RSS-ленты
РусскийEnglish
Выпуск 12, 2024
Том год страница
Выпуски Авторы PACS Подписчикам Для авторов

Выпуски

 / 

1991

 / 

Март

←  →

Физика наших дней


Климат и дым: оценка физических эффектов, приводящих к ядерной зиме

, , , ,

Приводится обзор новейших работ, связанных с пониманием проблемы «ядерной зимы». В последние годы достигнут значительный прогресс в количественной оценке образования и инжекции сажи в результате крупномасштабных пожаров, регионального и глобального рассеяния сажи и вызванных этими процессами физических и хических возмущений в окружающей среде. Новая информация получена на основе данных лабораторных исследований, полевых экспериментов и численного моделирования при варьировании масштабов пожаров (пожар локального масштаба, мезомасштаба, глобального масштаба). Для наиболее вероятных инжекции дыма, возникающих при полномасштабном обмене ядерными ударами, трехмерные климатические численные модели приводят к уменьшению средних летних значений температур на 10–20° С; на средних широтах Северного полушария с локальным охлаждением на 35° С и в некоторых районах в летний период — к температурам, характерным для зимы. Обнаружено, что аномальные атмосферные циркуляции, вызванные нагревом сажи солнцем, стабилизируют верхние слои атмосферы относительно вертикального перемешивания и поэтому увеличивают время жизни сажи и ускоряют процессы переноса между полушариями, приводя к продолжительному влиянию их на южное полушарие. Установлены новые, серьезные для окружающей среды проблемы, связанные с инжекцией сажи, включая разрушение муссонов и сильное истощение стратосферного озонового слоя в Северном полушарии. Основные выводы о физике возникновения ядерной зимы подтверждены оценками авторитетных международных технических групп и большим числом индивидуальных научных исследований. В свете последних достижений проводится обсуждение оставшихся областей неопределенности, полученных результатов и приоритетов для дальнейших исследований.
Перевод с англ. В. Л. Бычкова

Текст pdf (500 Кб)
DOI: 10.3367/UFNr.0161.199103e.0089
URL: https://ufn.ru/ru/articles/1991/3/e/
Цитата: Турко Р П, Тун О Б, Аккерман Т Р, Поллак Дж Б, Саган К "Климат и дым: оценка физических эффектов, приводящих к ядерной зиме" УФН 161 (3) 89–123 (1991)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks
Список литературы (168) ↓ Статьи, ссылающиеся на эту (1) Похожие статьи (3)

  1. Crutzen Р. J., Вirks J. W. Ambio 11 114 (1982)
  2. Turco R. P., Toon O.B., Ackerman T, P., Pollack J.B., Sagan C. Science 222 1283 (1983); Global Atmospheric Consequences of Nuclear War. Rep. U 122878. R&D Associates, Marina del Rey, CA, March 1983. 144 p. (1983); "Global Concequences of nuclear "warfare"" EOS 63 1018 (1982), Из начальных букв фамилий авторов данных сообщений был составлен акроним TTAPS
  3. National Research Council [NRC]. The Effects on the Atmosphere of a Major Nuclear Exchange (Washington, DC: National Academy of Sciences, 1985) p. 195
  4. Pittock А. В., Ackerman T. P., Crutzen P. J., MacCracken M. C., Shapiro C. S., Turco R. P. Enviromental Concequences of Nuclear War. Vol. 1 Physical and Atmospheric Effects. SCOPEP28 (Chichester: John Wiley and Sons, 1986); Перевод, Последствия ядерной войны: Физические и атмосферные эффекты (М.: Мир, 1988), SCOPE - акроним от Scientific Committee on Problems of the Environment of the International Council of Scientific Unions
  5. Harwell M.A., Hutchinson Т. С. Enviromental Concequences of Nuclear War. Vol. 2 Ecological and Agricultural Effects. SCOPEP28 (Chichester: John Wiley and Sons, 1985); Перевод, Последствия ядерной войны: Воздействие на экологию и сельское хозяйство (М.: Мир, 1988)
  6. Golitsyn G. S., MacCracken M. C. Atmospheric and climatic consequences of a major nuclear war: Results of recent research. WCPP142 (Geneva: World Meteorological Organization, 1987) p. 25
  7. Mclntosh L. A. Select Bibliography on Nuclear Winter (Pacific Sierra Research Corp., 1987) p. 25, Note 743. March
  8. Программа США была организована Отделом политики в области науки и техники Белого дома (the White House Office of Science and Technology Policy) с руководством в лице организации Defence Nuclear Agency и при участии научных представителей десятков университетов, национальных лабораторий и частных компаний. Программа включает обширные экспериментальные исследования как в полевых, так и в лабораторных условиях и теоретическийанализ. Ежегодно проводится обзор и обобшение материалов по данной программе, см., например,, Defence Nuclear Agency Report DASIAC-TN-87-35-VI, April (1987) p. 388, Большая часть материалов, к которым мы обращаемся в этой статье, получена при поддержке, оказанной в рамках этой программы
  9. Warner F. et al. Environment 30 (5) (1988), В этом номере журнала находится несколько статей, посвященных физическим, биологическим и радиологическим эффектам ядерной зимы; Также см., Warner F. et al. "Severe globalPscale effects of nuclear war reaffirmed" Environment 29 (4) (1987)
  10. Study on the Climatic and other Effects of Nuclear War. United Nations Rep. A/43/351. May 1988 (1988) p. 70
  11. Биологические последствия ядерной зимы (и важнейшие из них по воздействию на сельское хозяйство), описанные в докладе SCOPE (см. [5]), были независимо рассмотрены организацией Committee on Interagency Radiation Research and Policy Coordination и Отделом политики в области науки и техники США, которыми было найдено, что, вероятнее всего, все последствия были недооценены: см., Science Panel Report. 5, ORAU 88/BP85. March, 1988 (1988)
  12. Levi B. G., Rothman T. Phys. Today 38 58 (1985); Broyles A. A. Am. J. Phys. 53 323 (1985); Penner J. Nature 324 222 (1986); Golitsyn G., Phillips N.A. WMO Rep. WCPP113 (1986); Berger A. Trans. Am. Geophys. Soc., EOS 67 617 (1986)
  13. Sagan C. Forcing Affairs 62 (1983-1984), Winter; Тurco R. R., Sagan C. Ambio 18 (7) 372 (1989); Sagan C., Turco R. P. A Path Where No Man Thought: Nuclear Winter and the End of the Arms Race (New York: Random House, 1990), В связи с существованием возможности ядерной зимы, по мнению авторов, в основных направлениях политики следует сделать следующие шаги: уменьшить уровень стратегического вооружения примерно в 100 раз, установить минимум сдерживания в ~100 боеголовок, полностью исключить тактическое ядерное оружие, отказаться от стратегических систем защиты, которые находятся в противоречии с договором по межконтинентальным баллистическим ракетам
  14. Simonett D. С., Barrett Т. N., Gopas S., Holsmuller F. J., Sun G.-Q., Veregin H. "Magnitude and spatial distribution of flammable materials in the San Jose area, California" UCRLP15794 Lawrence Livermore National Laboratory (1986) p. 77, На основе детальной схемы для большой площади сельской местности в Сан-Хосе была определена средняя топливная загрузка в 9,2 кгс/см2; в оценку не включены сырая нефть и нефтяные продукты, асфальтовые покрытия и аналогичные материалы. Эти дополнительные горючие материалы добавляют к полной загрузке топливом по оценкам порядка 4 кг/м2
  15. США производят порядка 45 Тг (1 Тг = 1012 г = 1 млн тонн) пиломатериалов ежегодно, Советский Союз - порядка 55 Тг, а все государства вместе взятые - порядка 225 Тг. Такое производство, грубо говоря, было постоянным в течение нескольких десятилетий, Statistical Yearbook, 1979/80 (New York: United Nations, 1981), Числа даны для ежегодных объемов пиломатериалов. Мы выбрали среднее значение плотности выдержанных лесоматериалов 0,5 г/см3). "Время жизни" лесоматериалов в постройках в США составляет порядка 40 лет (оценивая все лесоматериалы в постройках в 1800 Тг — по данным Бинга [16] — и деля это число на величину их производства 45 Тг/год). Использование этих данных для оценки количества лесоматериалов в других странах дает величину глобально накопленной массы 9000 Тг
  16. Bing G. "Estimates of total combustible material in NATO and Warsaw Pact Countries" Lawrence Livermore National Laboratory Rep. UCRLP93192 (1985); Бинг оценил запасы всех целлюлозных материалов в США и странах НАТО, а также в странах ОВД и получил 2100 и 6400 Тг соответственно. Эти количества можно увеличить на множитель 1,15, соответствующий развитым странам, Penner J. Nature 324 222 (1986), и получить величину запасов в 7400 Тг. Из этого общего количества по нашим оценкам около 85% составляют лесоматериалы (в постоянных и временных постройках), 10% — фанера, прессованный картон и филенка, 5% — бумага, картон и ткани. Поэтому на основе данных Бинга можно получить, что запас лесоматериалов в США составляет 1800 Тг, на страны НАТО и ОВД — 5500 Тг и 6300 Тг на весь развитый мир. Оценка Бинга для первичных запасов сырой нефти составляет величину порядка 480 Тг в странах НАТОи ОВД. Поскольку на эти страны приходится 66% всей потребляемой нефти (см. выше ссылку на работу: Реппеr J.), первичные запасы нефти можно оценить в ~730 Тг. Аналогично значения, приводимые Бингом для асфальтовых покрытий в странах НАТО и ОВД ~ 335 Тг, могут при экстраполяции для всего мира дать значение 500 Тг. Для пластмасс Бинг приводит значение 343 Тг в странах НАТО и ОВД, которое может быть отнормированно на коэффициент 1,15, как это проделано выше, и для всех развитых стран дать величину около 400 Тг.
