Ship tracks

Введение

Облака, образующиеся вокруг выхлопных газов, выделяемых кораблями Судовые следы - это облака, образующиеся вокруг выхлопных газов, выделяемых кораблями в спокойный океанский воздух. Молекулы воды собираются вокруг крошечных частиц (аэрозолей) из выхлопных газов, образуя семена облака. На семени накапливается все больше и больше воды, пока не образуется видимое облако. В случае с корабельными следами, семена облаков растянуты по длинной узкой дорожке, где ветер пронес выхлопные газы корабля, поэтому получающиеся облака напоминают длинные струны над океаном. Следы кораблей - это вид гомогенитального облака.

Исследование судовых путей

В 1965 году на снимках спутника TIROS VII были замечены первые "аномальные линии облаков". Была выдвинута гипотеза, что наиболее вероятной причиной были выхлопные газы с кораблей. С тех пор многие исследования подтвердили эту причину, и теперь они называются следами кораблей. Ученые вскоре поняли, что климатические воздействия аэрозолей могут оказать большое влияние на климат через эффект Твомэя, и что корабельные следы предоставили отличную лабораторию для их исследований. Ученые, изучающие, как аэрозоли, производимые человеком, влияют на образование облаков, наблюдают за кораблями, потому что в большинстве городских районов они не могут точно определить, как загрязняющие вещества способствуют образованию облаков, потому что атмосфера над землей слишком бурная. В отличие от них, корабли выбрасывают выхлопные газы в относительно чистый и спокойный морской воздух, где ученым легче измерить влияние выбросов ископаемого топлива на образование облаков. Воздух над океанами обычно страдает от меньшей турбулентности и конвекции, чем воздух над землей. Нижняя атмосфера особенно спокойна над восточной частью Тихого океана в летнее время из-за слоя горячего воздуха, который оседает на высоте от 500 до 700 метров над этой областью океана. Этот эффект создает инверсию температуры, закрывая более холодный воздух, задерживая загрязняющие вещества и водяной пар. Хотя инверсия отвечает за смог, который снижает качество воздуха в Лос-Анджелесе, она также позволяет формировать долговременные корабельные следы. Частицы, выходящие из труб кораблей, попадают в воздух над восточной частью Тихого океана и образуют длинные тонкие облака, которые остаются там в течение нескольких дней. Эти облака известны как гомомутаты. Это считается доказательством того, что люди создавали и модифицировали облака на протяжении поколений путем сжигания ископаемого топлива. Хотя иногда можно увидеть следы кораблей, исследователи обычно сканируют инфракрасный свет, исходящий от облаков. На этой длине волны многие корабельные следы выглядят как яркие линии, которые можно отличить от окружающих, незагрязненных облаков. В среднем облака, загрязненные солнцем, отражают больше солнечного света, чем облака, не загрязненные солнцем. По сравнению с обычными облаками количество капель воды на объем воздуха в судовых дорожках более чем удвоилось, радиус капель уменьшился примерно на шесть процентов, а общий объем жидкой воды на объем воздуха увеличился вдвое. Другими словами, избыточная семяизверженность облаков с корабля заставляет облака удерживать больше воды. Обычно дождь образуется, когда облачные капли сгущаются и достигают такого размера, что гравитация может притянуть их к земле. Однако в морских путях сеяние облаков делает капли настолько малыми, что они не могут легко сливаться, чтобы достичь размера, необходимого для побега. Поскольку из облаков не выходит дождь, жидкая вода просто продолжает накапливаться в облаке. Это делает облако ярче и более отражающим входящий солнечный свет, особенно в ближней инфракрасной части спектра. Открытия спутниковых наблюдений за несколькими сотнями корабельных следов с 2006 по 2009 год показали, что примерно 25% облаков имеют более низкое альбедо (отражательность) чем окружающие незагрязненные облака. Эти более тусклые судовые пути имели тенденцию иметь значительно меньше воды, несмотря на сильное подавление осадков аэрозольным шлейфом. Предполагается, что более тусклые следы судна возникают, когда воздух над облаками достаточно сухой. Меньшие капли в загрязненных облаках усиливают испарение и увлечение облаков. Загрязненные облака поглощают большую часть сухого воздуха, вызывая их испарение и разжижание в сухих метеорологических условиях. При влажной/нестабильной атмосфере эффект затягивания меньше, а загрязняющие вещества с корабля заставляют облака сгущаться и увеличивать альбедо. В рамках стратегии сокращения выбросов с судов Международная морская организация в 2020 году внедрила глобальный стандарт, требующий снижения содержания серы в топливе на 86%. Исследование NASA показало, что частота судоходства снизилась до самого низкого уровня за последние десятилетия в основном из-за глобальных стандартов 2020 года и в меньшей степени из-за нарушений торговли, связанных с пандемией COVID-19.

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.