Кузовной ремонт автомобиля

 Покраска в камере, полировка

 Автозапчасти на заказ

Как понять атмосферный двигатель


Атмосферный двигатель: что это такое?

В списке различных характеристик двигателей всегда присутствует деление силовых агрегатов на так называемые атмосферные и моторы с наддувом. Наддувными или атмосферными могут быть как бензиновые, так и дизельные силовые агрегаты. Необходимо добавить, что современные дизельные двигатели на автомобилях практически всегда являются турбированными (турбодизель). Далее мы рассмотрим, что такое атмосферный двигатель и чем он отличается от мотора с наддувом, а также о преимуществах и недостатках атмосферных двигателей.

Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое турбонаддув и почему ДВС данного типа намного мощнее сравнительно с простыми атмосферными аналогами при одинаковом рабочем объеме.

Содержание статьи

Принцип работы атмосферного мотора

Как известно, в основе работы любого ДВС лежит сгорание топлива в цилиндрах. Необходимо добавить, что под топливом стоит понимать не только чистый бензин для бензиновых моторов или дизтопливо (солярку) для дизельных двигателей, а топливно-воздушную смесь. Данная смесь (на примере бензинового мотора) представляет собой 1 часть бензина и около 14 частей воздуха, т.е. имеет соотношение 1:14,7. За приготовление такой смеси отвечает карбюратор или инжектор, зависимо от системы питания двигателя.

Атмосферный двигатель является таким типом мотора, который первым был создан в начале эпохи двигателестроения. Само понятие «атмосферный» основывается на том, что естественное атмосферное давление принимает непосредственное участие в том процессе, под которым следует понимать образование топливно-воздушной смеси и ее последующее сгорание в цилиндрах двигателя. Смесь основного вида топлива (зависимо от типа двигателя) и воздуха в атмосферных агрегатах образуется в результате того, что поршни мотора работают подобно насосу, затягивая наружный воздух из атмосферы через специальный воздуховод. По такому принципу работает карбюраторный мотор, бензиновый двигатель с инжектором и дизельный атмосферный агрегат. Главные отличия заключаются только в общих принципах реализации систем смесеобразования и последующей подачи в цилиндры двигателя.

Другими словами, под атмосферным двигателем стоит понимать способ поступления воздуха в карбюратор или инжектор. В атмосферных ДВС воздух, необходимый для сгорания топлива, самостоятельно всасывается двигателем из атмосферы в результате того, что в карбюраторе или инжекторе создается пониженное давление. Получается, двигатель – атмосферник конструктивно не имеет отдельных устройств, которые отвечают за подачу воздуха.

Что касается турбомоторов, главным их отличием от атмосферного агрегата является наличие механического компрессора или турбокомпрессора, а также комплексного сочетания таких решений, которые специально нагнетают воздух в двигатель под высоким давлением. В отличие от двигателя, который работает при обычном атмосферном давлении, в моторах с турбиной или компрессором среднее давление наддувочного воздуха составляет от 1.5 до 3 атмосферных давлений. Результатом становится то, что при одинаковом рабочем объеме турбомотор может сжечь больше топлива и выдает намного больше мощности сравнительно с атмосферным.

Преимущества и недостатки атмосферного двигателя

Атмосферный бензиновый двигатель сегодня является наиболее популярным и доступным по цене мотором, который устанавливается на подавляющее большинство автомобилей. Что касается дизелей, то современные моторы данного типа на легковых авто практически всегда оснащаются турбонаддувом.

Плюсы атмосферных ДВС

Главной отличительной особенностью атмосферных двигателей является относительная простота конструкции моторов данного типа. Также стоит выделить больший моторесурс атмосферных бензиновых и дизельных ДВС сравнительно с турбодвигателями. На практике средний срок эксплуатации «атмосферников» в обычных режимах (при условии качественного и своевременного обслуживания) может составлять около 400 — 500 тысяч пройденных километров до первого капитального ремонта. Для турбированных агрегатов ремонт может понадобиться уже через 200-250 тыс. километров.

Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое форсированный двигатель. Из этой статьи вы узнаете об основных способах форсирования ДВС без установки турбонагнетатаеля.

Атмосферные двигатели проще обслуживать и эксплуатировать, так как простая конструкция данного типа двигателя менее требовательна к качеству горючего и моторного масла. Атмосферные моторы лучше переносят случайную заправку бензином или соляркой низкого качества. Также отмечается высокая ремонтопригодность атмосферных двигателей. Такие двигатели меньше нагружены сравнительно с ДВС, которые оборудованы механическими нагнетателями или турбокомпрессорами.

Упрощенная конструкция атмосферных моторов исключает необходимость дорогостоящего обслуживания и ремонта узлов, которые присутствуют в устройстве двигателей с наддувом: турбины, интеркулеры, компрессоры и т.д. Стоимость запчастей и сервисных работ для устранения тех или иных неисправностей атмосферного двигателя заметно дешевле по сравнению с ремонтом турбомоторов.