  17. Crutzen P. J., Galbally I. E., Bruhl С. Climatic Change 6 323 (1984), Для развитых стран по оценкам масса целлюлозных материалов в целом составляет 15 000 Тг, из которых 1000 Тг приходится на бумагу, картон и соответствующие продукты. Из оставшихся 14 000 Тг древесных и строительных материалов 90% составляют пиломатериалы и соответствующие продукты, или 126 000 Тг. Для асфальтовых покрытий в мире полный учет дает по грубой оценке ~250 Тг, а для пластмасс ~460 Тг
  18. Производство кругляка в мире по грубым оценкам превосходит в четыре раза производство пиленого дерева, но по величине сильно различается между государствами, Statistical Yearbook 1979/80 (New York: United Nations, 1981), Большое количество кругляка используется как горючее
  19. , Вторичные запасы включают в себя топливо, находящееся в резервуарах небольших размеров: в домах, на фабриках, на бензоколонках, горючее в автоцистернах и других передвижных резервуарах. Военные базы, гражданские аэродромы и другие транспортные мощности также могут иметь местные (значительных размеров) резервуары для хранения горючего
  20. Turco R. P. "Recent assessments of the enviromental consequences of nuclear war" Medical Implications of Nuclear War (Eds. F. Solomon, R. Q. Warston) (Washington: National Academy Press, 1986) p. 96, В этой работе проведен детальный анализ производства и накопления пластмасс
  21. Small R. D., Bush В. W. Science 225 465 (1985); Bush B. W., Small R.D. "Smoke produced by nonurban targetParea fires following a nuclear exchange" Defence Nuclear Agency Report DNA-TR-85-293-A (1985) p. 160; Bush B. W., Small R.D. "Ignition of siloPfield vegetation by nuclear weapons" Defence Nuclear Agency Report DNA-TR-86-220-V1 (1986) p. 23; Bush B. W., Small R.D. Comb. Sci. Tech. 52 25 (1987)
  22. Ackerman T. P., Stenback J. M., Turco R. P., Graver H. D. "Land use, biomass estimates, and potential smoke emissions for United States missile fields" Climatic Change (1990), принято в печать
  23. Arkin W. M., Fieldhouse R. W. Nuclear Battlefields (Cambridge, Mass.: Вallinger, 1985); Cochran Т. В., Arkin W. M., Hoenig M. M Nuclear Weapons Databook Vol. 1 (Cambridge, Mass.: Ballinger, 1984); Cochran Т. В., Arkin W. M., Hoenig M. M Nuclear Weapons Databook Vol. 2 (Cambridge, Mass.: Ballinger, 1987)
  24. Высокая вероятность возникновения городских пожаров под действием теплового излучения ядерного взрыва была обнаружена в работах, Brode H. L., Small R.D. "Fire Damage and Strategic Targeting" Defence Nuclear Agency Report DNA-TR-84-308-V3 (Washington, D.C., 1984); Small R. D., Larson D. A., Brode H. L. "Fires from nuclear weapons bursts" Report. DNA-TR-84-308-V4 (1984); Brode H. L. Pacific Sierra Research Corporation Report 1802 (Santa Monica, CA, 1988); Эффект так называемого воспламенения "на бис" обеспечивает почти мгновенное образование крупномасштабных пожаров, когда потоки тепла превышают 20 кал/см2, см. работу, Backovsky J. "Early time fire phenomenology" Report DNA-TR-85-146-V2 Vol. 2 (1985); Вторичные пожары, возникающие в процессах разрушения взрывной волной, увеличивают общую площадь поджига, в частности, на большом расстоянии от эпицентра взрыва, см. работу, Backousky J., Alger R. S. "Early time fire phenomenology, Vol. 1: Secondary Fires" Report DNA-TR-85-146-V1 (1985); Распространение огня в городских районах, лишенных противопожарной защиты и с тысячью возможных точек возгорания, будет быстрым и в конечном итоге может увеличить более чем вдвое площадь, пострадавшую от пожара, см. работы, Kang S.-W., Reitter Т. A., Takata А. N. "Analysis of large urban fires" AAIA Paper 85-0457 (Reno, NV, 1985); Reitter T. A., Takata A. N., Kang S.-W. Lawrence Livermore National Laboratory Report UCRL—91268 (1984) p. 19; Reitter T. A. Lawrence Livermore National Laboratory Report UCRL-20910 (1986) p. 37; см. также, Pittock А. В., Ackerman T. P., Crutzen P. J., MacCracken M. C., Shapiro C. S., Turco R. P. Enviromental Concequences of Nuclear War. Vol. 1 Physical and Atmospheric Effects. SCOPEP28 (Chichester: John Wiley and Sons, 1986) p. 87-103, Appendix 3А
  25. Small R. D., Bush B.M., Dore M. A. Aerosol. Sci. Tech. 10 37 (1989); Pacific Sierra Research. Corp. Report. 1761 (1987); Bush В. W., Small R. D. Defence Nuclear Agency Report DNA-TR-86-220-V2 (1982), Цели, проанализированные в этих работах, основывались на списке неклассифицированных целей, представленном Отделом защиты (Department of Defence) Министерства обороны США, для оценки возможностей поражения и разрушения
  26. Факт присутствия городов в списках стратегических целей обсуждается в ряде сообщений, см., например, Siegel R. Strategic Targetting options (Cambridge, MA: The MIT Press, 1981); Gayler N. The Concequences of Nuclear War. Hearings, 98 (The Congress, House — Senate Joint Economic Committee U. S.: Government Printing Office, 1986)
  27. Sastry M. A., Romm J.J., Tsipis K. "Nuclear crash: The U.S. economy after small nuclear attacks. Program in Science and Technology for international Se-curity" Rep. № 17 (Cambridge, MA; Mass. Inst. Tech., 1987) p. 111
  28. , Согласно данным, представленным на рис. 1, около двух третей очистных мощностей сырой нефти могут быть разрушены ~200 боеголовками, обладающими энергией от 1 до 10 килотонн, в местах их расположения в воюющих странах и у союзных государств. При этом выделившаяся энергия составит ~0,2—2 метатонны. Одновременные удары по главным хранилищам масел, не находящимся вблизи с нефтехранилищами, могут удвоить эти цифры. Если же объектами бомбардировки будут только страны НАТО в ОВД, то число боеголовок, необходимых для уничтожения двух третей мировых запасов, надо удвоить (т. е. ~0,8 — 8 мегатонн). Хотя известно, что нефть является главной целью ядерных ракет, мы не дюжем предполагать, что она будет единственной целью
  29. Haynes B. S., Wagner H. Gr. Prog. Energy Combust. Sci. 7 229 (1981)
  30. Обычно шарики имеют плотность порядка 1,9 г/см3; для сравнения — плотность чистого графита составляет 2,25 г/см3, см., Medalia A.I., Richards L. W. J. Colloid. Interface Sci. 40 223 (1972)
  31. Mulholland G. W., Mountain R. D., Bаuт H. National Bureau of Slandarts Report NBSIR 86-3342 (Washington, D. C.: U. S. Department of Commerce, 1986), В работе показано, что фрактальная размерность свежих сажевых агрегатов оказывается порядка 1,8 и остается относительно неизменной при коагуляции частиц сажи
  32. Wells А. С., Venn J. В., Heard M. J. Inhaled Particles IV (Ed. W. H. Walton) (Oxford: Pergamon, 1977) p. 175, Эти авторы проводили эксперименты с сажей, производимой маленьким двигателем внутреннего сгорания. Одновременно при помощи электронного микроскопа проводилась запись изменения морфологии сажевых частиц, происходившего при вдыхании и выдыхании их людьми. При вдыхании сажа в течение нескольких секунд находилась в легких в условиях высокой влажности, и было замечено, что за это время она коллапсировала в относительно компактные сферообразные кластеры
  33. Turco R. P., Golitsyn G. S. Environment 30 8 (1988)
