Метеорология как наука > Физическая метеорология
Биотический насос атмосферной влаги
Tuskarilla:
Сама теория очень спорная, но как научно-популярная весьма занятная
--- Цитировать ---На основании анализа неравновесности вертикального распределения водяного пара в атмосфере сформулирован принцип, согласно которому воздух в приземном слое распространяется из области с меньшим испарением в область с большим испарением. Потоки воздуха поддерживаются разностью в силах испарения в этих областях. Сила испарения направлена вверх и возникает из-за сильного отклонения распределения подверженного конденсации водяного пара от аэростатического равновесия в условиях наблюдаемого отрицательного вертикального градиента температуры воздуха.
Сила испарения является причиной возникновения силы горизонтального барометрического градиента и в сотни раз превосходит се среднюю наблюдаемую величину. Из анализа силы испарения дано объяснение устойчивости пустынь, пассатов над океаном и летних и зимних муссонов на территориях, лишенных лесного покрова. Поддерживая мощные потоки транспирации за счет высокого листового индекса, естественный лес закачивает влажный воздух с океана, увеличивая осадки до уровня, при котором гравитационный речной сток с оптимально увлажненной почвы компенсируется на любом расстоянии от океана, что составляет сущность работы биотического насоса атмосферной влаги. В отсутствие биотического насоса осадки в нарушенных экосистемах убывают экспоненциально с удаленностью от океана на масштабах порядка нескольких сотен километров.
--- Конец цитаты ---
--- Цитировать ---Пассивные геофизические потоки атмосферного транспорта испарившейся из океанов влаги на континенты экспоненциально затухают при любом характере движения воздушных масс (муссоны, пассаты, атмосферные фронты и проч.). Эмпирически определяемая длина затухания имеет порядок нескольких сотен километров, что намного меньше линейных размеров континентов. Поэтому геофизические потоки влаги с океанов на сушу не могут компенсировать равномерно распределенный по речному бассейну речной сток из глубины континентов. Это означает, что не существует геофизического объяснения наблюдаемого существования высокопродуктивных лесных экосистем на территориях материковых масштабов порядка десятков миллионов квадратных километров (например, леса Амазонки, экваториальной Африки, Сибири).
Для обеспечения функционирования таких систем необходим активный механизм (насос), транспортирующий влагу вглубь континентов со скоростью, определяемой потребностями экологического сообщества. Затраты энергии при активной закачке влаги на сушу из океана должны существенно превосходить гидромощность речного стока. Поэтому механизм транспорта влаги вглубь континентов может быть построен только на базе потребления солнечной энергии с высокой эффективностью. (Мощность глобального речного стока на четыре порядка меньше мощности глобального потока солнечной энергии, получаемого Землей).
Этот механизм создан на суше в процессе эволюции в виде леса - сплошного растительного покрова высоких деревьев, тесно взаимодействующих с другими организмами экологического сообщества. Лес ответственен как за накопление влаги в глубинах континентов в геологическом прошлом, так и за устойчивое сохранение этой влаги в последующие периоды жизни на суше. В этой статье мы исследуем геофизические и экологические принципы действия биотического насоса, качающего влагу с океанов на сушу, и показываем, что только сплошной не разорванный покров ненарушенного естественного леса, граничащий с океаном или морем по всей береговой линии, способен устойчиво поддерживать влагу на оптимальном для жизни уровне в любых сколь угодно отдаленных от океана областях суши.
--- Конец цитаты ---
--- Цитировать ---Эвапотранспирация (от лат. evaporo — испаряется и транспирация), или суммарное испарение — количество влаги, переходящее в атмосферу в виде пара в результате десукции и последующей транспирации (физиологическое испарение) и физического испарения из почвы и с поверхности растительности.
Десукция - иссушение почвы растениями.
Обратимся к пространственному распределению осадков в покрытых естественным лесом областях. Жизнь всего лесного сообщества зависит от влажности почвы. Поэтому функционирование лесного сообщества должно быть направлено на поддержание влажности почвы на стационарном оптимальном для жизни уровне. Высокая влажность почвы позволяет экологическому сообществу поддерживать стабильно высокую мощность функционирования даже при флуктуирующем режиме осадков. Так, например, эвапотранспирация естественных лесов в Амазонке, круглогодично поддерживающих высокое влагосодержание почвы, лимитируется только солнечной энергией и увеличивается во время сухого сезона, когда солнечных дней больше. В естественных лесах высоких широт сухие периоды во время вегетационного сезона также не приводят к уменьшению эвапотранспирации. Напротив, эвапотранспирация открытых экосистем типа саванн, лугов или кустарников, неспособных поддерживать высокое влагосодержание почвы, резко падает во время сухого сезона.
Изменение влагосодержания почвы связано с плотностью осадков, испарения и стока законом сохранения вещества.
