Ученые из Томска выяснили, что форма облаков влияет сразу на две важные характеристики атмосферы — пропускание ультрафиолета и напряженность приземного электрического поля. Причем оба параметра меняются синхронно, пишет пресс-служба РАН.
Зачем изучают облака
Группа под руководством доктора наук Петра Нагорского изучает электрические характеристики атмосферы с 2006 года. Недавно ученые решили проанализировать связи между электрическими и оптическими свойствами воздуха, облачностью и аэрозолями.
До начала работы было известно, что некоторые облака сильно меняют приземное электрическое поле. Авторы решили детально проверить, как на него влияют десять основных форм облаков: перистые, перисто-кучевые, перисто-слоистые (верхний ярус); высококучевые и высокослоистые (средний ярус); слоистые, слоисто-кучевые, слоисто-дождевые (нижний ярус); кучевые и кучево-дождевые (вертикального развития). «Моя Планета» рассказывала про разные виды облаков.
Также известно, что приземное электрическое поле чувствительно к аэрозолям — мельчайшим частицам в воздухе, в том числе дыму от лесных пожаров. Информацию о дымовых шлейфах над Томском получали со спутников.
Солнечное ультрафиолетовое излучение анализировали в узком диапазоне с центром около 380 нанометров. Этот участок интересен тем, что УФ здесь слабее поглощается озоном, зато сильнее рассеивается облаками и аэрозолями. Сравнивая измеренные значения с данными для безоблачной чистой атмосферы, можно оценить, как разные типы облаков и загрязнений ослабляют ультрафиолет.
Все исследованные события ученые разделили на три категории. Первая — хорошая погода с минимальными возмущениями электрических характеристик и минимальным ослаблением УФ. Вторая — ситуации с дымовыми шлейфами в тропосфере. Третья — облачность разных форм.
Влияние облаков
Некоторые результаты оказались неожиданными. Как и предполагали, сильнее всего на пропускание УФ и градиент потенциала влияют кучево-дождевые, то есть грозовые, облака. Ощутимо воздействуют и осадкообразующие облака — слоистые, слоисто-дождевые и высокослоистые. Слоисто-кучевые и кучевые облака нижнего яруса, у которых большая вертикальная мощность, тоже вносят большой вклад.
Но, к удивлению ученых, даже «безобидные» перистые облака верхнего яруса, которые висят высоко и имеют небольшую толщину, также статистически значимо влияют и на электрическое поле, и на поток ультрафиолета.
Исследование показало: любые облака и высокая задымленность от лесных пожаров снижают напряженность приземного электрического поля по сравнению с фоновыми значениями. Обычно летом в Томске фон составляет 200-250 В/м. При мощной плотной облачности, особенно кучево-дождевой, напряженность может упасть почти до нуля, а иногда даже стать отрицательной. Поток ультрафиолета при облаках и повышенном содержании аэрозоля тоже, как правило, снижается.
Более того, выяснилось, что оба параметра связаны друг с другом. Между градиентом потенциала приземного электрического поля и коэффициентом пропускания УФ-излучения обнаружена корреляция. «Это величины совершенно разной физической природы: электростатика и оптика. Прямой зависимости между ними быть не может. Однако обе они чувствительны к состоянию атмосферы, и их реакция на примеси оказывается синхронной», — пояснил ведущий научный сотрудник ИМКЭС СО РАН Константин Пустовалов.
Значение для человека
Для самочувствия человека уменьшение градиента потенциала при облачности безопасно. Но обнаруженные закономерности открывают практические возможности. Во-первых, зная соотношение между изменчивостью УФ-пропускания и градиентом потенциала, можно диагностировать состояние атмосферы в реальном времени — обнаруживать и классифицировать облака и дымовые шлейфы без участия человека. В Сибири метеостанции расположены редко, часто дальше 100 км друг от друга, и работают с грубым разрешением — наблюдения раз в три часа. Новый метод мог бы обеспечить непрерывный автоматический диагноз.
Во-вторых, полученные закономерности можно использовать в новых атмосферных моделях для прогноза погоды и оценки климатических изменений, а также в методах прогноза доз УФ-излучения. В-третьих, подход томских ученых позволяет косвенно восстанавливать информацию о содержании аэрозоля в свободной атмосфере, вдали от поверхности Земли, получая данные, которые раньше были недоступны.
В-четвертых, зная, как меняются градиент потенциала и УФ-пропускание, можно косвенно оценить электрические характеристики облаков. Прямые измерения этого параметра сложны и дороги. Особенно это касается грозовых облаков — авиационные правила запрещают подлетать к ним даже на 10 км, к тому же самолет искажает свойства облака. Разработанный метод позволит дистанционно оценивать свойства облаков с поверхности Земли.
Выявленные закономерности также можно встроить в модели глобальной электрической цепи, описывающей круговорот зарядов в атмосфере. При хорошей погоде ток течет от ионосферы к Земле, но иногда — в обратном направлении, и роль «подзарядки» ионосферы могут играть облака разных форм.
Города притягивают осадки: открытие климатологов
Читайте «Мою Планету» в MAX