  34. , Компоненты несажевого происхождения тоже могут эффективно рассеивать свет и поэтому также воздействовать на климат, если достаточно большое их количество присутствует в воздухе. Если ~10 Тг чистой сажи достаточно для создания значительных возмущений в переносе излучения, то ~100 Тг рассеивающего дыма (или пыли) потребуется для получения сопоставимого эффекта (см. [2, 3])
  35. Экспериментальные наблюдения показывают, что выход дыма (сажи) в пожарах, начиная от размера поленницы дров и кончая размером с комнату, увеличивается при уменьшении подвода кислорода в зону горения, см. работы, Tewarson A., Steciak J. "Fire Ventilation" Factory Mutual Research Corp. Report JI-OEON6.RC-070(A, 1982); Tewarson A., Lee J.L., Pion R.F. "The influence of oxygen concentration on fuel parameters" 18th Symposium (International) on Combustion (Pittsburgh: The Combustion Institute, 1980) p. 563; и при увеличении размера пожара, см. сообщения, Mulholland G. DNA Global Effects Meeting, NASA Ames Bo-search Center, 1986. Febr. (1986); Tewarson A. Conf. on Large Scale Fire Phenomenology, 1984. Sept. 10—13 (Gaithersburg, MD: National Bureau of Standarts, 1984); Хотя имеется очень мало данных по выходу сажи при более крупных (чем указанные выше) пожарах, но хорошо известно, что эффективно образующие сажу горючие вещества, такие как сырая нефть и резина, приводят к образованию очень плотных черных облаков в условиях свободного горения на большой площади, см. работу, Davies R. W. Adv. Geophys. 6 413 (1959); Данные ограниченного числа полевых экспериментов показывают, что образование сажи при пожарах хранилищ керосина увеличивается в три раза при увеличении площади пожара от ~10 до ~100 м2, см. работу, Zak В. DNA Global Effects Meeting. Santa Barbara, CA, 1988, Apr. 19—21 (1988), ссылку [42], а также примечание в [43]
  36. Mulholland G. W., Ваит Н., Bryner N., Quintiere J. "Smoke emission and optical property measurements at NBS" Progress Report (Gaithersburg, MD: National Bureau of Standarts, 1988); Presented at the, DNA Global Effects Meeting. Santa Barbara. CA, 1988. Apr. 19—21 (1988)
  37. Dod R. L., Brown N. J., Mowrer F. W., Novakov Т., Williamson R. B. Aerosol Sci. and Tech. 10 20 (1989)
  38. Golitsyn G.S., Shukurov A. K., Ginsburg A. S., Sutugin A. G., Andronova A. V. Isvestia — Atmos. and Ocean. Phys. 24 227 (1988); Andronova A. V., Kostina E. M., Kutov A. S., Minashkin V. M., Pirogov S. M., Obvintsev Y. I., Sutugin A. G. Isvestia — Atmos. and Ocean. Phys. 24 235 (1988)
  39. Patterson E. M., McMahon С. К. Atmos. Env. 18 2541 (1984); Patterson E. M., McMahon C. K., Ward D. E. Geophys. Res. Lett. 13 129 (1986)
  40. Результаты некоторых старых данных суммированы в [17, 20]; в них средний фактор эмиссии полагается величиной порядка 7.5%. Более поздние мелкомасштабные эксперименты дали следующие результаты: согласно работам Малхоллакда и др. [36]. фактор эмиссии для полиуретана —10%; Голицын и др. [38] для сажи, происходящей из различных пластмасс, экспериментально получили величину ~10%; Теварсон определил величины факторов эмиссии от 5 до 10% для стирола, этилена, уретана и винилхлорида, см. работу, Tewarson A. Fire Woikshop, 1984. Apr. 16—17 (London: Royal Society, 1984)
  41. , Сводка более поздних данных находится в статьях, включенных в ссылки [1—4, 17]
  42. Einfeld W., Mokler B. V., Zak B.D., Morrison D. J. "A characterization of smoke particles from small, medium and largePfcale hydrocarbon pool fires" Abstr. Am. Assoc. Aerosol. Res. Annual Meeting (Eds M. J. Pilat, E. J. Davies) (Seattle, WA, 1987) p. 54
  43. Факторы эмиссии сажи ~9% были получены в серии пожаров хранилищ керосина площадью 170 м2 [42]. Однако предварительные данные по горению такого же топлива, но на площади ~800 м2 дали для факторов эмиссии величины от 2 до 5% со случайными значениями ~9%, Zak В., Radke L. (1988), Частное сообщение, 1988. Продолжительность этих пожаров была значительно меньше (~2—10 мин), чем предыдущих
  44. Radke L. F., Hegg D.A., Lyons J.H., Brock С. A., Hobbs P. V. Aerosols and Climate (Eds P. V. Hobbs, M. P. McCoimick) (Hampton, VA: Deepak Publ., 1988) p. 411
  45. Малхолланд получил результаты, согласующиеся с данными измерений в пожарах на древесной основе, рассмотренных в [3, 17], см. работу, Mulholland G. DNA Global Effects Meeting, 1986. Fеbr. 25—26 (NASA Ames Research Center., 1986), Некоторые хорошо вентилируемые пожары эмиттируют менее 0.1% сажи, а на основе фанеры типично — около 0.2% (см. [37])
  46. Muhlbaier J. L., Williams R. L. Particulate Carbon: Atmospheric Life Cycle (Eds G. T. Wolff, R. L. Klimisch) (New York: Plenum, 1982) p. 185
  47. , Под термином "захват" мы подразумеваем попадание дыма в водяные капли и кристаллы льда в результате таких процессов, как коагуляция и броуновская диффузия. Под термином "вымывание" мы подразумеваем очистку облаков от дыма гидрометеорами (осадками) на землю или меньшие высоты. Очевидно, что эффективность вымывания меньше эффективности захвата и может быть значительно меньшей
  48. Было предложено, что сажа может эффективно захватываться пылью, поднятой ветром и частицами пепла от больших пожаров, см. работу, Porch W. H., Penпеr J. Е., Gillete D. A. Atmos. Env. 20 919 (1986); Однако этот механизм недостаточно эффективен, чтобы иметь какое-то значение в общем случае, см. работу, Turco R. P., Toon О. В., Ackerman Т. Р. Almos. Env. 21 1247 (1987); Turco R. P., Toon О. В., Ackerman Т. Р. Almos. Env. 21 2065 (1987)
  49. Cotton W. R. Am. Scientist. 73 275 (1885); Также имеются неопубликованные материалы расчетов следующих авторов, Tripoli G. J. Colorado State University, Fort Collins; Pruppacher H. R. Max-Planck Institute, Mainz; Banta R. M. Air Force Geophysical Laboratory, Hanscom AFB; Bacon D. P. Science Applications Inc., McLean, VA
  50. Edwards L. L., Penner J. E. "Potential nucleation scavenging of smoke over large fires; a parametric study" Lawrence Livermore National Laboratory Report UGRL-96242 (Livermore, CA, 1987) p. 10; Bradley M. M. "Numerical simulation of nucleation scavenging within smoke plumes above large fires" Report UCRL-95036 (1986) p. 10, В большинстве исследований, проведенных в Ливерморе, все частицы предполагались смачиваемыми и поэтому могли быть легко захватываемыми при нуклеизации. При моделировании физических процессов в облаках также пренебрегали процессами с участием частиц льда, которые приводят и к уменьшению скорости вымывания сажи (см. [49]). Даже при таких условиях предсказываемая эффективность вымывания типично меньше 60%.
  51. Pruppacher Н. R., Klett J. D. Microphysics of Clouds and Precipitation (Dordrecht, Holland: D. Reidel, 1978)
  52. Charlson R. J., Ogren J. A. Participate Carbon: Atmospheric Life Cycle (Eds G. T. Wolff, R. L. Klimisoh) (New York: Plenum, 1982) p. 3, Гидрофобные материалы отталкивают воду, а гидрофобные частицы с трудом нуклеизуются при нормальном пересыщении. Гидрофильные материалы притягивают воду, а гидрофильные частицы легко смачиваются при низком пересыщении. Гидроскопические материалы впитывают воду и образуют капли при значениях относительной влажности ниже значений насыщения, а гидроскопические частицы лучше всех нуклеизуются в облаках.
