Być może kiedyś nauczyłeś się, że „ciepłe powietrze unosi się, a chłodne opada”. Ale to nie zawsze się sprawdza.

Dzieje się tak, ponieważ wyporność powietrza – jego zdolność do podnoszenia się – jest podyktowana zarówno jego temperaturą, jak i ilością zawartej w nim pary wodnej. Suche powietrze zawiera głównie pierwiastki azot i tlen, zebrane w różne cząsteczki. Para wodna jest mniej gęsta niż te ciężkie cząsteczki; w wilgotnym powietrzu para wodna zajmuje przestrzeń, która normalnie byłaby zajmowana przez azot i tlen. Zjawisko to, znane jako „efekt wyporu pary”, powoduje zawilgocenie powietrze lżejsze niż suche powietrze o tej samej temperaturze, ciśnieniu i objętości.

Na wielką skalę efekt wyporu oparów pomaga kierować ruch powietrza przez najniższy obszar atmosfery, zwany troposferą, oraz szczególnie wpływa na powietrze w wilgotnych, tropikalnych regionach. Nawet w tropikach niektóre obszary powietrza pozostają stosunkowo suche w porównaniu z bardziej wilgotnym powietrzem położonym na wschodzie lub zachodzie. Nowy model klimatu sugeruje, że ten cykl wilgotnego powietrza unosi się i wysycha tonięcie może nieco buforować skutki c zmiana limatowa w tropikach.

„Bez tego efektu ocieplenie klimatu byłoby jeszcze gorsze” – powiedział autor badania Da Yang, adiunkt nauk o atmosferze na Uniwersytecie Kalifornijskim w Davis i pracownik naukowy z Lawrence Berkeley National Laboratory . Zgodnie z modelem Yanga, opublikowanym 6 maja w czasopiśmie Science Advances, efekt wyporu pary wzmacnia ilość energii cieplnej (ciepła) uwalnianej w przestrzeń kosmiczną z regionów tropikalnych, rzędu około 1 do 3 watów na metr kwadratowy . Model sugeruje, że w miarę ocieplania się klimatu tropikalnego efekt ten może rosnąć wykładniczo, co oznacza, że region będzie oddawał coraz więcej ciepła, nawet w miarę wzrostu temperatury.

Powiązane: Fotograficzny dowód zmian klimatu: czas – Zdjęcia poklatkowe cofających się lodowców

To powiedziawszy, efekt wyporu pary w żaden sposób nie eliminuje skutków zmian klimatu, powiedział Yang. Ale może w pewnym stopniu ustabilizować klimat tropikalny, gdy temperatury powiedział, że bieguny Ziemi wznoszą się w stosunkowo szybszym tempie.

Ale jak to dokładnie działa?

Chmury i czyste niebo

Efekt wyporu pary „był znany meteorologom od bardzo dawna”, co najmniej sto lat, Olivier Pauluis, profesor matematyki i atmosfery / nauk o oceanach na New York University, który nie brał udziału w badaniu, powiedział Live Science w e-mailu. Chociaż wielu osobom dobrze znany, pogląd, że ciepłe powietrze zawsze unosi się, a chłodne zawsze opada, jest „nieprawidłowym założeniem” – powiedział.

„Prawidłowa„ konwencjonalna mądrość ”wraca do zasady Archimedesa i jest taka, że lekkie unosi się, ciężkie opada. ”Jednak wilgotne powietrze jest lżejsze od suchego powietrza o tej samej temperaturze i ciśnieniu, powiedział Pauluis.

Chociaż współczesne modele zmian klimatu uwzględniają tę mądrość, Yang zamierzał zbadać jak wilgotne powietrze tropików wpływa na ogólne ocieplenie w regionie, a dokładniej.

Tropiki leżą w odległości około 20 stopni od równika, owinięte wokół planety jak pas, według National Geographic. tropikach, globalne wzorce cyrkulacji powietrza generują kolumny wilgotnego powietrza i kolumny względnie suchego powietrza, które leżą obok siebie i rozciągają się w kierunku nieba, powiedział Yang. Ten sam wzór naprzemiennych kolumn powietrza również przejawia się w mniejszych skalach, ale te zlokalizowane kieszenie powietrza rozpraszają się w ciągu da ys, podczas gdy te o większej skali pozostają stabilne przez długi czas i wpływają na klimat w tropikach, powiedział.

