Вымывание дыма из атмосферы

Теоретические модели обычно дают заниженную оценку скорости вымывания аэрозоля по сравнению с наблюдаемой (например, Radke et at., 1980b). Некоторые из причин такого расхождения очевидны. Используемые модели недостаточно полны и не учитывают все возможные взаимодействия между аэрозолем и каплями воды или кристаллами льда, в том числе эффекты, обусловленные электризацией частиц, турбулентностью, а также быстропротекающие процессы. Важны и физические свойства аэрозоля. То обстоятельство, что скорость вымывания дыма тепловых электростанций превышает теоретическое значение, Радке и др. (Radke et ai, 1980b) объясняют гигроскопичностью частиц, которые, поглощая водяной пар, увеличиваются в размерах и таким образом не попадают в разрыв Гринфилда. Наблюдалось (Prodi, 1983), что кристаллы льда, образующиеся из переохлажденных капель воды, легко захватывают гигроскопичные субмикронные частицы солевого аэрозоля, но не субмикронные гидрофобные частицы воска. Большинство натурных наблюдений относится к аэрозолям с высоким содержанием (потенциальных) ядер конденсации или к таким, на которых легко конденсируется вода. Дым, напротив, обладает другими физическими свойствами и, надо полагать, менее эффективно захватывается и вымывается из атмосферы.
Непрерывный дождь, продолжающийся не более часа (до 10 мм осадков), как правило, очищает атмосферу от большинства аэрозолей (Pruppacher, Klett, 1980). Вынужденное вымывание в дымовом факеле пожара, возможно, будет менее продолжительным (если проследить за некоторым объемом воздуха), но более интенсивным.
Скорость вынужденного вымывания частиц сажи в конвективных колонках больших пожаров зависит от множества факторов. Эти факторы плохо изучены, и рассчитать, каково будет их влияние, очень трудно. Поэтому возможны лишь грубые оценки скорости удаления частиц сажи из атмосферы. Очевидно, что для надежной оценки скорости вымывания требуется гораздо лучше, чем в настоящее время, понимать индивидуальные процессы, приводящие к захвату частиц. В ряде работ (Turco et ai, 1983а, b; NRC, 1985; CGB, 1984) предполагалось, что за счет пожаров будет удалено от 30 до 50% всего дыма, выбрасываемого в атмосферу факелами пожаров. В свете современных знаний, эти оценки кажутся вполне разумными (Hobbs et at., 1984).
В процессах синоптического масштаба, отвечающих за вымывание дыма, важную роль играют три фактора: высота, на которой находится дым, состав и морфология частиц по завершении процессов вынужденного вымывания и потенциальные крупномасштабные метеорологические изменения в атмосфере. Один из возможных подходов основан на предположении, что частицы дыма, пройдя сквозь облако конденсата, образовавшееся над пожаром, или испытав взаимодействие с какой-либо природной облачной системой, в последующих взаимодействиях с облаками эффективно вымываются осадками. Так, при исследовании климатической системы с помощью модели общей циркуляции атмосферы Мэлоун и др. (Malone et al., 1985) предположили, что всякий раз, когда дым вовлекается в облачную систему, в которой возможны осадки, он почти полностью вымывается из атмосферы. При таком подходе скорость удаления дыма может оказаться завышенной, ибо, согласно подобным моделям, осадки выпадают сразу по всей расчетной ячейке, которая обычно имеет размеры порядка 105 км2, тогда как в действительности образование осадков происходит лишь на части этой территории.
Хотя физические характеристики дыма, который окажется в атмосфере, точно не известны, можно предположить, что они будут сильно варьироваться. Некоторые частицы почти не изменятся, тогда как другие могут сильно «стареть». Поэтому разброс начальных данных, используемых для расчета вымывания в мезо- и синоптическом масштабах, может быть весьма значительным.