  53. Hallett J., Hudson J. G., Rogers С. F. Aerosol Sci. Tech. 10 70 (1989); Hallett J., Hudson J. G., Rogers С. F. Lawrence Livermore National Laboratory Report UCRL-21059 (1988) p. 30
  54. Hallett J., Gardiner B., Hudson J., Rogers F. "Cloud Condensation and ice nucleation of a range of carbonaceous aerosols" Proc. Conf. on Cloud Phys. (Snowmass, CO: Amer. Meteorol. Soc., 1986) p. 9
  55. Radke L.F., Benech B., Dessens J., Eitgroth M. W., Henrion X., Hobbs P. V., Ribon M. Proc. Third WMO Conference on Weather Modification. Clermont-Ferrand, 1980. July 21-25 (Geneva: World Meteorological Organization, 1980), В этой работе непосредственно измерены концентрации ЯКО (при ~1—3%-ном пересыщении) в сажевом факеле при сгорании масел в устройстве метеотрон; их величины составляли 102—3·102-3 при полной концентрации частиц ~104—5 см-3. Хэллетт и др. (см. [54]) изучали свойства ЯКО, образованных из сажи ацетиленового происхождения, выделенной в лабораторных условиях, и из сажи, получившейся при горении большого резервуара дизельного топлива. При временах старения сажи ≤1 и ≤10% частиц были активны как ЯКО при пересыщениях ~1% (типичных для конвективных облаков).
  56. Benner W. H., Hansen A . D. А., Novakov Т. // Aerosol Sci. and Tech. 10 84 (1989), Сажа попала в конденсирующийся туман при неизвестном значении пересыщения, которое могло превышать 5—10%; доля захваченной сажи изменялась от 10 до 95%, при этом доля уменьшалась по мере увеличения концентрации сажи.
  57. Тwотеу S. Atmospheric Aerosols (New York: Elsevier, 1977)
  58. , Концентрация этих частиц может изменяться от ~102 до ~104 см-3 в зависимости от интенсивности пожара и условий на Земле; частицы почвы обычно являются превосходными ЯКО [51].
  59. По всей вероятности, дым при медленном горении обильно создает ЯКО, так же, как и дым, возникающий при сгорании растительности [42, 53], Eagen R. С., Hobbs P. V., Radke L. F. J. Appl. Meteorol. 13 553 (1974), В данной работе измерено значение ЯКО в факеле лесного пожара, которое оказалось порядка 6·1010 на грамм дыма. Хэллетт и др. [54] нашли, что дым из испарившегося масла очень акгивен как источник ЯКО. Поэтому предполагается, что многие частицы дыма, образующиеся при медленном горении (и первоначально отделенные от частиц сажи), будут преимущественно участвовать в нуклеизации
  60. Squires P. Tellus 10 256 (1958); Hudson J.G. J. Atmos. Sci. 40 480 (1983)
  61. Ludlam F.H. Clouds and Storms (University Park: The Pennsylvania State University Press, 1980), В этой работе показано, что интенсивные естественные конвективные системы могут обеспечивать эффективность внедрения осадков на уровне 20%
  62. , Ряд детальных исследований, посвященных инжекции и вымыванию сажи в крупномасштабных пожарах, был проделан исследователями, указанными в комментариях к [49], а также в [67—71]. Результаты отличаются друг от друга в соответствии с предполагаемой активностью частиц сажи в качестве исходных ЯКО. На основе результатов полевых и лабораторных исследований по калибровке ЯКО [53] предсказываются очень малые части вымытой сажи.
  63. , Частицы сажи, первоначально не являющиеся ЯКО, могут с течением времени трансформироваться в активные ЯКО при присоединении к себе таких гидроскопических веществ, как сульфаты или нитраты, или ври коагуляции с уже существующими ЯКО. Однако не очевидно, что значительные изменения могут произойти за те несколько минут, за которые сажа достигает зоны конденсации в поднимающемся вверх факеле пожара. Например, обычно на протекание химических реакций требуется от нескольких часов до нескольких суток. Характерное время коагуляции с ЯКО (при концентрации ЯКО 105 см-3) составляет несколько часов.
  64. В то время как число захваченных частиц может быть малым, часть захваченной массы может быть значительно большей, если самые крупные частицы являются самыми активными ЯКО. Крупные частицы также наиболее эффективно собираются при механических процессах [51]. В настоящее время не существует данных, однозначно подтверждающих, что существует распределение по размерам сажевых ЯКО. Однако данные одной серии предварительных экспериментов говорят о том, что нет выделенного размера для ЯКО по отношению ко всей совокупности частиц, данные, Hallett J., Rogers F. (1986), Desert Research Institute, частное сообщение
  65. , Хоббс (Н. Hobbs, Univ. of Washington) предложил механизм, согласно которому может увеличиваться вымывание сажи. Это происходит, если частицы сажи являются активными ЯКО, а факел пожара содержит достаточное количество больших (с размером, необходимым для осаждения) твердых частиц, поднятых ветром. В этом случае частицы сажи, нуклеизовавшиеся в капли радиусом ~1—10 мм могут собираться падающими остатками органических веществ. Скорость механизма зависит от эффективности нуклеизации сажи и от необходимого количества гигантских частиц
  66. Fields D. E., Cole L. L., Summers S., Yalcintas M. G., Vaughan G. L. Aerosol Sci. and Tech. 10 28 (1989), В данной работе проведен анализ образцов стены, окрашенной черным дождем в Хиросиме (один из образцов был предоставлен Филдсу нами). В частицах, извлеченных из стены, присутствовал элементарный углерод. Однако морфология (сажа или уголь) не была определена. Банч также зарегистрировал элементарный углерод на поверхности аналогичных образцов стены; Bunch Т. (1987), NASA Аmes Research Center, частное сообщение
  67. Penner J. E., Haselmart L. С., Jr., Eduards L. L. J. Climate Appl. Meteorol. 25 1434 (1986)
  68. Tripoli G. J., Kang S.-W. "A numerical simulation on the smoke plume generated by a hypothetical urban fire near San Jose, California" SCOPE - ENUWAR Bangkok Worshop, 1987. Febr. 9-13 (1987), Paper ВA.01.87. Было найдено, что загородная зона Сан-Хосе будет сгорать с достаточной интенсивностью для того, чтобы инжектировать дым на высоту между 4 и 13 км.
  69. Heikes К. E., Ransohoff L. M., Small R. D. "Early smokc plume and cloud formation by large area fires" Defense Nuclear Agency Report DNA-TH-87-176 (Washington, DC, 1987) p. 92; Small R. D., Heikes K. E. J. Appl. Meteorol. (1988), в печати; Small R. D., Larson D. A., Brcde H. L. J. Heat Transfer. 106 318 (1984); Small R. D., Larson D. A. Israel J. Tech. 22 173 (1984-1985)
  70. Bacon D. P., Sarma R. A., Procter F. H. "Srcoke injection into the atmosphere from large area fires" J. Climate Appl. Meteorol. (1987), принято в печать
  71. Marcus S., Krueger S., Rosenblatt M. "Numerical simulat ion of near-surface environments and particulate clouds generated by large area fires" Defence Nuclear Agency Report DNA-TR-87-1 (Washington, DC, 1987) p. 122
  72. Мы изучали контролируемое горение растительности на площади от ~1 до ~100 га, которое инжектировало дым на высоты от 1 до 6 км, см. работу, Тиrсо R. Memorandum on the Chaplcau Fire, August 1985 (Los Angeles, CA: R&D. Associates, 1985) p. 10, Пожары, вызванные ядерными устройствами, могут занимать до 106 га с инжекцией дыма на большие высоты
  73. Рупе S. J., Omi P. N. "Wildland fires and nuclear winters" Defence Nuclear Agency Report DNA-TR-85-396 (Washington, DC, 1986) p. 176
  74. Стокc (Stocks B.), Canadian Forestry Service, частное сообщение, сообщил, что сильный лесной пожар вблизи местности РэдPЛэйк (Онтарио) 29 мая 1986 г. сжег за один день 100 км2 лесов, подняв при этом дым на высоту 14 км над Землей (оцениваемый средний расход топлива составлял 1,4·105 т/ч, что соответствует мощности ~106 МВт).
  75. Thompson S. L., Schneider S. H. Foreign Affairs 65 981 (1986)
  76. , Разумная оценка массы воды, инжектируемой конвекцией при пожарах на высоту средней части тропосферы, дает величину ~104 Тг (что приблизительно в 100 раз больше массы дыма); ограничения по влажности поверхности и осадкам из конвективных «холодных ловушек» предупреждают реализацию значительно больших значений инжекций воды. Естественная конвекция ежедневно перераспределяет ~106 Тг воды, в то время как общая масса воды в атмосфере составляет ~107 Тг.