--- Конец цитаты ---
--- Цитировать ---Верховья Енисея удалены от Тихого океана на четыре, а от Атлантического океана на шесть тысяч километров, представляя собой одну из наиболее удаленных от океанов областей планеты. Вследствие низкой температуры поверхности Северного Ледовитого океана преобладающие в бассейне Енисея арктические воздушные массы в области своего формирования характеризуются низким влагосодержанием. Это влагосодержание должно было бы еще больше убывать при продвижении в глубь континента.
Если бы область суши, сегодня соответствующая покрытому лесом бассейну реки Енисей, представляла бы собой пустыню с осадками порядка 100 мм год, это легко объяснялось бы геофизической атмосферной циркуляцией и удаленностью от всех океанов и никого бы не удивляло (как не удивляет никого постепенное нарастание засушливости вглубь континента в районе северо-восточного китайского разреза и других аналогичных областях, лишенных лесного покрова). Существование же мощнейшего круговорота воды в этой области (Енисей является седьмой величайшей рекой мира по суммарному стоку) и нарастание осадков вглубь континента весьма примечательно и может быть объяснено только существованием активного биотического насоса атмосферной влаги из океана на сушу. Подобные биотические насосы обеспечивают постоянство осадков в районах Амазонки и экваториальной Африки.
Таким образом, мы приходим к однозначному выводу, что все крупнейшие речные бассейны представляют собой результат существования лесных биотических насосов влаги с океанов и морей на сушу. Лесные биотические насосы обеспечивают оптимальную для биоты влажность почвы, максимальную продуктивность биоты, ограничиваемую только поглощаемым потоком солнечной радиации, и полную компенсацию речного стока, определяемую поддерживаемой биотой высокой влажностью почвы. Лесной биотический насос определяет как глубину проникновения влаги с океанов на сушу, так и величину этого потока влаги через единицу длины береговой линии. Определяемые функционированием биоты, обе эти характеристики практически не зависят от геофизических флуктуаций атмосферной циркуляции влаги. Биотический насос увеличивает осадки на суше за счет уменьшения осадков над океаном. Это приводит к появлению океанических "пустынь”- обширных областей, практически лишенных осадков.
--- Конец цитаты ---
https://www.bioticregulation.ru/offprint/vod_pr1.pdf
https://www.bioticregulation.ru/news.php?lang=ru
Tuskarilla:
--- Цитировать ---Транспирация — некий аналог кровообращения у животных. Она состоит в непрерывном движении поступающей из почвы воды и растворённых в ней веществ через корневую систему растений и далее по стволовым сосудам ксилемы (проводящей ткани растений) к листьям. При этом вода движется от корней к листьям по так называемому градиенту водного потенциала, убывающему по мере возрастания концентрации растворённых в ней солей и других веществ, чему способствует избирательная проницаемость клеточных мембран. Скорость движения воды по стволовым сосудам достаточно велика и составляет у травянистых растений около 1 м/ч, а у высоких деревьев — до 8 м/ч. Сосуды ксилемы представляют собой трубки с узким просветом, диаметр которого колеблется от 0,01 до 0,2 мм. Чтобы поднять воду по таким трубкам к вершине большого дерева, необходимо давление порядка 4000 кПа(около 40 атм). Но даже по самым тончайшим сосудам под действием одних лишь капиллярных сил вода не может подняться выше 3 м, тогда как высота некоторых деревьев достигает 50 и даже 100 м (как у калифорнийской секвойи или австралийского эвкалипта).
--- Конец цитаты ---
--- Цитировать ---Объяснить этот феномен позволяет теория сцепления, или когезии. Согласно этой теории, подъём воды от корней обусловлен её испарением в листьях, которое приводит к обеднению листовых клеток водой, а следовательно, к повышению концентрации растворённых в ней веществ и соответственно к понижению водного потенциала. Поэтому вода из ксилемного сока с более высоким водным потенциалом устремляется в клетки листа через избирательно проницаемые клеточные мембраны. Однако по мере выхода воды из ксилемных сосудов в столбе воды создаётся натяжение, передающееся вниз по стеблю, вплоть до корней. Оно связано со способностью молекул воды к сцеплению, или когезии. Это свойство обусловлено их полярностью (дипольным моментом), в силу которого под воздействием электростатических сил молекулы воды притягиваются друг к другу (как бы «склеиваются») и удерживаются за счёт водородных связей. В результате когезии натяжение в сосудах ксилемы достигает такой силы, что может тянуть вверх весь столб воды. Разные оценки прочности на разрыв для столба ксилемного сока варьируются в пределах от 3000 до 30 000 кПа (от 30 до 300 атм).
--- Конец цитаты ---
--- Цитировать ---И, наконец, на самом последнем этапе вода стремится покинуть растение, поскольку водный потенциал окружающего умеренно влажного воздуха на несколько десятков тысяч килопаскалей ниже, чем в самом растении. Причём покидает его вода главным образом в парообразной форме. Для превращения воды в пар нужна дополнительная энергия, называемая скрытой теплотой парообразования. Эту энергию и дают солнечные лучи, служащие в конечном счете той силой, что движет процессом транспирации на всех его этапах — от почвы к корням растения и от корней к стеблям и листьям.