Минусы атмосферников

При всех очевидных преимуществах атмосферный мотор не лишен определенных недостатков. Такие двигатели тяжелее и больше по размерам, по мощности, показателю крутящего момента и динамике разгона атмосферные агрегаты явно проигрывают ДВС с наддувом. 

Дело в том, что схема питания атмосферника за счет самостоятельного забора наружного воздуха не позволяет обеспечить оптимальное соотношение топлива и воздуха 1:14 на всех режимах работы двигателя. Другими словами, при низких оборотах мотор засасывает меньше воздуха, а на высоких оборотах эффективному забору воздуха препятствует проходное сечение воздуховодов, сопротивление воздушного фильтра и т.д. Результатом становится то, что на «низах» атмосферник еще не тянет, а на «верхах» уже не тянет. Эффективность работы агрегата на таких режимах заметно снижается, атмосферный мотор обеспечивает наилучшую отдачу в более узком диапазоне сравнительно с турбированными ДВС.

Читайте также

Анимированные Двигатели - Newcomen Atmospheric

Newcomen Atmospheric Engine

Этот великолепный двигатель был запатентован в 1705 году Томасом Ньюкоменом и является обычно считается первым «современным» паровым двигателем. В отличие от позже Паровые машины Newcomen работают по атмосферному принципу .

Newcomen впервые был использован для откачки воды из шахт в Англии. Шток насоса слева соединен с приводным поршнем большим качанием луч.

Впуск

Вода кипятится непрерывно для производства пара.Во время поршня вверх, этот пар низкого давления (около 5 ps.i.) допускается к цилиндр Давление недостаточно, чтобы поднять поршень на его собственный - вес штока насоса выполняет большую часть работы.

Впрыск воды

В верхней части хода паровой клапан закрыт, и струя воды ненадолго включается, охлаждая пар в цилиндре.

Мощность

Холодный пар сжимается, всасывая поршень вниз. Другими словами, чем выше атмосферное давление движет поршень вниз, следовательно, название , атмосферный двигатель .В конце хода охлаждающая вода сливается из цилиндра дополнительным проходом, не показанным здесь.

Вспомогательный насос

Во время хода вверх вспомогательный насос заполняет охлаждающую воду резервуар.


Newcomen двигатели были успешными отчасти потому, что они были очень безопасны для работать. Поскольку пар находился под таким низким давлением, риска не было опасного взрыва котла.


Примечание о клапанном механизме

Самые ранние двигатели Newcomen имели клапаны с ручным управлением (как проиллюстрировано здесь).Оператор стоял на платформе возле цилиндра Основание и бросил клапанные рычаги на каждый ход.

Популярная легенда гласит, что мальчики, ответственные за эту утомительную задачу изобрел автоматический клапан с помощью канатов и рычагов для цель.

Книга Томас Ньюкомен, Предыстория Steam Двигатель убедительно рассеивает это понятие и дает детали автоматических клапанов, разработанных Ньюкоменом и его сотрудником Джон Колли Для больше на двигателе Newcomen, я очень рекомендую это книга.Я надеюсь проиллюстрировать автоматические клапаны когда-нибудь.

Атмосферные характеристики и характеристики двигателя. Руководство по сгоранию двигателя.

. Помимо математических расчетов конструкции и сборки двигателя, полезно знать кое-что о сгорании и влиянии атмосферного давления на настройку и производительность двигателя. В частности, я обсуждаю соотношение воздух / топливо, поправочные коэффициенты для динамометрического тестирования и влияние высоты на производительность двигателя. В этой главе есть только несколько формул, но они важны для вашего понимания того, как работает ваш двигатель и как его настраивать.


Этот технический совет взят из полной книги «Производительность автомобильного двигателя». Для всестороннего руководства по всей этой теме вы можете посетить эту ссылку:
УЗНАЙТЕ БОЛЬШЕ ОБ ЭТОЙ КНИГЕ ЗДЕСЬ

Поделитесь этой статьей: Пожалуйста, не стесняйтесь поделиться этой статьей на Facebook, в форумах или с любыми клубами, в которых вы участвуете. Вы можете скопировать и вставить эту ссылку, чтобы поделиться: https://musclecardiy.com/performance/atmospherics направляющая двигателя внутреннего сгорания /



Доступные дорожные метеорологические станции, такие как карманное устройство Altronic PerformAIRE Pocket, широко распространены на всех уровнях гонок от Pro Stock до субботних ночных гонок на брекете.

Воздействие атмосферы на характеристики двигателя

Двигатели

обеспечивают наилучшую производительность на уровне моря, потому что именно там атмосферное давление самое высокое, а плотность воздуха самая высокая, несмотря на атмосферные колебания. Общим эталоном для атмосферных условий является стандартная температура и давление (STP) или «стандартный день». STP определяется как 60 градусов по Фаренгейту, 29,92 барометрического давления и сухой воздух (нулевая влажность). Поскольку компоненты STP меняются в зависимости от погоды, плотность воздуха также меняется в лучшую или в худшую сторону.По этим стандартам STP соответствует 100-процентной плотности воздуха, но абсолютной высоте не соответствует. Поскольку температура, барометр (атмосферное давление) и влажность изменяются, плотность воздуха изменяется соответственно.