  77. , Парциальное давление пара в стабилизированном факеле пожара при полном давлении 100 мбар будет в общем случае меньше 2 мм рт. ст. (т. е. эквивалентно начальному значению влажности поверхности ~20 мм рт. ст. без учета увлечения осушенного воздуха при подъеме дыма). Это соответствует точке замерзания -10° С (263 К). Если предположить, что температура окружающего воздуха -50 °С (223 К) при 100 мбар, то конденсированная вода исчезнет, если воздух останется неразбавленным, но нагреется приблизительно на 40 °С или если температура останется постоянной, но влажный дым будет разбавлен окружающим воздухом при 100 мбар, грубо говоря, в отношении 1/100. Достаточный нагрев и разбавление будут происходить за время масштаба 1 дня (см. раздел "Региональное рассеяние" и соответствующие ссылки).
  78. , Поглощение света сажей можно охарактеризовать средним удельным поглощением (коэффициентом или показателем поглощения) σa(м2/г сажи). Безразмерная оптическая толщина поглощения слоя сажи тогда определяется на основе выражения τa=σamSl, где τa - оптическая толщина поглощения, mS — массовое распределение сажи в воздухе (г/м3), а l - толщина слоя сажи вдоль вертикали (м). Если полная масса сажи задана, то можно оценить τa=σaMSA-1, где MS - полная масса сажи (г), а A - предполагаемая ею занимаемая площадь, A = 2,5.1014 м2 для полушария. Оптическая толщина поглощения, получающаяся из данных о массе сгоревшего топлива, может быть оценена как τa-εσaMfA-1, где ε - средний фактор эмиссии сажи (г сажи/г топлива), Mf — масса топлива (г). Иногда удельное поглощение рассматривают относительно массы сгоревшего топлива; в этом случае σa = εσa и τa=σaMf/A. Обычно для богатого сажей дыма рассеяние света меньше поглощения: σS<σa. Показатель экстикции представляет собой сумму показателей рассеяния и поглощения (σe=σS+σa), альбедо однократного рассеяния определяется как ω0=σS/σe. Типичные значения ω0 для сажи в видимом диапазоне длин волн 0,1-0,4.
  79. Эти исследования включают следующие работы, Liп С. I., Baker M., Charlson R. J. Appl. Opt. 12 1356 (1973); Clarke A. D. Appl. Opt. 21 3011 (1982); Roessler D. M., Faxvog F. R. J. Opt. Soc. Am. 69 1699 (1979); Roessler D. M., Faxvog F. R. J. Opt. Soc. Am. 70 230 (1980); Rohl A. et al. Appl. Opt. 21 375 (1982); Patterson E. M., Marshall В. Т. Appl. Opt. 21 387 (1982); Clarke A. D., Waggoner A. P. Appl. Opt. 21 398 (1982); Weiss R. E., Waggoner A. P. Particulate Carbon: Atmospheric Life Cycle (New York: Plenum, 1982) p. 317; Heintzenberg J. Atmos. Env. 16 2461 (1982); Rosen H., Hansen A.D.A., Gundel L., Novakov T. Appl. Opt. 17 3859 (1978)
  80. Lee К. Т. "Generation of soot particles and studies of factors controlling soot light absorption" Ph. D. Thesis (University of Washington, 1983)
  81. Harrison R. M., Colbeck I., Hardman E. J., Appleby L. "An experimental study of the optical properties of combustion — generated fractal clusters" Abstracts Am. Assoc. Aerosol Res. Annual Meeting (Eds M. J. Pilat, E. J. Davis) (Seattle, WA, 1987) p. 78
  82. Это значение точно не известно из-за недостаточных возможностей измерительной техники, Clarke A. D., частное сообщение, и из-за изменчивости свойств сажи; неопределенность оценивается в +40%.
  83. Berry М. V., Percival I. С Optica Acta 33 577 (1986); Berry M. V., Nelson J., Percival I. C. Reports at the Symposium on Smoke Generation and Properties, December 3 (London: Royal Society, 1986), Nelson J. - Univ. of Bristol; Percival I. - Univ. of London; Nelson J. Nature 339 611 (1989)
  84. Medalia A. I., Richards L. W. II J. Colloid Interface Sci. 40 233 (1972); Jansen J. Appl. Opt. 2977 (1980), Сфера эквивалентного объема использована для измерения агрегатного размера
  85. В группе исследователей из Эссекса (Colbeck J., Hardman E., Harrison R. M. - Univ. of Essex) наблюдали, как удельное поглощение одного образца неразбавленной сажи, находившегося в резервуаре в течение 16 ч, уменьшилось от 9 до 6 м2/г. В группе из Лидса обнаружили, что у сажи, образованной на основе толуола, при старении в течение трех часов удельное поглощение уменьшалось с 14 до 10 м2/г, сообщение, Clarke A. G., Papapanayotou Y. Smoke Symposium, 1986. December (London: Royal Society, 1986), (Univ. of Leeds)
  86. Мы предположили, что при конденсации пара на саже и в последующем образовании кластеров из сажи принимают участие капиллярные процессы, а силы повехностного натяжения и внутрикапиллярного давления в свою очередь влияют на свойства кластеров. Этот механизм может объяснить наблюдаемое механическое поведение во влажной среде, см. сообщение, Turco R., Hamill P., Toon О. "Capillary nucleation of soot" Third Intern. Conference on Carbonaceous Particles, Berkley, СA, 1987. October 5-8 (Berkley, СA, 1987)
  87. Appleby L., Colbeck I., Hardman E., Harrison R. M. "Report on research activities at University of Essex to examine "smoke" optical properties and morphology" SCOPE-ENUWAR Moscow Workshop, 1988. March 21-25 (1988), Paper MO.10.88
  88. Mulholland G. W., Bryner N. P., Iues L. K., Rogers C. P., Hudson J. G., Hallett J. "Effect of cloud-processing on the optical properties of smoke" Nature (1988), принято в печать
  89. Clarke A. D., Charlson R. J. Science 229 370 (1985); Clarke A. D., Noone K. J., Heintzenberg J., Warren S. G., Covert D. S. Atoms. Env. 21 370 (1987); Clarke A. D., Noone K. J., Heintzenberg J., Warren S. G., Covert D. S. Appl. Opt. 21 370 (1982)
  90. Ackerman T. P., Toon О. В. Appl. Opt. 20 3661 (1981)
  91. Pueschel R. F., Livingston J. M., Russell P. В., Colburn D. A., Ackerman T. P., Alien D. A., Zak B.D., Einfeld W. J. Geophys. Res. 93 8388 (1988), Пока еще нет измерений на длинах волн, превышающих 1 мкм, но такие данные необходимы для законченного описания оптических свойств дыма при расчетах энергетического баланса. Более того, пока нет независимых измерений спектра поглощения дыма, хотя ввиду малости альбедо однократного рассеяния предполагается, что он похож на спектр экстинции.
  92. , Эго происходит отчасти благодаря тому, что как рассеяние, так и поглощение зависит от длины волны λ. В рэлеевском пределе (т. е. для частиц с размером <<λ) поглощение изменяется как а рассеяние — как λ-1. В этом пределе поглощение на длине волны 500 нм превышает поглощение на длине волны 10 мкм в 20 раз. Поглощение волн видимого и инфракрасного диапазонов сажевыми агрегатами с различной морфологией, очевидно, следует закону Рэлея (см. [83]).
  93. Roessler D. M., Faxvog F. R. J. Opt. Soc. Am. 70 230 (1980)
  94. Bruce C. W., Richardson N. M. Appl. Opt. 22 1051 (1983)
  95. Данные для других видов дыма в общем согласуются с этим выводом. Например, в работе, Uthe E. E., Morley В. M., Nielsen N. В. Appl. Opt. 21 460 (1982), был исследован густой дым факела лесного пожара при помощи лидарного метода на длинах волн 630 и 1060 нм и было получено изменение отношения показателей экстинции от 3 до 5 (при отношении длин волн ~2), указывающее на то, что зависимость показателя экстинции от длины волны более сильная, чем λ-1; В работе, О'Sullivan E. F., Ghosh В. К. Combustion Institute Eropean Symposium (Ed. F. J. Weinberg) (New York: Academic Press, 1973) p. 195, получены аналогичные результаты на длинах волн 500 и 2200 нм.; Эванс, Evans W. J. (1986), частное сообщение, провел фотометрические исследования прохождения солнечного излучения через дымовой факел большого контролируемого лесного пожара для длин волн 600 и 10 мкм и получил отношение показателей экстинции порядка 10.
  96. , Отношение коэффициентов поглощения дыма видимого и инфракрасного диапазонов длин волн зависит от состава, размера и морфологии частиц дыма. Это отношение для капелек масел быстро уменьшается при превышении радиуса капли нескольких десятков микрон и достигает значения ~ 1 для больших капель. Чувствительность этого отношения к размеру частиц оказывается значительно меньшей для сажевых агрегатов, чем для (сферических) капелек масел.
