Влияние оптически толстого аэрозольного слоя в атмосфере

Введение в атмосферу оптически толстого аэрозольного слоя существенно влияет на большинство важных физических процессов. Жестокие ураганы, вызванные сильным тепловыделением от пожаров, могут вызвать локальные эффекты, такие как черный дождь, наблюдавшийся после бомбардировок Хиросимы и Нагасаки в Японии. Эти жестокие ураганы, особенно в том случае, когда ядерные удары нанесены по близко расположенным целям, могут привести к возмущениям синоптического и мезомасштабов. Наиболее очевидное и непосредственное влияние на долгопериодные процессы связано с перераспределением солнечного нагрева у земной поверхности и в верхних слоях атмосферы. Распределение по размерам частиц типичных дымовых аэрозолей таково, что обычно их влияние на перенос длинноволнового излучения существенно менее важно, чем на перенос видимой солнечной радиации. Однако изменение режима переноса инфракрасной радиации может оказаться существенным в тех случаях, когда имеются или возникают оптически толстые для теплового излучения слои. Изменение поглощения солнечной энергии может одновременно способствовать возбуждению конвекции на верхней границе дымового слоя и установлению устойчивой стратификации у его основания. Изменение нагрева вызывает также динамическую реакцию атмосферы, что в свою очередь изменяет вертикальное и горизонтальное распределение дыма. Оставаясь на качественном уровне, эффекты, обусловленные наличием такой связи, трудно предсказать; их следует исследовать, пользуясь трехмерными моделями.
Изменение солнечного нагрева должно существенно повлиять на энергетический баланс поверхности. Если большая часть падающей солнечной радиации поглощается дымом, состояние пограничного слоя может измениться от в среднем слабо неустойчивого до сверхустойчивого. В этом случае потоки явного и скрытого тепла будут играть значительно менее важную роль, чем в нормальных условиях, и энергетический баланс поверхности будет в основном определяться радиационным обменом в тепловом диапазоне между атмосферой и поверхностью. При этих условиях поверхность будет сильно охлаждаться. Над океанами, вероятно, возникнут большие восходящие потоки тепла и влаги, что вызовет интенсивное преобразование холодных воздушных масс, двигающихся с континентов. Пока нельзя ответить на вопросы о нагреве суши массами морского воздуха при генерации мезомасштабных штормов вдоль побережий.
Влияние дыма на свойства облаков также важно, но этот эффект трудно описать количественно. Вполне вероятно формирование приземных туманов под аэрозольным слоем. Однако эти туманы, как и туманы, наблюдающиеся зимой в таком месте, как Фэрбанкс на Аляске, едва ли могут сильно повлиять на приземные температуры. Маловероятно, чтобы над аэрозольным слоем могли сформироваться облака, но если они образуются, то это должно привести к увеличению нисходящего потока инфракрасного излучения, достигающего поверхности. Из-за того, что содержание паров воды значительно превысит обычную величину, существует возможность образования облаков в стратосфере. Оптические характеристики водяных облаков, конечно, изменятся вследствие большей концентрации ядер конденсации и наличия поглощающих веществ в каплях и в самом облаке. Если приповерхностный воздух охлаждается ниже точки замерзания воды, то могут сформироваться губительные для растительности заморозки и лед.
Хотя некоторые из эффектов, обусловленных дымовым аэрозолем, можно понять, используя простые модели и ясные физические соображения, многие процессы сильно нелинейны и их трудно описать количественно. Их описание можно дать лишь с помощью сложных моделей общей циркуляции или специализированных метеорологических моделей. Современные модели общей циркуляции не описывают ряд важных физических процессов. В частности, должны быть улучшены схемы переноса излучения и параметризации пограничного слоя. Модели должны также самосогласованным образом учитывать перенос аэрозоля, что уже реализовано в нескольких моделях. Кроме того, должна быть исследована применимость описания гидрологического цикла и формирования облачности для исследования климатических эффектов, обусловленных ядерной войной. Такая оценка и уточнение моделей не могут быть выполнены за короткое время. Для того чтобы результаты моделирования дали надежные ответы на поставленные вопросы, необходимо в последующие годы выполнить тщательные и систематические исследования.