Каждое 5-градусное изменение температуры (от STP) равняется 1-процентному изменению плотности воздуха. Следовательно, 90-градусный день будет иметь плотность воздуха 94 процента, если не учитывать другие факторы. Изменение не является полностью линейным, поскольку оно всегда сопровождается изменениями барометра и влажности. Тем не менее, это близко.Температура обычно оказывает большее влияние, чем влажность; что-то около 2 к 1. Эффект барометра линейный с плотностью, следующей за процентом. Если барометр падает на 1 процент, плотность воздуха падает на 1 процент. Влажность более сложна из-за связи между температурой и водяным паром. Воздух способен удерживать больше воды при повышении температуры, поэтому 50-процентная влажность при 90 градусах F вызывает почти удвоенную потерю плотности воздуха по сравнению с тем же процентом влажности при 60 градусах F или STP.



Racing Systems Analysis Программа DENSITY - это мощное программное обеспечение, которое выполняет сложные вычисления для точной коррекции погоды на трассе. Он просматривает ваше конкретное приложение для автоспорта и производит расчеты на основе высоты, барометра, температуры, влажности, точки росы, давления пара, типа топлива, углеводов или инжекторов, безнаддувного или наддувочного газа, размера струи и данных механического инжектора. Он также обеспечивает анализ данных прогона с соответствующими исправлениями.

Эти эффекты взаимосвязаны. Если вы работаете на большой высоте, а барометр падает на 2 процента, например, до 29,32, вы теряете 2-процентную плотность воздуха. Затем температура поднимается до 90 градусов по Фаренгейту, и вы теряете еще 6 процентов. А при 50-процентной влажности вы теряете еще 2 процента. Теперь вы столкнулись с 10-процентным падением плотности воздуха и, исходя из широко распространенного отношения мощности к плотности от 75 до 80 процентов, вы наблюдаете примерно 8-процентную потерю мощности. Для вашего удобства опубликованы поправочные коэффициенты NHRA за истекшее время и скорость

.

границ | Большие проблемы в науке об атмосфере

В качестве предмета изучения атмосферные науки охватывают все процессы, происходящие в атмосфере, вместе с ее связями с другими системами, главным образом гидросферой, криосферой, литосферой, биосферой и космическим пространством. Как таковая, она представляет собой обширную дисциплину, и задача описания основных проблем не является легкой, и влечет за собой значительное совпадение с некоторыми другими важными задачами в области наук о Земле и окружающей среде.Поскольку в области наук о климате может происходить особое совпадение, следует помнить, что атмосферные процессы отличаются от климатических во временном масштабе, поскольку последние происходят в течение длительных периодов, обычно более 30 лет, но в любом случае достаточно долго, чтобы производить значимые изменения. средние. Атмосферные процессы имеют центральное значение для конфигурации состояния климата, но также и для многих воздействий и обратных связей, которые определяют величину изменения климата и его возможные последствия. Кроме того, в последнее время был достигнут впечатляющий прогресс в области атмосферных наук с точки зрения преимуществ, предоставляемых отдельным лицам и организациям.Поток атмосферной «информации» имеет большое значение при принятии решений, касающихся здоровья, сельского хозяйства, энергетики, энергетики и окружающей среды. В этой статье «Большие вызовы» основное внимание уделяется атмосфере, хотя тесное взаимодействие с другими частями Земли и ее окружающей средой, а также связанные с этим социальные последствия являются общей темой всех описанных проблем.

В течение следующих нескольких лет прогресс в науках об атмосфере имеет важное значение для улучшения понимания основных процессов и их моделирования; это потребует подлинного прогресса в наблюдательном, концептуальном и технологическом подходах.По этой причине следующий неисчерпывающий список из 12 выбранных задач включает в себя те, которые связаны с наблюдениями и усвоением данных, те, которые охватываются традиционными дисциплинами (физика и химия атмосферы, динамика атмосферы и прогнозирование погоды), те, которые касаются взаимодействия между атмосферой и его границы, и те, которые связаны с атмосферной составляющей исследований климата.