  97. Anikin P. P., Shukurov А. К. Izvestia — Atmos. Ocean. Phys. 24 247 (1988); Sokolik I. N. Izvestia — Atmos. Ocean. Phys. 24 274 (1988)
  98. Ferek R. J., Lazrus A. L., Winchester J. W. Atmos. Env. 17 1545 (1983), В данной работе собраны и проанализированы данные по старению частиц атмосферной сажи. Было замечено, что поверхность сажевых агрегатов, имеющих пушистую форму, часто смешивалась с сульфатными аэрозолями. Сажевые частицы обычно сохраняли открытую морфологию даже будучи и внутренне перемешанными
  99. Влияние коагуляции на оптические свойства дыма было детально исследовано в работах Р. Турко с соавторами [2] при использовании многокомпонентной с разрешением по размерам аэрозольной модели, которая учитывала как горизонтальную, так и вертикальную дисперсию. Однако в этой модели (как и в некоторых других опубликованных недавно) при рассмотрении эволюции физических и оптических свойств среды частицы предполагались "эквивалентно сферичными" (т. е. дым представлял собой капельки, наполненные сажей). При этом Турко с соавторами показал, что поглощение дыма может уменьшиться приблизительно в 2 раза за месяц (с уменьшением, наиболее часто имеющим место в течение первой недели) при разумных предположениях о скорости рассеяния дыма. Однако при аппроксимации сферическими частицами сильно недооцениваются излучателыю-поглощательные свойства сажевой компоненты и действительное уменьшение может составлять ~20—30%, т. е. это эффект второго порядка. В следующих работах, Penner J. Nature 324 222 (1986); Реnnеr J., Porch W. Atmos. Env. 21 957 (1987), была также принята для удобства аппроксимация сферическими частицами для расчета среднего коэффициента поглощения «старого» дыма, который оказался равным 1,8 м2/г. Для сажи это значение занижено по крайней мере в 2 раза, а наиболее вероятно — в 3—5 раз.
  100. Chuan R. L. Opt. Soc. of Amer. Meeting on Effects of Aerosols. Williamsburg, VA, 1976. December 13-15 (1976); Chuan R. L. (1986), частное сообщение; в этих работах исследованы физические свойства дыма, которые приводят к такому эффекту, когда свет от автомобильных фар кажется голубым. Были определены: средний массовый радиус частиц ~0,4 мкм, логарифмическиPнормальная дисперсия ~1,4, низкая поглощательная способность. Эти данные удовлетворяют основным условиям появления эффекта "голубой луны", согласно которым среднее значение радиуса частиц находится в диапазоне от 0,4 до 0,9 мкм, дисперсия <1,5 и значение мнимой части индекса рефракции <0,01, см. работу, Porch W. М., Еnsor D. S., Charlson R. J., Heintzenberg J. Appl. Opt. 12 34 (1973), в этой работе густой дым создавался при медленном горении и измерения проводились вдоль относительно коротких оптических путей; Вслед за лесными пожарами 1950 г. в провинции Альберта, в Канаде, в некоторых местах появлялись голубые луны и солнца, хотя появление "красных солнц" было более частым, см. работу, Wexler H. Weatherwise 3 129 (1980); Так, запись солнечного спектра указывала на наличие относительно монодисперсных сферических частиц радиусом -0,7 мкм над поверхностью Шотландии, см. работу, Wilson R. Mon. Not. Roy. Astron. Soc. (1951); частное сообщение, Patterson Е. М. (1986), Следует отметить, что мнимая часть индекса рефрации дыма от горящей растительности обычно ≳0,05 [39]. Более того, процесс коагуляции, происходящий с разной скоростью в зависимости от изменяющейся концентрации частиц дыма, и вдоль сильных градиентов концентрации приводит к дисперсии среднего размера, превышающей значение 1,5 вдоль протяженного пути наблюдения. Уэкслер (см. ссылку выше) также отмечал, что в Вашингтоне, где наблюдалось появление голубых с красным отливом солнц, солнечное излучение, близкое к инфракрасному диапазону, подвергалось меньшему поглощению, чем излучение видимого диапазона, которое не находится в полной зависимости от наличия крупных частиц. Альтернативное объяснение наблюдения эффекта "голубых лун" в некоторых местах может быть дано на основе механизма конденсации водяного пара на субмикронных частицах дыма, в областях, где происходит адиабатическое охлаждение и рассеяние верхних воздушных слоев. Известно, что процессы конденсации производят частицы в очень узком диапазоне размеров, и поэтому сильные оптические эффекты возникают в перламутровых облаках или в облаках, возникающих при вулканических извержениях; известно также, что конденсированная вода также не поглощает в видимой части спектра.
  101. Deitz V. R., Bitner J. L. Carbon 10 145 (1972); Deitz V. R., Bitner J. L. Carbon 11 393 (1973); Ellis W. D., Tometz P. V. Atmos. Env. 6 707 (1972); Puri B. P., Arora V. M. Indian J. Chem. A 16 471 (1978); Paplrer E., Bonnet В., Schultz A. Carbon 5 113 (1967); Элементарный углерод также взаимодействует с ОН, см., Mulcahy M. F. R., Young В. С. Carbon 13 115 (1975); с O, см., Wright F. J. Fifteenth Symposium on Combustion (The Combustion Institute, 1974) p. 1449; и с NO2, см., Akhter M. S., Chughtai А. R., Smith D. M. J. Phys. Chem. 88 5334 (1984), см. также ссылки в [103]
  102. Silver D. M., de Haas N., Fristrom R.M., Livensky M. J. Symposium on Transport of Dust and Soot. Kiel. Germany, 1986. August 27 (1986), В эксперименте использовались высокие концентрации озона и измерялось изменение экстинции света за короткий временной период ~1 ч; скорость распада затем экстраполировалась к атмосферным условиям.
  103. а), Stephens S. L., Caluert J. G., Birks J. W. Aerosol Sci. and Tech. 10 326 (1989); Stephens S. L., Rossi M. J., Golden D. M. Int. J. Chem. Kinet. 18 1133 (1986); б), Glatzrnaier G., Malone R. SCOPE - ENUWAR Moscow Workshop. 1988. March 21-25 (1988), В этой работе использовалась зависящая от температуры константа скорости реакции между сажей и озоном, полученная в работе Стефенса с соавторами. Был проведен расчет по трехмерной модели для переноса сажи и озона. Оцененное среднее время жизни сажи относительно разрушения озоном составило 30 лет, при этом только около 0,02% сажи разрушилось при взаимодействии с озоном в течение первых двадцати дней после инжекции (см. [162])
  104. Например, в работе, Chuan R. L., Woods D. С. Geophys. Res. Lett. 11 553 (1984), собраны данные по сажеобразным углеродным аэрозолям в стратосфере, где высоки концентрации озона, а время присутствия субмикромегрических частиц составляет год и более,; см. также работу, Rosen H., Novakov Т., Bodhaine В. А. Atmos. Env. 15 1371 (1981), Сажевые отложения на поверхности зданий в загрязненных промышленных городах сохранялись даже при частом воздействии высоких концентраций озона в течение десятилетий после прекращения сажевых эмиссий.; Patterson Е. М. DNA Global Effects Meeting. NASA Ames Research Center, 1986. February 25-27 (1986), В этой работе сажа была подвержена действию интенсивного ультрафиолетового излучения и никаких изменений в ее поглощательной способности не было обнаружено.