--- Конец цитаты ---
--- Цитировать ---То, что вода необходима растению для обеспечения его жизнедеятельности, в том числе для нужд фотосинтеза, совершенно очевидно. Менее очевидна интенсивность этого процесса. Ведь само растение использует в среднем меньше 1% поглощаемой им из почвы воды, остальные же 99% возвращаются в атмосферу, так сказать, транзитом. Уровень транспирации при достаточной освещённости, увлажнённости почвы и температуре окружающего воздуха может быть очень высок. Например, травянистые растения, такие как хлопчатник или подсолнечник, способны терять за сутки до 1-2 л воды, а столетний дуб - более 600 л. Неслучайно транспирацию иногда называют неизбежным злом. Правда, у большинства растений в ходе эволюции выработался ряд приспособлений, позволяющих регулировать процесс испарения и при необходимости удерживать влагу. Это, например, сбрасывание листьев во время сезонных похолоданий или засухи. Это запасание влаги в слизистых клетках и в клеточных стенках различных частей растения. Это, наконец, устьица - особые поры в эпидермисе, расположенные в листьях и отчасти в зелёных стеблях, через которые происходит газообмен и испаряется до 90% воды. Благодаря специальным замыкающим клеткам устьица могут закрываться в засушливую погоду или в ночные часы, когда прекращается фотосинтез, замедляя тем самым процесс транспирации. Существуют и другие приспособления для уменьшения транспирации, сформировавшиеся в условиях засушливого климата и дефицита влаги, как, например, утолщение кутикулы (воскового слоя, покрывающего эпидермис листьев и стеблей), открытие устьиц в ночное время и закрытие днём и т.д. И всё же в обычных условиях в силу высокого листового индекса (отношения площади освещённых листьев к площади проекции кроны на почву), характерного прежде всего для древесной растительности, потери воды с транспирацией могут быть очень высоки, существенно превышая испарение с поверхности водоёма, равного по площади проекции кроны дерева на почву.
--- Конец цитаты ---
--- Цитировать ---Однако транспирация не единственный источник испарения, формирующегося над лесом. Деревья обладают способностью аккумулировать, «перехватывать» своими кронами значительное количество дождевой атмосферной влаги или снега, которые также вносят свой существенный, достигающий 30%, вклад в развиваемое лесом испарение. Последнее обстоятельство имеет особое значение для бореальных хвойных лесов, где налипшие на деревьях снежные шубы и шапки обеспечивают поток испарения даже зимой, когда транспирация отсутствует. Таким образом, ненарушенный лес способен испарять влагу практически круглогодично, причём намного интенсивнее, чем открытая поверхность океана той же температуры, приближаясь в среднем к максимально возможной величине испарения, ограничиваемой потоком солнечной энергии. Так, согласно расчётам, максимальное испарение воды над лесом, соответствующее среднеглобальному потоку солнечной энергии, поглощённому земной поверхностью, составляет ~ 2 м/год, тогда как испарение с поверхности океана почти в два раза меньше ~ 1,2 м/год. А если учесть, что общая листовая поверхность растительной биоты в 4 раза превосходит поверхность всей суши, то станет понятно, что суммарное испарение леса может успешно конкурировать с испарением над океаном. И это имеет решающее значение для формирования континентального влагооборота.
Дело в том, что почвенный слой не способен достаточно долго удерживать влагу, которая неизбежно теряется с речным стоком, попадая в конце концов в океан. И поэтому проблема её сохранения на суше неразрывно связана с компенсацией потерь за счёт обратного потока влаги с океана. Однако, чем дальше от береговой линии, тем большая часть принесённых с океана осадков, в силу возвышенного положения материков, возвращается в него с речным стоком. В то же время пассивные атмосферные геофизические потоки, переносящие влагу с океана, затухают по мере их продвижения в глубь континента, причём это затухание имеет экспоненциальный характер. Правда, указанная закономерность справедлива прежде всего для обезлесенных территорий с низкорослой степной растительностью, непосредственно граничащих с береговой линией, где на каждые 400 км проникновения в глубь степи, саванны или прерии поток влаги и интенсивность осадков уменьшаются примерно вдвое. Данные о градиенте убывания осадков для обширных областей суши, удовлетворяющих указанному критерию, показали, что пассивный геофизический транспорт влаги способен обеспечить нормальные условия для жизни только в прилегающей к океану полосе порядка нескольких сотен километров (для протяжённых областей континентов с невысоким уклоном средний показатель составляет около 600 км). Водный режим в подобных регионах сильно зависит от случайных флуктуаций и сезонных количественных колебаний приносимых с океана осадков, как это имеет место в зоне муссонного климата с его обильными дождями летом и очень сухими зимами.
