Основные результаты 2008

На первой странице этого документа представлено краткое научно-популярное изложение теории лесного насоса атмосферной влаги, актуальное на апрель 2009 года, см., в частности, здесь. Для детального ознакомления с основными результатами рекомендуем прочитать Препринт ПИЯФ № 2655 и Препринт ПИЯФ № 2763 на русском языке и три комментария на английском языке, включающие краткое описание теории лесного насоса с точки зрения рассмотрения мощности конденсации водяного пара и последние результаты по новому представлению силы турбулентного трения. Не теряет актуальности научно-популярная статья "Реки. Будут ли они вечно течь на Земле?" (PDF, 0.8 Мб). Страница 2 с количественным выводом величины силы испарения также актуальна, страницы 3 и 4, ввиду новых результатов по турбулентному трению, представляют в большей степени историческую ценность.

Объяснение ураганов и смерчей на основе силы испарения

Как показано выше, см. уравнение (7) на странице 2, сила испарения может разгонять восходящий поток воздуха до скорости 50 м/с, что согласуется с наблюдаемыми скоростями в ураганах и смерчах.

Этот же результат может быть получен из других соображений. Скорость вихря в ураганах и смерчах одного порядка величины во всех направлениях, т.е. ураган и смерч характеризуются одним масштабом скорости, w ~ u, поэтому коэффициент турбулентной диффузии может быть записан как ν_e = uh_H2O. Поэтому для силы трения получаем f_F = ρν_e∂²u/∂z² = ρu²/h_H2O. Приравнивание мощностей сил трения и силы испарения в силу существования только одного масштаба скорости соответствует приравниванию самих сил, т.е. f_E = f_F. С использованием уравнения (6) для силы испарения это дает

Это выражение отличается от выражения (7) множителем 1/2, который в приведенном оценочном рассмотрении, основанном на соображениях размерности и подобия, не учитывается.

Мощность, развиваемая в ураганах и смерчах на единицу земной поверхности, равна ρw³ ≈ 10⁵ Вт/м², что в сотни раз больше потока солнечной энергии, имеющего порядок 200 Вт/м². В испарение переходит 50% солнечной энергии, т.е. 100 Вт/м², что в тысячу раз меньше мощности ураганов. Поэтому для существования ураганов и смерчей необходим сбор потенциальной энергии, равной p_H2O, в виде испарившихся паров воды (f_E ≡ −∂φ/∂z = −∂p_H2O/∂z, p_H2O = φ) с площади в 10⁴ раз большей площади урагана и смерча. Либо воздух "бежит" со всех сторон к урагану, либо ураган или смерч "бежит" по огромной территории, "съедая" накопленную на ней потенциальную энергию. Поэтому, если бы вся потенциальная энергия силы испарения расходовалась на ураганы и смерчи, последние занимали бы 10⁻⁴ часть площади земной поверхности или на каждой территории они возникали бы в течение 10⁻⁴ части общего времени. Ураган длится порядка 10 дней, т.е. ураганы должны были бы возникать в каждом конкретном месте раз в три года. В действительности, ураганы и смерчи возникают гораздо реже и не везде. Причина состоит в действии лесного насоса суши.

Испарение леса на единицу площади поглощает всю мощность солнечного излучения и вдвое превосходит испарение океана. Площади поверхностей суши и океана составляют 1/3 и 2/3 поверхности Земли, соответственно. То есть, испарение всей суши, покрытой лесом, равно испарению океана. Речной сток равен половине испарения. Поэтому суша, покрытая лесом, затягивает на себя половину испарения океана. В той части акватории океана, где действует тяга лесного насоса, не могут возникать ураганы и смерчи. Возникновение их связано с обезлесением территории суши. Например, за всю историю наблюдений практически не зафиксировано ураганов в области Атлантического океана, прилегающего к бассейну реки Амазонки, крупнейшему лесному бассейну мира. В последние годы увеличилась скорость уничтожения лесов Амазонки. В 2004 году был зарегистрирован первый ураган в этом регионе. В открытом океане существует еще тяга пассатов (циркуляции Хэдли), которая возникает в связи с разностью испарения над экватором и тропиками (с учетом сезонного сдвига максимума солнечного излучения). Эта тяга снижает частоту возникновения ураганов.

Пути всех тропических циклонов за 1985-2005 гг. На каждом пути точки соответствуют положениям циклона через каждые 6 часов. Источник: http://en.wikipedia.org/wiki/Tropical_cyclone, 7 февраля 2008 г.

Сведение человеком лесов за последние 100 тысяч лет привели к образованию пустынь, частому возникновению засух и наводнений в травостое, поддерживаемом человеком, учащению встречаемости ураганов и смерчей на суше и в океане.

• <<
• Лесной насос: основные результаты
• 1
• 2
• 3
• 4

Задачи этого сайта — обеспечить доступ к публикациям по биотической регуляции, количественно проиллюстрировать необходимость сохранения естественных экосистем в глобальных масштабах, способствовать осмысленному обсуждению этой проблемы. © 2001-2010, В.Г. Горшков, А.М. Макарьева.