Ключем може бути арктичні хмари взимку, оскільки кліматичні моделі схильні недооцінювати, скільки рідини вони містять і скільки тепла вони утримують. Це призводить до неточних прогнозів майбутнього потепління. Арктика є одним із найхолодніших регіонів на Землі, але в останні десятиліття вона швидко нагрівається, у три-чотири рази швидше, ніж у середньому по світу. Однак сучасні кліматичні моделі намагаються пояснити це прискорене потепління.
Тепер дослідники з Університету Кюсю — аспірантка Момока Наканіші з Міждисциплінарної аспірантури інженерних наук та її керівник, доцент Такуро Мічібата з Науково-дослідного інституту прикладної механіки — припустили, що хмари можуть бути ключовим фактором. Їхні висновки були опубліковані в журналі Ocean-Land-Atmosphere Research.
Властивості утримання тепла хмарами змішаної фази
Найпоширенішими хмарами в Арктиці є хмари змішаної фази, які містять як кристали льоду, так і переохолоджені краплі рідкої води. Протягом арктичного літа, коли сонячне світло постійно, ці хмари відбивають сонячне світло назад у космос, як парасолька, допомагаючи охолоджувати регіон. Натомість протягом довгої, темної арктичної зими, коли немає сонячного світла для відбиття, ті ж хмари поводяться як ковдра, затримуючи тепло, що випромінюється від поверхні Землі, і відправляючи його назад на землю.
«Однак, наскільки добре ці хмари змішаної фази утримують тепло, залежить від співвідношення льоду та рідини», – пояснює Наканіші. «Чим більше рідкої води містять хмари, тим краще вони утримують тепло. Але багато кліматичних моделей мають велику похибку у представленні цього співвідношення, що призводить до неправильних прогнозів».
Порівняння супутників виявляє упередженість моделі
У цьому дослідженні Наканіші та Мічібата проаналізували 30 кліматичних моделей та порівняли їх із супутниковими спостереженнями за хмарами в Арктиці взимку протягом останнього десятиліття. Вони виявили, що 21 з 30 моделей значно переоцінили частку льоду в рідині в зимових арктичних хмарах.
«Ці моделі з домінуванням льоду належним чином не враховують сучасний потенціал потепління хмар протягом зими», — каже Наканіші. «Ось чому вони не можуть пояснити швидке потепління, яке ми зараз спостерігаємо».
Однак, немає нічого поганого в цьому плані. Хоча кліматичні моделі недооцінюють темпи глобального потепління в наш час, вони переоцінюють темпи глобального потепління в майбутньому. Похибки в майбутніх прогнозах зумовлені процесом, який називається «зворотний зв’язок щодо випромінювання хмар». Коротко кажучи, у міру потепління Арктики хмари переходять від тих, що містять переважно лід, до тих, що містять більше рідини, що збільшує їхню здатність утримувати тепло, ще більше нагріваючи Арктику та створюючи позитивний зворотний зв’язок.
Хмари, багаті на рідину, та насичення тепловим зворотним зв’язком
Але важливо, що цей зворотний зв’язок має часове обмеження. Як тільки хмари стають настільки багатими на рідину, що поводяться як чорні тіла — повністю поглинаючи та повторно випромінюючи тепло — подальше потепління має менший ефект. Однак, оскільки багато кліматичних моделей недооцінюють кількість рідини, яка вже присутня в сучасних хмарах, вони припускають, що більший зсув ще попереду. Як наслідок, вони переоцінюють, скільки додаткового захоплення тепла відбудеться в майбутньому, і прогнозують, що ефект зворотного зв’язку триватиме довше, ніж передбачає реальність.
У майбутньому результати дослідження можуть бути використані для вдосконалення кліматичних моделей, щоб вони забезпечували точніше відображення співвідношення льоду та рідини в хмарах та кращі прогнози поточних та майбутніх темпів потепління Арктики. Оскільки клімат Арктики також відіграє ключову роль у формуванні погодних умов далі на південь, ці висновки також можуть призвести до точніших прогнозів екстремальних погодних умов у регіонах середніх широт.
«Найбільша невизначеність у наших прогнозах пов’язана з хмарами», – підсумовує Мічібата. «Виправлення цих моделей є важливим не лише для Арктики, але й для розуміння її впливу на погоду та зміну клімату по всьому світу».