--- Конец цитаты ---
--- Цитировать ---Но как же объяснить в таком случае существование хорошо увлажнённых областей в глубине континентов, на расстоянии нескольких тысяч километров от океана — в Сибири, бассейне Амазонки или Экваториальной Африке? Ответить на этот вопрос, исходя из одних лишь пассивных геофизических потоков, было бы, пожалуй, затруднительно, если не принять во внимание активный транспорт океанической влаги, движущим началом которого является лесной биотический насос. А если точнее — те атмосферные физические процессы, которые возникают над лесом вследствие транспирации, а также накопления атмосферной влаги древесными кронами.
Суть их, коротко, состоит в следующем. В атмосфере давление газа на любой данной высоте уравновешено весом столба газа выше этой отметки. С ростом высоты вес столба газа уменьшается и, следовательно, падает равновесное давление газа. Тот, кому приходилось подниматься в горы, знает по собственному опыту: на высокогорье труднее дышать, поскольку воздух там более разрежен и соответственно беднее кислородом. Но, в отличие от остальных компонентов воздуха, водяной пар может присутствовать в нём в двух фазах — жидкой (в виде капель дождя и тумана) и газообразной и при определённых условиях переходит в жидкое состояние, исчезая из газовой фазы. С этим явлением, называемым конденсацией, каждому из нас приходилось сталкиваться не раз, хотя бы наблюдая образование росы, оседающей в прохладные летние вечера на траву, кустарники или какие-нибудь быстро остывающие поверхности и предметы. Объясняется это тем, что при понижении температуры замедляется процесс испарения воды и динамическое равновесие между её газообразной и жидкой составляющими сдвигается в сторону последней. В силу уменьшения своей кинетической энергии существенно меньшее число молекул воды стремится покинуть жидкую фазу, тогда как число возвращающихся в неё молекул водяного пара поначалу остаётся неизменным. И если в дневные часы в тёплом и сухом воздухе концентрация водяного пара была ниже своего возможного максимума, или так называемого уровня насыщенности, то теперь, достигнув стадии насыщения, водяной пар начинает быстро конденсироваться, переходя в жидкое состояние. В физике эта критическая температурная отметка получила название «точка росы», которую можно создать и искусственно — понижая температуру влажного воздуха или соприкасающихся с ним предметов.
Нечто подобное происходит с водяным паром и при подъёме в высоту. Если бы водяной пар, подобно другим составляющим атмосферного воздуха, не был конденсирующимся газом, он оставался бы в гравитационном равновесии на любой высоте от Земли, так что его давление понижалось бы примерно вдвое на каждые 9 км подъёма. Однако, как известно, в земной атмосфере с ростом высоты понижается температура воздуха — примерно на 6°С на один километр. Так, например, на высоте 10 км, где летают современные лайнеры, температура за бортом ниже приземной почти на 60°С. Для всех других газов воздуха такое падение температуры не является критическим, но совсем по-другому обстоит дело с водяным газом. Ведь с понижением температуры концентрация его молекул, соответствующая состоянию насыщенного пара, уменьшается, причём экспоненциально — примерно вдвое на каждые 10°С. Но концентрация водяного пара в воздухе не может быть выше насыщенной, а потому относительный его избыток начинает сразу же конденсироваться, исчезая из газовой фазы. А это в свою очередь сопровождается понижением веса водяного пара в атмосферном столбе, который уже не способен компенсировать его давление в более низких слоях атмосферы, что немедленно ведёт к возникновению направленной вверх силы. И именно эта сила увлекает за собой восходящие потоки водяного пара, который, возносясь в верхние слои атмосферы, также конденсируется, образуя облака и выпадая в осадки в виде дождя или снега. То есть выбывание пара из воздуха непрерывно пополняется восходящими потоками влаги, которые, подобно древнегреческим атлантам, поддерживают облачный покров Земли.
--- Конец цитаты ---
--- Цитировать ---И здесь мы, можно сказать, подошли вплотную к самой сути лесного биотического насоса. Ведь если восходящие потоки обусловлены процессами конденсации водяного пара в верхних слоях атмосферы, то, очевидно, их мощность будет тем выше, чем интенсивнее подпитывает их испарение с земной поверхности. А значит, и приземный влажный воздух будет засасываться из областей, где испарение меньше, туда, где оно интенсивнее. И если, как было показано выше, испарение над ненарушенным лесным массивом превосходит испарение над поверхностью океана, то, следовательно, океанская влага будет закачиваться лесом всё дальше и дальше в глубь континента, компенсируя тем самым речной сток и обеспечивая круглогодичную влажность почвы. Но, конечно, при условии, что лесной покров простирается до береговой полосы, как это имеет место в бассейне Конго, Амазонки или северных рек России и Канады, чей таёжный полог граничит с заболоченными пространствами Крайнего Севера, имеющими выход к океану. Или, по крайней мере, если лесной массив удалён от берега на расстояние, меньшее длины затухания пассивного геофизического транспорта.
