Используя радарную съёмку из космоса, исследователи определили мощность, рассеиваемую капельками дождя во время падения. Результат удивил учёных и заставил задуматься о точности имеющихся моделей климата Земли.
Оригинальную работу провели Оливер Паулис (Olivier Pauluis) из Нью-Йоркского университета и Джулиана Диас (Juliana Dias) из Национального управления океанических и атмосферных исследований. Данные, полученные со спутника TRMM, позволили им вычислить тепло, передаваемое атмосфере от летящих дождевых капель (либо снежинок).
Эта цифра оказалась куда выше, чем ожидалось, что должно повлиять на представление людей о распределении потоков энергии в «климатической установке» планеты. Но прежде чем говорить о цифрах, миниатюрное отступление.
Атмосфера работает как огромная тепловая машина, приводящая два крупных механизма – круговорот воды и потоки ветров. Солнце нагревает поверхность Земли (это «печка»), от неё греется воздух, поднимая водяной пар вверх, на высоту порядка 15 километров, где он конденсируется (это «холодильник») и потом выпадает вниз в виде осадков.
Общая мощность этой машины, по оценке Оливера и Джулианы, с учётом всех потерь (тут ведь есть КПД, как и у реального двигателя) – 5 ватт на квадратный метр земной площади (в среднем). Она уходит на создание воздушных потоков и генерацию осадков.
Но поскольку кинетическая энергия в атмосфере в целом не растёт, существует механизм диссипации – прехода энергии из упорядоченной формы (например, в виде ветров) в хаотичную. Это всяческие макро- и микротурбулентные потоки, уменьшающиеся и постепенно растворяющиеся в тепловом движении молекул, фактически – в нагреве атмосферы.
Учёные, моделирующие земной климат, знают об этом. Вполне очевидно, что воздушные потоки из-за трения воздуха о воздух, в конце концов, утихают, а их энергия – рассеивается.
Паулис и Диас высчитали мощность, рассеиваемую ветрами. Она оказалась равной (ориентировочно) от 1 до 5 ватт на квадратный метр. Как видим, по порядку это число сопоставимо с мощностью всей климатической машины планеты.
Тут бы нашим героям и успокоиться. Но нет. Они задали себе вопрос, над котором учёные раньше серьёзно не думали: «А падающие капли дождя, испытывающие на протяжении километров аэродинамическое торможение, разве не отдают свою кинетическую энергию в атмосфере?»
Действительно, все знают, что капли летят с довольно низкой скоростью. При этом на всём их пути вниз микроскопические завихрения воздуха вокруг капелек и воздушное трение выполняют роль тормоза. А поскольку закон сохранения нужно соблюдать, энергия куда-то уходит – к тому же воздуху. Это вроде всем ясно.
Но вот насколько важен этот фактор – никто до сих пор не знал. Наши же персонажи вооружились данными об осадках, собранными спутником TRMM. Он был запущен специально для измерения тропических дождей. Как сообщает Physics World, учёные посчитали концентрацию и размер капель дождя на высотах около 0, 2, 4, 6, 10 и 15 километров над уровнем земли.
Размер капель зависит от скорости свободного падения, а зная её, можно посчитать силу сопротивления воздуха. Зная же и длину пути падения капли, можно выяснить и величину теряемой энергии.
Оказалось, что в среднем осадки рассеивают (на изученной полосе от 30 градусов северной до 30 градусов южной широты) 1,8 ватта на квадратный метр (региональные отклонения вверх или вниз естественно были связаны с количеством осадков в том или ином районе). А это значение сопоставимо с мощностью, рассеиваемой ветрами.
Получается, что дожди, то есть кинетическая энергия падающих капель, передаваемая атмосфере за счёт трения (то же самое, что интересно, справедливо и для снежинок), является сильно недооценённым источником энтропии в термодинамической системе под названием Земля.
Это приводит к любопытным выводам. Скажем, существующие теории предсказывают, что глобальное потепление приведёт к росту общего количества осадков и высот, с которых они выпадают.
Но результат исследования Оливера и Джулианы означает, что в таком случае дожди будут забирать у климатической машины (при подъёме влаги на высоту) и далее «бесследно» рассеивать в атмосфере всё больше и больше энергии, следовательно, её меньше останется на… формирование воздушных потоков. То есть атмосферная циркуляция, ветры будут ослабляться.
Насколько эти глобальные выводы справедливы, ещё можно поспорить, но ясно, что вклад крохотных водяных капелек в энтропийные процессы в атмосфере ранее был сильно недооценён.
(Подробности исследования можно найти в статье в Science.)
Интересно, в они посчитали, сколько тепла впитывает каждая капля испаряясь...
Вообще можно прикинуть. Если бы было больше данных. Высота падения капли — 3, 5, 8 км? Вес капли. Кинетическая энергия в конце пути реальная (скорость несколько км/ч) и если бы был вакуум (скорость по формуле без учёта аэродинамического торможения). Далее... теплота испарения при температуре такой-то. Потеря массы жидкости за время падения.... Полагаю, на испарение тратится относительно мало.
А считали ли авторы работы — не в курсе.
-спорное утверждение.