Задача 1: Ассимиляция данных

Проблемы с точки зрения усвоения данных для наблюдения Земли в течение следующих лет связаны с техническими и общими тематическими аспектами, а также с возможностью воспользоваться новыми и захватывающими возможностями в системах наблюдения Земли.Преимущества решения этих проблем, вероятно, будут включать в себя улучшения реанализа, улучшения прогнозирования погоды, улучшенную систему наблюдений и улучшенную основу, на которой могут быть построены элементы климатических моделей. Среди технических проблем наиболее значительными являются пять областей: (1) усвоение связанных данных для учета связей между различными элементами земной системы; примеры включают связь атмосферы и океана, океана и криосферы, а также атмосферы и суши; (2) усвоение ансамблевых данных для учета естественной изменчивости и / или для представления ошибок в земной системе - здесь технические усилия будут сосредоточены на разработке реалистичных ансамблей; (3) выполнение ассимиляции данных при увеличенных пространственных разрешениях, представляющих земную систему в более мелких масштабах (мезомасштабных и более мелких), включая теоретические разработки для учета изменений в условиях баланса; (4) лучшее представление ошибок (случайных и смещенных) в наблюдениях и моделях, используемых при ассимиляции данных, включая представление ошибок прогноза, ошибок моделей и онлайн-коррекции смещения; (5) расширение и консолидация оценки состояния суставов и метода обратного моделирования для изучения биогеохимических циклов (например,г., углеродный цикл). Главной задачей здесь является консолидация и интеграция усилий по усвоению данных сообществ метеорологическими и космическими агентствами, научно-исследовательской и эксплуатационной деятельностью, а также с in situ и спутниковых наблюдательных платформ, включая все континентальное и глобальное сотрудничество, и эффективное применение из этих усилий по разработке новых миссий в области наблюдения Земли.

Задача 2. Мелкомасштабные процессы в атмосфере

Некоторые проблемы очевидны с точки зрения нашего фундаментального понимания мелкомасштабных процессов и связанных с ними приложений, многие из которых в настоящее время активно обсуждаются и изучаются.Во-первых, увеличение вычислительной мощности позволяет более детально моделировать проблемы механики жидкости, поэтому даже стабильно стратифицированные потоки моделируются прямым численным моделированием. В то же время эти передовые вычислительные методы также требуют схем параметризации нового поколения для численного прогнозирования погоды (ЧПП) и моделирования климата. Например, при высоких разрешениях нельзя пренебрегать сложной динамикой, которая происходит в городских районах, и для ее представления необходимы конкретные схемы ЧПП.При меньших размерах сетки в ЧПП приближается так называемая серая зона турбулентности, и влияние этого должно быть понято и оценено количественно. Есть некоторые возможности для улучшения с точки зрения представления облаков и суточного цикла глубокой конвекции, и то же самое относится и к физическим процессам, которые управляют устойчивыми пограничными слоями и суточным циклом, и к прерывистой природе турбулентности, особенно в спокойных условиях. Кроме того, более высокие разрешения также требуют более продвинутых методов, позволяющих интерпретировать сделанные наблюдения.В метеорологии пограничного слоя замыкание поверхностного энергетического баланса и теплового баланса в полевых наблюдениях требует дополнительного внимания. Наконец, проблемы с данными, стоящие перед метеорологией, также возрастут, в частности из-за большей доступности как профессиональных, так и краудсорсинговых наблюдений (Muller et al., 2013).

Задача 3: Химия загрязнения воздуха

Ключевые компоненты программы для решения наиболее важных задач для исследователей в области химии загрязнения воздуха могут быть описаны под следующими тремя заголовками: (1) Загрязнение воздуха внутри помещений и здоровье: , учитывая склонность людей оставаться в основном в помещении для работы, В школе и на досуге важно изучить влияние загрязнения воздуха в помещении на здоровье человека в результате выбросов в атмосферу и / или проникновения наружного окружающего воздуха.В последние годы процессы, регулирующие качество воздуха в помещениях, заметно изменились в результате изменений строительных норм с целью повышения энергоэффективности. Все еще имеются значительные неизвестные сведения об источниках, соединениях и процессах, которые влияют на качество воздуха в помещении и его влияние на благосостояние людей. (2) Пыль и качество воздуха: с постоянным улучшением характеристик выбросов транспортных средств, последствия загрязнения аэрозолем в городских районах теперь могут все чаще прослеживаться в других источниках выбросов, таких как перенос естественной пыли и ресуспендирование. дорожная пыль, в основном в южноевропейских районах с более сухим климатом в районах, затронутых переносом пыли из пустынь Северной Африки.Понимание этих воздействий и применение мер по смягчению (для ресуспендирования дорожной пыли) являются обеими областями будущих исследований. (3) Сжигание биомассы: с учетом изменения климата и обеспокоенности по поводу воздействия и стоимости ископаемого топлива, сжигание биомассы в настоящее время широко используется для отопления домов в Европе. Было установлено, что во многих городских районах, главным образом зимой, домашняя биомасса является важным источником загрязнения воздуха твердыми частицами. В настоящее время особое внимание уделяется оценке воздействия сжигания биомассы с точки зрения качества городского воздуха, а также с точки зрения изучения характеристик выбросов оборудования и установок для сжигания биомассы, а также влияния состава сгоревших частиц биомассы на здоровье человека.

