Антропогенные аэрозольные наночастицы усилили грозы над лесами и океанами
Взаимодействие облаков с аэрозольными частицами антропогенного происхождения (например, частицами дыма) — один из тех процессов, которые довольно сложно изучать, и это мешает точному описанию и прогнозированию погоды. И если взаимодействие относительно больших аэрозольных частиц размером около 100 нанометров и больше с облаками изучен неплохо, то влиянием маленьких частиц нанометрового размера из-за слабого взаимодействия с переохлажденными облаками обычно пренебрегают. Тем не менее, их в тропосфере содержится довольно много, поэтому некоторые ученые считают, что влияние подобных частиц на образование осадков недооценено. Особенно сильным влияние частиц может оказаться в безаэрозольных условиях в областях, в наименьшей степени подверженных влиянию человека. Там круговорот воды происходит быстрее и влияние даже небольшого количества аэрозольных частиц может сильно сказаться на количестве осадков.
Чтобы оценить влияние ультрадисперсных аэрозольных частиц размером меньше 50 нанометров на количество осадков, группа климатологов из США, Израиля, Бразилии, Китая и Германии под руководством Цзивэня Фаня (Jiwen Fan) из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории исследовали влияние ультрадисперсных аэрозолей на процессы зарождения бурь над дождевыми лесами Амазонии. Для этого ученые постарались установить корреляцию между концентрацией аэрозолей различных фракций, количеством осадков и интенсивностью конвекции. С помощью радаров сверхвысокой частоты (1290 мегагерц) ученые измерили вертикальные профили воздушных потоков и скорость образования осадков в конвекционных облаках на высотах до 15 километров.
Также климатологи определили концентрации в воздухе нескольких фракций аэрозольных частиц: менее 15 нанометров, от 15 до 50 нанометров и более 50 нанометров. Измерения проводились с 1 марта по 31 мая 2014 года. Авторы работы отмечают, что в естественных условиях частицы такого размера практически не образуются, при этом их довольно много вблизи крупных городов в этом районе, в частности в окрестностях Манауса, где проводились измерения.
Схема процесса взаимодействия аэрозольных наночастиц с облаками с образование центров нуклеации. Jiwen Fan et al./ Science, 2018
Оказалось, что все аэрозольные частицы размером более 15 нанометров приводят к увеличению интенсивности конвекции восходящих потоков воздуха. Полученные данные о концентрации частиц в восходящих потоках воздуха, пересыщения воздуха и критического диаметра капель воды на разных высотах ученые использовали для моделирования тех процессов, которые происходят при выбросе в воздух ультрадисперсных частиц. Оказалось, что из-за это ускоряется перемешивание частиц и увеличивается концентрация жидких капель (до 10 раз) и ледяных кристаллов (до 2 раз). Все эти процессы приводят к повышению температуры воздуха вокруг капель, значительному увеличению количества осадков.
Авторы работы отмечают, что наибольший эффект от ультрадисперсных частиц заметен в тех регионах, в которых влияние человека на естественные условия минимальны.