Насколько прозрачны "окна атмосферы"?

В последнее время много говорят о глобальном потеплении - постепенном повышении средней температуры поверхности Земли, обусловленном антропогенным увеличением содержания в атмосфере парниковых газов, например, углекислого газа и метана. Гораздо меньше внимания уделяется такому парниковому газу, как водяной пар, который является постоянным компонентом атмосферы Земли.

 Между тем, известно, что водяной пар, в результате положительной обратной связи, фактически удваивает эффект радиационного разогрева атмосферы, привносимого любым другим парниковым газом: увеличение температуры поверхности Земли приводит к росту содержания водяного пара в атмосфере вследствие дополнительного испарения.

Вклад водяного пара в поглощение солнечной и тепловой радиации обусловлен не только сотнями тысяч спектральных линий водяного пара - «селективным» поглощением, но и так называемым «континуальным» - слабо зависящим от частоты излучения, или «слабоселективным» поглощением. Это поглощение распределено по очень широкому спектральному интервалу от микроволн до видимого диапазона, оно дает существенный вклад в парниковый эффект водяного пара и полностью доминирует в «окнах прозрачности» атмосферы. «Окно прозрачности» – диапазон длин волн оптического излучения, в котором имеет место меньшее по сравнению с другими диапазонами затухание излучения в среде. Положительная обратная связь между температурой поверхности и вкладом водяного пара в нагрев атмосферы особенно сильна для континуальной составляющей поглощения, так как она пропорциональна квадрату содержания водяного пара.

В результате длительных исследований д.ф.-м.н. Игоря ПТАШНИКА (лаборатория атмосферной абсорбционной спектроскопии Института оптики атмосферы им. В.Е. Зуева ИОА СО РАН) в сотрудничестве с профессором K.P. Shine (University of Reading, Великобритания) и экспериментаторами Dr. K.M. Smith, Dr. R.A. McPheat и др. (Rutherford Appleton Laboratory, Великобритания) в последние годы достигнут значительный прогресс как в понимании природы континуального поглощения, о которой ученые спорят в течение пятидесяти лет, так и в определении величины этого поглощения в широком спектральном диапазоне. Ранее, в 2003-2005 годах, на основе численного моделирования и сравнения с экспериментальными данными И.В. Пташник показал, что ответ на вопрос о природе континуума водяного пара следует искать не только в «окне прозрачности» атмосферы 8-12 мкм, где ранее велись основные исследования этого феномена, но и в полосах поглощения водяного пара, где континуум, как оказалось, имеет явную спектральную структуру.

В 2007 году эти результаты инициировали к жизни большой консорциум CAVIAR из 8 ведущих научных организаций Великобритании, куда Игорь Васильевич был приглашен в качестве научного координатора и исполнителя. Исследования были поддержаны грантами РФФИ и Федерального агентства по науке и инновациям. Одним из наиболее интересных итогов 4-х летней работы этого консорциума стало экспериментальное обнаружение того, что континуальное поглощение водяным паром во всех «окнах прозрачности» атмосферы в ближнем ИК диапазоне на порядок величины и более превышает значения, предсказываемые моделью  MT_CKD - наиболее широко используемой в настоящее время во всех радиационных программах. Этот факт заставит внести существенные коррективы в дистанционные оптические методики зондирования аэрозоля и определения некоторых атмосферных параметров в «окнах прозрачности» атмосферы ближнего ИК диапазона спектра, которые оказываются вовсе не такими «прозрачными», как считалось ранее. Кроме того, новые данные могут потребовать заметной переоценки вклада водяного пара в динамику глобального потепления.

В 2011 году И.В. Пташник продолжил исследования континуального поглощения водяного пара в ИОА СО РАН, совместно с группой экспериментаторов д.ф.-м.н. Т.Б. Петровой, к.ф.-м.н. А.М. Солодовым и к.ф.-м.н. А.А. Солодовым. Основной акцент делается на измерениях при пониженных температурах, которые более актуальны для нижней и средней тропосферы и при которых, как показали результаты CAVIAR, континуум водяного пара проявляет гораздо более сильную температурную зависимость, чем предсказывают современные модели.

Татьяна ГАВРИЛОВСКАЯ