Ship tracks

Кіріспе

Кемелердің шығаратын ауасы айналасында пайда болатын бұлттар Кеме жолдары - кемелердің шығаратын ауасы айналасында пайда болатын бұлттар. Су молекулалары ауаның түтін бөлшектерінің (аэрозольдардың) айналасына жиналып, бұлтты тұқым жасайды. Тұқымның үстінде көретін бұлт пайда болғанша судың мөлшері арта түседі. Кеме жолдары кезінде бұлттың тұқымдары желдің кеменің ауасын ұшырып жіберген ұзын, тар жолға созылады, сондықтан пайда болған бұлттар мұхит үстіндегі ұзын жіптерге ұқсайды. Кеме іздері - гомогенитус бұлтының бір түрі.

Кеме іздерін зерттеу

1965 жылы TIROS VII спутнигі түсірген суреттерде алғашқы "аномальды бұлт сызықтары" байқалды. Оның ең көп себебі кемелердің түтіндері болуы мүмкін деген болжам жасалды. Көптеген зерттеулер бұл құбылысты растады, ал қазір олар кеме іздері деп аталады. Көп ұзамай ғалымдар аэрозольдардың климатқа әсері климатқа Твомей эффекті арқылы үлкен әсер етуі мүмкін екенін және кеме жолдары олардың зерттеулері үшін тамаша зертхана болатынын түсінді. Адамдар шығаратын аэрозольдардың бұлт түзілуіне қалай әсер ететінін зерттейтін ғалымдар кеме жолдарын бақылайды, өйткені қалалардың көпшілігінде атмосфераның қатты шуы болғандықтан, олар ластаушы заттардың бұлт түзілуіне қалай ықпал ететінін нақты анықтай алмайды. Ал кемелер өздерінің ауасын салыстырмалы түрде таза және тыныш теңіз аузына шығарады, онда ғалымдар бұлттардың пайда болуына жанар-жағармайлардың әсерін өлшеуге оңай болады. Жалпы, мұхит үстіндегі ауа құрлықтағыға қарағанда аз турбулентті және конвекциялық әсерге ұшырайды. Ауаның төменгі қабаты әсіресе Тынық мұхиттың шығысында жазғы уақытта мұхиттың сол аймағынан 500 - 700 метр биіктікте орналасқан ыстық ауа қабатының арқасында тыныш болады. Бұл әсер температураның өзгеруін тудырады, төмендегі салқын ауаға қақпақ қойып, ластаушы заттар мен су буын ұстап қалады. Инверсия Лос-Анджелестегі ауаның сапасын төмендетеді, бірақ сонымен қатар ұзақ уақытқа созылатын кеме жолдарының пайда болуына мүмкіндік береді. Кемелердің түтіндіктерінен шығатын бөлшектер Тынық мұхиттың шығыс бөлігінің үстіндегі ауаға кіреді және онда бірнеше күн бойы қалатын ұзын, жұқа бұлттарды жасайды. Бұл бұлттар гомомутаттар деп аталады. Бұл - адамдардың бірнеше ұрпақ бойы бұлттарды пайда етіп, өзгертіп келе жатқанының дәлелі. Кейде кемелердің іздері көрінетін болса да, зерттеушілер бұлттардан келетін инфрақызыл сәулелерді сканерлейді. Бұл толқын ұзындығында көптеген кеме жолдары айналадағы ластанбаған бұлттардан ажыратуға болатын жарқын сызықтар ретінде көрінеді. Бұлт-құбырлар ауаға қарағанда көбірек күн сәулесін шашыратады. Кәдімгі бұлттармен салыстырғанда, кеме жолдарының ауа көлеміне шаққандағы су тамшыларының саны екі еседен астам, тамшылардың радиусы шамамен алты пайызға азаяды және ауа көлеміне шаққандағы сұйық судың жалпы көлемі екі есеге артады. Басқаша айтқанда, бұлт-будың кемеден ағып кетуі бұлттардың суды көбірек ұстауына себеп болады. Әдетте, жаңбыр бұлт түбі қатып, ауырлық күші оларды жерге тарта алатын мөлшерге жеткенде пайда болады. Алайда кеме жолдарының ішінде бұлттар ұшып бара жатқанда, тамшылар өте кішкентай болып, олар бір-бірімен араласып, қашып кету үшін қажетті мөлшерге жетуі мүмкін емес. Бұлттардан жаңбыр жаумайды, сондықтан бұлттардағы судың мөлшері артады. Бұл бұлтты жарқыратып, күн сәулесінің әсерін, әсіресе инфрақызыл спектрдің жақын бөлігінде, көбірек көрсетеді. 2006-2009 жылдар аралығында бірнеше жүздеген кеме жолдарын спутниктік бақылаудан алынған жаңалықтар шамамен 25% -дың қоршаған ластанбаған бұлттарға қарағанда төмен бұлт альбедосы (рефлективтілігі) бар екенін көрсетті. Бұл кеменің көмескілік жолдары, аэрозоль тұмсығының қатты қысуына қарамастан, судың айтарлықтай аз болуына ұмтылды. Бұлт үстіне ауа жеткілікті түрде құрғақ болған кезде кеме жолдарының көмескілігі пайда болады деп болжанады. Ластанған бұлттардағы кішігірім тамшылар бұлттардың шаңырақтарының булануын және ағып кетуін арттырады. Осылайша ластанған бұлттар үстіндегі құрғақ ауаның көбірек бөлігін жұтып, құрғақ метеорологиялық жағдайларда оларды қатты буландыруға және жұқаруға әкеледі. Ылғалды/тұрақсыз атмосферада сіңіру әсері аз болады және кеменің ластаушы заттары бұлттардың қалыңдауына және альбедоның артуына әкеледі. Кемелердің шығарындыларын азайту стратегиясының бір бөлігі ретінде Халықаралық теңіз ұйымы 2020 жылы жанармайдың күкірт құрамын 86% -ға азайтуды талап ететін әлемдік стандартты енгізді. NASA зерттеуі кеме жолдарының жиілігі 2020 жылғы әлемдік стандарттарға байланысты онжылдықтардағы ең төменгі деңгейге дейін төмендегенін, ал COVID 19 пандемиясына байланысты сауданың бұзылуына байланысты төмен деңгейде екенін анықтады.