Здесь следует заметить, что закачивание влаги с холодного, расположенного в более высоких широтах, чем сам речной бассейн, океана представляет для биоты, как это ни парадоксально, более простую задачу, чем, например, транспорт влаги в зоне экватора. А всё дело в разнице интенсивности испарения, определяющей скорость горизонтальных потоков закачиваемого влажного воздуха, которая в первом случае намного значительней. Именно этим можно объяснить существование многотысячекилометровых покрытых лесом бассейнов великих сибирских рек. Что же касается тропических широт, то здесь при климатически сходных условиях, чтобы привлечь влагу с океана на сушу, требуется гораздо более высокий уровень транспирации, который мог бы предотвратить вынос атмосферной влаги из леса в океан. Иными словами, потери континентальной влаги уменьшаются с ростом транспирации, и с этим, по-видимому, связано обнаруженное бразильскими экологами повышение её интенсивности в засушливые периоды в лесах Амазонки.
Но всё это, повторяем, справедливо лишь в случаях, когда лесной массив удалён от берега на расстояние, меньшее длины затухания пассивного геофизического транспорта. Уничтожение же лесного покрова на береговой полосе в пределах длины затухания (~ 600 км) обрывает действие биотического насоса, и осадки в глубине континента перестают компенсировать речной сток. Почвенная влага стекает в океан, леса засыхают, и речной бассейн прекращает своё существование. И все эти необратимые изменения могут произойти за очень короткий отрезок времени — порядка 4—5 лет, требуемых для стока пресной воды, накопленной в горных ледниках, озёрах и болотах.
По всей вероятности, нечто подобное имело место 50—100 тыс. лет тому назад в Австралии, когда её заселили первые люди. Естественно предположить, что пришельцы, как это всегда и бывает, осваивали в первую очередь побережье, истребляя попутно леса по всему периметру континента. И когда обезлесенная полоса достигла по ширине длины затухания пассивных геофизических потоков, то этого, увы, оказалось достаточно, чтобы даже в отсутствие антропогенной активности в глубине континента биотический насос остался отрезанным от океанской влаги и австралийские леса прекратили своё существование, уступив место огромной, протяжённостью 4 млн км2, австралийской пустыне. Кстати, не по этой ли причине большая часть пустынь граничит с океанским побережьем или имеет выход к внутренним морям. Исходя из только что сказанного, эта география находит своё убедительное обоснование в её истории, связанной с деятельностью людей, осваивавших новые территории, начиная с морского побережья.
--- Конец цитаты ---
--- Цитировать ---Может показаться, что Западная Европа, практически уже лишившаяся своих естественных лесов, за исключением севера Скандинавии, но тем не менее не подвергшаяся опустыниванию, представляет собой наглядное опровержение приведённых выше доводов. Однако это как раз то исключение, которое лишь подтверждает правило. И если Европа избежала подобной участи, то прежде всего благодаря своему уникальному географическому положению — окружающим её внутренним морям и повсеместной близости к береговой линии, в силу чего ни одна из областей этого субконтинента не отделена от неё расстоянием, большим длины затухания геофизического транспорта морской влаги. Последнее обстоятельство, по-видимому, и порождает иллюзию безнаказанного перенесения практики истребления лесов в другие регионы планеты, для которых она наверняка окажется или уже оказалась губительной. Впрочем, и в самой Западной Европе на наших глазах резко участились катастрофические наводнения и засухи, что обусловлено в первую очередь уничтожением лесов в горных районах и сокращением залесенных территорий, следствием чего явилось серьёзное нарушение естественного гидрологического режима (таяние горных ледников и пр.).
Если пустыню можно считать практически запертой для влаги, поскольку полное отсутствие транспирации приводит здесь не к засасыванию влажного воздуха с океана на сушу, а, наоборот, к выносу сухого воздуха в океан, то в ландшафтных зонах типа степи и саванны, а также на искусственно орошаемых землях и пастбищах испарение в тёплое время года может превышать его интенсивность над океанической поверхностью. В этот период с морей и океанов сюда поступает затухающий с расстоянием поток влажного воздуха, известный под названием «летний муссон», сезон дождей. В холодное же время года испарение над кустарниками и травостоем становится меньше океанического, а потому накопленная здесь влага «стягивается» с суши в океан, чему соответствуют засушливые зимы и ветра, дующие в сторону моря («зимний муссон»). Поэтому хотя растительность экосистем степного типа и поддерживает определённый запас влаги, но отсутствие сплошного лесного полога с высоким листовым индексом не позволяет им довести испарение до уровня, при котором поток влаги с океана на сушу постоянно компенсировал бы речной сток. Полноценный биотический насос в таких экосистемах не действует, а интенсивность осадков экспоненциально затухает с увеличением расстояния от береговой линии.