Другое дело, учитываем ли мы процесс образования «материи» из «кинетической энергии». То есть растет ли Земля.
Рост Земли
я как-бэ считаю, что каждая капля выпавшего дождя по итогу испаряется.
Есть ли смысл считать испарение в частности?
В том то и дело, что конденсация — это много стадийный процесс.
Всякое соединение множества частиц в нечто «целое», в том числе соединение снежинок в сугроб, должно сопровождаться выделением тепла. Так как иначе межмолекулярные (и т.п.) связи не образовались бы. Разве нет?
другие разрушаются, поглощая тепло.
А по скольку вес снежинок (капель), гравитация, сообщает определенный вектор этому процессу, то «тепло» вытесняется в атмосферу.
И поскольку вес растёт по мере роста сугроба, то растёт и вытеснение тепла. Так верхняя часть сугроба подтаивает до воды, что способствует подвижности молекул снежинки, и образованию новых связей с выделением большего тепла.
Возможно, поэтому есть некий минимум толщины сугроба, который не тает.
Это моё мнение.
Вот только это происходит в толще атмосферы, и тёплый воздух сразу убегает наверх. Поднять температуру у поверхности земли на сколько-нибудь заметную величину, прямо сразу и непосредственно под падающим дождём, данный эффект явно не способен.
А в этом и нет необходимости. Начавшийся дождь таким образом служит пусковым механизмом. Он чуть поднимает температуру, туча нагревается, убыстряются процессы конденсации — и дождь усиливается — поддерживая процесс.... а дальше два варианта — либо Влаги в Туче не много — и она быстро вся проливается. Либо поднявшаяся в результате дождя температура способствует росту атмосферного давления, что способствует дрейфу воздушных масс.
Про 5Вт здесь ошибся, они что-то своё обозначают, но совсем недавно они тут вроде как описывали нагрев океанов (как основных поглотителей лишней теплоты).
«в результате заявлено о 23Вт/м2 разницы»
И куда они деваются интересно знать? При таком нагреве глобальное потепление было бы не полградуса за век. А сотни за год. Океаны? Да, но только числа другие.
Вот свежайшее: "Оказалось, планета поглощает сейчас в среднем по 0,58 ватта избыточной энергии на каждый квадратный метр поверхности. Таково текущее превышение прихода над расходом.. "
www.membrana.ru/particle/17500
«Про 5Вт здесь ошибся, они что-то своё обозначают» — это точно, своё. Нужно лезть к ним в дебри и смотреть — что они считали.
Тем не менее видно, что облака которые покрывают всего 15-20% (точной цифры не нашёл) земной поверхности в среднем отражают в 3,5 раза больше чем вся остальная земля. То есть, очень незначительное изменение количества облаков приведёт к заметной разнице в общем балансе. А облаков, с ростом температуры и влаги в воздухе должно становиться больше, что приведёт к остановке роста глобальной температуры. Не понимаю, откуда растут заявления в духе «с ростом количества влаги парниковый эффект эффект усилится, и Земля перегреется, как и её соседка Венера» — приходилось слышать во всяких дискавери-программах...
лабораторка должна выглядеть примерно так.
Ставим вентилятор — определяем скорость потока воздуха на расстоянии трех метров,
начинаем лить воду из лейки мелкого душа на пути воздушного потока.
смотрим на сколько упала скорость потока воздуха..
или то, что падая с небес капля свою потенциальную энергию ( эм же) переводит в кинетическую, треться об воздух, тормозит, греет воздух и греется сама? Рисунок какой то не внятный... Поток воздуха вокруг капли показанный тонкими белыми стрелками -вертикальный с низу вверх? или горизонтальный по направлению ветра??
И что? Этого до сих пор никто не учитывал?
Вот! Не думали, что важно, или не могли посчитать. А эти двое смогли.
Другое дело, я не допонял — возвращаясь к вопросу ветра..
Тут же подчеркнуто что не растет кинетическая энергия атомсферы — скорость ветра не нарастает — следовательно они занимались тем, что именно энергия ветра гасится о стену дождевых капель. ?
Да нет же. Энергия ветра и её рассеивание в тепло — это одно. Энергия падающих капель и её рассеивание в тепло — совершенно самостоятельный процесс! они никак не связаны.
Речь шла о том, что никто ранее нормально не померял мощность этих двух процессов. А герои материала измерили и нашли, что они (мощности) сопоставимы по порядку, а значит роль капель дождя в диссипации энергии в атмосфере — ранее была недооценена.
Например при шторме поверхность воды нагревается.
-- я к тому, что всё это делается дома с авторучкой в руках .. важна идея-модель ..
«...рассеивать в атмосфере всё больше и больше энергии, следовательно, её меньше останется на… формирование воздушных потоков. То есть атмосферная циркуляция, ветры будут ослабляться.»
Как вы думаете, возможно ли то, что от ослабления ветров облака будут меньше смещаться от мест своего образования, и осадки будут выпадать всё больше над океанами и прибрежными зонами? При этом всё меньше и меньше заходя в глубь материка.
Вроде как сейчас Европу всё чаще топит и заносит снегом, а на Урале тем временем с каждым годом всё меньше осадков выпадает.
Не является ли это признаком глобального потепления, существование которого признают не все?