Joseph Norman
0 
3192
313
Być może kiedyś nauczyłeś się, że „ciepłe powietrze unosi się, a chłodne opada”. Ale to nie zawsze się sprawdza.
Dzieje się tak, ponieważ wypór powietrza - jego zdolność do podnoszenia się - jest podyktowany zarówno jego temperaturą, jak i zawartością pary wodnej. Suche powietrze zawiera głównie pierwiastki azot i tlen, połączone w różne cząsteczki. Para wodna jest mniej gęsta niż te ciężkie cząsteczki; W wilgotnym powietrzu para wodna zajmuje przestrzeń, która normalnie byłaby zajmowana przez azot i tlen. Zjawisko to, znane jako „efekt wyporu pary”, sprawia, że wilgotne powietrze jest lżejsze niż suche powietrze o tej samej temperaturze, ciśnieniu i objętości.
Na wielką skalę efekt wyporu pary pomaga kierować ruch powietrza przez najniższy obszar atmosfery, zwany troposferą, i wpływa szczególnie na powietrze nad wilgotnymi regionami tropikalnymi. Nawet w tropikach niektóre płaty powietrza pozostają stosunkowo suche w porównaniu z bardziej wilgotnym powietrzem położonym na wschodzie lub zachodzie. Nowy model klimatyczny sugeruje, że ten cykl unoszenia się wilgotnego powietrza i opadania suchego powietrza może w pewnym stopniu buforować skutki zmian klimatu w tropikach.
„Bez tego efektu ocieplenie klimatu [w regionach tropikalnych] byłoby jeszcze gorsze” - powiedział autor badania Da Yang, adiunkt nauk o atmosferze na Uniwersytecie Kalifornijskim w Davis oraz pracownik naukowy z Lawrence Berkeley National Laboratory. Zgodnie z modelem Yanga, który został opublikowany 6 maja w czasopiśmie Science Advances, efekt wyporu pary zwiększa ilość energii cieplnej (ciepła) uwalnianej w przestrzeń kosmiczną z regionów tropikalnych, rzędu około 1 do 3 watów na metr kwadratowy. Model sugeruje, że w miarę ocieplania się klimatów tropikalnych efekt ten może rosnąć wykładniczo, co oznacza, że region będzie oddawał coraz więcej ciepła, nawet gdy temperatura wzrośnie.
Związane z: Fotograficzny dowód zmiany klimatu: poklatkowe obrazy cofających się lodowców
To powiedziawszy, efekt wyporu oparów w żaden sposób nie eliminuje skutków zmiany klimatu, powiedział Yang. Ale może nieco ustabilizować klimat tropikalny, podczas gdy temperatury na biegunach Ziemi rosną w stosunkowo szybszym tempie, powiedział..
Ale jak to dokładnie działa?
Chmury i czyste niebo
Efekt wyporu pary „był znany meteorologom od bardzo dawna”, co najmniej od wieku, powiedział w e-mailu Olivier Pauluis, profesor matematyki i atmosfery / nauk o oceanach na Uniwersytecie w Nowym Jorku, który nie brał udziału w badaniu. . Chociaż wielu osobom dobrze znanym, pogląd, że ciepłe powietrze zawsze unosi się, a chłodne zawsze opada, jest „nieprawidłowym założeniem” - powiedział.
„Prawidłowa 'konwencjonalna mądrość' sięga zasady Archimedesa i mówi, że lekkie powietrze unosi się, a ciężkie tonie”. Jednak wilgotne powietrze jest lżejsze niż suche powietrze o tej samej temperaturze i ciśnieniu, powiedział Pauluis.
Podczas gdy współczesne modele zmian klimatu uwzględniają tę mądrość, Yang miał na celu zbadanie, w jaki sposób wilgotne powietrze tropików wpływa na ogólne ocieplenie w regionie, a dokładniej.
Według National Geographic tropiky leżą w odległości około 20 stopni od równika, owinięte wokół planety jak pas. W tropikach globalne wzorce cyrkulacji powietrza generują kolumny wilgotnego powietrza i kolumny względnie suchego powietrza, które znajdują się obok siebie i rozciągają się ku niebu. Ten sam wzór naprzemiennych kolumn powietrza przejawia się również w mniejszych skalach, ale te zlokalizowane kieszenie powietrza rozpraszają się w ciągu kilku dni, podczas gdy te o większej skali pozostają stabilne przez długi czas i wpływają na klimat w tropikach - powiedział..
