [11], і подальше збільшення його вмісту повинно призвести до зменшення альбедо безхмарних районів планети, а, отже, - до збільшення температури [1; 9].

5.1. Прямий радіаційний  ефект аерозолей

Радіаційний форсинг аерозолів визначається як різниця між кількістю радіації на верхній межі атмосфери в сучасний та доіндустріальний  період. Оцінка прямого впливу аерозолів на радіаційний баланс дає досить широкі


Abb. 8:
Прямий радіаційний  ефект аерозолів

Прямий вплив аерозолів на формування клімату полягає в зміні радіаційного балансу на рівні верхньої межі атмосфери. З одного боку аерозолі збільшують альбедо атмосфери, зменшуючи таким чином частку радіації, яка досягає земної поверхні. В результаті цього може відбуватися охолодження приземних шарів атмосфери.

МГЕЗК оцінює зміну радіаційного балансу, спричиненого впливом аерозолів за період від початку індустріалізації такими величинами: - 0,4 Вт/м2 для сульфатних аерозолів та -0,2 Вт/м2  для органічних аерозолів – продуктів спалювання біомаси, - 0,1 Вт/м2 для органічних аерозолів – продуктів спалювання викопних видів палива14

Це означає. що

 

Антропогенні аерозолі (в першу чергу, сульфати, органічний вуглець, чорний вуглець, нітрати і пил) спільно спричиняють охолоджуючий ефект, з сумарним випромінювальним ефектом -0.5 [- 0.9 ... – 0.1] Вт/м2 та непрямим ефектом альбедо хмар -0.7 [-1.8 ... – 0.3] Вт/м2. Завдяки вдосконале- ним супутниковим та наземним дослідженням in

situ та вдосконаленому моделюванню, ці ефекти наразі краще зрозумілі, ніж в період написання  Третьої оціночної доповіді ІРСС. Аерозолі також впливають на тривалість періоду існування хмар та опади. {2.4, 2.9, 7.5}


Abb. 8a: Прямий вплив сульфатних аерозолів на радіаційний баланс (порівняння 1990 з 185016a 


Abb. 9: Die direkte Störung der Strahlungsbilanz durch anthropogene Aerosole
20

5.2. Непрямий аерозольний ефект

Модельні розрахунки показали, що збільшення радіаційного форсингу на верхній межі атмосфери на 1 W/м2 призводить до підвищення температури повітря в приземному шарі атмосфери на 0,5-0,8 oC.

З 2,4 W/м2 додаткової радіації, яка, починаючи з 1750 р. за оцінками МГЕЗК  (рис. 1 (SPM-2) сформувалася завдяки парниковому ефекту від довгоживучих парникових газів CO2, CH4, N2O та FCKW, 0,4 W/м2 поглинається океаном. 2 W/м2, які залишаються, можуть спричинити потепління від 1 до 1,6 oC. Проте цього не відбувається: реальне потепління оцінюється величиною 0,6 - 0,7 oC.  Цілком очевидно, що за цю різницю (0,4 – 0,9 oC)  відповідає аерозольна компонента земної атмосфери, яка за даними тієї ж МГЕЗК [Зміна клімату 2007: фізична наукова база] зменшує потік радіації на 1 W/м2.

За даними Метеорологічного інституту Макса Планка (м Гамбург, Німеччина) завдяки аерозолям з 1860р.  по1985 р. середня глобальна температура приземного шару атмосфери зменшилася на 0,9 oC.

Значення аерозолів на формування глобального клімату можна оцінити і таким чином: якби не вплив аерозолів, то сумарне потепління завдяки парниковому ефекту вже зараз могло б досягти 1,7oC. Зміна ж середньої глобальної температури навіть на 1oC може мати великі негативні екологічні наслідки, адже цього досить для зміщення ізотерм на земній поверхні на 260 км, що приведе до зміни природних умов у багатьох регіонах світу.