  105. Ogren J. A. Particulate Carbon: Atmospheric Life Cycle (Eds. T. Wolff, R. L. Klimisch) (New York: Plenum, 1982) p. 379; Ogren J. A., Grobliki P. J., Charlson R. J. Sci. Total. Env. 36 329 (1984), Выражение для смыва определяется как отношение концентрации вещества (т. е. сажи) в дождевой воде (г/м3) к его концентрации в окружающей воздушной массе (г/м3). Время жизни фоновой сажи относительно смысла по оценкам находится между 2 днями и 1 месяцем в зависимости от метеорологических условий; см. работу, Ogren J. A., Charlson R. J. Tellus B 35 241 (1983)
  106. Barrie L. A. J. Geophys. Res. 90 5789 (1985)
  107. Heintziiberg J. Atmos. Env. 16 2461 (1982)
  108. Patterson E. M. DNA Global Effects Meeting. NASA Ames Research Center, 1986. February 25-27 (1986), В этой работе представлены данные новых измерений приведенных соотношений для смыва сажи: в частности, найдено соотношение для смыва элементарного углерода, которое оказалось порядка 5∙104 (величина, предполагаемая для малых гидрофобных частиц) и порядка (2-12)·105 для сульфатов (величина, предполагаемая для гидроскопических веществ)
  109. Golding В. W., Goldsmith P., Machin N. A., Slingo A. Nature 319 301 (1986), В работе вычислены локальные, индуцированные солнечным излучением скорости конвекции, которые оказались величиной ~20 см/с (0,72 км/ч)
  110. Westphal D. L., Toon O. В., McKie W. R. "A case study of the radiative and dynamical effects of forest fire smoke plumes" SCOPE - ENUWAR Moscow Workshop, 1988. March 21-25 (1988); Westphal D. L., Toon О. В., Carlson Т. N. "A case study of mobilization and transport of Saharan dust" J. Atmos. Sci. (1988), в печати
  111. а), Giorgi F. J. Geophys. Res. 94 1127 (1989); б), Giorgi F., Visconti G. J. Geophys. Res. 94 1145 (1989)
  112. Cotton W. "Mesoscale/regional scale simulations of multiple firestorms" DNA Global Effects Meeting. Santa Barbara, CA, 1988. April 19-21 (1988)
  113. Radke L. F., Lyons J. H., Ackermann A. S., Hegg D. A., Hobbs P. V., Weiss R. E. "A semi-Lagrangian experiment quantifying the aging of smoke in the atmosphere over two days" DNA Global Effects meeting.- Santa Barbara, CA, 1988. April 19-21 (1988)
  114. Robock A. "Surface temperature effects on forest fire smoke plumes" Aerosols and Climate (Eds P. V. Hobbs, M. P. McCormick) (Hampton: Deepak Publ., 1988), China, California conflagrations cause cooling, Paper MO. 23.88; Robock A. SCOPE - ENUWAR Moscow Workshop, 1988. March 21-25 (1988); Robock A. Science 242 911 (1988)
  115. Эффективное мезомасштабное рассеяние облаков в виде частиц хорошо видно на изображениях лесных пожаров, полученных со спутников, см. работы, Matson M., Schneider S. R., Aldridge В., Satchwell В. NOAA Tech. Report NESDIS-7 (U. S. Dept. Commerce, 1984); Chung Y. S. Atmos. Env. 20 617 (1986); Fraser R. S. Kaujman Y. J., Mahoney R. L. Atmos. Env. 18 2577 (1984), Нелетучие аэрозоли часто, объединяясь, образуют за несколько дней толстые однородные облака региональных размеров
  116. Veltishchev N.N., Ginsburg A.S., Golitsyn G. S. Izvestia. Atmos. Ocean Phys. 24 296 (1988)
  117. Wexler H. Weatherwise 3 129 (1950), В работе отмечалось, что облака дыма от лесных пожаров в провинции Альберта (Канада) в 1950 г. приводили к понижению температуры в Вашингтоне на 4-6 °С
  118. а), Ramaswamy V., Kiehl J. Т. J. Geophys. Res 90 5557 (1985); б) Другие авторы сделали аналогичные расчеты излучательного энергетического баланса; см. например, Golitsyn G. S., Ginsburg A. S. Tellus B 37 173 (1985)
  119. Голицын Г. С., Шукуров А. К. ДАН СССР 297 1334 (1987), Анализ данных по 50 пыльным бурям в Таджикистане (СССР) показал, что дневные температуры поверхности опускались на 10-12 °С. Интересно отметить, что заметное уменьшение урожаев кооррелировало со случаями пылевых бурь
  120. , Проблема пыли впервые была поставлена и количественно проанализирована в работе [2] и обсуждалась в [3, 4]. Хотя пыль почвенного происхождения имеет низкий коэффициент поглощения (~0,1 м2/г), ее рассеивающие свойства могут оказаться важными в сценариях, основанных на атаках по целям "противодействующих сторон"
  121. Подъем дыма регионального масштаба мог иметь место в лесных пожарах в провинции Альберта в 1950 г., при этот он поднялся от середины топосферы до уровня тропопаузы за несколько дней, Wexler H. Weatherwise 3 129 (1950); Radke L (1988), частное сообщение. Радке) сообщает, что во время недавних полевых экспериментов около города Панама-Сити (шт. Флорида) сажевое облако керосинового происхождения поднялось выше приземного слоя атмосферы; там у него положение стабилизировалось, вероятно, в результате солнечного нагрева
  122. Haberle R. M., Ackerman T. P., Toon О. В., Hollingsworlh J. L. Geophys. Res. Lett. 12 405 (1985), В данной работе на основе двумерной усредненной по зонам глобальной циркуляционной модели предсказано возникновение значительной конвекции больших географических масштабов, индуцированной солнечным излучением.
  123. Если предположить, что каждый из параметров из табл. II распределен равновероятно диапазону своего изменения, то результат (в данном случае оптическая толщина) представляет собой распределение "нормального" вида с максимальной вероятностью около центра диапазона изменения. Если каждый из параметров нормально распределен по диапазону изменения, то результат (оптическая толщина) будет нормально распределен, но с меньшей дисперсией, чем в предыдущем случае. По этому поводу см., Kirkwood J., Sanborn J., Turco R. "Contribution of model parameter uncertainties to uncertainties in the TTAPS analysis of Nuclear Winter" Report 130000-5 (Los Angeles.: R&D Associates, 1984), 40 p.
  124. , Средний коэффициент ослабления солнечного излучения (без учета влияния рассеяния) может быть оценен, как ехр(−μτa, где μ≈√3 множитель, учитывающий среднее значение зенитного угла
  125. , По оценкам Национального исследовательского Совета [3], мало поглощающий дым, происходящий из растительности, составляет 30 Тг, в то время как, по оценкам Смолла и Буша [21], он составляет 3 Тг. Анализ Акермана с соавторами [22] приводит к выводу о том, что 750 Тг растительности может оказаться подверженным воздействию при ядерных ударах не по городским целям, которое приведет к потенциально возможной эмиссии дыма до 23 Тг. Недавно Смолл с соавторами [25] показал, что 5 ∙ 105 км2 растительности может быть подвержено действию теплового излучения ядерного взрыва при полномасштабном ядерном обмене ударами, что аналогично горению лесов и кустарников, рассмотренному Турко с соавторами [2], и которое дает до 80 Тг дыма. Фракция сажи в дыме растительной природы может сильно меняться и достигать 10-15% [39]. Соответственно растительность представляет собой источник с очень неопределенными возможностями, хотя, возможно, и вторичный по важности.
  126. , Три сценария SCOPE относятся к оптическим толщинам 0,3; 1,0 и 3,0 соответственно, и в каждом случае получен единственный в своем роде профиль. Оптические свойства дыма, время года при инжекции и другие параметры также точно определены [9]
  127. , Непрозрачность дыма для волн инфракрасного диапазона (впервые рассмотренная Турко с соавторами [2]) приводит к двум важным эффектам. Дым может поглощать и захватывать поднимающееся от поверхности тепло в атмосферном окне прозрачности (участке спектра от 8 до 13 мкм). Дым может также увеличить эмиссионную способность верхних слоев атмосферы, нагретых солнечным излучением и поэтому испускающих большое количество тепловой энергии на Землю (которое отчасти компенсирует эффективное охлаждение, возникающее за счет эмиссии тепла нагретой атмосферы в пространство). Подробное обсуждение вопросов, связанных с переносом энергии инфракрасного излучения и энергетического баланса поверхности, можно найти в [4, 118, 128]
  128. Cess R. D. Atmos. Env. 12 2555 (1983); Valero F.P.J., Ackerman T.P., Gore W. J. Y. Geophys. Res. Lett. 10 1184 (1983); Valero F.P.J., Ackerman T.P., Gore W. J. Y. Geophys. Res. Lett. 11 465 (1984); MacCracken M. C., Cess R.D., Potter G. L. J. Geophys. Res. 91 1445 (1986)
  129. Warren S. G., Wiscombe W. J. Nature 313 467 (1985); Clarke A. D., Noone K. J. Atmos. Env. 19 2045 (1985)
  130. Ledley T. S., Thompson S. L. Climatic Change 8 155 (1986)
  131. Vogelman A. M., Robock A., Ellingson R. G. J. Geophys. Res. 93 5319 (1988)
  132. , Трехмерные глобальные модели климата, используемые для изучения ядерной зимы, становятся черезвычайно сложными (основные черты моделей указаны в подписях к рис. 3). Тем не менее исследование микрофизики аэрозолей, процессов в облаках и радиационного переноса остается грубым по сравнению с тем, которое проводится в моделях меньшей пространственной размерности; с другой стороны, модели меньших размерностей могут только грубо описывать процессы крупномасштабного атмосферного переноса и выпадения осадков.
