Занимательное облаковедение. Учебник любителя облаков
Шрифт:
С другой стороны, поступает все больше сведений о том, что подавляющее большинство конденсационных следов ощутимо влияют на температуру над поверхностью земли, причем — как читатель, должно быть, уже догадался — их влияние заключается в том, что температура повышается.
Иногда конденсационные следы приобретают зубчатый вид и становятся похожи на половинку застежки-молнии. Это происходит, если атмосфера на уровне облака неустойчива, а в позади самолета наблюдается турбулентность.
Когда речь идет о воздействии авиации на окружающую среду, оценки традиционно касаются вклада углекислого газа, содержащегося в выхлопах самолетов, в глобальное потепление. Подобно всем присутствующим в атмосфере парниковым газам,
136
IPCC Special Report on Aviation and the Global Atmosphere, 1999
Если вы любите разглядывать конденсационные следы, вам придется задуматься и о том, что, по мнению все возрастающего числа ученых, авиация преимущественно воздействует на окружающую среду не за счет выбросов парниковых газов, а за счет облаков, порождаемых летательными аппаратами во время полетов.
В целом облака оказывают огромное, хотя и несколько противоречивое влияние на приземную температуру. Всем прекрасно известно, что вода в невидимом газообразном состоянии, т. е. в форме водяного пара, действует как парниковый газ и не дает Земле остывать, удерживая ее тепло. На самом деле водяной пар — безусловно, самый распространенный парниковый газ в атмосфере, на счет которого относят от 36 до 70 % воздействия, обеспечивающего парниковый эффект. Присутствующая в атмосфере вода, собираясь в облака, состоящие из капель или кристаллов льда, влияет на глобальную температуру планеты менее прямо.
С одной стороны, облака препятствуют прохождению части солнечного света, отражая его обратно: любители позагорать, начинающие зябнуть, едва на солнце набегает тучка, поймут, о чем речь. В этом случае облака способствуют локальному охлаждению земной поверхности. С другой стороны, подобно водяному пару и другим парниковым газам, облака вбирают часть земного тепла и частично излучают его обратно на землю: именно поэтому облачной ночью обычно теплее, чем ясной. В этом случае облака, напротив, замедляют остывание Земли.
Большинство видов облаков, не пропускающих солнечный свет, в целом дают охлаждающий эффект. Однако со многими облаками верхнего яруса, состоящими из частиц льда, — с такими как перистые, перисто-слоистые и перисто-кучевые, в совокупности именуемые «перистообразными», — дело обстоит иначе. Иногда они насколько тонки, что пропускают много солнечного света, и в этом случае эффект удержания земного тепла оказывается более выраженным, нежели охлаждающий эффект. Именно эта особенность перистообразных облаков лежит в основе воздействия конденсационных следов на окружающую среду.
При определенных условиях конденсационные следы не исчезают, а распространяются по небу, приводя к образованию перисто-слоистых облаков, занимающих площадь в тысячи квадратных миль.
Все мы не раз видели, что следы самолетов редко просто так висят в воздухе в виде четких облачных полосок. Когда на высоте крейсерского полета сочетание низкой температуры и высокой влажности способствует образованию конденсационных следов, кристаллы льда, из которых они состоят, часто распространяются по небу ветром. Частицы самолетных выхлопов выступают в качестве ядер конденсации и замерзания, способствуя собиранию присутствующих в атмосфере водяных паров в капли или кристаллы. Ледяные кристаллы, из которых состоят конденсационные следы, тоже выступают в качестве ядер замерзания и растут по мере собирания молекул воды. За считанные часы конденсационные следы могут растянуться на несколько миль в ширину. По данным наблюдений, отдельные конденсационные следы распространяются по небу, охватывая площадь до восьми тысяч квадратных миль [137] . В насыщенной атмосфере они выступают в качестве катализатора, способствующего образованию тонких перистообразных облаков — тех самых, которые приводят к повышению температуры над поверхностью земли.
