• <<
• Стр.
• >>
• 1
• 2
• 3
• 4

Рецензия
на статью Макарьевой А.М., Горшкова В.Г. "Сила испарении и испарительный насос в земной атмосфере".

Работа посвящена анализу механизма влияния испарения на атмосферную циркуляцию.

Содержание работы отвечает профилю ФАО. Рукопись согласуется с требованиями оформления. Аннотация соответствует содержанию статьи. Выводы работы, по мнению рецензента, не являются обоснованными. Публикация статьи в настоящем виде не рекомендуется.

Основным замечанием является следующее. Авторы правильно замечают, что концентрация водяного пара в атмосфере падает гораздо быстрее, чем это следует из предположения гидростатического равновесия. Однако, из этого делается неверный вывод о том, что в результате этого на воздух действует направленная вверх сила (с.5). Такой вывод противоречит обсуждаемому на с.14-15 закону Дальтона, согласно которому гидростатическое равновесие сухого воздуха не может быть нарушено отклонением от гидростатического равновесия водяного пара. Отсюда непосредственно следует, что отклонение водяного пара от гидростатического равновесия не вызывает никакой направленной вверх силы, действующей на сухой воздух, а может обуславливать только вертикально направленную силу, действующую на водяной пар. Поэтому и обсуждаемые в работе различные следствия проявления вертикальной силы, действующей на воздух, не имеют физического смысла. [см. ответ на это замечание]

Кроме того, предположение о том, что вертикальный поток влаги в столбе атмосферы компенсируется испарением с поверхности (с. 6) также, как правило, не выполняется, а вертикальный поток влаги обычно компенсируется конвергенцией потока влаги, то есть переносом влаги из других мест, который происходит в основном в нижней части атмосферы. [см. ответ на это замечание]

Получаемые из этого следствия также в основном противоречат наблюдениям. Так, согласно данной работе, засушливыми местами являются места с маленьким испарением. Однако, например, районы Атлантики и Индийского океана, близкие к Сахаре, также являются засушливыми, однако испарение с них весьма велико. Объяснение причины возникновения циркуляции Хздли также неверно, поскольку согласно данным наблюдений испарение вблизи нисходящей части ячейки около 30 градуса с.ш. и 30 градуса ю.ш. примерно такое же, как и под восходящей частью ячейки. [см. ответ на это замечание]

Тем не менее, поток водяного пара вверх вследствие отклонения распределения пара от гидростатического действительно существует. Поэтому, если авторам хотелось бы написать работу по вкладу этого эффекта па атмосферную циркуляцию, можно было бы, например оценить поток водяного пара вверх, обусловленный этим эффектом, и сравнить его с суммарным потоком водяного пара вверх.

В редакцию журнала
Известия АН: Физика атмосферы и океана

25 октября 2006 г.

Глубокоуважаемая редакция!

9 октября 2006 года мы получили рецензию на направленную в журнал "Физика атмосферы и океана" рукопись "К теории атмосферной циркуляции: Сила испарения и испарительный насос в земной атмосфере" (Макарьева А.М., Горшков В.Г.). В рецензии делается заключение о необоснованности главных выводов статьи, на основании которого публикация статьи в представленном виде не рекомендуется. Статья направлена авторам на доработку с требованием ответа на рецензию.

Ниже мы приводим ответ на замечания рецензента. Рецензия является физически безграмотной, что исключает возможность внесения каких-либо изменений в текст рукописи на основании рецензии. Мы полагаем, что рецензия была направлена нам по недоразумению, без должного анализа ее квалифицированными членами редколлегии. Оставляя у себя второй экземпляр рукописи со штампом редакции, мы направляем в редакцию два экземпляра первоначального текста рукописи (один с разметкой формул) и дискету с файлом рукописи.

С уважением,

Анастасия Макарьева

Виктор Горшков

Ответ на замечания рецензента

1. Рецензент пишет: "Отклонение водяного пара от гидростатического равновесия не вызывает никакой направленной вверх силы, действующей на сухой воздух, а может обуславливать только вертикально направленную силу, действующую на водяной пар." Для того, чтобы понять ошибочность этого основного утверждения рецензента, не требуется глубокого знания кинетической теории газов. Газ — это физическое состояние, в котором все молекулы, независимо от их природы, непрерывно сталкиваются между собой. Водяной пар, конденсируясь, исчезает из воздуха, что приводит в области конденсации к уменьшению давления воздуха как целого, а не только парциального давления водяного пара. Возникающий при этом градиент давления всего воздуха вызывает силу, действующую на весь воздух. То же самое происходило бы, например, если бы какая-нибудь компонента газовой смеси удалялась бы из нее в ходе химической реакции. Например, cжигание кислорода в медицинских банках с выбыванием продуктов реакции из газообразной фазы приводит к понижению давления всего воздуха внутри банок, что обуславливает всем известное присасывание банок к телу. Поэтому выведение из гидростатического равновесия любой парциальной компоненты газовой смеси выводит из гидростатического равновесия и всю газовую смесь. [см. исходное замечание рецензента]