Chmury i burze tworzą się w wilgotnym powietrzu, podczas gdy czyste niebo w dużej mierze obejmuje suche regiony, Yang powiedziany. Para wodna działa jak gaz cieplarniany, zatrzymując energię cieplną emitowaną z oceanów, lądu i niższych warstw atmosfery; w związku z tym niewielka ilość energii może uciec w przestrzeń kosmiczną z bardziej wilgotnych regionów tropików. „Większość energii byłaby emitowana z obszarów bezchmurnego nieba, a nie z chmur” – powiedział Yang.

W tym miejscu do gry wkracza efekt wyporu pary.

Zgodnie z modelami komputerowymi zespołu, chłodne powietrze nasycone parą wodną unosi się w górę, tworząc po drodze chmury i padający deszcz. Tymczasem stosunkowo suche, ciepłe powietrze opada w czystych obszarach nieba. klimat tropikalny ociepla się, więcej wody nagrzewa się i przechodzi w formę pary, powodując, że powietrze powyżej staje się coraz bardziej wilgotne. Późniejsza zmiana w pływalności napędza wilgotne powietrze w górę i powoduje falowanie otaczającego powietrza; te zmarszczki, znane jako atmosferyczne fale grawitacyjne wypychają ciepło z wilgotnego powietrza do suchego powietrza w pobliżu, powiedział Yang.

Zasadniczo, fale równoważą nagły wzrost wyporu oparów, zmniejszając dodatkową wyporność powodowaną przez ciepło, powiedział.

Ten cykl przenosi coraz więcej ciepła do suchego powietrza, które wypuszcza energię cieplną w czyste niebo powyżej, powiedział Yang.

„Innymi słowy, sprawi, że opadające suche powietrze będzie jeszcze cieplejsze”, umożliwiając emisję większej ilości ciepła z obszarów bezchmurnego nieba, powiedział Yang. Dodał, że „gdybyśmy nie mieli tego efektu wyporu oparów, byłoby odwrotnie”, co oznacza, że coraz cieplejsze powietrze unosi się w wilgotnych regionach, gdzie jego ciepło byłoby uwięzione pod chmurami.

Odkrycie nie musi być przełomowe, ponieważ naukowcy od dawna wiedzieli o efekcie wyporu pary, powiedział Pauluis. Jednak podkreśla potrzebę uwzględnienia zarówno temperatury, jak i wilgotności względnej podczas modelowania zmian klimatu, zwłaszcza w regionach tropikalnych, dodał.

Patrząc w przyszłość, Yang i jego współautorzy zamierzają opracować modele na dużą skalę aby przetestować swoją teorię. W bieżącym badaniu modelowali małe systemy wilgotnego i suchego powietrza, które pozostawały stabilne w czasie, tak jak zrobiłby to system wielkoskalowy. Aby opracować pełnowymiarowy model, który rejestruje aktywność w tropikach, zespół będzie potrzebował znacznie większej mocy obliczeniowej. Dodatkowo Yang ma nadzieję zebrać dane obserwacyjne z różnych regionów tropikalnych, aby zobaczyć, jak przewidywania zespołu sprawdzają się w prawdziwym świecie.

„Chcemy również wiedzieć, jak wypór pary wpływa na chmury i wiatry na Ziemi? ”- powiedział.

„ Głównym wyzwaniem w przewidywaniu przyszłych zmian klimatycznych jest prawidłowa ocena zmian zachodzących w chmurach niskiego poziomu, gdzie efekt jest bardziej znaczący ”- dodał Pauluis.

• 6 Nieoczekiwane skutki zmiany klimatu
• 5 sposobów, w jakie zmiany klimatyczne wpłyną na Twoje zdrowie
• Rzeczywistość zmian klimatycznych: obalono 10 mitów

Pierwotnie opublikowane w Live Science.