Cтраница 4
Обобщена информация по микрофизическим и оптическим свойствам атмосферного аэрозоля. Предпринят анализ имеющихся моделей аэрозоля и выполнена разработка новых моделей, позволяющих учесть влияние специфики оптических свойств глобального аэрозоля, обусловленной различием механизмов генерации и стока тропосферных и стратосферных аэрозолей. На основе разработанных моделей глобального аэрозоля выполнено численное моделирование с целью анализа влияния аэрозоля па спектральное распределение и пространственную структуру полей коротковолновой и длинноволновой радиации. Обсуждена проблема радиационного теплообмена в замутненной атмосфере. [46]
В дальнейшем следует принять во внимание присутствие и изменчивость микроструктуры пылевого аэрозоля. Хорошо известно, например, что после вулканических извержений сильно возрастает концентрация силикатных частиц. Существенными компонентами стратосферного аэрозоля являются сульфат и персульфат аммония. Таким образом, стратосферный аэрозоль состоит из различных компонентов. В частности, капли раствора серной кислоты могут содержать твердые включения из сульфата аммония. По-видимому, отношение содержаний серной кислоты и сульфата аммония уменьшается с ростом размера частиц. [47]
В дальнейшем следует принять во внимание присутствие и изменчивость микроструктуры пылевого аэрозоля. Хорошо известно, например, что после вулканических извержений сильно возрастает концентрация силикатных частиц. Существенными компонентами стратосферного аэрозоля являются сульфат и персульфат аммония. Таким образом, стратосферный аэрозоль состоит из различных компонентов. В частности, капли раствора серной кислоты могут содержать твердые включения из сульфата аммония. По-видимому, отношение содержаний серной кислоты и сульфата аммония уменьшается с ростом размера частиц. [48]
Высота, на которой счетная концентрация частиц стратосферного аэрозольного слоя принимает максимальное значение, претерпевает дрейф. Максимум оптической плотности стратосферного аэрозоля расположен на высоте г 20 км. В полярных широтах стратосферный аэрозольный слой расположен на меньших высотах, что обусловлено известной закономерностью общей циркуляции атмосферы, которая состоит в подъеме воздуха в стратосферу вблизи экватора и последующем меридиональном его переносе в тропосферу полярных районов. Максимум оптической плотности стратосферного аэрозоля в полярных районах достигается на высотах 12 - 15 км. [49]
Данные наблюдений указывают на подобие пространственно-временных распределений аэрозоля в обоих полушариях. Особенности годового хода стратосферного аэрозоля, амплитуда которого составляет около 7 5 - 105 частиц / см2, объясняются изменчивостью высоты тропопаузы. [50]
Юнге, стратосферный аэрозоль формируется в результате диффузии сернистого газа из тропосферы в стратосферу и возникновения сульфатного аэрозоля в ходе реакций окисления. По-видимому, одним из основных источников поступления сернистого газа в стратосферу являются выбросы вулканического материала. В периоды мощных вулканических извержений концентрация стратосферного аэрозоля может повыситься в несколько раз. [51]
Химический анализ данных, полученных в рассматриваемых трех полетах, показал, что сульфаты всегда являются доминирующим компонентом частиц, имеющих радиус от 0 03 до 1 мкм. По данным о концентрации частиц, полученным во время полета 12 ноября 1976 г., масса серной кислоты в столбе атмосферы 12 9 - 30 км сечением 1 см2 равна 1 1 - Ю-10 кг. Для полной нейтрализации этой серной кислоты до ( NH SC требуется 3 7 10 - п кг аммиака, что эквивалентно однородному отношению смеси 2 3 - 10 - 10 и общей массе аммиака в глобальной стратосфере, имеющей невероятное значение, порядка 108 кг. По-видимому, рассматриваемое явление резкого изменения природы стратосферного аэрозоля является локальным. Но даже и в этом случае оно связано с выбросом в стратосферу большого количества аммиака неизвестного происхождения. Обсуждаемые результаты свидетельствуют о большой важности прямых измерений стратосферного аэрозоля, поскольку обнаруженное радикальное изменение не могло быть зафиксировано при помощи косвенных оптических методик. [52]
Менее изученными являются органический аэрозоль и аэрозоль, образующийся в процессе газохимических превращений. Последние составляют тонкодисперсную фракцию атмосферного аэрозоля, отличающуюся высокой поглощательной способностью для излучения оптического диапазона. Дополнительными источниками аэрозоля, которые можно рассматривать как возмущения, являются извержения вулканов, степные и лесные пожары, антропогенные загрязнения. Мощность вулканического источника имеет сильные колебания, что обусловливает сильную временную изменчивость стратосферного аэрозоля. [53]
Для безоблачной атмосферы вертикальный профиль dT ( z) / dt в стратосфере очень сильно зависит от степени ее замутненности. Стратосферный аэрозоль имеет полосы поглощения в области окна прозрачности 8 - 12 мкм. За счет поглощения восходящего теплового излучения он нагревает стратосферу, а за счет его отражения усиливает радиационное выхолаживание более низких слоев атмосферы. Расчеты показали, что для аридных и субаридных регионов и в тропической зоне для безоблачной атмосферы стратосферный слой поглощающего аэрозоля оптической толщиной 0 03 - 0 05 может полностью компенсировать радиационное выхолаживание стратосферы за счет СОг в диапазонах высот 13 - 25 мкм. В силу возможной слоистой структуры стратосферного аэрозоля, профиль dT / dt может иметь инверсионные скачки с областями радиационного выхолаживания и потепления. Отсюда вытекает важность учета влияния на климат аэрозолей ( если они имеют большое время жизни), занесенных в стратосферу через разрывы тропопаузы. Роль стратосферного аэрозоля менее выражена для высоких широт и холодной тропосферы, а также в условиях облачности в силу как уменьшения содержания стратосферного аэрозоля, так и уменьшения восходящего теплового излучения поверхности планеты и тропосферы. [54]
Прямые измерения структуры стратосферных аэрозолей начали интенсивно проводиться в конце 50 - х - начале 60 - х годов. Им было установлено, что основными компонентами вещества стратосферных аэрозольных частиц являются сульфат и персульфат аммония [ 2, 5, 19, 45, НО ], количество серы составляет 8 - 14 / о от общей массы аэрозольных проб и наблюдается присутствие Si и Ге. Моссопом было обнаружено, что почти в каждой сульфатной частице содержатся нерастворимые в воде вещества, главным образом силикаты. Юнге было установлено, что количеср. МНД ] недостаточно, чтобы считать стратосферные аэрозоли состоящими из сульфатов одного аммония. Более того, он предположил, что аммоний адсорбируется аэрозольным веществом уже после экспозиции пробы. В частности, было обнаружено что в стратосферном слое доля аммония не превышает 10, но возрастает с высотой в средних широтах, начиная с 20 км, а на экваторе - с 27 км. Кейдла было выявлено, что изменение отношения концентрации серной кислоты к сульфату аммония обратно пропорционально размеру частицы. [55]