0 просмотров

Формы и образования облаков влияют на глобальное потепление, но мы до сих пор их не понимаем

Над Атлантическим океаном по небу несутся пушистые белые облака, гонимые невидимыми пассатами. Они не «особенно большие, впечатляющие или вытянутые», — говорит доктор Сандрин Бони, климатолог и директор по исследованиям Французского национального центра научных исследований. «Но это самые вездесущие облака на Земле».

09 ноября 2020 г.
Сара Уайлд

Тропические грозовые облака уникальны, потому что они самоорганизуются, даже когда условия под ними и над ними одинаковы, и делают это с «воспоминаниями» о прошлых образованиях. Изображение предоставлено Космическим центром имени Джонсона НАСА.

Облака — один из самых больших вопросов в моделях глобального климата и дикая карта в предсказании того, что произойдет с климатом при повышении температуры. Они играют жизненно важную роль в том, сколько солнечной радиации проникает в нашу атмосферу и попадает в нее.Чем больше облаков, тем больше радиации отскакивает от их вершин и отражается обратно в космос; это также означает, что если облаков больше, излучение, отраженное Землей, попадает в ловушку. Исторически исследователи изо всех сил пытались понять свойства облаков, как они ведут себя в настоящее время и как они будут реагировать на повышение температуры, вызванное изменением климата.

Все сводится к проблеме масштаба, объясняет доктор Бони. От микроскопических взаимодействий атомов до атмосферных течений, действующих на расстоянии тысяч километров, многие силы влияют на формирование облаков, их состав и поведение.

Статья в тему:  Как предотвратить глобальное потепление как страна

Хорошим примером являются облака, напоминающие вату в Атлантике, которые изучают доктор Бони и ее коллеги. «Небольшое изменение их свойств оказывает огромное влияние на глобальный радиационный баланс (баланс между тем, сколько солнечной энергии проникает в атмосферу Земли и сколько уходит)», — сказала она. Поскольку эти облака хорошей погоды (известные как кучевообразные облака) очень распространены, небольшое изменение имеет «огромный» статистический вес в глобальном климате.

«Это самый большой вопрос — большего вопроса нет», — сказал профессор Бьорн Стивенс, директор Института метеорологии Макса Планка в Германии и соруководитель доктора Бони в проекте EUREC4A, целью которого было исследование этих пушистых белых облаков. «В течение 50 лет люди делали прогнозы климата, но все они имели ложное представление об облаках». По его словам, эти прогнозы пострадали от неадекватного понимания факторов, определяющих, насколько облачным будет климат, и не были должным образом представлены в моделях.

Полевой эксперимент

Проект EUREC4A, начавшийся как скромный полевой эксперимент по измерению движения воздуха и облачности, привлек многочисленных партнеров и расширился.В конце концов, он включал в себя пять пилотируемых и шесть дистанционно пилотируемых исследовательских самолетов, четыре океанских исследовательских корабля, флотилию дрифтеров и планеров, множество спутников и измерения Барбадосской облачной обсерватории.

«Эксперимент стал более сложным и масштабным, чтобы ответить на ряд других увлекательных вопросов», — сказал профессор Стивенс, таких как количество и легкость дождя из облаков, а также то, как водовороты в океане и облака над головой влияют друг на друга. В настоящее время команда записывает свои результаты и надеется, что их измерения дадут ответы на эти вопросы. «Мы установим основу для нового набора климатических моделей», — сказал он.

Статья в тему:  Как глобальное потепление влияет на экосистему океана

Для доктора Бони следующий шаг выходит за рамки понимания свойств облаков и области, которую они охватывают.

«Теперь мы обнаруживаем, что дело не только в общей площади, но и в том, как облака распределены и организованы», — сказала она. Модели, которые они формируют, также могут влиять на то, как они блокируют или поглощают излучение, и эта информация может иметь значение для роли облаков в изменении климата.

Доктор Ян Хартер, специалист по сложности атмосферы в Центре тропических морских исследований им. Лейбница, Бременском университете Якобса, Германия, и Институте Нильса Бора в Дании, исследует этот вопрос в своем проекте INTERACTION. «Многие типы облаков демонстрируют особенности организации, но грозовые облака (в тропиках) демонстрируют самоорганизацию», — сказал он. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ изучает, как группируются грозы, используя моделирование, а также разрабатывая базовые модели их поведения.

«В течение 50 лет люди делали прогнозы климата, но все они имели ложное представление об облаках».

Проф. Бьорн Стивенс, Институт метеорологии им. Макса Планка, Германия

Самоорганизация

Облака могут образовываться по многим причинам, например, когда они находятся над городским районом, который имеет тенденцию быть более жарким, чем сельская местность, из-за всего бетона и асфальта.Самоорганизация происходит, когда облака формируются и собираются в группы, даже если условия внизу и солнечный свет над ними одинаковы.

