Ледообразование на частицах, погружённых в переохлаждённые облачные капли

Образование ледяных частиц в атмосфере Земли оказывает существенное влияние на свойства облаков и их воздействие на климат. Несмотря на важность образования льда для определения свойств облаков, Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК; IPCC, 2007) не смогла оценить влияние атмосферного льдообразования в своём последнем на тот момент докладе из-за недостаточности фундаментальных знаний. Одна из проблем заключается в нехватке количественной информации о способности различных атмосферных аэрозольных компонентов инициировать образование льда. В настоящей работе рассматриваются и оцениваются имеющиеся количественные данные о ледообразовании на частицах, погружённых в переохлаждённые водяные капли. Представлены аэрозольные компоненты, ранее идентифицированные как потенциально важные ядра льдообразования, и рассматривается их способность инициировать образование льда при погружении в переохлаждённую каплю. Основное внимание уделено минеральной пыли, биологическим компонентам (пыльце, бактериям, спорам грибов и планктону), углеродсодержащим продуктам сгорания и вулканическому пеплу. Для количественного сравнения сначала вводятся несколько способов описания ледообразования, а затем обобщаются имеющиеся сведения в соответствии с независимым от времени (сингулярным) приближением. Используя это приближение в сочетании с типичными атмосферными нагрузками, мы оцениваем значимость ледообразования для различных типов аэрозолей. Согласно этим оценкам, при температурах ниже примерно −15 °C в ледообразовании преобладают сажа и минеральная пыль. Выше этой температуры единственными известными материалами, способными инициировать образование льда, являются биологические компоненты; количественные данные о других материалах в литературе отсутствуют. В заключение обобщаются задачи, стоящие перед нашим научным сообществом.