Badanie wpływu przejść fazowych chmur na zmianę klimatu
Chmury odgrywają istotną rolę w regulowaniu klimatu Ziemi, ponieważ odbijają promieniowanie słoneczne z powrotem w przestrzeń kosmiczną, przez co zapobiegają nadmiernemu ociepleniu. Co ważne, jednocześnie zatrzymują one promieniowanie podczerwone, dzięki czemu utrzymują stabilność klimatu. Należy jednak pamiętać, że ocieplenie może wpływać na właściwości chmur, tworząc pętlę sprzężenia zwrotnego, która pogłębia lub łagodzi zmiany temperatury. „Ta pętla sprzężenia zwrotnego, zwana sprzężeniem zwrotnym chmur, jest głównym źródłem niepewności w modelowych prognozach dotyczących wrażliwości klimatu Ziemi na zmiany poziomu dwutlenku węgla w atmosferze”, mówi Casey Wall, koordynator projektu CPFC i adiunkt w dziedzinie meteorologii na Uniwersytecie Sztokholmskim. Celem tych badań, prowadzonych przy wsparciu programu działań „Maria Skłodowska-Curie”, było uzupełnienie luk w badaniach nad klimatem dzięki opracowaniu metod ilościowych umożliwiających zrozumienie jednego z kluczowych mechanizmów fizycznych determinujących sprzężenie zwrotne chmur.
Kwantyfikacja sprzężenia zwrotnego chmur
Projekt CPFC koncentrował się na ilościowym określeniu radiacyjnego sprzężenia zwrotnego spowodowanego – w miarę ocieplania się atmosfery – przemianą cząstek lodu w chmurach w kropelki cieczy. Badania wykazały, że w modelach klimatycznych zmiany te stanowią około 19 % całkowitego globalnego sprzężenia zwrotnego chmur. Przemiana lodu w ciecz sprawia, że chmury stają się optycznie grubsze, przez co odbijają więcej promieniowania słonecznego. Te zmiany w stopniu przezroczystości chmur były wcześniej uważane za niezwykle istotny, ale jednocześnie wysoce niepewny mechanizm ujemnego sprzężenia zwrotnego, który mógłby zmniejszać wrażliwość klimatu na zmiany poziomu CO2 w atmosferze. „Zespół projektu CPFC wykazał, że ten mechanizm sprzężenia zwrotnego nie jest tak znaczący, jak wcześniej zakładano. Stanowi to zatem kolejny dowód na to, że sprzężenie zwrotne chmur nie wpłynie znacząco na złagodzenie ocieplenia klimatu w przyszłości. Ma to z kolei znaczenie w kontekście tworzenia przepisów dotyczących przyszłych emisji dwutlenku węgla”, wyjaśnia Wall.
Zaawansowane narzędzia modelowania klimatu
Aby osiągnąć te przełomowe wyniki, w ramach projektu opracowano innowacyjne produkty oparte na danych satelitarnych i modelach klimatycznych, które pozwalają na monitorowanie wysokości, grubości optycznej i składu chmur – wprowadzając rozróżnienie między kryształkami lodu a kroplami cieczy na szczycie chmury. Kluczowym osiągnięciem było opracowanie nowej metody matematycznej, która wykorzystuje te dane do pomiaru wpływu przemiany lodu w ciecz na właściwości radiacyjne chmur. Zespół projektu CPFC skupił się również na udoskonaleniu narzędzi Cloud Feedback Model Intercomparison Project (CFMIP Observation Simulator Package), znanych jako COSP – stanowiących otwarte oprogramowanie szeroko stosowane do modelowania klimatu. Służy ono do symulacji obserwacji satelitarnych chmur wygenerowanych przez model, umożliwiając bezpośrednie porównania między symulacjami a rzeczywistymi danymi satelitarnymi. W ramach projektu CPFC uczeni zdołali rozszerzyć możliwości COSP poprzez włączenie nowych zmiennych istotnych dla przejść fazowych w chmurach. W ramach projektu nawiązano również współpracę z zespołem naukowym obsługującym dane z satelity MODIS, aby stworzyć równoważne zmienne w zestawie danych obserwacyjnych. Oprócz udoskonalenia produktów opartych na danych satelitarnych i oprogramowania do modelowania klimatu zespół projektu opracował techniki analizy, które zostały bezpłatnie udostępnione społeczności naukowej, aby ułatwić dalsze badania dotyczące zależności między chmurami a klimatem.
Przyszłość nauki o klimacie
Zespół projektu CPFC może się pochwalić znaczącymi osiągnięciami, jeśli chodzi o wyjaśnienie złożonych mechanizmów sprzężenia zwrotnego chmur i jego wpływu na wrażliwość klimatu naszej planety. Zachęceni sukcesem tego projektu, naukowcy postanowili zastosować jego ramy w innym obszarze badań, który również ma krytyczne znaczenie dla nauki o klimacie. „Obecnie dostosowujemy metody opracowane w ramach inicjatywy CPFC z myślą o użyciu ich w badaniach dotyczących wymuszania radiacyjnego zmiany klimatu, spowodowanego oddziaływaniami między zanieczyszczeniem cząstkami aerozolu a chmurami. Jest to nadal jedna z głównych niewiadomych w nauce o klimacie”, dodaje Wall. Zrozumienie tych oddziaływań ma zatem podstawowe znaczenie z punktu widzenia dokładności prognoz klimatycznych, a te kolei mają przełożenie na przyszłe decyzje polityczne.
Słowa kluczowe
CPFC, sprzężenie zwrotne chmur, zmiana klimatu, globalne ocieplenie, modele klimatyczne
