Odkrywanie roli chmur fazy mieszanej w systemie klimatycznym
Chmury fazy mieszanej odgrywają kluczową rolę w naszej pogodzie i klimacie. Chmury te mogą zawierać zarówno ciecz, jak i lód i są odpowiedzialne za większość opadów docierających do powierzchni Ziemi. Zrozumienie dokładnego przebiegu procesu zmiany tych chmur pod wpływem globalnego ocieplenia ma kluczowe znaczenie dla właściwego modelowania przyszłej zmiany klimatu. Jednak wcześniejsze modelowanie przedstawiało te zmiany fazowe w błędny sposób. „Od około dekady wiemy, że globalne modele klimatyczne mają tendencję do symulowania zbyt dużej ilości lodu i niewystarczającej ilości cieczy w chmurach”, wyjaśnia Trude Storelvmo, naukowczyni zajmująca się atmosferą na Uniwersytecie w Oslo i koordynatorka projektu MC2. Naukowcy biorący udział w projekcie MC2, finansowanym przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych, pracowali nad lepszym poznaniem faz chmur, co pomoże modelom klimatycznym w symulacji sprzężenia zwrotnego chmur – a tym samym tego, jak dużego ocieplenia możemy spodziewać się w przyszłości. „Wraz z ociepleniem chmury lodowe będą stopniowo zawierać coraz więcej płynnej wody”, mówi Storelvmo. „Wówczas odbijają one również więcej promieniowania słonecznego z powrotem w przestrzeń kosmiczną, tłumiąc efekt ocieplenia spowodowany gazami cieplarnianymi”. Jeśli modele symulują na początku zbyt dużo lodu, wyolbrzymiają również ten efekt tłumienia, sprawiając, że klimat wydaje się mniej wrażliwy na gazy cieplarniane niż jest w rzeczywistości.
Łączenie obserwacji terenowych z symulacjami o dużej rozdzielczości
Zespół najpierw przeprowadził próby terenowe w celu zebrania danych dotyczących chmur, wykonując pomiary terenowe na wysuniętych daleko na północ szerokościach geograficznych, gdzie licznie występują chmury, które są wystarczająco zimne, aby zawierać lód. Wykorzystali oni połączenie pomiarów naziemnych oraz pomiarów wykonywanych przez balony na uwięzi i statki powietrzne wewnątrz chmur. Te dane terenowe – na przykład dotyczące liczności cząstek zarodkowania lodu – zostały wprowadzone do symulacji modelowych zespołu. Pomogły one również badaczom ocenić symulacje pod kątem ich reprezentacji fazy chmur i struktury przestrzennej. Następnie naukowcy połączyli swoje obserwacje terenowe z symulacjami o dużej rozdzielczości i obserwacjami satelitarnymi. Pozwoliło im to wprowadzić odpowiednie poprawki do globalnych modeli klimatycznych i ponownie ocenić, w jaki sposób reagują one na zmiany gazów cieplarnianych.
Związek między sprzężeniem zwrotnym chmur a ociepleniem
Mniej więcej w połowie realizacji projektu zespół natknął się na bardzo interesujący wynik. „Odkryliśmy, że ujemne sprzężenie zwrotne fazy chmur zmienia się w czasie wraz z utrzymującym się ociepleniem. Innymi słowy, efekt tłumienia staje się nieco słabszy z każdym kolejnym wzrostem temperatury, aż do jego całkowitego zaniku”, wyjaśnia Storelvmo. Prowadzi to do przyspieszenia ocieplenia i przejścia do nowego stanu klimatu, który jest bardziej wrażliwy na perturbacje związane z gazami cieplarnianymi. „Kiedy publikowaliśmy wyniki, nie nazwaliśmy tego punktem krytycznym, ale potencjalnie można to jako taki postrzegać”, zauważa Storelvmo. Niedawno otrzymała ona grant ERBN na dalsze badanie tego efektu w ramach projektu STEP-CHANGE.
Korzyści dla szerszej społeczności naukowej
„Społeczność zajmująca się badaniem sprzężenia zwrotnego w klimacie skupiła się głównie na makroskopowych właściwościach chmur i ich ścisłym powiązaniu z wzorcami cyrkulacji atmosferycznej, które są oczywiście ważne”, zauważa Storelvmo. Z drugiej strony, sprzężenie zwrotne fazy chmur determinują głównie właściwości mikroskopowe, takie jak cząsteczki aerozolu, kropelki chmurowe i kryształki lodu oraz ich interakcje. „Uważam, że projekt MC2 udowodnił, że te właściwości w mikroskali naprawdę mają znaczenie dla globalnego ocieplenia i dlatego nie można ich ignorować”, dodaje Storelvmo. „Mam nadzieję, że projekt otworzył ludziom oczy na znaczenie fazy chmur dla prognoz klimatycznych”.
Słowa kluczowe
MC2, chmura, faza mieszana, klimat, zmiana, model, lód, woda, zarodkowanie, aerozole, pole, obserwacje
