Makarieva A.M., Gorshkov V.G., Sheil D., Nobre A.D., Li B.-L. (2010) Where do winds come from? A new theory on how water vapor condensation influences atmospheric pressure and dynamics. Atmospheric Chemistry and Physics Discussions, 10, 24015-24052. Interactive discussion is open until 10 December 2010. See also here.
Abstract
Phase transitions of atmospheric water play a ubiquitous role in the Earth's climate system, but their direct impact on atmospheric dynamics has escaped wide attention. Here we examine and advance a theory as to how condensation influences atmospheric pressure through the mass removal of water from the gas phase with a simultaneous account of the latent heat release. Building from fundamental physical principles we show that condensation is associated with a decline in air pressure in the lower atmosphere. This decline occurs up to a certain height, which ranges from 3 to 4 km for surface temperatures from 10 to 30 oC. We then estimate the horizontal pressure differences associated with water vapor condensation and find that these are comparable in magnitude with the pressure differences driving observed circulation patterns. The water vapor delivered to the atmosphere via evaporation represents a store of potential energy available to accelerate air and thus drive winds. Our estimates suggest that the global mean power at which this potential energy is released by condensation is around one per cent of the global solar power – this is similar to the known stationary dissipative power of general atmospheric circulation. We conclude that condensation and evaporation merit attention as major, if previously overlooked, factors in driving atmospheric dynamics.

Makarieva A.M., Gorshkov V.G., Sheil D., Nobre A.D., Li B.-L. (2010) Почему дует ветер? Новая теория о влиянии конденсации водяного пара на атмосферное давление и атмосферную динамику. Atmospheric Chemistry and Physics Discussions, 10, 24015-24052. [на англ. яз.] Интерактивное обсуждение открыто до 10 декабря 2010. См. также здесь.
Аннотация
Фазовые переходы атмосферной влаги сопровождают все основные процессы, происходящие в климатической системе Земли. Однако их непосредственное влияние на атмосферную динамику до сих пор не было подвергнуто широкому исследованию. Здесь мы представляем теоретический подход, описывающий, как конденсация влияет на атмосферное давление путем удаления водяного пара из газовой фазы (с одновременным учетом выделения латентного тепла). На основе базовых физических принципов мы показываем, что конденсация приводит к понижению давления воздуха в нижней атмосфере. Это понижение происходит до определенной высоты, величина которой меняется от 3 до 4 км для температур поверхности, меняющихся от 10 до 30 градусов Цельсия. Далее мы оцениваем горизонтальные градиенты давления, связанные с конденсацией водяного пара, и показываем, что они совпадают по величине с градиентами, ответственными за наблюдаемые циркуляционные явления. Водяной пар, поступающий в атмосферу с испарением, представляет собой запас потенциальной энергии, за счет которой воздух может ускоряться и появляться ветер. Наши оценки показывают, что среднеглобальная мощность выделения этой потенциальной энергии при конденсации составляет около одного процента глобальной солнечной мощности и близка по величине к диссипативной мощности общей атмосферной циркуляции. Мы заключаем, что конденсация и испарение заслуживают внимания как главный, ранее не исследованный, фактор, определяющий атмосферную динамику.

Примечания

Краткое изложение ответа второму рецензенту (на русском языке)