Закон Дальтона запрещает влажному воздуху находиться в аэростатическом равновесии при отклонении от аэростатического равновесия водяного пара, что подробно описано нами в Заключении, стр. 14, 15. На стр. 14, 15 мы не пишем, что [цитата из рецензии] "согласно закону Дальтона, гидростатическое равновесие сухого воздуха не может быть нарушено отклонением от гидростатического равновесия водяного пара". Мы пишем (стр. 15 сверху): "Отклонение от равновесия одного газа (т.е. водяного пара) не может привести к противоположному компенсирующему отклонению от равновесия другого газа (т.е. сухой компоненты воздуха) так, чтобы сумма этих газов оказалось в равновесном состоянии."

Таким образом, критика основного результата статьи (существование силы испарения) обусловлена непониманием автором рецензии физики газообразного состояния.

2. Вертикальный поток выпадающей в осадки влаги в глобальном масштабе компенсируется испарением. Это следствие закона сохранения вещества. На этом построено все описание глобального круговорота воды (ссылка [5] в рукописи). Рассмотрение отклонений от этой глобальной картины, происходящих на локальных и региональных масштабах, когда влга, испарившаяся в соседних областях, переносится в нижней части атмосферы в область, которую рецензент называет областью конвергенции, составляет основу всех выводов нашей статьи (см. разделы 3 и 4). [см. исходное замечание рецензента]

3. (а) Мы нигде в статье не пишем, что, как перефразирует нас рецензент, "засушливыми местами являются места с маленьким испарением". Мы сформулировали принцип, согласно которому потоки влаги переносятся из мест с меньшим испарением в места с большим испарением. Мы показываем (разделы 3, 4), что незначительная разность в величинах испарения может приводить к большим потокам влаги именно в нижней части атмосферы. Примеры с областями Атлантики и Индийского океана, приводимые рецензентом, не противоречаст нашему утверждению. Как отмечается в нашем препринте (ссылка [10] в рукописи), засушливыми (т.е. лишенными осадков) являются и многие области акватории мирового океана, так как испаряющаяся с их поверхности влага стягивается в области с б?льшим испарением (но не в пустыню!). [см. исходное замечание рецензента]

(б) Измерения величин испарения начаты в самое последнее время на суше с помощью построения башен высотой в несколько десятков метров. Имеющиеся оценки испарения в океанах получены теоретически на основании данных об осадках и законе сохранения энергии и вещества и являются приблизительными. Поэтому утверждение рецензента о "примерно одинаковом" испарении в нисходящих и восходящей ячейках циркуляции Хэдли лишено смысла, учитывая, что, как отмечено выше и в рукописи, небольшая разница в испарении приводит к горизонтальным потокам влажного воздуха. Утверждение об уменьшении испарения от экватора к тропикам базируется на хорошо известном факте уменьшения потока солнечной энергии от экватора к тропикам. Необходимо понимать, что начальный горизонтальный градиент потока испарения, приводящий к образованию циркуляции, затем модифицируется самой циркуляцией (т.е. горизонтальными потоками влаги). Аналогично, начальный градиент температуры, приводящий к атмосферной циркуляции, может быть в стационарном случае существенно уменьшен поддерживаемыми им воздушными потоками тепла.

Ответ на комментарий к рецензии
на статью Макарьевой А.М., Горшкова В.Г. "Сила испарении и испарительный насос в земной атмосфере".

Основным замечанием к работе является следующее. Авторы утверждают о наличии силы испарения, которая приводит к распространению воздуха из районов с маленьким испарением и районы с большим испарением, подъему воздуха над районами с большим испарением и опусканию воздуха над районами с маленьким испарением, даже при отсутствии горизонтальных градиентов температуры.

Не вдаваясь в критику деталей предлагаемого механизма возникновения силы испарения, можно заключить, что вывод о наличии силы испарения неверен, потому что при наличии такой силы можно построить вечный двигатель следующим образом. Пусть есть планета, частично покрытая водой, а частично сушей, с воды происходит большое испарение, а с суши - небольшое, или вовсе нулевое. На поверхности планеты поддерживается одинаковая температура, например, планета сделана из очень теплопроводного материала, а слой воды, налитый на него в водной части, невелик. Тогда, согласно теории авторов, над водной частью будет происходить испарение и, следовательно, подъем воздуха. При подъеме излишняя влага будет конденсироваться, вверху воздух будет перемещаться к суше, там опускаться и внизу перемещаться в водную область, где снова будет подниматься. Такое движение будет осуществляться без какого-либо подвода энергии даже при наличии не слишком большого трения о поверхность.