Задача 4: Взаимодействие аэрозоля с облаком

Нет никаких сомнений в том, что аэрозольные частицы активно участвуют в образовании облаков через подачу ядер конденсации облаков (CCN) и ядер льда (IN). Предполагается, что изменения концентрации аэрозоля изменят время жизни облаков и эффективность осадков и, следовательно, повлияют на радиационное воздействие земной системы. Большие усилия были направлены на эту тему, что привело к быстрому развитию с точки зрения знаний, методологий и методов (e.г., Ван, 2013). Несмотря на этот прогресс, все еще трудно сделать какие-либо значимые выводы о климатологическом воздействии аэрозолей в региональном и глобальном масштабах. Напротив, взаимодействия аэрозоля и облака в молекулярном и микрофизическом масштабах становятся все более и более предсказуемыми, а их моделирование - более детерминированным. Как представляется, в наших знаниях существует значительный разрыв между мелкомасштабными (молекулярными и микрофизическими) процессами и крупномасштабными (региональными / глобальными) событиями в этой области.Мы полагаем, что по-прежнему существует необходимость в синтезе многомасштабных результатов, чтобы четко определить связанные с этим проблемы и улучшить существующий набор инструментов и методологий, необходимых для устранения разрыва.

Задача 5: Прогноз погоды

Явления, описываемые жидкостями, являются сложными, однако появление законов движения жидкости обманчиво просто, уравнения, управляющие этими законами, являются нелинейными, что подразумевает множественные (и трудные для понимания) типы эффектов обратной связи. Атмосфера и временная эволюция ее состояния не избавляют от этой проблемы.В любом случае одним из флагманских исследований в области наук об атмосфере за последние несколько десятилетий было создание надежного прогнозирования в диапазоне 2–7 дней с учетом огромных потенциальных экономических выгод; однако такие методы все еще страдают от проблем, связанных со сбором и использованием данных, которые в основном собираются в океанах. В этом отношении может помочь использование новых данных со спутников и наземного дистанционного зондирования, а также правильное ведение традиционных наборов данных, таких как устаревшая глобальная сеть первичных данных.Улучшения в измерениях водяного пара и свойств поверхности земли также являются приоритетными. Физические проблемы по-прежнему остаются такими же, какими они были определены более десяти лет назад (Национальный исследовательский совет, 1998 г.), а именно: лучшее понимание природы взаимодействия между атмосферными и наземными процессами, гидрологического цикла, динамики глубокой конвекции, роль тропопаузы в динамике атмосферы, новый импульс в разработке мезомасштабных моделей и улучшение параметризации, используемой в волновых моделях погоды и климата.Примером важности этих улучшений является сопротивление орографической гравитационной волны, параметризация которой в моделях прогнозирования погоды и климата должна быть обновлена ​​с учетом важности некоторых эффектов, показанных в недавних исследованиях. Среди них - влияние сдвига ветра как на поверхностное сопротивление, так и на поток волнового импульса (и его рассеивание), а также сопротивление, создаваемое захваченными подветренными волнами, энергия которых распространяется и рассеивается вниз по течению от их источника, а не вверх. Последствия этих орографических гравитационных волн для турбулентности в чистом воздухе (CAT), очень серьезной авиационной опасности, не были удовлетворительно определены количественно.В большинстве методов прогнозирования CAT используются эмпирические предикторы, явно не связанные с гравитационными волнами, но хорошо известно, что направленный сдвиг (повсеместный характер) приводит к разрушению гравитационных волн, что может быть важным источником CAT. Захват гравитационных волн в подножии гор или холмов приводит к образованию неустойчивых, турбулентных, замкнутых циркуляций, известных как роторы, которые также представляют серьезную авиационную опасность. Наше понимание условий, необходимых для возникновения этих структур потока, является неполным и, несомненно, выиграет от последних достижений в теории горных волн.

Задача 6: Дистанционное зондирование для метеорологии и климата

Наземное и спутниковое дистанционное зондирование обеспечило значительные успехи в нашем понимании как погодных, так и климатических систем, а также изменений в них (Yang et al., 2013), позволив количественно оценить процессы и пространственные временные состояния атмосферы, суши и океанов. Интенсивное использование спутниковых снимков в метеорологии и пространственные закономерности подъема уровня моря являются хорошими примерами этого.Продолжительность рассматриваемых временных рядов обычно слишком мала, чтобы их можно было использовать для захвата долгосрочных трендов многих климатических переменных, поэтому одной из основных проблем является увеличение продолжительности этих временных рядов. Дистанционное зондирование региональных и глобальных циклов облаков и осадков также необходимо для мониторинга климата и проверки результатов моделирования. Есть две заметные проблемы в физике атмосферы; первое - это разработка инновационных исследований, сфокусированных на облачной микрофизике и взаимосвязи с физикой грозового разряда, а также всех аспектов, связанных с наблюдением и измерением атмосферного электричества, а второе - разработка новых пассивных радиометрических и радиолокационных исследований, которые помогут нам чтобы понять структуру облаков и осадков с особым акцентом на процессы тропических теплых дождей, выпадение осадков в средних широтах, снегопад, содержание облачной жидкости и ледяной воды, профили выпадающей воды и водяного пара.Одна гидрометеорологическая задача заключается в расширении и улучшении наших наблюдений и моделирования атмосферной и континентальной частей круговорота воды, чтобы обеспечить его закрытие (например, горные районы, полярные районы).