Рис.11. Зміна середньої приземної температури з урахуванням впливу аерозолів (прямий і опосередкований ефект) на радіаційний режим  в порівнянні із  її значенням  в доіндустріальний період. Результати розрахунків за моделлю Метеорологічного інституту Макса Планка (м Гамбург, Німеччина) [28. verändert nach Feichter,J., E. Roeckner, U. Lohmann, and B. Liepert (2004): Nonlinear Aspects of the Climate Response to Greenhouse Gas and Aerosol Forcing, Journal of Climate 17, 2384-2398а]

Рис. 11 показує, що вплив аерозолів  проявляється в глобальному масштабі і виражається у зменшенні температур. Температурний ефект  аерозолів залежить від їх просторового розподілу:  він найсильніше проявляється в північній півкулі; над континентами він більший, ніж над океаном.

Помітний прояв цього впливу на території Сибіру та в полярних зонах. Значну роль у цьому відіграє фактор альбедо снігового покриву, формуванню і поширенню якого в свою чергу сприяє охолодження приземного шару повітря  за рахунок аерозольного ефекту. Сніговий покрив чудово відбиває сонячну радіацію і сприяє подальшому охолодженню повітря.

На  малозабруднених  океанічних просторах Південної півкулі вплив аерозолів на клімат має найменші значення.

На усіх географічних широтах посилення глобального потепління над континентами, що викликане впливом парникових газів, набагато перевищує „охолоджуючий” ефект аерозолів (рис.12).


Рис. 12: Результати моделювання впливу парникових газів (верхня крива), аерозолів (нижня крива) та одночасного впливу парникових газів і аерозолів(середня крива) на зміну температури повітря над континентами в порівнянні з її значенням в доіндустріальний період (0 oC). [29. verändert nach Feichter,J., E. Roeckner, U. Lohmann, and B. Liepert (2004): Nonlinear Aspects of the Climate Response to Greenhouse Gas and Aerosol Forcing, Journal of Climate 17, 2384-2398]

Підвищення середньої глобальної температури приземного шару атмосфери в ХХ столітті в дві стадії ( до і в 40-і роки та починаючи з 70-х років) свідчить, що до цього причетні не тільки парникові гази та аерозолі, а й інші чинники, такі, наприклад, як коливання сонячної активності, вулканічна діяльність, тощо.

Хід температури в останні десятиріччя чітко обумовлений з одного боку впливом парникових газів, з іншого -  аерозолів. Враховуючи природні фактори впливу на клімат виникає дивний парадокс: з одного боку глобальна температура стабільно зростає, а з іншого – численні метеорологічні станції по всьому світу реєстрували зменшення припливу сонячної радіації на земну поверхню з 1960-х по 1980-і роки на 7 W2 або в середньому для земної кулі на  4%.

Пояснення можна знайти в зростанні викидів антропогенних парникових газів та пов'язаним із ним, з одного боку, зростанням вмісту водяної пари в атмосфері, а з іншого боку – збільшенням вмісту антропогенних аерозолів в атмосфері та пов’язаним з ним збільшенням хмарності (покриття хмарами?). [30. Liepert, B.G., J. Feichter, U. Lohmann, E. Roeckner: Can aerosols spin down the water cycle in a warmer and moister world?, Geophys. Res. Lett., 31, No. 6, doi: L0620710.1029/2003GL019060].

Аерозолі послаблюють безпосередньо надходження сонячної радіації у вільній від хмар атмосфері та опосередковано через їх вплив на хмароутворення.

До цього слід додати, що аерозолі, сприяючи охолодженню земної поверхні та частково потеплінню в середній тропосфері, змінюють вертикальний температурний профіль. Це може внести певні зміни в гідрологічний цикл.


Рис. 13:  Глобальний широтний розподіл сонячної радіації на земній поверхні в 1958р. і в 1992 р. [32. Trenberth, K.E., A. Dai, R.M. Rasmussen, and D.B. Parsons (2003): The Changing Character of Precipitation, pBulletin of the American Meteorological Society 84, 1205-1217]

Загальноприйнято вважати, що гідрологічний цикл внаслідок глобального потепління спричиненого зростанням вмісту парникових газів значно інтенсифікувався [32. Trenberth, K.E., A. Dai, R.M. Rasmussen, and D.B. Parsons (2003): The Changing Character of Precipitation, pBulletin of the American Meteorological Society 84, 1205-1217]. Майже усі кліматичні моделі показують, що нагрівання земної поверхні на 1oC сприяє збільшенню випаровування, особливо з поверхні океану, та збільшенню атмосферних опадів на 2-3%.