Таким образом, движимое сиюминутной выгодой истребление аборигенных лесов — этого величайшего «изобретения» земной биоты — не может быть квалифицировано иначе, как преступление против жизни на Земле, в том числе и против самого человека. Но незнание законов не освобождает от наказания за их нарушение. И природа поступает с человеком точно так же, заставляя его платить самую высокую цену за неразумное к ней отношение. Так будут ли вечно течь реки и шуметь непроходимые леса, или мы общими усилиями превратим в конце концов наш «прекрасный и яростный мир» в огромную безжизненную пустыню?
--- Конец цитаты ---
https://www.nkj.ru/archive/articles/14638/
Tuskarilla:
--- Цитировать ---Сторонники этой теории составляют меньшинство. В 2010 году Макарьева, Горшков, Шейл, Нобре и Бай-Лиан Ли, эколог из Калифорнийского университета в Риверсайде, представили статью «Откуда берутся ветры?» в крупный журнал с открытым размещением рецензий - это должно было стать знаковым описанием биотического насоса для атмосферной химии и физики. Последовал шквал критики в интернете, и журналу потребовалось много месяцев, чтобы найти двух ученых, готовых ее рассмотреть. Исаак Хельд, метеоролог из лаборатории геофизической гидродинамики Принстонского университета, наконец вызвался добровольцем и рекомендовал отказаться от этой идеи. «Это не таинственный эффект, — заметил американский ученый. - Он невелик и включен в некоторые атмосферные модели». Критики говорят, что расширение воздуха от тепла, выделяемого при конденсации водяного пара, противодействует пространственному эффекту конденсации. Но Макарьева считает, что эти два эффекта пространственно разделены, причем эффект потепления происходит наверху, а падение давления конденсации происходит ближе к поверхности, где она генерирует биотический ветер.
Другим рецензентом была Джудит Карри, специалист по физике атмосферы из Технологического института Джорджии, которая уже давно беспокоилась об атмосферной динамике, лежащей в основе климатических моделей. Она чувствовала, что было важно опубликовать статью, и говорит, что противостояние было очень вредным для науки о климате, которая остро нуждается в новых идеях, отличных от закоренелых учений физиков. После трех лет дебатов редактор журнала отклонил рекомендацию Хельда и обнародовал статью, заявив, что она была опубликована «не в качестве одобрения», а «для содействия продолжению научного диалога по спорной теории, который может привести к опровержению или подтверждению».
С тех пор не было ни подтверждения, ни опровержения, но противостояние продолжилось. Гэвин Шмидт, специалист по моделированию климата из Колумбийского университета, говорит: «Это просто чепуха». Ответы авторов на критические замечания были «на самом деле просто математикой, которая не давала никому никакой уверенности в том, что есть какой-то смысл продолжать диалог».
Жозе Маренго, метеоролог из Бразилии и глава Национального центра мониторинга и раннего предупреждения стихийных бедствий, говорит: «Я думаю, что насос существует, но пока это только теория. Сообщество климатической модели не приняло его, но русские - лучшие теоретики в мире, поэтому нам нужны соответствующие полевые эксперименты, чтобы его проверить».
Со своей стороны, Макарьева продолжает развивать эту теорию, утверждая в ряде недавних работ, что тот же самый механизм может влиять на тропические циклоны, которые приходят в движение под влиянием тепла, выделяющегося при конденсации влаги над океаном. В статье 2017 года, посвященной атмосферным исследованиям, она и ее коллеги предположили, что биотические насосы, регулируемые лесами на суше, вытягивают богатый влагой воздух из областей, где рождаются циклоны. Это, по ее словам, может объяснить, почему циклоны редко формируются в Южной Атлантике: тропические леса Амазонки и Конго поглощают так много влаги, что ее остается слишком мало, чтобы подпитывать ураганы.
Керри Эмануэль, ведущий исследователь ураганов в Массачусетском технологическом институте, говорит, что предлагаемые эффекты «хотя и не пренебрежимо малы, но очень малы». Он предпочитает другие объяснения отсутствия южноатлантических ураганов, такие как прохладные воды региона, которые посылают меньше влаги в воздух, и его сильные режущие ветры, которые нарушают формирование циклонов. Макарьева столь же пренебрежительно относится к традиционалистам, говоря, что некоторые из существующих теорий интенсивности ураганов «противоречат законам термодинамики». У нее есть еще одна статья на эту тему, которая проходит рецензирование в журнале Atmospheric Sciences.