Это говорит о невозможности существования силы испарения в предлагаемом авторами виде. Поэтому работа в настоящем виде не рекомендуется к публикации.

В редакцию журнала
Известия АН: Физика атмосферы и океана

12 февраля 2007 г.

Глубокоуважаемая редакция!

9 октября 2006 года мы получили рецензию на направленную в журнал "Физика атмосферы и океана" рукопись "К теории атмосферной циркуляции: Сила испарения и испарительный насос в земной атмосфере" (Макарьева А.М., Горшков В.Г.). В своем ответе на эту рецензию мы показали физическую безграмотность утверждений, на основании которых рецензент рекомендовал не публиковать нашу статью в настоящем виде. Мы обратились к редколлегии журнала с просьбой обеспечить квалифицированное рассмотрение нашей работы.

11 января 2007 года мы получили письмо заведующей редакцией с предложением ознакомиться с повторной рецензией, озаглавленной "Ответ на комментарий к рецензии".

В "Ответе", однако, нет ни слова о нашем комментарии к первой рецензии. Вместо этого в "Ответе" делается еще одно неверное утверждение о том, что существование силы испарения нарушает закон сохранения энергии и поэтому она не может существовать. Рецензент рассматривает пример, в котором суша граничит с водной поверхностью. Если пренебречь солнечным излучением и трением о поверхность, то возможны любые виды циркуляции, как это происходит в явлениях сверхтекучести и вращении планет вокруг Солнца. Трения нет, циркуляция воздуха не подвергается диссипации и может неограниченно долго поддерживаться без каких бы то ни было сил, в частности, силы испарения, что не нарушает закон сохранения энергии.

Сила испарения возникает в результате испарения влаги под воздействием солнечной радиации и поддержания наблюдаемого вертикального градиента температуры за счет поглощения теплового излучения земной поверхности парниковыми веществами атмосферы. Тепловое излучение генерируется опять-таки солнечным излучением. Сила испарения и само испарение (поток водяного пара с земной поверхности в атмосферу) равны нулю при отрицательном вертикальном градиенте температуры воздуха Γ, меньшим или равным 1.2 К/км. Испарение и сила испарения возникают только при Γ > 1.2 К/км и достигают больших значений при наблюдаемом Γ_ob = 6.5 К/км. В "Ответе" напрямую отмечается, что в деталях этих физических процессов рецензент не счел нужным разбираться.

В отсутствие трения сила испарение привела бы к неограниченному увеличению кинетической энергии циркуляции атмосферы. Это увеличение происходило бы за счет поглощаемой солнечной энергии и не противоречило бы закону сохранения энергии. В реальной ситуации трение останавливает атмосферную циркуляцию на фиксированном уровне, при котором солнечная мощность, затрачиваемая на циркуляцию воздуха через посредство силы испарения, совпадает с мощностью диссипации энергии за счет силы трения. Все это написано в нашей статье, с содержанием которой, как можно заключить из "Ответа", рецензент не ознакомился.

Существующие пустыни, рассмотренные в тексте нашей статьи, представляют собой как раз тот пример, который предлагает рецензент. Среднегодовая и во многих случаях среднесуточная температура пустынь не отличается от среднегодовой температуры граничащего с ней океана. Ветер в пустынях круглогодично дует с суши на море, и этот наблюдаемый факт, который мы объясняем с помощью силы испарения, с очевидностью не противоречит закону сохранения энергии.

Таким образом, вторичная рецензия также содержит неверные и необдуманные утверждения, которые не могут быть нами приняты для каких-либо изменений статьи. Поэтому мы возвращаем нашу статью в редакцию без изменений.

На настоящий момент мы получили из редакции ФАО две последовательные физически безграмотные рецензии на нашу статью. При этом наш ответ на первую рецензию не был прокомментирован ни рецензентом, ни редакцией. Мы полагаем, что редколлегии ФАО следует обратить на это свое внимание, так как может создаться впечатление, что наша статья откланяется не по научным соображениям.

В соответствии с международной практикой рецензирования работ, направляемых в научные журналы, мы обращаемся к редакции с просьбой сообщить нам, кто из членов редколлегии ФАО несет ответственность за рассмотрение нашей статьи. Если решение по нашей статье было принято на собрании редколлегии, мы хотели бы знать дату проведения собрания и номер решения. Ситуация, сложившаяся вокруг рассмотрения нашей статьи, не может не вызывать у нас глубокой озабоченности.

С уважением,

Анастасия Макарьева

Виктор Горшков

• Лесной насос: содержание
• Введение
• Обзор теории 2012
• Обзор теории 2009
• Основные результаты
• Публикации
• Обсуждение
• Разное