Особливо збільшується випаровування коли пружність водяної пари нагрітої атмосфери збільшується. Спостереження, проведені в останні 50 років, загалом підтверджують ці модельні розрахунки (за виключенням окремих регіонів, де випаровування не збільшується). Можливим поясненням цього може бути зменшення сонячної радіації через збільшення хмарності. або вмісту аерозолів в атмосфері.

Модельні розрахунки підтверджують такі зв’язки [34. Liepert, B.G., J. Feichter, U. Lohmann, E. Roeckner: Can aerosols spin down the water cycle in a warmer and moister world? Geophys. Res. Lett., 31, No. 6, doi: L0620710.1029/2003GL019060  ]: збільшення  хмарності та  вмісту аерозолів в атмосфері в останні десятиліття за даними моделювання призводить до зменшення притоку сонячної радіації на земну поверхню на величину 5,2 (над континентами) і  на 3,8 W2 (глобальна величина).

Аерозолі протидіють впливу парникових газів на випаровування та опади. По-перше, вони уповільнюють (зменшують) випадання опадів завдяки їхньому впливу на формування розміру крапель.

По-друге, зменшується випаровування через аерозольне „перехоплення” потоку сонячної радіації і, як наслідок, відбувається зменшення кількості опадів.

По-третє, нагрівання нижньої атмосфери завдяки поглинанню сонячної радіації аерозолями, перш за все частинками сажі, зменшує вертикальний температурний градієнт (уповільнюється зниження температури з висотою) а це ослаблює підйом теплого насиченого водяною парою повітря і  уповільнює процеси опадоутворення.

Нагрівання нижньої атмосфери, знову ж таки завдяки частинкам сажі,  теж приводить до зменшення хмарності та опадів35.  Цей ефект, поки що не був підтверджений метеорологічними спостереженнями, проте модельні розрахунки свідчать про дуже чіткий звязок.

Останні модельні розрахунки показали,36 що зміна величини випаровування та кількості опадів за рахунок аерозольного ефекту може бути більшою, ніж за рахунок парникового ефекту. Гідрологічний цикл реагує на зміну вмісту аерозолів втричі сильніше, ніж на зміну концентрації парникових газів.

Під час глобального потепління гідрологічний цикл інтенсифікується, але вплив аерозолей на радіаційний потік, що надходить на поверхню землі є достатнім для того, щоб пригальмувати його. Це проявляється, в першу чергу, у зменшенні опадів, особливо помітному над регіонами з високим аерозольним навантаженням. Оскільки опади є основним механізмом видалення аерозолів з атмосфери, то їх зменшення приводить до підвищення концентрації аерозолів. Крім того, охолодження земної поверхні завдяки аерозольному ефекту стабілізує нижній шар атмосфери і зменшує конвекцію. Отже, на регіональному рівні роль аерозольного чинника на формування клімату може бути ефективнішим, ніж  роль парникових газів, які мають більше значення для глобальних кліматичних процесів.

Прикладом може бути зменшення опадів в окремих регіонах, особливо над континентами в низьких широтах.

Антропогенний аерозольний ефект сильно залежить від стану клімату. За однакових емісій концентрація аерозолів в атмосфері для умов клімату з парниковим ефектом нижча, ніж для клімату без парникового підігріву. Через парниковий підігрів кількість аерозолів в атмосфері зменшується. Причиною є коротший час перебування аерозолів в атмосфері, обумовлений посиленням опадів і, відповідно, вимиванням аерозолів.