Грозовые облака, известные как кучево-дождевые (от латинского кучевые облака «нагроможденный» и нимб «ливень») — высокие вертикальные облака, часто приносящие дождь. Эти облака являются доминирующим типом облаков в тропиках, а также являются ключом к пониманию глобального радиационного баланса. «Они находятся на широте, где на Землю поступает большая часть тепла, а солнечное излучение там намного сильнее», — сказал доктор Хартер. Эти башнеобразные облака влияют на то, сколько солнечного света попадает в атмосферу, что напрямую влияет на потепление.

Статья в тему:  Какой из следующих процессов помогает уменьшить глобальное потепление

«Вопрос в том, насколько эти высокие облака меняются при скоплении, например, при изменении температуры», — сказал он. Однако, как и на большинство вопросов, связанных с облаками, на этот вопрос сложно ответить.

INTERACTION подходит к этому вопросу с двух разных точек зрения: во-первых, для запуска симуляций, которые требуют большого количества вычислительного времени, а во-вторых, для разработки «игрушечных» моделей, объясняющих фундаментальные взаимодействия грозовых облаков.

«Игрушечные» модели — это очень простые симуляции, которые говорят о фундаментальных взаимодействиях между грозовыми облаками. Например, доктор Хартер и его коллеги пытаются понять, как эти облака «разговаривают» друг с другом и самоорганизуются, разбивая эти сложные физические взаимодействия на их основные компоненты.

Во время грозы большая часть дождя падает на землю, но часть испаряется в воздухе под облаком. Этот воздух, вобравший в себя холодную влагу, становится «холодным бассейном», объясняет Хартер. «Это испарение имеет решающее значение для передачи сигналов от одного облака к другому».

Если на большой территории есть сотни и тысячи облаков, холодные лужицы под ними сталкиваются друг с другом, выталкивая воздух в более холодные части атмосферы и порождая новые грозовые облака.

Одна из их «игрушечных» моделей изображает, как взаимодействуют эти холодные бассейны, и этот цикл — столкновение холодных бассейнов и образование новых облаков — может длиться поколениями (одно длится около шести часов) облаков, кодируя воспоминания о прошлых облаках и штормах в настоящее актуальное облако. Бассейны холода могут продолжать влиять на формирование облаков в течение нескольких недель.

Статья в тему:  Глупые люди, которые не верят в глобальное потепление

Эти самые базовые модели необходимы, говорит доктор Хартер, для того, чтобы удалить некоторые неизвестные для моделирования поведения облаков, например, как взаимодействуют эти холодные бассейны. Моделирование команды уже включает такие параметры, как скорость ветра, влажность, температура и состав облаков, которые представляют собой различные соотношения воды, льда и ледяной смеси, называемой крупой.

Вторя доктору Бони и профессору Стивенсу из EUREC4A, доктор Хартер сказал: «Мы не знаем, как работают облака, особенно эти грозовые облака, которые возникают в масштабах, которые трудно или невозможно разрешить с помощью текущих климатических моделей».

Моделирование

Чтобы принять во внимание абсолютный масштаб облаков и их движущие силы, точное моделирование должно включать разрозненные переменные, от движения атомов и энергии, которую они рассеивают (нанометры), до вращения Земли и глобальных ветров в масштабе около 10 000. км. «Самое лучшее, что мы можем сделать, скажем, в течение недели моделирования, — это решить (в масштабе 100 метров) для области один километр на один километр или около того», — сказал он. «И это большая симуляция».

Конечная цель проекта — создать модель организации облаков, которая фиксирует взаимодействие между прошлыми и настоящими грозовыми облаками и передать эту информацию в климатические модели следующего поколения. Следующий шаг — начать полевые работы и ввести новые измерения в свои модели.

«Нам нужно иметь более четкое представление о различных обратных связях облачных систем, чтобы сделать здесь убедительное заявление об изменении климата», — сказал доктор Хартер.«В моделях есть разные способы представления высоких и низких облаков, и это то, что невозможно решить без более подробных данных наблюдений».

Статья в тему:  Как будет исправлено глобальное потепление

И чтобы подготовиться к потеплению климата и предсказать, как изменится изолирующий облачный слой мира, сначала нам нужно понять, как он работает сейчас.

Исследование в этой статье финансировалось Европейским исследовательским советом. Если вам понравилась эта статья, поделитесь ею в социальных сетях.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
0
Оставьте комментарий! Напишите, что думаете по поводу статьи.x
Adblock
detector