Большинство людей почти не задумываются над тем, что массы конденсированного водяного пара, плавающие в атмосфере, играют большую роль в глобальном потеплении. Прогнозирование того, насколько потеплеет климат Земли, жизненно важно, чтобы помочь человечеству подготовиться к будущему. Это, в свою очередь, требует устранения основного источника неопределенности в прогнозировании глобального потепления: облаков.
Некоторые облака способствуют охлаждению, отражая часть солнечной энергии обратно в космос. Другие способствуют потеплению, действуя как одеяло и улавливая часть энергии поверхности Земли, усиливая парниковый эффект.
«Облака очень сильно взаимодействуют с климатом», — говорит доктор Сандрин Бони, климатолог и директор по исследованиям Французского национального центра научных исследований (CNRS) в Париже.
Они влияют на структуру атмосферы, влияя на все, от температуры и влажности до атмосферной циркуляции. И, в свою очередь, климат влияет на то, где и какие типы облаков образуются, по словам Бони, ведущего автора оценочного доклада Межправительственной группы ООН по изменению климата, удостоенного Нобелевской премии мира в 2007 году.
На изменение климата может повлиять так много процессов и обратных связей, что полезно разбить проблему на более мелкие части.
«Каждый раз, когда нам удается лучше понять одну из частей, мы уменьшаем неопределенность всей проблемы», — сказал Бони, который координировал завершившийся в прошлом году проект EUREC4A.
Несколько лет назад Бони и ее коллеги обнаружили, что небольшие пушистые облака, распространенные в регионах с пассатами, вызывают одни из самых высоких уровней неопределенности в климатических моделях. Эти облака известны как торговые кучевые облака.
По словам Бони, хотя торговые кучевые облака небольшие и относительно невзрачные, они многочисленны и очень широко распространены в тропиках. Поскольку этих облаков очень много, то, что с ними происходит, потенциально может иметь огромное влияние на климат.
EUREC4A использовал дроны, самолеты и спутники для наблюдения за кучевыми облаками и их взаимодействием с атмосферой над западной частью Атлантического океана, недалеко от Барбадоса.
Многие модели предполагают, что структура и количество этих облаков значительно изменятся по мере повышения глобальной температуры, что приведет к возможным петлям обратной связи, которые усиливают или ослабляют изменение климата. Модели, предсказывающие сильное сокращение таких облаков по мере повышения температуры, как правило, предсказывают более высокую степень глобального потепления.
Но Бони и ее коллеги обнаружили, что кучевые облака меняются гораздо меньше, чем ожидалось, по мере того, как атмосфера нагревается.
«В некотором смысле это хорошая новость, потому что процесс, который, как мы думали, может быть ответственен за значительное усиление глобального потепления, похоже, не существует», — сказала она.
Что еще более важно, это означает, что теперь климатологи могут использовать модели, которые более точно отражают поведение этих облаков при прогнозировании последствий изменения климата.
По словам Бони, уменьшение этого элемента неопределенности в прогнозах глобального потепления сделает прогнозы локальных воздействий, таких как волны тепла в Европе, более точными.
«Увеличение частоты волн тепла очень сильно зависит от величины глобального потепления», — сказала она. «И величина глобального потепления очень сильно зависит от реакции облаков».
Тем временем профессор Труде Сторлевмо, специалист по атмосфере из Университета Осло в Норвегии, изучает процессы внутри другого типа облаков — облаков со смешанной фазой — для улучшения моделей климата.
Она очарована тем, как процессы в облаках, которые происходят в крошечном микрометровом масштабе, могут иметь такое большое влияние на глобальные атмосферные и климатические процессы.
Облака со смешанной фазой содержат как жидкую воду, так и лед и являются причиной большей части осадков по всему миру. В последние годы стало ясно, что они также играют важную роль в изменении климата.
Сторлевмо координировал проект MC2, который длился пять лет до прошлого месяца и раскрыл новые подробности о том, как облака смешанной фазы реагируют на более высокие температуры. Результаты подчеркивают безотлагательность перехода к низкоуглеродному обществу.
Чем больше жидкой воды содержится в смешанных облаках, тем сильнее они отражают свет. И, отражая больше солнечного излучения от Земли, они охлаждают атмосферу.
«По мере того, как атмосфера нагревается, эти облака имеют тенденцию смещаться от льда к жидкости», — сказал Сторлевмо. «Тогда происходит то, что облака также становятся более отражающими и имеют более сильный охлаждающий эффект».
Но несколько лет назад Сторлевмо и его коллеги обнаружили, что большинство глобальных климатических моделей переоценивают этот эффект. MC2 запускал воздушные шары в смешанные облака и использовал данные дистанционного зондирования со спутников для изучения их структуры и состава.
Исследователи обнаружили, что современные модели климата, как правило, делают смесь воды и льда в смешанных облаках более однородной и менее сложной, чем в реальных облаках, что приводит к завышенным оценкам количества льда в облаках.
По словам Сторлевмо, поскольку в этих модельных облаках есть больше льда, который можно потерять, когда симуляции нагревают их, изменение отражательной способности больше, чем в реальных облаках. Это означает, что модели переоценивают демпфирующий эффект смешанной фазы облаков на изменение климата.
Когда команда подключила более реалистичные данные об облаках к климатическим моделям и подвергла их имитации потепления, они сделали еще один важный вывод: увеличение отражательной способности облаков со смешанной фазой ослабевает с потеплением.
В то время как при умеренном потеплении демпфирующее воздействие на более высокие температуры довольно сильно, по мере усиления потепления это уже не так.
Наступает момент, когда весь лед в облаке растаял и охлаждающий эффект ослабевает, а затем и вовсе исчезает. Когда именно это начнет происходить — вопрос будущих исследований.
Но, по словам Сторельмо, это усиливает необходимость срочного сокращения выбросов парниковых газов.
«Наши результаты показывают, что, если мы просто позволим выбросам парниковых газов продолжаться, это будет не просто линейное и постепенное потепление — может быть быстро ускоряющееся потепление, когда вы дойдете до определенной точки», — сказала она. «Нам действительно нужно любой ценой избежать достижения этой точки».
По мере того, как новые данные об облаках, подобные этим, будут интегрированы в модели, прогнозы климата, используемые политиками, станут более точными.