Задача 7: Атмосферная ветвь гидрологического цикла

Среди многих проблем, связанных с гидрологическим циклом, те, которые связаны с переносом влаги в атмосфере, должны получить особое упоминание, поскольку они существуют исключительно в области наук об атмосфере.Здесь мы рассмотрим наиболее насущные проблемы, описанные в недавнем обзоре Gimeno et al. (2012). Диагностика источников влаги стала основным исследовательским инструментом при анализе экстремальных явлений (например, наводнений, засух) и может рассматриваться как основной инструмент для региональных и глобальных оценок климата; поэтому необходимо проверить согласованность различных подходов, используемых для установления взаимосвязей между источником и стоком для атмосферного водяного пара. Ключевое значение имеет улучшение нашего понимания того, как источники влаги влияют на изотопы осадков; это важно само по себе, но также важно для правильной интерпретации наиболее выдающихся палеоклиматических архивов, включая ледяные керны и пещерные отложения.Еще одной проблемой является лучшее понимание роли переноса влаги как основного фактора, ответственного за экстремальные метеорологические явления (сильные дожди из-за таких структур, как струи низкого уровня и атмосферные реки, или засухи из-за продолжительного сокращения подачи водяного пара из источника влаги. регионы). Чтобы оценить, оставались ли области источников влаги в последние годы стационарными, необходимо понять влияние основных режимов изменчивости климата на изменчивость областей влажности и то, как перенос влаги происходит в изменяющемся климате.Эти нерешенные вопросы представляют собой серьезную проблему для климатологов.

Задача 8: Взаимодействие весов в моделировании климата

Взаимодействие между различными пространственными и временными масштабами приводит к тому, что мы называем климатом. (Lorenz 1967) одним из первых подчеркнул важность масштабных взаимодействий при объяснении некоторых ключевых характеристик климата, наблюдаемых в различных регионах. Нелинейный характер большинства этих масштабных взаимодействий затрудняет их моделирование, и, как следствие, это все еще является источником неопределенности при моделировании климата.Некоторые эмпирические методы были предложены для уменьшения результатов климатических моделей, но они все еще несколько противоречивы (Pielke and Wilby, 2011), особенно когда они используются для интерпретации долгосрочных климатических прогнозов в региональном масштабе. Использование граничных условий из глобальной модели, в которой прогнозируется совместное взаимодействие между всеми основными подсистемами климатической системы (атмосфера, океан, биосфера и криосфера), имеет ряд проблем, так как сохранение крупномасштабных климатических ошибок в глобальные модели, его большая зависимость от боковых граничных условий или отсутствие двустороннего взаимодействия между региональной и глобальной моделями.Роль мелкомасштабных атмосферных процессов, обычно в короткоживущих явлениях, оказывается весьма актуальной, особенно в тропических регионах, где мезомасштабные конвективные системы взаимодействуют с крупномасштабными циркуляциями и имеют решающее значение в гидрологическом цикле. Например, тропические циклоны могут привести к очень влажным или сухим годам в некоторых регионах в зависимости от их активности и траектории. Этот элемент довольно сложно моделировать в климатических моделях, но его вклад в региональный климат не вызывает сомнений и должен быть лучше понят, чтобы включить его в системы моделирования климата.

Задача 9: Экстремальные события

В последние годы влияние различных метеорологических и климатических явлений приобретает все большее значение в глазах средств массовой информации и населения в целом, отчасти в результате экстремальных явлений, таких как волны тепла в Европе (2003 г.), Россия (2010 г.) или США (2011), или смертельные и чрезвычайно дорогостоящие ураганы, поразившие густонаселенные районы в последние годы, включая Новый Орлеан (Катрина, 2005) и столичный район Нью-Йорка (Сэнди, 2012).Аналогичным образом, продолжительные периоды засухи вызвали серьезные проблемы для производителей зерновых, в том числе в южной Австралии (2002–2010 гг.) Или на юго-западе США, или из-за повышенной вероятности лесных пожаров (Амазония, 2005 и 2010 гг.). Некоторые из этих экстремальных явлений тесно связаны с возникновением мощных схем циркуляции, таких как североатлантическое колебание (NAO), или с блокированием и смещением следов штормов и струйного потока. По определению, экстремумы редки во временных рядах, поэтому существует насущная необходимость, связанная с анализом экстремальных явлений, максимально расширить климатический ряд, и по этой причине реконструкция прошлого климата на основе инструментальных, исторические и косвенные данные по-прежнему необходимы.Недавний доклад МГЭИК (МГЭИК, 2013 г.) показывает, что этот растущий интерес к экстремальным климатическим явлениям следует учитывать в более широком контексте изменения климата, учитывая, что ожидаемые изменения в глобальном, региональном и даже местном климате наиболее вероятно будут ощущаться в результате изменений в масштабах и частоте экстремальных явлений.