Chmury i burze tworzą się w wilgotnym powietrzu, podczas gdy czyste niebo w dużej mierze obejmuje suche regiony, powiedział Yang. Para wodna działa jak gaz cieplarniany, zatrzymując energię cieplną emitowaną z oceanów, lądu i niższych warstw atmosfery; w związku z tym niewielka ilość energii może uciec w kosmos z bardziej wilgotnych regionów tropików. „Większość energii byłaby emitowana z obszarów bezchmurnego nieba, a nie z chmur” - powiedział Yang.
W tym miejscu do gry wchodzi efekt wyporu pary.
Zgodnie z modelami komputerowymi zespołu, chłodne powietrze nasycone parą wodną unosi się w górę, tworząc po drodze chmury i padający deszcz. Tymczasem stosunkowo suche, ciepłe powietrze opada w czyste rejony nieba. W miarę ocieplania się klimatu tropikalnego więcej wody się nagrzewa i przechodzi w postać pary, co powoduje, że powietrze powyżej staje się coraz bardziej wilgotne. Późniejsza zmiana wyporu wypycha wilgotne powietrze w górę i powoduje falowanie otaczającego powietrza; Te zmarszczki, znane jako atmosferyczne fale grawitacyjne, wypychają ciepło z wilgotnego powietrza do suchego powietrza w pobliżu, powiedział Yang.
Zasadniczo fale równoważą nagły wzrost wyporu pary, zmniejszając dodatkową wyporność zapewnianą przez ciepło, powiedział..
Ten cykl przenosi coraz więcej ciepła do suchego powietrza, które wypuszcza energię cieplną w czyste niebo powyżej, powiedział Yang.
„Innymi słowy, [wypór pary] sprawi, że opadające suche powietrze stanie się jeszcze cieplejsze”, umożliwiając emisję większej ilości ciepła z obszarów bezchmurnego nieba, powiedział Yang. „Gdybyśmy nie mieli tego efektu wyporu pary, prawdopodobnie byłoby odwrotnie”, co oznacza, że coraz cieplejsze powietrze unosi się w wilgotnych regionach, gdzie jego ciepło byłoby uwięzione pod chmurami - dodał..
Odkrycie niekoniecznie jest „przełomowe”, ponieważ naukowcy od dawna wiedzą o efekcie wyporu pary, powiedział Pauluis. Jednak podkreśla potrzebę uwzględnienia zarówno temperatury, jak i wilgotności względnej podczas modelowania zmian klimatu, zwłaszcza w regionach tropikalnych - dodał..
Patrząc w przyszłość, Yang i jego współautorzy zamierzają opracować modele na dużą skalę, aby przetestować ich teorię. W obecnym badaniu modelowali małe systemy wilgotnego i suchego powietrza, które pozostawały stabilne w czasie, tak jak zrobiłby to system wielkoskalowy. Aby opracować pełnowymiarowy model, który rejestruje aktywność w tropikach, zespół będzie potrzebował znacznie większej mocy obliczeniowej. Ponadto Yang ma nadzieję zebrać dane obserwacyjne z różnych regionów tropikalnych, aby zobaczyć, jak przewidywania zespołu sprawdzają się w prawdziwym świecie.
„Chcemy również wiedzieć, jak wypór pary wpływa na chmury i wiatry na Ziemi?” powiedział.
„Głównym wyzwaniem w przewidywaniu przyszłych zmian klimatycznych jest prawidłowa ocena zmian zachodzących w chmurach niskiego poziomu, gdzie wpływ [wyporu oparów] jest bardziej znaczący” - dodał Pauluis.
- 6 Nieoczekiwane skutki zmian klimatycznych
- 5 sposobów, w jakie zmiany klimatyczne wpłyną na twoje zdrowie
- Rzeczywistość zmian klimatycznych: obalono 10 mitów
Pierwotnie opublikowano w dniu .
OFERTA: Zaoszczędź 45% na „Jak to działa” „Wszystko o kosmosie” i „Wszystko o historii”!
Przez ograniczony czas możesz wykupić cyfrową subskrypcję dowolnego z naszych najlepiej sprzedających się czasopism naukowych za jedyne 2,38 USD miesięcznie lub 45% zniżki od ceny standardowej przez pierwsze trzy miesiące. Zobacz ofertę
Zobacz wszystkie komentarze (0)