137
Minnis et al, 2002: Spreading of isolated contrails during 2001 air traffic shutdown. American Meteorological Society, J9-J12
Атака террористов на Всемирный торговый центр в Нью-Йорке 11 сентября 2001 г. неожиданно пролила свет на то, как конденсационные следы влияют на приземную температуру. В течение трех дней после трагедии все коммерческие авиарейсы над Соединенными Штатами были отменены. Впервые со времен Первой мировой войны над США не было конденсационных следов: пусть недолго, но зато непрерывно. В 2002 г. в журнале «Nature» была опубликована статья [138] , в которой метеорологи сравнили приземную температуру в 48 сопредельных штатах США в течение этих трех дней без конденсационных следов с аналогичными показателями по предыдущим тридцати дням. Были выявлены существенные различия: в отсутствие конденсационных следов разница между дневной и ночной температурами по США в целом составила на 1,1 °C больше, чем обычно. Судя по всему, конденсационные следы, равно как и образующиеся на их основе перистообразные облака, снижают приземную температуру днем и повышают ее ночью.
138
Travis, D. J.; Carleton, A. М.; Lauritsen, R. G.: Contrails Reduce Daily Temperature Range. Nature, 8 August 2002
Несмотря на то, что 1,1 °C- существеннейшее изменение приземной температуры, в этом исследовании не удалось однозначно продемонстрировать, что конденсационные следы ведут к общему повышению приземной температуры, внося тем самым вклад в глобальное потепление. Однако более новые исследования подталкивают нас именно к такому выводу.
В одной из работ, опубликованной в 2004 г. [139] , изучалось увеличение количества перистообразных облаков над США в период с 1974 по 1994 гг. Поскольку было показано, что средняя влажность на уровне перистых облаков в США в течение этого периода не менялась, ученые пришли к заключению, что к росту количества перистообразных облаков привело именно увеличение числа воздушных перевозок и образующихся в результате этого конденсационных следов. Ожидаемый согревающий эффект при таком росте, по оценкам исследователей, составляет 0,2–0,3 °C в десятилетие. Что удивительно, за счет прироста только лишь количества перистообразных облаков можно, по мнению ученых, почти полностью объяснить потепление климата в США за последние 25 лет. Именно в этом заключается основная посылка в данной работе: хотя речь в ней идет о локальных, а не об общих согревающих эффектах, в статье предполагается, что облака верхнего яруса, образующиеся из конденсационных следов, вносят огромный вклад в потепление у поверхности земли.
139
Minnis, P.; Ayers, J. K.; Palikonda, R.; Phan, D.: Contrails, Cirrus Trends, and Climate. 2004, Journal of Climate, 17
Не менее отрезвляюще действует еще одна принципиально важная работа, опубликованная в 2003 г. [140] . Ее авторы количественно оценили взаимосвязь меняющегося распределения перистообразных облаков над Европой по данным метеоспутников и изменения количества воздушных перевозок в соответствии с учетной документацией за те же периоды времени. В работе делается вывод о том, что потепление, списываемое на счет перистообразных облаков, которые образуется вследствие воздушных перевозок, в десять раз превосходит показатели ожидаемого потепления за счет углекислого газа, содержащегося в выхлопах летательных аппаратов.
140
Mannstein, H. & Schumann, U.: Observations of contrails and Cirrus over Europe. Proceedings of the AAC Conference, 30 June-3 July 2003, Friedrichshafen, Germany
На данный момент трудно осмысленно сопоставить влияние на окружающую среду столь разных факторов, как, с одной стороны, углекислый газ в выхлопах самолетов, который выбрасывается в атмосферу вот уже более столетия и оказывает кумулятивное и глобальное согревающее воздействие на воздух над земной поверхностью, а с другой стороны, облачный покров, создаваемый за счет самолетов, — его согревающее воздействие носит более локальный и временный характер. Однако упомянутые исследования подводят к заключению, что конденсационные следы, оставляемые самолетами, ведут к образованию других типов облаков верхнего яруса, играющих более значительную роль в глобальном потеплении, нежели выбросы углекислого газа.