Efeito Twomey - Twomey effect

Os rastros dos navios podem ser vistos como linhas nessas nuvens sobre o Oceano Atlântico na costa leste dos Estados Unidos , um exemplo do efeito Twomey.

O efeito Twomey descreve como núcleos de condensação de nuvem adicionais (CCN), possivelmente de poluição antropogênica, podem aumentar a quantidade de radiação solar refletida pelas nuvens. Este é um efeito indireto (ou forçamento radiativo ) por tais partículas, diferentemente dos efeitos diretos (forçamento) devido ao espalhamento intensificado ou absorção de radiação por tais partículas fora das nuvens. Gotas de nuvem normalmente se formam em partículas de aerossol que servem como CCN. O aumento da concentração numérica de CCN pode levar à formação de mais gotículas de nuvem, que, por sua vez, têm tamanho menor.

O aumento da concentração numérica aumenta a profundidade óptica da nuvem, o que resulta no aumento do albedo da nuvem fazendo com que as nuvens pareçam mais brancas. Imagens de satélite geralmente mostram rastros de nuvem ou de brilho aprimorado de nuvem atrás de navios oceânicos devido a este efeito. A diminuição na absorção média global de radiação solar devido a aumentos nas concentrações de CCN exerce uma influência de resfriamento no clima; a magnitude média global desse efeito durante a era industrial é estimada entre -0,3 e -1,8 Wm- ² .

Derivação

Suponha uma nuvem uniforme que se estende infinitamente no plano horizontal, suponha também que a distribuição do tamanho das partículas atinge um pico próximo a um valor médio de . ${\ displaystyle {\ bar {r}}}$

A fórmula para a profundidade óptica de uma nuvem:

${\ displaystyle \ tau = 2 \ pi h {\ bar {r}} ^ {2} N}$

Onde é a profundidade óptica, é a espessura da nuvem, é o tamanho médio das partículas e é a densidade total das partículas. ${\ displaystyle \ tau}$${\ displaystyle h}$${\ displaystyle {\ bar {r}}}$${\ displaystyle N}$

A fórmula para o conteúdo de água líquida de uma nuvem é:

${\ displaystyle LWC = {\ tfrac {4} {3}} \ pi {\ bar {r}} ^ {3} \ rho _ {L} hN}$

Onde está a densidade da água. ${\ displaystyle \ rho _ {L}}$

Levando em consideração nossas suposições, podemos combinar os dois para derivar esta expressão:

${\ displaystyle \ tau = {\ tfrac {3} {2}} {\ tfrac {LWC} {\ rho _ {L} {\ bar {r}}}}}$

Se assumirmos que o conteúdo de água líquida ( ) é igual para a nuvem antes e depois de alterar a densidade das partículas, obtemos: ${\ displaystyle LWC}$

${\ displaystyle {\ bar {r_ {2}}} = {\ bar {r_ {1}}} \ left ({\ frac {N_ {1}} {N_ {2}}} \ right) ^ {\ frac {1} {3}}}$

Agora, assumimos que a densidade total de partículas aumentou em um fator de 2 e podemos resolver como muda quando é dobrada. ${\ displaystyle N}$${\ displaystyle {\ bar {r_ {1}}}}$${\ displaystyle N}$

${\ displaystyle {\ bar {r_ {2}}}}$ = ${\ displaystyle 0,79 {\ bar {r_ {1}}} = {\ bar {r_ {1}}} \ left ({\ frac {N_ {1}} {2N_ {1}}} \ right) ^ {\ frac {1} {3}}}$

Agora podemos usar nossa equação relacionada a para resolver a mudança na profundidade óptica quando o tamanho da partícula é reduzido. ${\ displaystyle \ tau}$${\ displaystyle LWC}$

${\ displaystyle \ tau _ {2} = {\ frac {\ tau _ {1}} {0,79}} = 1,26 \, \ tau _ {1}}$

Em termos mais gerais, o efeito Twomey afirma que para um conteúdo fixo de água líquida e profundidade de nuvem, a espessura óptica pode ser representada por: ${\ displaystyle LWC}$

${\ displaystyle \ tau \ varpropto N ^ {\ tfrac {1} {3}}}$

Isso nos leva à conclusão de que aumentar a densidade total das partículas também aumenta a profundidade óptica, ilustrando matematicamente o Efeito Twomey.

Veja também

• Efeito Albrecht
• Sulfato
• Aerossóis e fuligem
• Contrail

Referências

Bibliografia