Даже если идеи Макарьевой на Западе носят характер бредовых, в России они укореняются. В прошлом году правительство начало общественный диалог по пересмотру своего лесного законодательства. Кроме строго охраняемых территорий, российские леса открыты для коммерческой эксплуатации, но правительство и Федеральное агентство лесного хозяйства рассматривают возможность нового определения «леса для защиты климата» (climate protection forests. — Прим. ред.). «Некоторые представители нашего лесного департамента были впечатлены биотическим насосом и хотят ввести новую категорию», — говорит Макарьева. Идея получила поддержку Российской академии наук. Быть частью консенсуса, а не вечным аутсайдером, — это заметная перемена, говорит Макарьева.
Этим летом коронавирусный локдаун сделал невозможной ее ежегодную поездку в северные леса. Вернувшись в Санкт-Петербург, она принялась отвечать на очередной раунд возражений против ее работы от анонимных рецензентов. Макарьева настаивает, что теория насоса в конечном счете восторжествует. «В науке есть естественная инерция», — говорит Анастасия.
--- Конец цитаты ---
https://naukatv.ru/articles/796
Tuskarilla:
--- Цитировать ---Одно недавнее исследование показало, что изменения земного покрова привели к снижению глобальной атмосферной влажности на 5–6% (Sterling et al. 2013 ). Сравнивая это с растущим спросом на воду и ограниченными доступными запасами, авторы пришли к выводу, что воздействия на глобальный водный цикл уже были «гораздо ближе… чем считалось ранее» к дальнейшим негативным воздействиям на человеческие жизни (Sterling et al. 2013 ).
Степень, в которой осадки зависят от влаги, получаемой с суши, варьируется в зависимости от местоположения: от низкого для некоторых океанических островов до высокого в некоторых континентальных регионах, таких как северо-запад Китая (van der Ent et al. 2010 ; Zhao et al. 2016 ). Бассейн Амазонки, Восточная Африка, Западная Северная Америка и Центральная Евразия являются основными источниками водяного пара для районов с подветренной стороны (van der Ent et al. 2010 ). Типичные расстояния, на которые влага, испарившаяся с суши, проходит в атмосфере до того, как снова упадет на землю, составляют порядка 500–5000 км, что означает, что крупномасштабные воздействия на растительный покров имеют решающее значение (van der Ent and Savenije 2011). Одно недавнее исследование по оценке этих связей пришло к выводу, что даже в нескольких крупных речных бассейнах, включая бассейны Амазонки, Конго и Янцзы, на осадки больше влияли изменения в землепользовании, происходящие за пределами бассейна, чем внутри (Wang-Erlandsson et al., 2017 ).
--- Конец цитаты ---
--- Цитировать ---Что касается общего глобального баланса осадков и испарения, любое уменьшение количества осадков в одно время или в одном месте может привести к увеличению в другом месте и наоборот (Rosenfeld et al. 2008 ). Есть много примеров, когда увеличение частоты и интенсивности засух и наводнений, по всей видимости, связано с нарушениями водного цикла (Миллан, 2014 г . ; Хирш и Арчфилд, 2015 г . ; Эрфаниан и др., 2017 г. ). В то время как глобальные осадки оставались относительно постоянными в течение последних десятилетий, наблюдения показывают, что увеличение произошло над тропическими океанами и более высокими широтами (большая часть Северной Америки и Евразии), в то время как снижение произошло над Африкой и различными средними широтами (в частности, Средиземное море и южная Азия) (Trenberth 2011 г.; Адлер и др. 2017 ). Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) выражает «среднюю степень уверенности» в том, что деятельность человека повлияла на интенсивность осадков (особенно в северном полушарии) во второй половине двадцатого века (Stocker et al. 2013 ). Способность понимать, прогнозировать и реагировать на такие изменения - важная цель исследования.
--- Конец цитаты ---
--- Цитировать ---Наше лучшее комплексное понимание того, как функционирует глобальный водный цикл, возможно, воплощено в имитационных моделях, используемых в науках о климате. Модели, используемые климатологами для моделирования глобального климата и изучения его изменений - модели общей циркуляции, модели глобального климата и модели системы Земли (далее «модели») - становятся все более сложными. Сложность возрастает по мере добавления и уточнения дополнительных явлений и связанных с ними подмоделей. Различные аспекты растительного покрова, такие , как площадь листьев фенология, полог шероховатость и глубины корнеобитаемых , как правило , включены с различными уровнями сложности (Bonan 2008 ; Guimberteau и др. 2017 ).
Исследователи признают различные проблемы с этими моделями (Stevens, Bony, 2013 ; Shepherd, 2014 ; Marotzke et al., 2017 ). Например, в одном из резюме отмечалось, что «большинство моделей моделируют осадки, которые выпадают преждевременно, слишком часто и с недостаточной интенсивностью» (Trenberth 2011 ). В другом обзоре подчеркивается, что неспособность моделировать атмосферные осадки на суше представляет собой принципиальное «препятствие на пути к прогрессу в науке о климате» (Stevens and Bony 2013). В другом недавнем обзоре, написанном моделистами, отмечалось, что «глобальный круговорот воды - от образования облаков до выпадения осадков, гидрологии поверхности суши, включая ее взаимодействие с атмосферой, накопления и сброса воды в криосферу - остается одним из них. наименее изученных природных циклов. Следовательно, прогнозы этого цикла при изменении климата являются одними из самых неопределенных.
