Составители:
Рубрика:
сильно поглощают коротковолновую солнечную радиацию: некоторые газообразные примеси
(например, NO
2
) также поглощают коротковолновую радиацию, но в целом в этом процессе в
атмосфере доминируют сажевые частицы.
Облака, в особенности «толстые», усиливают по сравнению с чистым воздухом поглощение
за счет многократного рассеяния. В качестве примера рассмотрим непоглощающие облака
оптической толщины 100 (например, толщиной 2000 м). В случае отсутствия поглощения такое
облако отражало бы большую часть (свыше 90%) падающего на него коротковолнового излучения и
диффузно пропускало бы оставшуюся часть при умеренном поглощении на уровне 10
-6
м
-1
и
результирующей оптической толщине τ
a
=0,002, τω
0
=0,00008 при значении ω
0
=0,9986 и g=0,85.
Это в 10 раз больше поглощения теми же субстанциями в безоблачной атмосфере. Усиливающий
эффект многократного рассеяния совершенно очевиден, а поглощение в присутствие облачности —
существенно более сильное, если облака «толстые». Казалось бы, можно утверждать, что
загрязненные («грязные») облака должны быть темнее. В этом рассуждении, однако, не
принимаются во внимание эффекты оптической толщины (т.е. рассматривается величина ∂R/∂ω
0
, но
не учитывается ∂R/∂τ). Хотя утверждение, согласно которому облака бесконечной (или почти
бесконечной) оптической толщины должны темнеть при увеличении загрязнения, является верным.
Большая часть облаков на нашей планете обладает умеренной оптической толщиной (см. рис. 8.1) и
отражательной способностью, так что их оптические свойства зависят от изменений оптической
толщины и альбедо однократного рассеяния.
Рассеяние в облаках будет настолько превышать поглощение, что даже в наиболее толстых из
них последним вполне можно пренебречь: коэффициент рассеяния σ
p
в облаке, достигающий 0,02 м
-1
(что достаточно низко), и коэффициент поглощения σΠ=2
⋅
10
-7
м
-1
вместе дают ω
0
=0,99999, при таком
альбедо отражательная способность бесконечно толстого облака уменьшится меньше, чем на 1% по
сравнению со случаем отсутствия поглощения. Для того, чтобы отражение уменьшилось на 0,1 за
счет поглощения, даже при бесконечно большой оптической толщине облаков, в расчеты
необходимо ввести коэффициент поглощения σΠ=10
-4
м
-1
, что для большей части тропосферы
является явно завышенным.
Следует рассматривать не только распределение оптической толщины облаков в атмосфере,
но также оценивать вероятное увеличение концентрации облачных частиц и поглощения на
аэрозольных частицах. Такой анализ указывает на возможность существенного повышения
планетарного альбедо с ростом загрязнения. В случае, если эффекты загрязнения не изменяют цикла
«испарение — конденсация — осадки» настолько, чтобы изменить среднее количество водяного пара
в атмосфере, то загрязнение не повлияет на поглощение в полосах водяного пара. В почти
прозрачных промежутках между полосами поглощения водяного пара будет наблюдаться заметное
поглощение жидкой и твердой фазами воды. Загрязнение влияет на это поглощение, так как изменяет
размеры облачных капель, от которых зависит значение ω
0
.
При образовании облаков увеличение σ
p
сопровождается возрастанием ω=σ
p
/(σ
p
+σΠ) и
поэтому (1-ω)τ становится приблизительно постоянным и сопровождается ослаблением поглощения
при малых высотах Солнца и обратным эффектом при его больших высотах. Линейная зависимость
поглощения в облаках от значения
0
1
ω−
, а подкоренного выражения — от σ
погл
r, что
характерно для оптически «толстых» облаков, приводит к зависимости поглощения в облаке как N
-1/5.
Иначе говоря, в тех спектральных областях, где поглощение водяным паром мало, толстое облако,
концентрация капель в котором достигает 10 см
-3
, будет поглощать радиации всего лишь вдвое
больше, чем аналогичное облако, содержащее 1000 капель в 1 см
3
. Детальные расчеты подтверждают
эту тенденцию и порядок величины данного эффекта. Согласно таким расчетам облачный слой
толщиной 1 км поглощает 0,15 падающего на него солнечного излучения, если его водность, равная
0,3 г/см
3
, приходится на 10 капель в 1 см
3
, тогда как при концентрации капель 1000 см
-3
поглощение
составит 0,08. Учитываются поглощение водяным паром и эффекты оптической толщины, причем
эти эффекты противоположны эффекту альбедо однократного рассеяния, так как облако с большим
числом капель в единице объема имеет большую оптическую толщину τ, а при постоянном ω
0
поглощение растет вместе с τ.
В ближней ИК-области спектра имеет место также дополнительный эффект тропосферного
нагревания, поскольку «чистое» облако с меньшим числом капель отражает меньше и пропускает
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 165
- 166
- 167
- 168
- 169
- …
- следующая ›
- последняя »