В більш холодному кліматі спостерігається послаблення гідрологічного циклу, що повязано з довшим часом перебування аерозолів і, відповідно, їх більшим просторовим поширенням.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

81711. Футуризм как литературное направление. Анализ одного стихотворения поэта-футуриста 38.85 KB
  В творчестве Хлебникова Бурлюка зазвучали отголоски славянофильства свойственного русскому декадентству начала века. Хлебникова посвоему раннего Маяковского. Хлебникова В. Основные положения футуристической программы выразились в творчестве Велимира Хлебникова Виктора Владимировича Хлебникова 1885 1922 ведущего участника группы кубофутуристов или будетлян как назвал их поэт.
81712. Мысль семейная в произведениях отечественной классики 19 веке 32.23 KB
  Писатель считает что основой формирования личности является семья. Семья в понимании Т. Идеалом семейного бытия является семья Ростовых. и княжны Марьи состоявшееся Семья Н.
81713. Фантастические мотивы и образы в произведениях отечественной литературы 46.25 KB
  Петербургские повести с включением Коляски и отрывка Рим были объединены Гоголем в III томе Собрания его сочинений в 1842 г. Три повести Арабесок рассредоточены по всему сборнику чередуясь с историческими и эстетическими этюдами. Портрет является опытом создания романтической фантастической повести на современном материале. В повести она воплощается в образе ростовщика Петромихали его денег его страшного портрета.
81714. Тема России в поэзии А. Блока. Чтение наизусть и разбор одного стихотворения 32.56 KB
  В основе символизма лежит философия Владимира Соловьева, именем которого было ознаменовано для Блока - и не для него одного – начало 90 – х г. г. 19 в., то есть период « Прекрасной Дамы». Учение, теократию В. Соловьева можно довольно точно определить как воплощение духовного в жизненном. Вечная Женственность
81715. Черты социально – бытовой драмы и высокой трагедии в пьесе А. Островского « Гроза». Речевая характеристика персонажей 35.44 KB
  Катерина луч света в темном царстве по выражению Добролюбова появилась не откуда-то из просторов другой жизни другого исторического времени ведь патриархальный Калинов и современная ему Москва где кипит суета или железная дорога о которой рассказывает странница Феклуша это разное историческое время а родилась сформировалась в тех же калиновских условиях. О подробно демонстрирует это уже в экспозиции пьесы когда Катерина рассказывает Варваре о своей жизни в девичестве Главный мотив этого рассказа все пронизывающая любовь к...
81716. Противопоставление героев (Обломов – Штольц, Обломов – Ольга) и его значение в идейном содержании романа И.А.Гончарова «Обломов» 34.08 KB
  В 1849 г в альманахе Литературный сборник с иллюстрациями при журнале Современник был напечатан Сон Обломова. Современник признал мастерскими и правдивыми сцены из усадебной жизни и увидел в Сне Обломова творческий шаг вперед по сравнению с Обыкновенной историей. Но степень объективной моральной ценности Обломова все же невелика. Внутреннее единство барина и опустившегося слуги Захара трагикомическое по своей сути воспринимается как фарсовый вариант морального умирания Обломова.
81717. Лирика С. А. Есенина. Основные темы, идеи, художественное мастерство. Чтение наизусть одного стихотворения 44.16 KB
  Уже первый и единственный вышедший до революции сборник поэта Радуница 1916 содержал в себе эстетически завершенную картину деревенского мира воплощенную в такой же цельной системе неповторимых есенинских образов и интонаций. Так намечается уход поэта из реального мира на поиски какойто заповедной родины нездешних полей и перелесков неразгаданной земли скрытых от его взора синим мраком куда тем не менее влечется его душа. Туда в свою вневременную звездную стихию и устремляется душа поэта. В стихотворении Там где вечно...
81718. Образ Наполеона и тема наполеонизма в произведениях отечественной классики 19 века 31.37 KB
  В связи с этим возникает вопрос о роли личности в данном историческом событии и в истории вообще. утверждает решающую роль народных масс в истории. Вопрос о роли личности в истории поднимается в начале 3 тома 1 часть 1 глава: 1. Применительно к истории личность в большей степени действует бессознательно чем сознательно.
81719. Конфликт поколений и его разрешение в романе И. Тургенева « Отцы и дети» 35.11 KB
  Либералам противопоставлен нигилист Базаров в котором читатель без труда узнавал выразителей идей и настроений революционной молодежи. Базаров выражает эти идеи и настроения в самой крайней форме. Такова логика Базарова поэтому вместе с постановлениями отжившего крепостнического строя и либеральным реформаторством он так же категорично отрицает любовь поэзию музыку красоту природы философское мышление семейные связи альтруистические чувства такие нравственные категории как долг право обязанность. Базаров выступает сознательным...