  133. MacCracken M. С. "Nuclear war: Preliminary estimates of the climatic effects of a nuclear exchange" Lawrence Livermore National Laboratory Report UCRL-89770 (Livermore, CA, 1983) p. 23
  134. Aleksandrov V. V., Stenchikov G. L. "On the modelling of the climatic consequences of the nuclear war" Препринт ВЦ АН СССР (Москва, 1983)
  135. Covey С., Schneider S. H., Thompson S. L. Nature 308 21 (1984)
  136. MacCracken M. C., Walton J. J. "The effects of interactive transport and scavenging of smoke on the calculated temperature change resulting from large amounts of smoke" Lawrence Livermore National Laboratory Report UCRL-91446 Livermore, СA (1984) p. 20
  137. Robock A. Nature 310 667 (1984)
  138. Thompson S. L. Nature 317 35 (1985)
  139. а), Malone R. C., Auer L. H., Glatzmaier G. A., Wood M. C., Toon О. В. Science 230 317 (1985); б), Malone R. C., Auer L. H., Glatzmaier G. A., Wood M. C., Toon О. В. J. Geophys. Res. 91 1039 (1986)
  140. Covey C., Thompsons. L., Schneider S. H. J. Geophys. Res. 90 5615 (1985)
  141. Cess R. D., Potter G. L., Ghan S. J., Gates W. L. J. Geophys. Res. 90 12937 (1985)
  142. Stenchikov G. L., Carl P. Climatic consequences of nuclear war: Sensitivity against large - scale ingomogeneities in the initial atmospheric pollutions (Berlin, GDR: Central Inst. Electron Physics, 1985), 96 p.
  143. Covey C. Bioscience 35 563 (1985)
  144. Vupputuri R. K. R. Atmos. Env. 20 665 (1986)
  145. Covey C. Nature 325 701 (1987)
  146. Thompson S. L., Ramaswamy V., Covey С. J. Geophys. Res. 92 10942 (1987)
  147. Mitchell J. F. В., Slingo A. J. Geophys. Res. 93 7037 (1988)
  148. Ghan S. J., MacCracken M. C., Walton J. J. J. Geophys. Res. 93 8315 (1988), Также существуют неопубликованные результаты расчетов сценариев инжекции SCOPE-ENUWAR (см. примечание в [126]).
  149. Glatzmaier G. A., Malone R. С. "Global climate sumulations of the ENUWAR case studies" SCOPE - ENUWAR Moscow Workshop, 1988. March 21-25 (1988), Paper MO.16.88
  150. Stenchikov G., Carl P. "First acute phase stress matrix calculations using the CCAS tropospheric general circulation model" SCOPE - ENUWAR Moscow Workshop, 1988. March 21-25 (1988), Paper MO.26.88; Stenchikov G. "Climate consequences of nuclear war: The change of land surface properties and climate variations" SCOPE - ENUWAR GeP neva Workshop, 1987. November 16-20 (1987), Paper GE.06.87
  151. Pittock A. В., Frederiksen J. S., Garratt J. R., Walsh K. Aerosols and Climate (Eds P. V. Hobbs, M. P. McCormick) (Hampton, VA: Deepak Publ., 1988) p. 395
  152. Haberle R. M. Science 234 459 (1986), Марсианские пыльные бури предоставляют аналоги явлений нагрева аэрозолей, их подъема над поверхностью и ускоренного глобального рассеяния
  153. Ackerman Т. P., Turco R. P., Toon О. В. Aerosols and Climate (Eds P. V. Hobbs, M. P. McCormick) (Hampton, VA: Deepak Publ., 1988) p. 443
  154. , Интерактивные климатические прогнозы с обратными связями включают в себя среди всего прочего учет морского льда, снежного покрова, альбедо от облаков и температуры поверхности моря. Существующие модельные параметризации для этих физических объектов не представляются надежными с точки зрения описания возмущенных состояний на больших временных отрезках
  155. Pittock A. В., Walsh К., Frederiksen J. S. "General circulation model simulation of mild "nuclear winter" effects." Austr. Meteorol. Mag. (1988), принято в печать; Pittock A. В. "Environmental impacts on Australia of a nuclear war" (1988), рукопись; Walsh K., Pittock A. В. "The sensitivity of a coupled atmospheric - oceanic model to variations in the albedo and absorptivity of a stratospheric aerosol layer" SCOPE - ENUWAR Moscow Workshop, 1988. March 21-25 (1988), Paper MO.08.88
  156. Lamb H. H. Phil. Trans. Roy. Soc. London A 266 425 (1970); Landsberg H. E., Albert J. M. Weatherwise 27 63 (1974); LaMarche V. C., Jr., Hirschboeck K. K. Weatherwise 307 121 (1974); Kelly P.M., Sear C. B. Weatherwise 311 740 (1974); Stothers R. B. Science 224 1191 (1984)
  157. Pollack J. В., Toon О. В., Sagan C., Summers A., Baldwin В., Van Camp W. J. Geophys. Res. 81 1071 (1976); Pollack J. В., Toon О. В., Sagan C., Summers A., Baldwin В., Van Camp W. Nature 263 551 (1976)
  158. Robock A . Science 212 1383 (1981); Robock A., Mass C. Science 216 628 (1982); Robock A. Geof. Int. Volcan. 23 403 (1984); Robock A. J. Volcan. Geotherm. Res. 11 67 (1981)
  159. Hansen J. E., Wang W.-C., Lads A. A. Science 199 1065 (1978); Self S., Rampino M. R. Trans. Am. Geophys. Union. EOS. February 9, 1988 (1988) p. 74; Handler P. Geophys. Res. Lett. 11 1121 (1984); Angell J. K. J. Geophys. Res. 93 3697 (1988)
  160. Alvarez L. W., Alvarez W., Asaro F., Michel H. V. Science 208 1095 (1980); Pollack J. В., Toon O.B., Ackerman T. P., McKay C. P., Turco R. P. Science 219 287 (1983); Toon О. В., Pollack J. В., Ackerman T. P., Turco R.P., McKay C. P., Lin M. S. Geological Soc. of Am. Spec. Paper 190 (Eds L. T. Silver, P. H. Schultz, 1982) p. 187
  161. Wolbach W.S., Lewie R. S., Anders E. Science 230 167 (1985), Согласно анализу этой работы полная масса углеродных частиц, находящихся в К - Т-слое глины, порядка 105 Тг. Было определено, что около 80% углерода в виде частиц морфологически сходны с сажей, появляющейся при горении. Однако возможный источник такого огромного количества сажи не установлен
  162. Kao C.-Y.J., Glatzmaier G. A., Malone R. С., Turco R. P. "Global three-dimensional simulation of ozone depletion under post - war conditions" J. Geophys. Res. (1989), принято в печать; Malone R. С., Glatzmaier G. A. SCOPE - ENUWAR Moscow Workshop, 1988. March 21-25 (1988); Thompson S., Crutzen P. DNA Global Effects Meeting, Santa Barbara, CA, 1988. April 19-21 (1988), моделям по переносу озона и фотохимическим процессам в атмосфере, возмущенной во время ядерной зимы. Более ранние исследования рассматривали влияние на озон химических процессов с участием NOx и процессов нагрева дыма (см. [144]), но не было рассмотрено перераспределение озона в результате аномальных крупномасштабных динамических процессов
  163. National Research Council. Causes and Effects of Changes in Stratospheric Ozone: Update 1983 (Washington, DC: National Academy Press, 1984), Проблемы, связанные с ультрафиолетовым излучением, обсуждаются в серии сообщений Национального исследовательского совета. К последствиям действия на человека УФ-В излучения относятся увеличение заболеваемости раком кожи и ослабление иммунной системы. Фитопланктон - основа морской цепочки питания,- как и важные для сельского хозяйства микробы в экосистемах Земли, также очень чувствительны к излучению
  164. , Мы относимся к этим неопределенностям сценариев как к "неустранимым". Нечетко известные факторы включают: обстоятельства, которые могут провоцировать применение ядерного оружия; процесс эскалации; полное количество использованного ядерного оружия; специфические цели, высоты и выходы продуктов горения; тактико-технические данные по вооружениям; вероятность поджига и расположение целей и детали метеорологических процессов в момент противодействия. Тем не менее при существующих и развивающихся ядерных силах [23] очень возможно развитие последовательности событий, приводящих к ядерному конфликту [4]; вероятность крупных эмиссий дыма при этих обстоятельствах высока [24, 25].
  165. Turco R. P. "Synthesis of fallout hazards in a nuclear war" SCOPE - ENUWAR Moscow Workshop, 1988. March 21-25 (1988) p. 15, Paper MO.22.88
  166. Birks J. W. SCOPE - ENUWAR Moscow Workshop, 1988. March 21-25 (1988); Birks J. W., Stephens S. L. The Medical Implications of Nuclear War (Eds F. Solomon, R. Q. Marston) (National Academy Press, 1986) p. 155; Stephens S. L., Birks J. W. Bioscience 35 557 (1985)
  167. World Health Organization "Effects of Nuclear War on Health and Health Services" (Geneva, 1988); The Medical Implications of Nuclear War (Eds F. Solomon, R. Q. Marston) (National Academy Press, 1986)
  168. Hegg D. A., Radke L. F., Hobbs P. V., Brock C. A., Riggan P. J. J. Geophys. Res. 92 14701 (1988)
© Успехи физических наук, 1918–2024
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение