Экологический портал

Главная страница экологического портала Правила карта сайта Обратная связь
Навигация по сайту
Это интересно!
Присоединяйся!
Наш опрос
Как вы связаны экологией ?
Работаю экологом.
Учусь в институте на эколога.
Изучаю экологию в школе.
Участвую в олимпиаде по экологии.
Просто увлекаюсь экологией.
Никак не связан с экологией.

Сейчас на сайте
Сейчас на сайте:
Пользователей: 0
Отсутствуют.
Роботов: 1
Yandex
Гостей: 6
Всех: 7
Именниников сегодня нет

Нелинейность и пороговые эффекты

 Экологические статьи » Ядерная война - последствия  10-11-2010, 15:50  Author: BlogDix
 Температура поверхности суши определяется балансом между поступающей и теряемой энергией. Поступающая энергия складывается из энергии, приходящей от Солнца, и энергии нисходящего инфракрасного излучения атмосферы. Потери энергии происходят за счет инфракрасного излучения, испускаемого поверхностью, а также за счет передачи тепла от поверхности к атмосфере. Такая передача может происходить либо за счет мелкомасштабной конвекции (потоки явного тепла), либо в результате испарения влаги (потоки латентного тепла). Если интенсивность солнечной радиации, достигающей поверхности, уменьшается на малую величину, то энергетический баланс поверхности не изменяется, поскольку уменьшаются потери тепла за счет конвекции и испарения. В результате изменение температуры поверхности будет относительно небольшим. Однако если потоки солнечного излучения уменьшатся значительно, то конвекция и испарение полностью прекращаются и температура поверхности будет понижаться быстрее. Если ослабление солнечной радиации вызывается инжекцией в атмосферу поглощающего аэрозоля, например дыма, то теоретически возможно определить количество дыма, которое уменьшит солнечную энергию, достигающую поверхности, до такого уровня, когда конвекция подавляется. При дальнейшем увеличении массы аэрозоля и его оптической толщины поглощения температура поверхности будет быстро уменьшаться, пока оптическая толщина не увеличится настолько, что поток солнечной радиации у поверхности станет практически равным нулю. Ослабление солнечной радиации экспоненциально зависит от оптической толщины аэрозоля. Таким образом, если оптическая толщина поглощения равна единице, то, когда Солнце находится в зените, лишь 37% падающего света достигает поверхности. При увеличении оптической толщины на единицу достигнут поверхности только 37% из этих 37%, т. е. 14% падающего излучения. При оптической толщине, равной 3, поток, достигающий поверхности, упадет до 5% от невозмущенного значения. Дальнейшее увеличение количества дыма в вертикальном столбе атмосферы слабо будет влиять на результирующую температуру поверхности, так как солнечный поток становится настолько малым, что не вносит существенного вклада в энергетический баланс поверхности.
Представления о наличии предельной концентрации аэрозоля, дальнейшее увеличение которой вызывает быстрое падение температуры поверхности, и об экспоненциальном законе ослабления излучения при увеличении оптической толщины привели к понятию «пороговой» оптической толщины, при превышении которой следует ожидать возникновения тяжелых климатических последствий. В принципе такой «порог» можно охарактеризовать, указав оптическую толщину дымового слоя или его массу, если известны оптические характеристики аэрозоля. В действительности, однако, понятие порога является неточным и может привести к ошибкам, если его понимать слишком буквально, хотя оно и базируется на правильном представлении о высокой нелинейности процессов в загрязненной атмосфере.
С хорошей точностью критической оптической толщиной абсорбции можно считать оптическую толщину, при которой прекращается конвекция у поверхности. Однако эта величина является функцией ряда других переменных, в том числе вертикального распределения поглощающего аэрозоля, отношения оптических толщин рассеяния и поглощения (см., например, Cess et al., 1985), времени года, широты места и состояния атмосферы в момент инжекции. Вертикальное распределение и оптические свойства аэрозоля в свою очередь очень сильно зависят от типа источников дыма и мощности использованных взрывных устройств. Состояние же атмосферы в момент инжекции фактически нельзя предсказать заранее. О нем можно что-то сказать лишь за короткое время перед конфликтом (хотя, конечно, такая оценка будет неточной). Таким образом, фактически невозможно связать осредненную (по зоне или полушарию) оптическую толщину с конкретным количеством взорванных боеголовок или суммарной мощностью взрывов.
Более того, когда рассматриваются отдельные источники дыма и пыли и постепенное рассеяние возникающих облаков абсорбирующего материала (MacCracken, Walton, 1984; Thompson, 1985; Malone et al., 1985), очевидно, что в неоднородном аэрозольном слое локально будут возникать области с оптической толщиной, превышающей критическое значение, даже если суммарное количество абсорбента недостаточно, чтобы вызвать крупномасштабные климатические эффекты при равномерном его распределении по полушарию или по всей Земле. Такое явление наблюдали, в частности, Томпсон (Thompson, 1985) и М'ак-Кракен и Уолтон (MacCracken, Walton, 1984), которые рассматривали соответственно сценарии с инжекцией в атмосферу 60 и 15 млн. т дыма.
Поэтому, как указывал Шнайдер (Schneider, 1985), не существует конкретного минимального загрязнения атмосферы, такого, что при меньших выбросах дыма не возникают неблагоприятные погодные и климатические эффекты. Даже если бы оно существовало, при современном уровне адекватности климатических моделей точная оценка такого порогового значения невозможна. Таким образом, из-за нелинейности зависимости температуры поверхности от количества абсорбента мы не можем установить пороговое максимально допустимое количество дыма и пыли, которое еще не вызовет погодных и климатических катастроф в случае ядерной войны.
Другая потенциально важная нелинейность возникает в результате подъема дыма, возрастания устойчивости атмосферы и как следствие уменьшения вымывания аэрозольных частиц (Malone et al, 1985). В этих исследованиях при увеличении оптической толщины дыма до величины порядка 2—3 увеличивались относительное и полное количество поднятого аэрозоля благодаря увеличению локального нагрева дымового слоя. Однако при большей начальной массе дыма доля остающегося в атмосфере аэрозоля начинает уменьшаться. Этот эффект связан с тем, что при мощном загрязнении верхние слои аэрозоля экранируют нижние и тем самым препятствуют их подъему.
В результате большое количество аэрозоля остается в тропосфере и длительное время подвергается воздействию микрофизических процессов, способствующих выведению его из атмосферы.
загрузка...

Информация

Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии в данной новости.