--- Конец цитаты ---
--- Цитировать ---У этой неопределенности относительно динамики воды в климатической системе есть несколько аспектов (Stevens and Bony 2013 ; Shepherd 2014 ; Hegerl et al. 2015 ). Например, поведение облаков и обратные связи, связанные с облаками, продолжают беспокоить исследователей климата - с большими различиями между моделями, а также между моделями и наблюдениями (Ceppi et al. 2017 ). Внимание также сосредоточено на разрешении и влиянии ландшафта (Peatman et al., 2014 ; Li et al., 2017 ). Также было подчеркнуто влияние температуры океана и климатических циклов, таких как Эль-Ниньо-Ла-Нинья, и процессов, которые управляют этими отношениями (Miralles et al., 2014). Расхождения, вероятно, отражают множество факторов (Wang and Dickinson 2012 ; Mahmood et al. 2013 ; Heald and Spracklen 2015 ). Неопределенности, связанные с земным покровом, кажутся относительно неизученными. В любом случае есть согласие, что большие расхождения и пробелы в моделях и фундаментальном понимании сохраняются.
--- Конец цитаты ---
--- Цитировать ---Одним из следствий этих недостатков существующих моделей является то, что исследователи климата пригласили ученых-физиков для оказания им помощи (Bony et al. 2015 ; Schiermeier 2015 ). Я считаю, что им следует также вызвать ученых-ботаников и других биологов. Многие расхождения в моделях, вероятно, являются результатом плохо изученных биологических процессов. По мере рассмотрения других неопределенностей все большая часть оставшихся нерешенных деталей будет отражать биологию.
--- Конец цитаты ---
--- Цитировать ---Суммарный выброс водяного пара из лесов (транспирация и испарение из других источников вместе взятых) обычно превышает выбросы от другой растительности и даже из открытой воды. Хотя существуют неопределенности относительно наилучших способов оценки этих значений (см. Обзор и обсуждение в Fisher et al. 2009 ), регионы тропических лесов обычно испаряют более одного метра воды каждый год.Сноска 1 в среднем 1,37 м в год (м ∙ год - 1 , стандартное отклонение 0,18 м ∙ год - 1 ) в бассейне Амазонки (Fisher et al. 2009 ) и 1,32 м ∙ год. - 1 (стандартное отклонение 0,08 м ∙ год - 1 ) по Борнео (Kume et al. 2011 ). Местные значения могут быть намного выше, а некоторые леса превышают 2,2 м ∙ год. - 1 (Лешер и др., 2005 г.). Такая вода важна. В одной пантропической оценке изучались осадки в тропиках: для каждого местоположения исследователи определили путь местного ветра за предыдущие 10 дней и обнаружили, что те, которые пересекали закрытый лес, обычно производили в два раза больше дождя, чем те, которые пересекали открытую землю (Спраклен и др., 2012 г. ).
--- Конец цитаты ---
--- Цитировать ---При сравнении открытых земель и густых лесов не учитываются нелинейные взаимосвязи с инфильтрацией и высыханием почвы, которые могут повлиять на результаты при средней плотности деревьев (Ilstedt et al. 2007 ; Malmer et al. 2010 ; Thompson et al. 2010). Исследования засушливых земель Африки демонстрируют важность таких предостережений, показывая, что существуют ненулевые плотности деревьев, при которых преимущества улучшенной инфильтрации почвы могут значительно превышать потери от испарения и могут значительно увеличивать, а не истощать грунтовые воды по сравнению с безлесными районами (Ilstedt и др., 2016 ).
--- Конец цитаты ---
--- Цитировать ---Подводя итог: сокращение лесного покрова часто коррелирует с некоторым уменьшением количества осадков и облачности, хотя отдельные случаи могут быть идиосинкразическими. Во всех таких корреляциях причинно-следственные связи трудно доказать, учитывая невозможность повторного исследования и множественные потенциальные влияния.
--- Конец цитаты ---
https://forestecosyst.springeropen.com/articles/10.1186/s40663-018-0138-y
Mist:
Спасибо за интересные материалы. Цитаты правда сложновато читать, может быть только мне конечно, переходил по ссылкам. Может обычным способом текст формировать в сообщении копированием?
Влияние крупных лесных массивов не раз замечал при наблюдении за грозами на СЗ или в Центре ЕТР. Если берем местность без наличия крупных водоемов, где есть свои особенности, грозы как правило формировались над лесом, либо над ним усиливались. В то время как если наблюдаешь за процессом, находясь среди обширных полей, чаще происходило ослабление в точке наблюдения.
Навигация
Перейти к полной версии