Задача 10: Солнечное влияние на климат

Было подсчитано, что около 8% недавних глобальных изменений климата можно отнести к изменчивости Солнца, но к этой цифре следует относиться с осторожностью, учитывая, что сохраняется ряд аспектов солнечного воздействия и механизмов, связывающих изменчивость Солнца с климатической системой Земли. плохо понят (Grey et al.2010). С ростом сложности и сложности моделей атмосферы и климата, а также с необходимостью повышения точности сделанных прогнозов, важно иметь возможность включать в эти модели более полную картину солнечного воздействия. Источники солнечного воздействия могут быть разделены на излучающие и управляемые частицами компоненты. Научная направленность радиационного воздействия в настоящее время смещается от глобальных к региональным реакциям, обусловленным вариациями солнечного спектрального излучения (SSI).Остается ряд вопросов о природе изменений в SSI, о том, как они должны быть реализованы в моделях, и как они изменятся в будущих солнечных циклах, если солнце отойдет от своего нынешнего большого максимума солнечной активности к новому минимуму maunder. Компонент, управляемый частицами, далее делится на эффекты осаждения энергичных частиц (EPP) и космических лучей (CR). Эффект EPP изначально влияет на верхнюю стратосферу и нижнюю термосферу. В то время как химическое воздействие EPP на атмосферу в настоящее время хорошо изучено, существует острая необходимость понять дальнейшие динамические эффекты, а также потенциальные механизмы и величины с точки зрения климата Земли.Потенциальное влияние ПОП на климат является новой областью исследований, и в настоящее время она приобретает все большее значение, поскольку климатические модели распространяются на более высокие высоты, на которые более непосредственно влияет ПОП. EPP обеспечивает один из ключевых транспортных путей от нижней термосферы до стратосферы и далее, вплоть до тропосферы через связь стратосферы с тропосферой в полярных регионах. Эффект EPP также может стать более выраженным в ближайшем будущем, поскольку радиационное воздействие становится все более подверженным влиянию перехода к минимальным типам солнечной активности.Компонент, управляемый CR, в настоящее время считается наименее понятным из источников солнечного воздействия, хотя для решения этого вопроса предпринимаются постоянные международные исследовательские усилия. Полученные результаты позволяют предположить, что, хотя CRs могут стимулировать нуклеацию аэрозоля, в глобальном смысле эти эффекты невелики, и остаются вопросы о физических механизмах, связывающих CR и нуклеацию аэрозоля.

Задача 11: Городская погода и климат

Городской остров тепла (UHI), пожалуй, самый известный эффект присутствия городов на местном микроклимате; температура воздуха в городе ночью может быть намного выше (до 10 ° С и более), чем в окрестностях.Городской климат, развивающаяся отрасль метеорологии 20 лет назад, в настоящее время является зрелой областью исследований. Он охватывает целый ряд тем, от фундаментальных теоретических исследований до более прикладных исследований, основной целью которых является применение знаний о климате для лучшего проектирования городов по всему миру. Микрометеорология всегда была основной областью интереса в городских исследованиях из-за масштабов. Инструменталисты городской климатологии первопроходцы в непрерывном развитии приборов и анализа процессов с 1970-х годов.Процессы, ведущие к формированию UHI (в основном физического характера из-за трехмерной формы и материалов, из которых состоит городская ткань), возникли из этих ранних исследований. Сегодня остается ряд проблем, связанных с измерением этого довольно сложного городского пограничного слоя. Новые инструменты дистанционного обнаружения для ближнего радиуса действия используются, чтобы получить представление специалиста о физических процессах. Такие инструментальные разработки неизбежно будут продолжаться. Атмосферный климат решался только атмосферными моделями, когда атмосферные модели достигли достаточно высокого разрешения (несколько километров), чтобы иметь возможность четко представлять города.Первые модели, представляющие обмены энергией и водой между городской поверхностью и атмосферой, появились в начале 2000-х годов (см. Обзоры в Masson, 2006 и Martilli, 2007) и в настоящее время все больше используются в моделях численного прогнозирования погоды. В первых международных сопоставлениях моделей городов (Grimmond et al., 2010, 2011) обсуждались некоторые очевидные способы улучшения, например, в представлении городской растительности. Кроме того, примерно на 15 лет позже, чем атмосферные модели, региональные климатические модели теперь имеют пространственное разрешение, совместимое с городскими масштабами.Это, конечно, представляет новую проблему в правильном представлении городов в климатических моделях. Точно так же исследования в области городской метеорологии не могут быть ограничены физикой или химией, а должны учитывать поведение жителей. Хотя биометеорологические исследования уже существуют, особенно с точки зрения уровней человеческого комфорта, взаимодействие между метеорологическим и социальным миром, как с точки зрения человеческого комфорта, так и с точки зрения использования энергии, зависящего от метеорологии, например, по-прежнему является одной из основных проблем для городских метеорологов.