In 1965, the first "anomalous cloud lines" were observed in images from the TIROS VII satellite. It was hypothesized that the most likely cause was from the exhaust from ships. Many studies since have confirmed the cause, and they are now referred to as ship tracks. Scientists soon realized that the climatic impacts from aerosols could have a large effect on climate through the Twomey effect, and that ship tracks provided an excellent laboratory for their studies. Scientists who study how human produced aerosols affect cloud formation observe ship tracks because in most urban areas, they are unable to discern exactly how pollutants contribute to forming clouds because the atmosphere over the land is too tumultuous. In contrast, ships release their exhaust into the relatively clean and still marine air, where the scientists have an easier time of measuring the effects of fossil fuel emissions on cloud formation. In general, the air above the oceans suffers from less turbulence and convection than the air above land. The lower atmosphere is especially calm over the eastern Pacific in the summertime due to a layer of hot air that settles in 500 to 700 meters above that region of the ocean. This effect creates a temperature inversion, placing a cap on the cooler air below, trapping pollutants and water vapor. While the inversion is responsible for the smog that reduces air quality in Los Angeles, it also allows for the formation of long lasting ship tracks. The particles billowing from ships' smokestacks enter the air above the eastern Pacific and create long, thin clouds that remain there for days. These clouds are a type known as homomutatus. This is regarded as proof that humans have been creating and modifying clouds for generations through the combustion of fossil fuels. Although ship tracks can sometimes be visible, researchers usually scan the near infrared light coming off the clouds. At this wavelength many ship tracks appear as bright lines that can be distinguished from the surrounding, uncontaminated clouds. On average, polluted clouds reflect more sunlight than their unaffected counterparts. When compared to normal clouds, the number of water droplets per volume of air in ship tracks is more than doubled, the radius of the drops is decreased by roughly six percent and the total volume of liquid water per volume of air is increased twofold. In other words, this excessive cloud seeding from the ship causes the clouds to retain more water. Normally, rain forms when cloud drops coagulate and reach a size at which gravity can pull them to the ground. Yet, in ship tracks, the cloud seeding makes the drops so small that they can no longer easily merge to reach the size needed to escape. Since no drizzle comes out of the seeded clouds, the liquid water just keeps building in the cloud. This makes the cloud brighter and more reflective to incoming sunlight, especially in the near infrared part of the spectrum. Discoveries from satellite observations of several hundred ship tracks from 2006 to 2009 revealed that approximately 25% had a lower cloud albedo (reflectivity) than the surrounding unpolluted clouds. These dimmer ship tracks tended to have significantly less water despite the strong suppression of precipitation by the aerosol plume. Dimmer ship tracks are hypothesized to occur when the air above the cloud tops is sufficiently dry. Smaller droplets in polluted clouds enhance cloud top evaporation and entrainment. The polluted clouds thus engulf more of the overlying dry air causing them to rigorously evaporate and thin under dry meteorological conditions. Under a moist/unstable atmosphere the entrainment effect is smaller and the pollutants from the ship cause the clouds to thicken and the albedo to increase. As part of a strategy to reduce ship emissions, the International Maritime Organization implemented a global standard in 2020 requiring a fuel sulfur content reduction of 86%. A study by NASA found that the frequency of ship tracks was reduced to its lowest level in decades due largely to the 2020 global standards, and to a lesser degree by trade disruptions related to the COVID 19 pandemic.