Задача 12: истощение озонового слоя и восстановление

Хотя минимумы концентрации стратосферного озона все еще наблюдаются во многих регионах, признаки восстановления начинают ощущаться. В антарктической стратосфере концентрация галогенуглеводородов достигла пика примерно в 2000 году, а затем начала уменьшаться. Текущие прогнозы позволяют предположить, что полное восстановление может произойти примерно к 2050 году. Это означает, что одной из основных задач является обеспечение постоянного мониторинга как озона, так и озоноразрушающих газов, чтобы гарантировать восстановление.Улучшения в базовом понимании процессов и их моделирования особенно важны в контексте меняющегося климата. Необходимо смоделировать оба направления, то есть, как изменяющийся климат повлияет на озоновый слой и как восстановление озона повлияет на погоду и климат. Так называемые климатохимические модели (СКК, Ламарк и др., 2013), по-видимому, имеют ключевое значение в этом случае.

Приведенный выше список задач на следующие несколько лет в области исследований в области атмосферных наук относится только к нескольким наиболее актуальным нерешенным вопросам и, естественно, остается неполным.Проблемы, описанные здесь, не должны рассматриваться как вероятные основные темы исследований в Frontiers in Atmospheric Science; Любая интересная работа, связанная с наукой об атмосфере, должна найти место в журнале.

Благодарности

Частично поддерживается MINECO (Испания), проектами TRAMO и FEDER. Команда Ассоциированных редакторов границ в науке об атмосфере дает полезные комментарии.

Список литературы

Gimeno, L., Stohl, A.Trigo, R.M., Dominguez, F., Yoshimura, K., Yu, L., et al. (2012). Океанические и наземные источники континентальных осадков. Rev. Geophys . 50: RG4003. doi: 10.1029 / 2012RG000389

CrossRef Полный текст

Grey, L.J., Beer, J., Geller, M., Haigh, J.D., Lockwood, M., Matthes, K., et al. (2010). Солнечные влияния на климат. Rev. Geophys . 48: RG4001. doi: 10.1029 / 2009RG000282

CrossRef Полный текст

Grimmond, C.S.B., Blackett, M.Best, M.J., Barlow J., Baik, J-J., Belcher S.E., et al. (2010). Международный проект сравнения моделей городского энергетического баланса: первые результаты этапа 1. J. Appl. Метеорология. Климатол . 49, 1268–1292. doi: 10.1175 / 2010JAMC2354.1

CrossRef Полный текст

Grimmond, C.S.B., Blackett M., Best, M.J., Barlow J., Baik, J-J., Belcher S.E., et al. (2011). Первоначальные результаты Фазы 2 сравнения международной модели городского энергетического баланса. Int.J. Climatol . 31, 244–272. doi: 10.1002 / joc.2227

CrossRef Полный текст

МГЭИК. (2013). Изменение климата: доклад об оценке Межправительственной группы экспертов по изменению климата . Кембридж, Великобритания: издательство Кембриджского университета.

Lamarque, J.-F., Shindell, D.T., Josse, B., Young, P.J., Cionni, I., Eyring, V., et al. (2013). Проект взаимного сравнения химии атмосферы и климатической модели (ACCMIP): обзор и описание моделей, симуляций и диагностики климата. Geosci. Модель. Дев . 6, 179–206. doi: 10.5194 / gmd-6-179-2013

CrossRef Полный текст

Lorenz, E.N. (1967). Природа и теория атмосферы . Женева: ВМО, 161.

Мартилли А. (2007). Текущие исследования и будущие проблемы в области мезомасштабного городского моделирования. Int. J. Climatol . 27, 1909–1918. doi: 10.1002 / joc.1620

CrossRef Полный текст

Masson, V. (2006). Моделирование городской поверхности и мезомасштабное влияние городов. Теор. Appl. Климатол . 84, 35–45. doi: 10.1007 / s00704-005-0142-3

CrossRef Полный текст

Muller, C.L., Chapman, L., Grimmond, C.S. B., Young, D.T. и Cai, X. (2013). Датчики и город: обзор городских метеорологических сетей. Int. J. Climatol . 33, 1585–1600. doi: 10.1002 / joc.3678

CrossRef Полный текст

Национальный исследовательский совет. (1998). Атмосферные науки: вступая в двадцать первый век .Вашингтон, округ Колумбия: Пресса национальных академий.

Pielke, R.A. Sr. и Wilby, R.L. (2011). Снижение регионального климата - какой в ​​этом смысл? EOS 93, 52–53. doi: 10.1029 / 2012EO050008

CrossRef Полный текст

Wang, C. (2013). Влияние антропогенных поглощающих аэрозолей на облака и осадки: обзор последних достижений. Атмос. Res . 122, 237–249. doi: 10.1016 / j.atmosres.2012.11.005

CrossRef Полный текст

Ян, Дж.Гонг П., Фу Р., Чжан М., Чен Дж., Лян С. и др. (2013). Роль спутникового дистанционного зондирования в исследованиях изменения климата. Nat. Клим. Изменить 3, 875–883. doi: 10.1038 / nclimate1908

CrossRef Полный текст

,

Смотрите также


avtovalik.ru © 2013-2020
Карта сайта, XML.